中国锦屏地下实验室二期重要设备“中集安瑞科造”
发布时间:2019/07/16  发布者:中集安瑞科控股有限公司 人气:1811

---中集安瑞科承建我国首个极深地下实验室二期重要储罐项目

  日前,央视《走遍中国》栏目组实地走访目前世界岩石覆盖最深的实验室——“中国锦屏地下实验室”项目现场,并走进正在建设的1725m³液氮恒温器储罐内部取景采访,了解液氮恒温器储罐建设进展情况及其整个实验室建设的重要意义。

  据悉,1725m³液氮恒温器储罐是该实验室二期项目建设中的重要实验设备之一,建成后将为高纯锗探测器提供低温工作环境及辐射屏蔽作用。如此重要的储罐项目,则由中集安瑞科旗下张家港中集圣达因低温装备有限公司(以下简称“中集圣达因”)承建。该储罐项目的执行,标志着中集圣达因工程常压类产品首次进入高精尖科研应用领域,直接参与并支持国家重大科研项目建设。
 
   世界最深地下实验室二期重要设备“中集安瑞科造”
科研人员迄今的研究和分析表明,暗物质占据宇宙物质总质量的80%以上。发现并研究暗物质,可能引发物理学的革命。暗物质粒子与原子核碰撞会产生微弱信号,如同一束微光,只有在足够黑的房子,用上足够精巧的仪器,将一切推到极限,才可能“看到”。这种足够黑的房子最理想的选择就是地下实验室。

    地下实验室是开展粒子物理学、天体物理学及宇宙学等领域一些重大基础前沿课题的重要研究场所和良好的低本底环境。目前,国际上正在运行和建设的地下实验室有数十个,主要分布在发达国家。长期以来,中国没有自己的地下实验室,因而许多相关研究无法进行,或者只能与国外有条件的实验室联合开展工作。而“中国锦屏地下实验室”的建成彻底结束了这一历史。
 
  据了解,“中国锦屏地下实验室”垂直岩石覆盖达2400米,是目前世界岩石覆盖最深的实验室。它的建成标志着中国已经拥有了世界一流的洁净的低辐射研究平台,能够自主开展像暗物质探测这样的国际最前沿的基础研究课题。该实验室批准的暗物质实验项目之一就是清华大学领导的CDEX(中国暗物质实验)高纯锗暗物质实验,即用高纯锗阵列探测器,捕捉暗物质粒子与锗晶体碰撞时产生的信号。
 
  为最终开展吨量级高纯锗阵列探测器暗物质实验,将探测灵敏度再提升两个量级以上,CDEX合作组计划在该实验室二期利用自主研制的高纯锗探测器,建设1000公斤量级的高纯锗阵列探测器系统。新的探测器阵列,将置身液氮恒温器储罐中,而液氮恒温器储罐,要被放入一个6层楼深的“基坑”。
 
  “鉴于液氮恒温器储罐对地下实验室建设至关重要,清华大学招标是极其严苛的。但中集圣达因在低温装备行业品牌知名度极高,且在工程常压罐类项目建设中积累了丰富的成功经验,且有中集安瑞科集团为依托,因此,在业务洽谈过程中,无论是建造技术方案,还是设计方案,都给清华大学提供了非常专业的可行性建议,最终在2016年11月成功中标。”中集圣达因相关负责人表示。
 
  中集安瑞科精益求精 创造工程奇迹
  “经过一年多时间的前期准备后,2018年7月,储罐项目正式进场建造。但整个过程把控之严、建造难度之大、施工条件之苛刻,都是前所未有的。”该负责人表示,“其中,最大的两个问题就是如何解决极限空气湿度对产品质量的影响,以及如何在受限作业空间内安全作业。”
 
  据悉,1725m3液氮恒温器储罐建造过程中,存在大量的焊接工作和保冷材料施工,这些工序对空气湿度有非常严格的要求。而该储罐处于整个隧道的最内区域,距离隧道口17公里,洞内空气湿度最高达到90%,罐区内整体处于空气水分冷凝状态、岩壁存在大量的渗透水分,如不采取特殊处理措施,基本不能进行焊接和保冷材料安装等相关工序。为保证焊接质量和保冷材料干燥施工条件,必须架设专业通风设备管道除湿。
 
 

  “通风系统是二期实验室建设的关键工程之一。该实验室一期的通风管道是贴着隧道上方洞壁,一直延伸至洞外。但由于二期实验室所处环境的空气湿度非常极端,其所需通风管直径更大,原有方法无法照搬。中集圣达因在与清华大学等研讨后提出方案:通风管道可以综合考虑利用罐区隧道C道口和D道口,铺设专用通风管道,出口末段加装直流风机方案。从最后的架设结果来看,铺设的专用风道管长200米,实现了将近10000m3作业基坑内的空气循环流动,有效解决了施工区域的极限空气湿度问题和焊接烟尘排放问题,极大改善了作业环境。”中集圣达因相关技术负责人表示。

  此外,该储罐项目的作业空间也严重受限。据该技术负责人介绍,整个储罐将在隧道实验室内地面以下直接为18米的圆形深坑内建造。正常规格储罐吊装需要用吊机进行吊高33米,而该项目隧道地面到隧道顶最高才8米,汽车吊装设备无法展开施工。为解决这个问题,项目组专家经过深入研究后,决定改变原常规项目储罐安装顺序,通过合理调整储罐建造顺序,最终确保了各工序无缝连接。
 
  “除了上述两大问题外,在这个要求极高且各方面条件非常欠缺的项目施工过程中,还遇到很多细节问题,中集圣达因团队都通过制定非常专业的专项方案成功解决了,将一个个不可能变成可能,并很好地兼顾了性能、空间和性价比等因素,可以说创造了多项工程奇迹。对此,客户方清华大学都给予了大力支持和充分肯定。目前该项目仍在按照进度有序进行,预计在2019年7月达到机械竣工条件。”中集圣达因负责该项目的项目经理表示。
 
  本次1725m³液氮恒温器储罐项目只是中集圣达因做的“小而精”储罐项目的典型代表。另据悉,在大型储罐建设方面,中集圣达因在业内也是有口皆碑。截至2018年年底,中集圣达因设计并建造的容积在万立方米及以上储罐投产总数为25台,创国内同类储罐工程数量之最。