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首套氦膨脹制冷氫液化系統(tǒng)調試成功 “上天入地”動力再添一環(huán)
2021年09月16日 09:29:38
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：7920
近日，由101所研制的我國首套具有自主知識產(chǎn)權，基于氦膨脹制冷循環(huán)的氫液化系統(tǒng)調試成功，產(chǎn)出液氫、仲氫含量97.4%。目前，該系統(tǒng)已按計劃順利完成自動停機復溫程序，累計連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)液氫35個小時，生產(chǎn)液氫35.55m，額定工況透平膨脹機效率達80%，完成了變工況和自動調節(jié)考核，設計液氫產(chǎn)量為1.7噸/天，實測滿負荷工況產(chǎn)量為2.3噸/天。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近年來，氫能上升為國家戰(zhàn)略性能源，我國航天基地瞄準“碳達峰”目標，依托技術和裝備優(yōu)勢，通過政策引導和產(chǎn)業(yè)扶持，推進氫能研發(fā)應用，鼓勵區(qū)內新能源企業(yè)開展氫能動力系統(tǒng)研究，布局氫能低碳化、規(guī)模化生產(chǎn)與應用，激活科技成果。
近日，由101所研制的我國首套具有自主知識產(chǎn)權，基于氦膨脹制冷循環(huán)的氫液化系統(tǒng)調試成功，產(chǎn)出液氫、仲氫含量97.4%。目前，該系統(tǒng)已按計劃順利完成自動停機復溫程序，累計連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)液氫35個小時，生產(chǎn)液氫35.55m³，額定工況透平膨脹機效率達80%，完成了變工況和自動調節(jié)考核，設計液氫產(chǎn)量為1.7噸/天，實測滿負荷工況產(chǎn)量為2.3噸/天。
據(jù)研究人員介紹，該系統(tǒng)90%以上的設備采用國產(chǎn)，歷時400多個日夜，經(jīng)幾十次討論、修正、驗證，團隊逐一攻克并驗證了高效正仲氫轉化、高效緊湊型中等規(guī)模氫液化冷箱結構設計與集成、核心設備高速旋轉機械透平膨脹機設計研制、先進的自動控制邏輯和控制系統(tǒng)開發(fā)集成、高精度仲氫分析化驗關鍵裝備的設計研制、真空復雜環(huán)境下抗干擾精密溫度測量采集、液氫自動轉注以及氫液化系統(tǒng)變工況自動調節(jié)與故障報警自動安全防護等多項關鍵技術。
該項技術的成功研制不僅在保障運載火箭燃料供給方面有重要意義，也為我國氫能產(chǎn)業(yè)中氫的規(guī)?；瘍\提供了技術和裝備基礎。
氫輸送主要有三種方式，一是高壓氣態(tài)運輸，這是目前氫能汽車發(fā)展的主流技術；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℃實現(xiàn)，對于超過200千米的運輸距離，采用液氫時的運輸費和能耗費之和均低于高壓氣氫，所以液氫在規(guī)?；l(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的儲存、運輸方面具有明顯優(yōu)勢。液氫多用于航天、軍事等領域。
實際上， 1966年我國已經(jīng)在液氫領域深入探索。1966年，中國航天工業(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，生產(chǎn)正常氫的液化率可達25%(100L/h)，生產(chǎn)液態(tài)仲氫(仲氫濃度大于95%)時，液化率將下降30%，即每小時生產(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第一代氫一氧發(fā)動機研制試驗的需要。
1995 年，中國航天工業(yè)總公司101所從瑞士引進的300L/h氫液化裝置采用氦制冷氫液化循環(huán)，后期又陸續(xù)引進了液化空氣集團的氦制冷氫液化機，保障了我國液氫作為燃料的航天器的燃料供應。
六院101所是我國的液氧液氫火箭發(fā)動機試驗中心，長征五號使用的大推力液氧液氫發(fā)動機、長征三號甲系列運載火箭三級主發(fā)動機均在此通過試驗考核，助力我國探月工程、北斗導航及各類衛(wèi)星航天器發(fā)射任務。此外，該所還圍繞氫能基礎設施領域，開發(fā)了航天科技集團首套標準化模塊式加氫站，研制建設了我國首座液態(tài)儲氫加氫站，研制開發(fā)了我國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，為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。
近年來，101所基于在液氫領域近60年的運行維護應用技術和裝備基礎，逐一攻克并驗證了多項關鍵技術，截至目前已基本完成我國商用市場兩個氫液化系統(tǒng)集成建設項目。
積極研發(fā)液氫是大勢所趨，液氫—液氧推進劑功不可沒。依據(jù)液氫的特性和液氫儲運的優(yōu)越性，液氫在民用領域的應用場景十分廣闊。我國目前已逐漸建立起液氫標準體系，并通過液氫政策鼓勵更多的企業(yè)加入民用液氫領域，液氫產(chǎn)業(yè)鏈勢必得到更好的發(fā)展。
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