Оборудование гелиевого ожижителя Г-45

2.2. Технологическая схема установки

Если построить установку в строгом соответствии с рассмотренной принципиальной схемой рис. 2.1 и тем оборудованием, которое на ней изображено, получить жидкий гелий не удастся по следующим причинам:
а) из-за отсутствия изоляции холодных частей установки от теплопритока;
б) из-за отсутствия очистки гелия, поступающего на ожижение от масла, влаги и примесей других газов. Все примеси, имеющиеся в гелии, затвердевают при гелиевых температурах и забивают каналы для прохода газа, вызывают заклинивание поршня в цилиндре детандера;
в) из-за отсутствия контрольно-измерительной аппаратуры. Кроме того для нормальной работы ожижителя в схеме необходимо предусмотреть системы сбора и хранения газообразного и жидкого гелия, обеспечения эффективной изоляции, продувочные линии
и т.д.

Вспомогательное оборудование, обеспечивающее нормальную работу ожижителя, значительно усложняет схему установки, но без него невозможна работа всей системы.

Технологическая схема ожижителя Г-45 показана на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Технологическая схема установки

Открыть большую схему в новом окне

Газообразный гелий высокой чистоты (В4), предназначенный для ожижения, поставляется с завода разделения природного газа в 40-ка литровых баллонах под давлением ~15 МПа. Этот газ хранится в рампах чистого гелия, откуда через вентиль 3-48 поступает в газгольдер чистого гелия и через вентиль 3-30 на всасывание в компрессор 3. Сжатый до P = 2,1-2,5 МПа в компрессоре 3 гелий проходит аппарат 4 грубой очистки от масла (масловлагоотделитель), аппараты 5 тонкой очистки от масла и поступает в блок 22 очистки гелия от примесей влаги и других газов. Пройдя последовательно силикагелевый и угольный адсорберы, в которых соответственно поглощаются примеси влаги и других газов (N₂, Н₂, СО₂), гелий поступает на ожижение в криоблок.

Для увеличения адсорбционной емкости угольные адсорберы охлаждаются жидким азотом, поступающим из сосуда Дьюара или танка 8. Общее содержание примесей в гелии, прошедшем блок очистки, не должно превышать 0,05%.

Для обеспечения непрерывности работы в установке предусмотрены 2 пары попеременно работающих аппаратов. В то время как в одной из пар аппаратов происходит осушка и очистка гелия, в другой - осуществляется регенерация адсорбентов путем нагрева их электроподогревателями с одновременной откачкой вакуумным насосом (НВР-5Д).

Время работы каждой из пар аппаратов определяется периодическим отбором порций газа на газоанализатор с помощью вентиля 3-41.

После блока очистки гелий направляют в криоблок, предварительно разделив поток вентилями Р-1 и 3-6 на две части. Одна часть гелия проходит гелиевый теплообменник 1, в котором охлаждается обратным потоком гелия, а остальная часть идет в азотный теплообменник. В азотном теплообменнике гелий охлаждается газообразным азотом, откачиваемым из азотной ванны. Далее оба потока гелия объединяются в один и направляются в азотную ванну. Для понижения температуры кипения азота, производится вакуумирование парового пространства. Откачка паров осуществляется вакуумным насосом 4 марка 2ВНП-38. С помощью этого насоса в азотной ванне поддерживается давление около 0,0175 МПа, что соответствует температуре кипения жидкости ~65K.

Налив жидкого азота в ванну производится из танка 8 (ТРЖК-4М) с помощью вентиля 3-4.

Распределение и регулирование потоков гелия в азотный и гелиевый теплообменники осуществляются вентилями Р-1 и 3-6 по разности температур от недокуперации на теплых концах теплообменников. Нормальная разность температур на теплом конце гелиевого теплообменника составляет 15K; азотного – 25K.

Из азотной ванны гелий поступает во II гелиевый теплообменник, после которого часть газа (около 70%) направляется в поршневой детандер ГДСД-2М, где расширяется до давления обратного потока и охлаждается от Т = 25 – 28K до 11 - 12,5K. Расширенный и охлажденный в детандере гелий направляется в линию обратного потока теплообменника III.

Остальная часть прямого потока гелия охлаждается в третьем и четвертом теплообменниках, расширяется в дроссельном вентиле Р-2 и частично ожижается. Жидкость накапливается в сборнике, откуда периодически сливается с помощью любого из 2-х сливных сифонов через вентили 3-2 и 3-3 в сосуды Дьюара.

Неожижившийся гелий (обратный поток) проходит через теплообменники III, II, I, нагревается и поступает вновь на всасывание в компрессор 302ГП-6/30.

Подпитка системы гелием, равным количеству ожиженной массы производится либо из рампы чистого гелия 13 с помощью вентиля 3-48, либо из рампы технического гелия. В последнем случае гелий проходит блок очистки низкого давления 21. Его работа аналогична работе блока 22.

В схеме предусмотрена возможность использования гелия, возвращаемого из лабораторий. Чистота этого гелия должна быть не ниже 99,5%. Этот газ сообщается в газгольдере технического гелия и любым из компрессоров 1 или 2 (марки 1ВУВ 45/150) перекачивается в рампу технического гелия.

Следующая страница: 3.1. Системы хранения газообразного гелия