Heliumverflüssigung

Allgemeine Prozessbeschreibung

Der Verflüssiger ist eine vollautomatisch arbeitende, prozessorgesteuerte Kälteanlage mit Schraubenverdichter, Expansionsturbinen und integriertem Reiniger zur Verarbeitung von verunreinigtem Helium (He).

Eigenschaften

Universelle Einsetzbarkeit (Verflüssiger, Refrigerator, Strahlungsschildkühlung)
Einfache Bedienung
Vollautomatischer Betrieb
Automatischer Reiniger ohne externe Kühlung
Modulare, kompakte Bauweise
Extrem leise und vibrationsfrei
Keine speziellen Befestigungen oder Fundamente erforderlich
Optional – Leistungssteigerung durch LN2-Vorkühlung

Der Kälteprozess

Die Kälteerzeugung findet nach dem Claude Prozess statt.

Kompression

Ein Schraubenverdichter komprimiert gereinigtes Helium von 1,05 auf ca. 12,5 bar unter ständiger Abführung der entstehenden Kompressionswärme. Ölspuren werden im Kreislaufgas durch Coalescer-Filter und einen speziellen Ölabsorber entfernt.

Expansion

Die eigentliche Kälteerzeugung findet durch zwei, in Reihe geschaltete, dynamisch gasgelagerte Expansionsturbinen statt, wobei ein Teil des Kreislaufgases arbeitsleistend entspannt wird. Im stationären Betrieb beträgt die Endtemperatur nach der zweiten Turbine ca. 12 K.

Bei Temperaturen unter 8 K wird ein Teil des Kreislaufgases durch ein Joule-Thomson-Ventil (JT) auf ca. 1,3 bar entspannt. Hierbei entsteht z.T. flüssiges Helium mit einer Temperatur von ca. 4,5 K. In der Transferleitung wird das 4,5 K kalte Helium vom Joule-Thomson-Ventil zum Flüssigheliumtank befördert.

Wärmetauscher

Das bei der Entspannung entstehende Helium-Kaltgas wird zusammen mit dem Niederdruckstrom aus den Turbinen im Gegenstromprinzip zur Abkühlung des warmen Gases verwendet und in einem ständigen Kreislauf geführt. Hierbei werden Aluminium-Plattenwärmetauscher eingesetzt.

Ausfrier Reiniger

Um Verlegungen durch ausgefrorene Verunreinigungen im Prozess zu vermeiden, darf im Verflüssigungskreislauf nur Reinsthelium verwendet werden. Helium, welches in die Rückgewinnung geführt wird, ist jedoch mit Luft, Stickstoff oder anderen Gasen kontaminiert. Auch die Diffusion von Luft in verschiedenen Komponenten (Gasblase / Gasometer) wirken sich negativ auf die Gasqualität aus. In Heliumverflüssigern werden meist integrierte Reinigungsstraßen angestrebt, welche die Kälte aus dem Prozessgas verwenden. Dies hat zum Vorteil, dass keine zusätzlichen Betriebsmittel wie LN2 benötigt werden. Außerdem kann das verschmutzte Helium auf ca. 30 K abgekühlt werden, um Restverschmutzung auszufrieren.

Standard Leistungsumfang

Schraubenverdichter
Gas Management System / Oil Remover System
Coldbox
Reingaspuffer
Schmutzgastrockner
Steuerschrank und SCADA System

Referenzen

Heliumrückgewinnung
Heliumverflüssigung

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