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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
2
~4
0m
li quid
pi p
es 6
/4 m
m
~3
5m
gas p
ipes 1
2/ 1
0-1
0/ 8
mm
heaters
PP4
PP1 PP3
p, T
Filters (60μm)
liquid pump
capillaries
condenser
compressorcooling tube
enthalpy
pre
ssu
re
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 Francescon
Yannick 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!
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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% co
oling e
fficie
ncy !!
!
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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 @ CERN
TS3 (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)