Clamp-on-debietmeting in koelcircuits
Voor de koelcircuits van het fusieonderzoeksproject Wendelstein 7-X zijn stationaire KATflow 150-debietmeters geïnstalleerd. De clamp-on-systemen maken betrouwbare metingen van gedeïoniseerd water mogelijk onder extreme temperatuur- en magnetische veldomstandigheden.
Vier KATflow 150 met Profibus DP-interface in een toepassing bij hoge temperaturen in een fusiereactor
Fusie-energie heeft het potentieel om de mensheid van koolstofvrije, onbeperkte energie te voorzien en ons te bevrijden van de beperkingen die de eindige hulpbronnen van onze aarde met zich meebrengen. We zijn verheugd dat de niet-invasieve 'clamp-on'-ultrasone debietmeettechniek van Katronic een kleine bijdrage levert aan de werking van een ambitieuze experimentele onderzoeksinstallatie: de Wendelstein 7-X, een zogenaamde stellarator, in Greifswald, Duitsland. Samen met het Tokamak-project ITER in Zuid-Frankrijk moeten beide langetermijnprojecten een brug slaan naar de eerste fusie-energiecentrales van morgen. Bepalend voor de succesvolle toepassing van de debietmeter was de ongevoeligheid van de Katronic-apparaten voor de enorme magnetische velden die cruciaal zijn voor het opsluiten van het hoogenergetische plasma.
De Wendelstein 7-X-installatie heeft een ringvormige opbouw met een diameter van ongeveer 14 m. Ze is gebaseerd op het stellarator-principe, waarbij uitsluitend externe spoelen het gedraaide magnetische veld genereren waarmee het voor kernfusie benodigde waterstofplasma wordt ingesloten. De benodigde plasmatemperaturen worden onder andere gegenereerd via een ICRH-systeem (Ion Cyclotron Resonance Heating). Hiervoor worden via een antenne radiogolven in het kortegolfbereik in het plasma gestraald, die daar – net als bij een magnetron – worden geabsorbeerd en zo de temperatuur van het plasma tot 150 miljoen °C verhogen. Deze zeer hoge temperatuur, de deeltjesdichtheid en een voldoende warmte-isolatie van het plasma ten opzichte van de omgeving zijn de drie noodzakelijke voorwaarden voor een succesvol fusie-experiment in het laboratorium met een stellarator-magnetisch veld.
De installatieomgeving van deze ICRH-antenne omvat acht watergekoelde koelcircuits. Dit zijn essentiële technische onderdelen om te voorkomen dat de antenne tijdens lopende fusie-experimenten oververhit raakt. De watertemperatuur in de leidingen met een binnendiameter van 8 mm bedraagt 150 °C bij een maximale druk van 26 bar; het waterdebiet van alle circuits is 5,4 m³/h. Voor de debietmeting werden aanvankelijk proeven uitgevoerd met vlotterdebietmeters. De invloed van het magnetische veld van het stellarator-spoelsysteem was echter te sterk, waardoor deze techniek niet voldeed. De wetenschappers van de LPP-ERM/KMS, het Max-Planck-Instituut voor Plasmafysica (IPP) en het Onderzoekscentrum Jülich, die betrokken waren bij de Wendelstein-experimenten, moesten vervolgens een andere oplossing ontwikkelen. Vanwege het gedeïoniseerde water dat in de koelcircuits wordt gebruikt, was een tweede selectiecriterium het vinden van een debietmeetsysteem dat onafhankelijk van de geleidbaarheid van het medium functioneert.
De stationaire clamp-on-debietmeter KATflow 150 van Katronic voldeed uiteindelijk aan alle technische eisen die aan een nieuw debietmeetsysteem werden gesteld. Alle onderdelen van de meeteenheid moesten niet-magnetisch zijn, wat werd gewaarborgd door de kunststof behuizing van de debietmeeteenheid en de roestvrijstalen behuizing van de gebruikte sensoren. Bovendien mocht er geen direct contact met het medium plaatsvinden. Dit werd gewaarborgd door de bevestiging van de transducers met behulp van clamp-on-technologie en doordat metingen konden worden uitgevoerd door de wand van de roestvrijstalen leidingen die in de koelcircuits waren geïnstalleerd.
De in totaal vier geïnstalleerde debietmeters van het type KATflow 150 bewijzen hun waarde uitstekend in deze toepassing bij hoge temperaturen (debietmetingen van gedeïoniseerd water bij 150 °C). Via de door de klant gewenste Profibus-DP-interface in elke eenheid kunnen de meetgegevens met 4 Mbit/s worden verzonden. Dankzij de gecombineerde temperatuurmeting zijn de wetenschappers nu in staat om, naast het verifiëren van het debiet dat nodig is voor de koeling van de ICRH-antenne, ook het vermogensverlies en de energie van de radiogolfstraling af te lezen en te evalueren.
Partners van het project:
Laboratory for Plasma Physics, Ecole Royale Militaire-Koninklijke Militaire School (LPP-ERM/KMS), Trilateral Euregio Cluster (TEC), Brussel
Forschungszentrum Jülich GmbH, Instituut voor Energie- en Klimaatonderzoek – Plasmafysica, Trilateral Euregio Cluster (TEC)
Forschungszentrum Jülich GmbH, Centraal Instituut voor Engineering, Elektronica en Analytiek
Max-Planck-Instituut voor Plasmafysica (IPP), Greifswald
