EAST降温低温系统的计划及操作.docx
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EAST降温低温系统的计划及操作
EAST降温实验低温系统的计划及操作
2006年2月3日
一、总目标:
实现EAST装置降温并磁体通电实验
具体指标:
1.检验透平膨胀机是否能长期稳定运行;
2.检验低温系统杂质去除是否满足长期运行的需要;
3.测试2kW氦制冷机的制冷量;
4.检验制冷量相对于EAST装置的总热负荷是否有富裕;
5.测试氦循环泵的效率和流量;
6.检验3.8K油环泵系统能否正常的工作;
7.检验低温测量的准确性;
8.检验低温控制系统;
9.检验低温系统的是否易于操作;
二、低温系统的组成:
三、降温的条件:
1.完成全部系统的安装:
保证氦系统完全封闭
2.冷箱抽空:
要求各真空<1×10-2Pa
●制冷机冷箱
●分配阀箱
●电流引线箱
●EAST外杜瓦
3.各设备正常、并完成保养;
4.完成上岗人员培训。
●2kW/4K氦制冷机流程图(冷箱部分和压缩机部分)
●透平膨胀机操作规程,控制和保护面板操作规程
●螺杆压缩机组操作规程
●2kW氦制冷机操作规程
●低温分配系统操作规程
●氦制冷机的测量仪表。
该表给出了低温分配系统所以需要测量的参数、其采用的传感器及量程等。
参数越限报警值也在该文件中给出了。
●氦制冷机的阀门统计表及低温分配系统的低温控制阀门统计表
●EAST装置冷却控制杜瓦流程图;
●EAST纵场磁体冷却流程图;
●EAST极向场磁体冷却流程总图;
●EAST超导磁体Busline冷却流程图;
●EAST80K冷屏冷却流程图;
●低温分配系统的测量仪表。
●EAST电流引线冷却流程图;
●真空系统操作规程;
●油分析仪操作规程;
●氦循环泵操作手则;
●低温控制系统操作站操作规程。
5.岗位职责
●压缩机岗位:
负责以下设备的维护及运行操作
1.压缩机站的氦气压缩机系统,包括回收压缩机;
2.螺杆压缩机的除油系统;
3.水冷却系统;
4.贮气系统;
5.空气压缩机和氮气压缩机;
6.8-5车间的纯化器;
7.油环泵;
8.液氮罐。
●制冷机岗位:
负责以下设备的维护及运行操作
1.冷箱抽空系统系统,液氮传输线抽空;
2.氦制冷机冷箱和阀箱;
3.4台透平膨胀机;
4.内吸附器的再生;
5.低温分配阀箱;
6.冷屏、纵场、极向场超导磁体冷却;
7.超导传输线的冷却;
8.氦循环泵;
9.电流引线的冷却
10.制冷机和分配系统的液氮加注
11.10000L液氦杜瓦
●电控岗位:
负责以下设备的维护及运行操作
1.8-5车间配电系统;
2.8-1配电系统;
3.DCS控制系统,工程师站,操作站;
4.服务器管理;
5.温度、压力、流量、液位等传感器和仪表;
6.纯度分析;
7.控制室管理。
低温系统的操作全部在低温控制室由值班长发出并负责完成。
因此各种与低温操作相关的信号必须送到低温控制室,并保证其正确性!
四、系统纯化
杂质要求:
H2O<5ppm,N2<3ppm,CxHy<1ppm,Oil<10ppb
使用分析仪器:
Linde多组分分析仪
●系统必须完全封闭后才能纯化;
●必须冲刷每根毛细管。
●系统纯化计划需要时间5~10天;
●系统纯化完后将购买液氦进入系统中;
●不带气柜运行。
五、低温系统运行的模式
制冷系统共有10种稳态运行模式和27种过渡转换模式。
制冷机的操作就是如何实现这37种运行模式及各种模式之间的转换
1.停机状态S0:
它是各动力设备停止运行,系统低温部件处于常温或接近常温的一种状态。
2.纯液化模式S1:
它是指制冷机只给贮存杜瓦(10000L液氦杜瓦)生产液氦。
3.预纯化模式S2:
是指给制冷机吹除,确保制冷机的中的纯度。
4.压缩机起动运行模式TM0:
指螺杆压缩机起动运行。
5.降温模式(TM1、TM2、TM6、TM13):
包括制冷机本身降温和制冷机带动托卡马克装置降温模式
6.制冷机给装置回温模式TM10
7.80K待命模式S3:
供给气温度保持在液氮温度左右。
8.80K待命加液化模式S4:
供给气温度保持在液氮温度左右,制冷机同时生产液氦。
9.4.5K待命模式S5:
指超导磁体保持在4.5K温度左右。
10.4.5K待命加液化模式S6:
此时不需开循环泵和油环泵,冷量有富余用来生产液氦。
11.3.8K待命模式S7:
指超导磁体保持在3.8K的工作温度,但还没有励磁。
12.3.8K待命加液化模式S8:
此时不需开循环泵,冷量富余用来生产液氦。
电流引线及Busline都需维持工作温度。
13.3.8K实验运行模式S9:
此模式下磁体已励磁到工作电流,循环泵在运转的模式。
14.给液氦槽充液氦TM17:
当EAST装置降温到4.5K后,制冷机制冷量过省,此时将在液氦槽中有LHe生产出来,直到达到设定的液面。
15.给过冷槽充液氦TM19:
当4.4K的液氦槽储存有一定的液氦时,且过冷槽已降到80K以下,这时可给过冷槽充液氦加快冷却。
当过冷槽液面达到要求的高度后起动油环泵减压制冷,使过滤槽的温度下降到3.5K。
16.3.8K待命转3.8K实验运行TM25:
准备励磁前启动循环泵加强磁体冷却。
17.失超后的保护模式TM28:
在失超后因回气很大,制冷机 需切换到液化模式。
六、各冷质部件的工作温度如下:
冷质部件
工作温度
工作压力
总工作流量
总重量
内冷屏
60~90K
5.2bar
60g/s
25ton
外冷屏
80~90K
5.1bar
每部分不一样
(根据温度控制)
支撑
80K
5.1bar
每个4.5g/s
纵场线圈绕组
3.8~4K
3~4bar
240g/s
(平均每通道2.5g/s)
46ton
纵场线圈盒
4.5~4.8K
3~3.3bar
320g/s
(平均每个20g/s)
50ton
楔块
4.8~5K
3bar
320g/s
(平均每个20g/s)
38ton
极向场线圈
3.8~4K
3~4.5bar
110g/s
35ton
纵场Busline
4.6K
3~3.2bar
4g/s
极向场Busline
4K
3~4bar
每组4g/s,共4组
Cu电流引线
4.5K~300K
1.2bar
<6g/s
高温超导电流引线
4.5~77K
77K~300K
1.2bar
?
