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首套氦膨脹制冷氫液化系統調試成功 “上天入地”動力再添一環
2021年09月16日 09:29:38
來源：化工儀器網 點擊量：7918
近日，由101所研制的我國首套具有自主知識產權，基于氦膨脹制冷循環的氫液化系統調試成功，產出液氫、仲氫含量97.4%。目前，該系統已按計劃順利完成自動停機復溫程序，累計連續穩定生產液氫35個小時，生產液氫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考核，設計液氫產量為1.7噸/天，實測滿負荷工況產量為2.3噸/天。
【化工儀器網 項目成果】近年來，氫能上升為國家戰略性能源，我國航天基地瞄準“碳達峰”目標，依托技術和裝備優勢，通過政策引導和產業扶持，推進氫能研發應用，鼓勵區內新能源企業開展氫能動力系統研究，布局氫能低碳化、規?；a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權，基于氦膨脹制冷循環的氫液化系統調試成功，產出液氫、仲氫含量97.4%。目前，該系統已按計劃順利完成自動停機復溫程序，累計連續穩定生產液氫35個小時，生產液氫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考核，設計液氫產量為1.7噸/天，實測滿負荷工況產量為2.3噸/天。
據研究人員介紹，該系統90%以上的設備采用國產，歷時400多個日夜，經幾十次討論、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開發集成、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變工況自動調節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，也為我國氫能產業中氫的規模化儲運提供了技術和裝備基礎。
氫輸送主要有三種方式，一是高壓氣態運輸，這是目前氫能汽車發展的主流技術；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。從氣態氫液化為液態氫需在-253℃實現，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，所以液氫在規模化發展氫能產業的儲存、運輸方面具有明顯優勢。液氫多用于航天、軍事等領域。
實際上， 1966年我國已經在液氫領域深入探索。1966年，中國航天工業總公司101所建成投產的100L/h氫液化裝置，在氫氣壓力為1.3-1.5MPa，液氮蒸發溫度為66K左右時，生產正常氫的液化率可達25%(100L/h)，生產液態仲氫(仲氫濃度大于95%)時，液化率將下降30%，即每小時生產70L液態仲氫。該裝置自1966年建成投產到80年代未退役之前，所生產的液氫基本上滿足了我國第一代氫一氧發動機研制試驗的需要。
1995 年，中國航天工業總公司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，后期又陸續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動機試驗中心，長征五號使用的大推力液氧液氫發動機、長征三號甲系列運載火箭三級主發動機均在此通過試驗考核，助力我國探月工程、北斗導航及各類衛星航天器發射任務。此外，該所還圍繞氫能基礎設施領域，開發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儲氫加氫站，研制開發了我國首套重型車輛用車載液氫供氣系統，完成車載液氫瓶火燒和爆破試驗，為氫能產業發展提供了有力支撐。
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集成建設項目。
積極研發液氫是大勢所趨，液氫—液氧推進劑功不可沒。依據液氫的特性和液氫儲運的優越性，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加入民用液氫領域，液氫產業鏈勢必得到更好的發展。
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