Equipamento de sistema de circulação sobrefrio de nitrogênio líquido

Equipamento de sistema de circulação sobrefrio de nitrogênio líquidoO SLNCS é um dispositivo periférico central projetado para osciladores magnéticos permanentes de baixa temperatura (CPMU). A CPMU, como um elemento-chave para a terceira geração de fontes de radiação sincronizada, precisa trabalhar na zona de temperatura do nitrogênio líquido (cerca de 82K) para aumentar o pico do campo magnético (30% a 50% mais do que os osciladores de vácuo) e a coerção (mais de 50%) para obter luz sincronizada de raios X de maior brilho. O SLNCS garante o funcionamento eficiente da CPMU fornecendo uma fonte estável de refrigeração de nitrogênio líquido superrefrigerado e é um equipamento tecnológico importante no campo das fontes de luz de radiação sincronizada internacionalmente.

Indicadores de desempenho básicos

1. Controle de temperaturaTemperatura de funcionamento de saída de nitrogênio líquido frio 78 ~ 80K, precisão de temperatura de controle até ± 0,2K, diferença de temperatura de importação e saída ≤ 3K, para garantir a estabilidade da temperatura do ímã da CPMU.

2. Ajustamento do fluxoFluxo de volume de trabalho 9.7L / min, gama de regulação 2.0 ~ 19.4L / min, pode ser adaptado flexibilmente às diferentes necessidades de carga térmica através do conversor de frequência da bomba de nitrogênio líquido.

3. Controle de pressãoPressão de trabalho: 0,3 MPa (pressão métrica), faixa de regulação 0,15 ~ 0,5 MPa, flutuação de pressão ≤ ± 7,5 kPa, para garantir a estabilidade do nitrogênio líquido em fase única.

4. Capacidade de refrigeraçãoCapacidade de refrigeração máxima de 1300W para atender às necessidades de refrigeração da CPMU sob cargas elevadas.

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Equipamento de sistema de circulação sobrefrio de nitrogênio líquido

Composição do sistema e princípio de funcionamento

1. Estrutura geral

• Frigorífico de baixa temperatura: Núcleo do sistema, integração de fornecimento de frio e componentes de energia circular, incluindo tanques de refrigeração, bombas de nitrogênio líquido, trocadores de calor sobrefrios, dispositivos de controle automático de pressão, etc.

• caixa válvula: Responsável pela regulação do fluxo e funções de reserva, através da válvula de baixa temperatura para controlar a distribuição de nitrogênio líquido, quando a caixa fria falha, pode mudar para a fonte de nitrogênio líquido de reserva, para garantir a operação contínua da CPMU.

• Tubos de isolamento a vácuoConecte a caixa de frio, a caixa de válvula e a CPMU para reduzir a perda de frio e garantir a eficiência da transmissão a baixas temperaturas.

2. Fluxo de trabalho

1. O nitrogênio líquido refrigerado de retorno da CPMU entra no tanque frio através de um tubo de vácuo e é pressionado pela bomba de nitrogênio líquido;

2. O nitrogênio líquido após pressurização entra no trocador de calor sobrefrio, troca de calor com o nitrogênio líquido de pressão normal na caixa fria de Duwan, restaurando o estado sobrefrio (78 ~ 80K);

3. O nitrogênio líquido sobrefrio flui para a CPMU após a regulação da caixa da válvula, absorvendo o calor do ímã;

4. O nitrogênio líquido após a absorção de calor retorna à caixa fria para completar o ciclo.

Projeto de componentes principais

1. caixa fria Dua caixa de válvula

• Os tanques de refrigeração são o núcleo do sistema de circulação de nitrogênio líquido e todos os componentes importantes estão integrados no tanque de refrigeração. O papel da caixa de válvula é a distribuição de nitrogênio sobrerefrigerado fornecido pela caixa fria, através da abertura e fechamento de cada válvula de baixa temperatura na caixa de válvula para ajustar a quantidade de nitrogênio sobrerefrigerado fornecido à CPMU em um valor apropriado; Ao mesmo tempo, a caixa de válvula pode fornecer ao CPMU o papel de separação de fase de nitrogênio líquido e gás líquido de pressão constante em caso de falha da caixa fria, garantindo que a entrada no ciclo seja de fluxo monofásico para operação temporária de baixa temperatura do CPMU.

• A caixa de frio é composta por dois componentes da caixa de frio e uma tampa superior. Os componentes da tampa superior consistem em uma tampa superior, um trocador de calor sobrefrio, uma bomba de nitrogênio líquido, um dispositivo de controle automático da pressão, uma válvula de controle, um sensor de medição da pressão e da temperatura e outros componentes de segurança. A caixa de válvula é composta principalmente por recipientes de vácuo, válvulas pneumáticas de baixa temperatura, válvulas de baixa temperatura manuais, tubos de conexão e outros componentes de medição de segurança. Projeto tridimensional de caixas frias e válvulas como mostrado na Figura 4

• A estrutura de isolamento térmico de vácuo é a estrutura de isolamento térmico de vácuo, Duvane coloca uma certa quantidade de nitrogênio líquido a pressão normal para fornecer a quantidade de frio ao sistema através da evaporação de nitrogênio líquido a pressão normal. A pressão de trabalho do design do cilindro interno é de 0,25 MPa, o material é SUS304, o tamanho é de φ850 mm, a espessura é de 2 mm e a base é a estrutura de cabeça de vedação. O intermediário é a vácuo, o cilindro suporta a pressão externa de 0,1 MPa, o material é SUS304, projetado para cálculo e simulação ANSYS, o tamanho é φ 950 mm, a espessura é 4 mm, a base é a estrutura de cabeça de vedação.