液氦槽
4.4K
1.2bar
/
/
过冷槽
3.5K
0.47bar
/
/
液氮槽
78.8K
1.2bar
/
/
降温时的要求(300K~80K):
冷屏:
1.冷屏进口压力在6~7bar,出口压力5.1bar;
2.冷屏的进出口温差维持在30K;
3.计划用8天从300K降到80K,平均每小时降温1.15K。
刚开始时降温速度会低于此值,后来降温速度会慢慢加快;
4.降温时保证冷屏的平均温度比磁体的平均温度低5~10K。
5.降温时控制冷屏上的最大温差<40K;
6.通过各组冷屏入口的阀门来调节降温速度,使得各组之间能基本同速降温;
7.冷屏降温时,分配阀箱中的液氮槽不要加液氮;
8.冷屏降温到100K以下后可以起动透平4降温。
9.冷屏入口温度的控制:
V2307和V2308两个阀门调节。
极向场:
1.极向场进口压力在10~12bar,出口压力1.3bar;
2.极向场的进出口温差维持在30K;
3.计划用8~10天从300K降到80K,平均每小时降温约1K。
4.降温时控制极向场磁体的最大温差<50K。
5.通过各组极向场线圈入口的阀门来调节降温速度,使得各组之间能基本同速降温;
6.极向场的流量分配:
CS1~6:
72g/s,每个通道为2.4g/s;
PF13~14:
25.6g/s,每个通道为1.6g/s;
PF7~8:
8g/s,每个通道为2.0g/s;
PF9~10:
52.8g/s,每个通道为2.2g/s;
PF11~12:
36.8g/s,每个通道为1.84g/s;
7.入口温度的控制:
由V3232阀供氦,V5101阀和V5103阀调节;或者由V2307和V2271阀来调节;
纵场绕组和纵场线圈盒:
1.纵场绕组进口压力在10~12bar,出口压力1.3bar;
2.纵场线圈盒进口压力在3~4bar,出口压力2bar;
3.纵场的进出口温差维持在30K;
4.计划用8~10天从300K降到80K,平均每小时降温约1K。
5.降温时控制纵场绕组和线圈盒上的最大温差<50K。
7.通过4组纵场线圈绕组出口的阀门来调节降温速度,使得各组之间能基本同速降温;
8.入口温度的控制:
由V3232阀供氦,V5101阀和V5103阀调节;或者由V2307和V2271阀来调节;
80K~4K的降温:
1.当磁体出口的温度下降到110K后需起动透平T1和透平T2;
2.磁体温度下降过程中要逐渐减小进口冷却的氦气压力;
3.当透平T1和透平T2基本达到工作温度后才起动透平T3
4.磁体温度下降到4K左右后要给分配阀箱中的液氦槽和过冷槽生产液氦;
5.计划用3~4天从80K降到4.5K并生产足够的液氦;
6.电流引线的冷却可以在液氦生产足够后开始;Busline的冷却可以比电流引线的冷却早一些;计划各用8小时冷却到工作温度。
装置冷却流量计的安装位置(共21个):
1
内冷屏总入口
FI5702
2
纵场绕组循环泵出口
FI5010
3
纵场线圈盒循环泵出口
FI5111
4
极向场总流量
FI5050
5
纵场降温总流量
FI5004
6
线圈盒降温的总流量
FI5104
7
去电流引线液氦总流量
FI5110
8
纵场4组线圈
FI5211;FI5221;FI5231;FI5241
9
纵场Busline
FI5250
10
中心螺管总流量
FI5510
11
PF7&PF8
FI5540
12
PF9&PF10
FI5560
13
PF11&PF12
FI5570
14
PF13&PF14
FI5550
15
极向场Busline
FI5519;FI5529;FI5539;FI5549
常导电流引线的使用应注意以下两点:
1.不过载引线优化电流为12kA,在液氦充足情况下容许过载运行到14.5kA(可长时),15kA以上应谨慎(只可短时)
2.引线下端温度应为4.2K,温度过髙,可能引起传输线失超。
容许最高温度由超导传输线确定
下表为引线系统可能出现的故障及应对处置
正常工作条件
可能出现的故障
及原因
应对处置
系统真空度
∽×10-4Pa
低于要求
漏气
检漏﹑处理,使达要求
冷屏温度
低于80K
高于80K
管路阻塞,
供液不足
查阻塞点,排除
增加供液
液氮槽压力
低于0.5公斤表压
高于0.5公斤
供液过猛,回气不畅
调节供液
调节安全阀
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