Clamp-on debietmeting in koelcircuits onafhankelijk van magnetische veldinvloeden

Vier KATflow 150 met Profibus DP-interface in hoge-temperatuurtoepassing van een fusiereactor

Fusie-energie biedt de mogelijkheid van koolstofvrije, onbeperkte energie en de bevrijding van de mensheid van de beperkingen van de beperkte hulpbronnen van onze aarde. Wij zijn verheugd dat Katronic's niet-invasieve clamp-on ultrasone flowmetingstechnologie een kleine bijdrage levert aan de exploitatie van een ambitieuze experimentele onderzoeksfaciliteit, de Wendelstein 7-X, een zogenaamde stellarator, in Greifswald, Duitsland. Samen met het Tokamak-project ITER in Zuid-Frankrijk moeten deze langetermijnprojecten een brug slaan naar de toekomst van de eerste fusiecentrales van morgen. De sleutel tot het succes van de toepassing van de debietmeter was de ongevoeligheid van de Katronic-apparatuur voor de enorme magnetische velden die essentieel zijn voor de insluiting van het hoogenergetische plasma dat bij fusie-energie betrokken is.

De Wendelstein 7-X-faciliteit is ringvormig met een diameter van ongeveer 14 m en is gebaseerd op het stellaratorprincipe, waarbij alleen externe spoelen het gedraaide magnetische veld opwekken dat wordt gebruikt om het waterstofplasma op te sluiten dat nodig is voor kernfusie. De vereiste plasmatemperaturen worden onder andere opgewekt door een ICRH-systeem (Ion Cyclotron Resonance Heating). Daartoe worden radiogolven in het kortegolfgebied via een antenne in het plasma gestraald, waar zij worden geabsorbeerd - vergelijkbaar met een microgolf - en zo de temperatuur van het plasma doen stijgen tot 150 miljoen °C. Deze zeer hoge temperatuur, de dichtheid van de deeltjes en voldoende thermische isolatie van het plasma ten opzichte van de omgeving zijn de drie noodzakelijke voorwaarden voor een geslaagd laboratoriumfusie-experiment met een stellarator-magneetveld.

De installatieomgeving van deze ICRH-antenne omvat acht watergekoelde koelcircuits. Dit zijn essentiële technische componenten om te voorkomen dat de antenne oververhit raakt tijdens de lopende fusie-experimenten. De watertemperatuur in de buizen met een binnendiameter van 8 mm bedraagt 150° C bij een maximale druk van 26 bar, en het waterdebiet van alle circuits bedraagt 5,4 m³/h. Voor de debietmeting werden eerst tests uitgevoerd met debietmeters met variabel oppervlak. De invloed van het magnetisch veld van het stellarator spoelsysteem was echter te sterk, zodat deze techniek niet succesvol bleek. De wetenschappers die betrokken waren bij de Wendelstein-experimenten bij LPP-ERM/KMS, het Max Planck-Instituut voor Plasmafysica (IPP) en het Forschungszentrum Jülich moesten vervolgens een oplossing vinden die dit probleem niet had. 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 werkt.

De stationaire clamp-on debietmeter KATflow 150 van Katronic voldeed eindelijk aan alle technische eisen die aan een nieuw debietmeetsysteem werden gesteld. Alle componenten van de meeteenheid moesten niet-magnetisch zijn, wat door de kunststof behuizing van de flowmeeteenheid en de roestvrijstalen behuizing van de gebruikte sensortechniek gegarandeerd werd. Bovendien mocht er geen direct contact met het medium zijn, hetgeen werd gewaarborgd door de montage van de transducer met behulp van clamp-on technologie, en realiseerde men metingen door de pijpwanden van de roestvrijstalen leidingen die in de koelcircuits waren geïnstalleerd.

De in totaal vier geïnstalleerde debietmeters van het type KATflow 150 bewijzen zich zeer goed in deze toepassing bij hoge temperaturen (debietmetingen van gedeïoniseerd water bij 150° C). Via de door de klant gevraagde Profibus DP interface in elk apparaat kunnen de meetgegevens met 4 Mbit/s worden verzonden. Dankzij de gecombineerde temperatuurmeting kunnen de wetenschappers nu de vermogensdissipatie en de energie van de radiogolfstraling aflezen en evalueren, en bovendien het debiet controleren dat nodig is voor de koeling van de ICRH-antenne.

Projectpartner:

Laboratorium voor Plasmafysica, Ecole Royale Militaire-Koninklijke Militaire School (LPP-ERM/KMS), Trilaterale Euregio Cluster (TEC), Brussel

Forschungszentrum Jülich GmbH, Instituut voor energie- en klimaatonderzoek - Plasmafysica, Trilaterale Euregio Cluster (TEC)

Onderzoekscentrum Jülich GmbH, centraal instituut voor techniek, elektronica en analyse

Max Planck-Instituut voor Plasmafysica (IPP), Greifswald