首套氦膨脹制冷氫液化系統(tǒng)調(diào)試成功 “上天入地”動(dòng)力再添一環(huán)
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近年來(lái)，氫能上升為國(guó)家戰(zhàn)略性能源，我國(guó)航天基地瞄準(zhǔn)“碳達(dá)峰”目標(biāo)，依托技術(shù)和裝備優(yōu)勢(shì)，通過(guò)政策引導(dǎo)和產(chǎn)業(yè)扶持，推進(jìn)氫能研發(fā)應(yīng)用，鼓勵(lì)區(qū)內(nèi)新能源企業(yè)開展氫能動(dòng)力系統(tǒng)研究，布局氫能低碳化、規(guī)模化生產(chǎn)與應(yīng)用，激活科技成果。
近日，由101所研制的我國(guó)首套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，基于氦膨脹制冷循環(huán)的氫液化系統(tǒng)調(diào)試成功，產(chǎn)出液氫、仲氫含量97.4%。目前，該系統(tǒng)已按計(jì)劃順利完成自動(dòng)停機(jī)復(fù)溫程序，累計(jì)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)液氫35個(gè)小時(shí)，生產(chǎn)液氫35.55m³，額定工況透平膨脹機(jī)效率達(dá)80%，完成了變工況和自動(dòng)調(diào)節(jié)考核，設(shè)計(jì)液氫產(chǎn)量為1.7噸/天，實(shí)測(cè)滿負(fù)荷工況產(chǎn)量為2.3噸/天。
據(jù)研究人員介紹，該系統(tǒng)90%以上的設(shè)備采用國(guó)產(chǎn)，歷時(shí)400多個(gè)日夜，經(jīng)幾十次討論、修正、驗(yàn)證，團(tuán)隊(duì)逐一攻克并驗(yàn)證了高效正仲氫轉(zhuǎn)化、高效緊湊型中等規(guī)模氫液化冷箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與集成、核心設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械透平膨脹機(jī)設(shè)計(jì)研制、先進(jìn)的自動(dòng)控制邏輯和控制系統(tǒng)開發(fā)集成、高精度仲氫分析化驗(yàn)關(guān)鍵裝備的設(shè)計(jì)研制、真空復(fù)雜環(huán)境下抗干擾精密溫度測(cè)量采集、液氫自動(dòng)轉(zhuǎn)注以及氫液化系統(tǒng)變工況自動(dòng)調(diào)節(jié)與故障報(bào)警自動(dòng)安全防護(hù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
該項(xiàng)技術(shù)的成功研制不僅在保障運(yùn)載火箭燃料供給方面有重要意義，也為我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)中氫的規(guī)模化儲(chǔ)運(yùn)提供了技術(shù)和裝備基礎(chǔ)。
氫輸送主要有三種方式，一是高壓氣態(tài)運(yùn)輸，這是目前氫能汽車發(fā)展的主流技術(shù)；二是管道輸送；其次就是低溫液氫輸送。液氫的體積能量密度大約是35MPa高壓氣氫的三倍，是70MPa高壓氣氫的1.8倍。從氣態(tài)氫液化為液態(tài)氫需在-253℃實(shí)現(xiàn)，對(duì)于超過(guò)200千米的運(yùn)輸距離，采用液氫時(shí)的運(yùn)輸費(fèi)和能耗費(fèi)之和均低于高壓氣氫，所以液氫在規(guī)模化發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的儲(chǔ)存、運(yùn)輸方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。液氫多用于航天、軍事等領(lǐng)域。
實(shí)際上， 1966年我國(guó)已經(jīng)在液氫領(lǐng)域深入探索。1966年，中國(guó)航天工業(yè)總公司101所建成投產(chǎn)的100L/h氫液化裝置，在氫氣壓力為1.3-1.5MPa，液氮蒸發(fā)溫度為66K左右時(shí)，生產(chǎn)正常氫的液化率可達(dá)25%(100L/h)，生產(chǎn)液態(tài)仲氫(仲氫濃度大于95%)時(shí)，液化率將下降30%，即每小時(shí)生產(chǎn)70L液態(tài)仲氫。該裝置自1966年建成投產(chǎn)到80年代未退役之前，所生產(chǎn)的液氫基本上滿足了我國(guó)第一代氫一氧發(fā)動(dòng)機(jī)研制試驗(yàn)的需要。
1995 年，中國(guó)航天工業(yè)總公司101所從瑞士引進(jìn)的300L/h氫液化裝置采用氦制冷氫液化循環(huán)，后期又陸續(xù)引進(jìn)了液化空氣集團(tuán)的氦制冷氫液化機(jī)，保障了我國(guó)液氫作為燃料的航天器的燃料供應(yīng)。
六院101所是我國(guó)的液氧液氫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中心，長(zhǎng)征五號(hào)使用的大推力液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)、長(zhǎng)征三號(hào)甲系列運(yùn)載火箭三級(jí)主發(fā)動(dòng)機(jī)均在此通過(guò)試驗(yàn)考核，助力我國(guó)探月工程、北斗導(dǎo)航及各類衛(wèi)星航天器發(fā)射任務(wù)。此外，該所還圍繞氫能基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，開發(fā)了航天科技集團(tuán)首套標(biāo)準(zhǔn)化模塊式加氫站，研制建設(shè)了我國(guó)首座液態(tài)儲(chǔ)氫加氫站，研制開發(fā)了我國(guó)首套重型車輛用車載液氫供氣系統(tǒng)，完成車載液氫瓶火燒和爆破試驗(yàn)，為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。
近年來(lái)，101所基于在液氫領(lǐng)域近60年的運(yùn)行維護(hù)應(yīng)用技術(shù)和裝備基礎(chǔ)，逐一攻克并驗(yàn)證了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，截至目前已基本完成我國(guó)商用市場(chǎng)兩個(gè)氫液化系統(tǒng)集成建設(shè)項(xiàng)目。
積極研發(fā)液氫是大勢(shì)所趨，液氫—液氧推進(jìn)劑功不可沒(méi)。依據(jù)液氫的特性和液氫儲(chǔ)運(yùn)的優(yōu)越性，液氫在民用領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣闊。我國(guó)目前已逐漸建立起液氫標(biāo)準(zhǔn)體系，并通過(guò)液氫政策鼓勵(lì)更多的企業(yè)加入民用液氫領(lǐng)域，液氫產(chǎn)業(yè)鏈勢(shì)必得到更好的發(fā)展。
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