Umrüstung der Heliumverflüssiger-Anlage L280

Description

Umrüstung der Heliumverflüssiger-Anlage L280 Lot 1: Umrüstung der Heliumverflüssiger-Anlage L280 durch die Linde-Kryotechnik AG Für den zukünftigen Betrieb des neuen Beschleunigers „Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator“ (MESA) ist es nötig, die Heliumverflüssiger-Anlage L280 des Instituts für Kernphysik so zu modifizieren, dass Dauerbetrieb des MESA-Beschleunigers gewährleistet ist. Die Heliumverflüssigungsanlage L280 wurde im Jahr 2010 vom Hersteller Linde-Kryotechnik gekauft. Um die Anlage an die neuen Anforderungen anzupassen sind umfangreiche Modifikationen im ganzen System notwendig, die in ihrer Summe nur durch den Hersteller selbst durchgeführt werden können. Für die Aufrüstung der Verflüssigungsrate, vom aktuellen Niveau von ≤ 150 L/h zu der benötigten Verflüssigungsrate >200 L/h für MESA, ist es nötig eine Vorkühlung des einkommenden Heliums mit flüssigem Stickstoff einzubauen. Durch die veränderten Temperaturverhältnisse müssen die Turbinen des Verflüssigers durch einen, auf den neuen Arbeitspunkt optimierten Turbinensatz, aufgerüstet werden. Neben der Erhöhung der Verflüssigungsleistung ist es für den MESA-Betrieb nötig, für das Anfahren des Systems einen definierten Temperaturgradienten ≤ 30 K⁄h zu fahren, bis der Standardbetrieb mit flüssigem Helium erreicht ist. Des Weiteren wird ein Anschluss für die Rücknahme kalten Gases vorgesehen. Da beide Funktionen bisher durch die Anlage nicht vorgesehen sind, müssen umfangreiche Änderungen an der internen Verrohrung und die Integrierung zusätzlicher Kaltventile erfolgen. Die technischen Änderungen erfordern ebenfalls eine vollständige Überholung der Ansteuerung der Anlage. Da der verbaute Standard seit 2016 nicht mehr unterstützt wird, muss die Steuerung sowohl Hardware- als auch softwareseitig angepasst werden. Die Komplexität der Änderungen sowohl im Verflüssigungskreislauf wie auch auf Ansteuerungsseite erfordert tiefgreifende Kenntnis der Struktur der Heliumverflüssiger-Anlage, wie sie nur der Hersteller besitzt. Der gravierendste Umbauschritt, für den die Expertise des Herstellers unerlässlich ist, ist die Integration eines Gasadsorbers zur Gasreinigung bei einem Temperaturniveau von T = 80 K. Dieser ist für den Dauerbetrieb an MESA unerlässlich. Um den Dauerbetrieb von MESA zu gewährleisten, soll ein duales Adsorbersystem integriert werden, da bei einer erhöhten Verunreinigung des Heliums eine zu lange Regenerationsphase zu einem Ausfall des Heliumverflüssigers führt. Dieses duale Adsorbersystem verringert das Risiko durch einen Wechselbetrieb, solange die Gasverunreinigung eine gewisse Schwelle nicht überschreitet. Da bei der Anschaffung der Anlage ein Adsorber nicht vorgesehen war, wurde der Vakuumtank zu klein für einen einfachen Einbau ausgelegt. Um eine Integration des dual-Adsorbers in das Gesamtsystem zu ermöglichen sind umfangreichste Kenntnisse der Anlage nötig, wie sie nur der Hersteller besitzt. Auf Grund dieser technischen Schwierigkeit und der benötigten Detailkenntnis der Anlage, wie sie nur der Hersteller besitzt, ist die Vergabe der Umrüstung der Heliumverflüssiger-Anlage L280 an die Linde-Kryotechnik AG nötig.