• FunçõesArmazenamento de nitrogênio líquido a pressão constante para fornecer uma fonte fria para o trocador de calor sobrefrio.

2. Dispositivo de controle automático da pressão

• O dispositivo de controle automático de pressão é o componente central do sistema de circulação de nitrogênio líquido, onde a pressão circular de todo o sistema de circulação é gerada e controlada, tornando o nitrogênio líquido circulante em um estado sobrefrio de fluxo monofásico. O dispositivo de controle automático de pressão inclui recipientes de controle de pressão, válvulas de hidratação e válvulas de descarga, dispositivos de aquecimento, medição e controle de pressão, tubos de pressão e componentes de segurança, o dispositivo de controle automático de pressão deve manter uma certa pressão. Essa pressão deve ser muito superior à pressão de vapor saturado do nitrogênio de refluxo para garantir que o nitrogênio de refluxo seja frio demais e que não haja bolhas. O dispositivo de controle automático de pressão tem um aquecedor, através do nitrogênio líquido no recipiente de aquecimento, o dispositivo de controle automático de pressão mantém uma pressão elevada, o dispositivo de controle automático de pressão é conectado ao sistema de circulação através de tubos para transferir a pressão para o sistema de circulação, a pressão é de 0,15 ~ 0,5 MPa (pressão métrica), a temperatura de saturação correspondente é de 86 ~ 96K. A pressão de trabalho normal é de 0,3 MPa (pressão métrica).
  

• Durante o processo de circulação, devido a um certo vazamento do sistema, o nitrogênio líquido no sistema de circulação diminui lentamente. Quando o nitrogênio líquido no dispositivo de controle automático de pressão é reduzido para o valor definido (monitorado pelo superficiemétrico), o tanque de armazenamento de nitrogênio líquido é solicitado para suplementar o nitrogênio líquido no dispositivo de controle automático de pressão. A pressão de trabalho do recipiente de pressão de controle é de 0,15 a 0,5 MPa, a pressão de trabalho comum é de 0,3 MPa e a resistência à pressão é de 1,0 MPa. O material é SUS304 com capacidade de 18 L.

• ComposiçãoConta um recipiente de pressão controlado de 18L (material SUS304, pressão de 1.0MPa), válvula de hidratação / descarga, aquecimento e sensor de pressão.

• PrincípiosManter a pressão de 0,15 a 0,5 MPa (comumente usada em 0,3 MPa) através do aquecimento do nitrogênio líquido no recipiente, assegurando que o nitrogênio líquido circulante seja sobrefrio em fase única; Rehidratação automática quando o nível do líquido é inferior ao valor definido para garantir a estabilidade do sistema.

3. Bomba de nitrogênio líquido de baixa temperatura

• SeleçãoA bomba centrífuga BNCP-30G000 da Barber-Nichols Inc., dos EUA, é adaptada para a regulação do fluxo com um conversor de frequência.

• Desempenho: O fluxo máximo 33L / min, a coluna de nitrogênio líquido de 43m de elevação máxima, pode superar a resistência total do sistema de 63kPa (resistência ao longo de 49kPa + resistência local de 14kPa), para atender às necessidades de regulação do fluxo.

4. Permutador de calor frio

• Materiais e estruturaTubo de cobre violeta (φ25 × 2) feito de disco espiral, comprimento de 27,6 m (com margem de 1,3 vezes), diâmetro de espiral de 800 mm, um total de 11 círculos.

• DesempenhoÁrea de troca de calor: 1.429m², nitrogênio líquido de alta pressão dentro do tubo e nitrogênio líquido de pressão normal fora do tubo de troca de calor eficiente, temperatura de importação 83K, temperatura de saída 80K, para atender aos requisitos de diferença de temperatura de troca de calor 3K.

V. Verificação de testes e confiabilidade

• Estabilidade da pressãoFlutuação de pressão 24h ≤2kPa (bom quando o nível do recipiente de pressão é controlado de 30% ~ 40%), flutuação de pressão de teste offline é de apenas 1,825kPa.

• Temperatura e fluxoDiferença de temperatura de importação e saída < 3K, precisão de controle de temperatura ± 0.2K, gama de regulação de fluxo cobre 2.0 ~ 19.4L / min.

• Redundância de falhasO sistema de reposição pode ser comutado sem problemas em caso de falha na caixa fria, garantindo que a CPMU funcione ininterruptamente.

VI. Valor aplicável