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Stato del sistema di raffreddamento del rivelatore

SPD di ALICERosario Turrisi

Rosario Turrisi - Stato del sistema di raffreddamento del rivelatore SPD - Consiglio di Sezione 9 Luglio 2012Rosario Turrisi - Stato del sistema di raffreddamento del rivelatore SPD - Consiglio di Sezione 9 Luglio 2012

Cooling: working principle Joule-Thomson cycle

sudden expansion + evaporation at constant enthalpy

Fluid C4F10: dielectric, chemically stable, non-toxic, convenient eos Nominal evaporation: 1.9 bar, 15°C

now: difficult procurement

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~40m liqu id pi pes 6 /4 m

m

~35m gas pipe s 12 /10-1 0/8 m

m

heaters

PP4

PP1 PP3

p, T

Filters (60μm)

liquid pumpcapillaries

condenser

compressorcooling tube

enthalpy

pres

sure

two ‘knobs’:liquid-side pressure flow

gas-side pressure

temperature

PP=patch panel

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The issue Performance worsening in time

Minimum acceptance reached: 62.5%, most because of cooling failure

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• extrapolation from last year• assumes constant trend

Start of LS1 <45%

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Critical components Capillaries (CuNi, 550 mm long, 0.5 mm i.d.)

Cooling pipes Phynox, 40 μm wall thickness Round 2.8 mm pipes squeezed to 0.6 mm inner size

Inline filters Fundamental to protect previous items, 60 μm porosity 1 accessible during beam stop 1 accessible dismantling part of ALICE (~6 months job)

(Missing) filter at the plant added after 1 year run a 2 μm filter at the liquid outlet

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no accessPP=patch panel

T

D

X

D = 5.6 mmT = 11.8 mmX = 0.7 mm (~1 mm in the filtering area)

SEM picture of the filter(orange square=1mm2)

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Search and confirm the cause has been a long and painful process, 4 years long

All procedure tested on a dedicated test bench set up by our team with CERN

Many tests performed SEM analysis of PP4 filters enlightening…

many particles of several materials, possible origin: graphite from pumps, weldings, plant’s hydrofilter

The filters mesh has 60 μm size in average smaller sized particles can be stopped and bigger can go through! some pollution can pass the first filter and stop on the second

Once clogged, the second (PP3, not reachable) filter causes: pressure drop lower flow rate

Add the heat-up of the fluid along the supply line, and you have:

poor cooling performance & local inefficiencies

20 μm

Chase the guilty

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The hard way: drillingAfter several (unsuccesful) attempts (solvents, ultrasounds) we went ‘’the hard way’’ with the following procedure:

• drilling: – tungsten carbide tip welded on 5 m long twisted ss cable, rotated by a drill– counter-flow at 200 mbar w/manometer to detect the presence of the hole (~50 mbar

drop)– takes 2-3’

• cleaning: – rilsan pipe connected to a rotary vane vacuum pump to aspire the drilling debris– walk inside the pipe with a twisted ss cable with a magnetic tip fixed at the end– cleaning machine to force counter-flow wise a cleaning fluid– repeat several times the previous steps– last, let the cleaning machine run overnight (or more) with a 60 m filter to collect

particles – analyze this filter with an optical microscope and (if needed) the SEM– redo the cleaning procedure if not happy

TESTED BY DRILLING > 100 FILTERS !

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Ø 2.5 mm ss twisted cable

tungsten carbide 5-faces tip

magnet

cleaning machine

Edwards RV3 rotary vane 2-stage pump

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Fiberscope L=5 m, Ø=1.5 mm

Target point

Access point

4.5 m of ss pipe 4mm i.d.

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The drill team

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Claudio Bortolin

Andrea FrancesconYannick Lesenechal

Samuel Rambaut

Rosario Turrisi

Royal straight: five nice cards but the strength is the team! And we’re well backed by the whole SPD team!

Rosario Turrisi - Stato del sistema di raffreddamento del rivelatore SPD - Consiglio di Sezione 9 Luglio 2012 9

200 μm

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Clean it!Sector #9 drilled on Feb 14

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Material collected by vacuum cleaning after drilling

Material collected afterthe cleaning procedure

Analyses by Norberto Jimenez Mena and Maud Scheubel (EN-MME-MM)

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Materials analyses

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100 μm

100 μm

100 μm

stainless steel

fluorine compounds

silicon compounds(a.k.a. ‘’dust’’…)

Analyses by Norberto Jimenez Mena and Maud Scheubel (EN-MME-MM)

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Interventions and results Drilled 5 filters: sectors 9 (Feb 14), 7 (Feb 27), 6 (Mar 6), 4 & 5 (TS Apr 23-27)

Oldest flow rate values from last November

8 sectors above nominal value 5 drilled, 3 because of vacuum cleaning

Last cleaning of sector 3 restored the possibility to turn it on completely!

new flow rate values

old flow rate values

drilled filters

1.8 g/s = nominal value

121210

11 12 10 121111 11 hs on

12

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Recovered acceptance Acceptance changed from this

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cannot be recoveredcould be recoveredhot

112/120 modules ‘’on’’ - 93.3% NOW RUNNING

65/120 modules ‘’on’’ - 62.5%snapshot from November 10, 2011

…to this!

100% coolin

g effici

ency

!!!

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Recovered the cooling system to 100% efficiency no more ‘’special maintenance’’ until pPb run (unless needed)

The plan for LS1 changed accordingly: no need to move TPC, ITS, etc. (>6 months job!) If needed could do the drilling of the 5 left filters

Finally our soundtrack plays!

…and the SPDer’s

Happy end!

Rosario Turrisi - Stato del sistema di raffreddamento del rivelatore SPD - Consiglio di Sezione 9 Luglio 2012

Attività SPD @ CERNTS3 (17-21 Settembre 2012)• Test in pressione delle vecchie linee di input (2 pp x 4gg)

Durante LS1 (11 Febbraio 2013 – xx/xx/2014)1. Rimozione nuove linee input e subcooling (4 pp x 5gg)2. Ripristino vecchie linee (pulizia, connessioni, leak test) (4 pp x 10gg)3. Consolidamento rack impianto (CERN EN/CV/DC)4. Installazione filtro acqua (CERN EN/CV/DC)5. Ricalibrazione valvole sicurezza (CERN EN/CV/DC) 6. Ricalibrazione sensori temperatura e pressione (2pp x 5gg)7. Foratura filtri di 5 settori (dipendente da andamento prestazioni, 1ppx15gg

+pers. CERN)