Licht gas, zwaar werk

  • Klant

    Vorbuchner GmbH & Co KG

    Project

    Betrouwbare compressie van helium

PROJECTINFORMATIE

Helium in plaats van lucht – verdichting met BOGE-compressoren

De uitdaging
Helium is een zeer licht gas. De soortelijke massa van lucht is zeven keer zo groot als die van helium. Daarom was het in dit project de grootste uitdaging een maximale dichtheid van de compressor te waarborgen.

De BOGE-oplossing
De te gebruiken BOGE SLF 101-3 moest volledig worden aangepast. Elke kleinste bron van lekkage moest worden opgespoord en op nette wijze worden afgedicht.

Het resultaat
Door de goede en nauwe samenwerking tussen Vorbuchner en BOGE ontstond er uit een prototype een bedrijfszeker en efficiënt systeem voor heliumverdichting.

    X

    Vorbuchner GmbH & Co. KG uit het Duitse Kirchweidach is specialist op het gebied van lagetemperatuurtechniek. Het bedrijf heeft onder meer cryotechnische installaties voor heliumtoepassingen in zijn portefeuille – naast de terugwinning staat daarbij vooral het vloeibaar maken van helium op de voorgrond. Vorbuchner is een van de weinige Duitse fabrikanten die installaties voor het vloeibaar maken van helium leveren. Vloeibaar helium genereert de laagste temperaturen. Het koelmiddel wordt vaak op universiteiten en instituten ingezet, bijvoorbeeld voor het koelen van supergeleidende magneten. Voor de universiteit van Gießen ontwikkelde Vorbuchner een complete installatie die vloeibaar helium met een temperatuur van 4,5 K (–268,65 °C) levert. Daarvoor had de cryotechniekspecialist een compressor nodig die helium efficiënt verdicht en daarbij zo goed mogelijk is beschermd tegen lekkage. „De grote uitdaging was de onderdelen van deze machine zodanig af te dichten dat er geen helium kon ontsnappen en er geen lucht kon binnendringen. Want dat zou verontreiniging van het helium tot gevolg hebben“, aldus Wilhelm Vorbuchner, directeur van het bedrijf. Aan deze moeilijke taak wilde persluchtspecialist BOGE zich wel wagen. De voor haar innovaties veelvuldig onderscheiden onderneming uit het Duitse Bielefeld ontwikkelde daartoe een volledig nieuw concept voor haar schroefcompressor SLF 101-3. Deze speciale productie uit de installatiebouw verenigt BOGE-kwaliteit met innovatieve technologie en voldoet daarbij aan het streven van de onderneming om progressie, productiviteit en een lange levensduur in bijzonder efficiënte oplossingen te combineren.

     

    Gasvormig helium wordt vloeibaar

    De nieuw ontwikkelde installatie voor het vloeibaar maken van helium omvat naast de BOGE-schroefcompressor SLF 101-3 twee expansieturbines, een geïntegreerde reiniger voor de behandeling van verontreinigd helium, een vuilgasdroger, een olieverwijderingssysteem en een buffertank. De compressor stelt de vereiste capaciteit van 3,69 tot 10,69 m³/min beschikbaar en verdicht het heliumgas van 1,05 tot 13 bar. Tijdens het comprimeren wordt olie ingespoten voor smering en koeling. Voor het reinigen van het helium maakt BOGE gebruik van een verticale olieafscheider. In een zogenaamde coldbox vindt vervolgens de koudeopwekking plaats. In twee in serie opgestelde turbines expandeert het heliumgas. Door middel van warmtewisselaars wordt het gas volgens het tegenstroomprincipe gekoeld en via een Joule-Thomson-klep een heliumtank ingevoerd. De klep zorgt voor nog meer expansie van het koude gas, dat daardoor nog sterker afkoelt en ten slotte vloeibaar wordt. Daartoe moet in deze coldbox een temperatuur heersen van 4,5 K (–268,65 °C). Met behulp van een uitvriesreiniger wordt het verontreinigde helium behandeld. De in het helium aanwezige lucht condenseert en vriest ten gevolge van afkoelprocessen uit. Neon en waterstofsporen worden verwijderd door middel van koudeadsorbers. Het resultaat is dat de installatie van Vorbuchner 20 tot 33 l vloeibaar en zuiver helium per uur levert.

     

    Hoogste eisen aan de dichtheid

    Helium is een zeer licht gas. De soortelijke massa van lucht is zeven keer zo groot als die van helium. Daarom was het voor de persluchtspecialist BOGE in dit project de grootste uitdaging een maximale dichtheid van de compressor te waarborgen. De gebruikte compressor ziet er weliswaar uit als een traditionele schroefcompressor SLF 101-3, maar veel van zijn componenten zijn vergeleken met het origineel volledig aangepast. Zo werd de aandrijfmotor qua dichtheid geoptimaliseerd. De motor wordt omgeven door een koppelingsbehuizing. Mocht er helium vrijkomen, is hiermee gewaarborgd dat het gas in de behuizing wordt verzameld en kan worden weggeleid. De verticaal geplaatste olieafscheider staat garant voor een geoptimaliseerd proces van olieverwijdering uit het helium. BOGE dichtte leidingen en warmtewisselaars extra af om ontsnappen van het gas te voorkomen. „Elke kleinste lekkagebron moest in de ontwikkelfase worden gevonden“, vertelt Sebastian Krake, projectmanager bij BOGE. „Met deze deels kostbare constructies bereiken wij een hoge procesbetrouwbaarheid.“ Verlies van helium is daarmee vrijwel uitgesloten, evenals de verontreiniging van helium door binnengedrongen lucht.

     

    Flexibel inzetbaar, compact en ruimtebesparend

    De schroefcompressor SLF 101-3 is zeer flexibel inzetbaar. Door de geïntegreerde frequentieomzetter wordt de volumestroom voortdurend aangepast aan de actuele behoefte. Dat leidt tot een duidelijk verbeterde efficiëntie van de installatie. Door de compacte constructie kan de schroefcompressor ruimtebesparend worden geïnstalleerd. Ondanks extra onderdelen en doorgevoerde wijzigingen zijn de afmetingen identiek aan die van een traditionele schroefcompressor van deze vermogensklasse. De onderdelen van de hele installatie zijn bij de klant gemonteerd en ook de onderlinge leidingverbindingen zijn ter plaatse tot stand gebracht; de schroefcompressor staat in een bij de klant aanwezige compressorruimte. Alle buizen en de warmtewisselaar zijn van RVS en garanderen dus een lange levensduur.

     

    Van prototype tot efficiënte installatie

    „Wij hebben gedurende de gehele ontwikkeltijd nauw in contact gestaan met BOGE“, geeft Wilhelm Vorbuchner aan. „De uitstekende samenwerking heeft voor ons geleid tot een succesvolle uitvoering van het installatieconcept.“ Daarmee is er vanuit een prototype een bedrijfszeker en efficiënt systeem voor heliumverdichting voortgekomen. Dit was voor Vorbuchner aanleiding BOGE nog een opdracht te geven. Zo is een zelfde installatie gepland voor gebruik aan een universiteit in Polen, waarin eveneens gebruik wordt gemaakt van een gemodificeerde BOGE-schroefcompressor SLF 101-3. „Omdat binnen de R&D een grote behoefte bestaat aan lagetemperatuurinstallaties, zal er ook in de toekomst veel vraag zijn naar dergelijke systemen“, voorspelt Wilhelm Vorbuchner. BOGE heeft dankzij de nauwe samenwerking met Vorbuchner zijn deskundigheid op het gebied van heliumverdichting kunnen uitbreiden. De persluchtspecialist is voornemens nog meer projecten met de schroefcompressor als heliumverdichter te realiseren. Daarmee breidt BOGE zijn huidige productassortiment voor toepassingen met speciale gassen voortdurend verder uit met stikstofverdichters en stikstof- en zuurstofgeneratoren.

     

    Meer informatie:

    http://www.vorbuchner.com/

Projectverslag lezen 

Toepassing van producten