Brevet FR2042604A1 — publié le 19710212

La présente invention concerne un appareillage de sécurité pour installation de réacteur nucléaire*. les installations de réacteur nucléaire sont couramment enfermées dans des enceintes ou récipients de sécurité, en béton 5 ou acier, destinés à maintenir dans une zone délimitée, en cas d'accident survenu dans l'installation de réacteur, les corps radio-actifs tels que réfrigérant primaire ou secondaire du réacteur, liquide ou vaporisé, et les produits de fission à 1' état solide dissous ou gazeux, qui risqueraient autrement de 10 contaminer le voisinage. Ainsi, l'enceinte de sécurité doit pouvoir supporter des hausses de pression intérieure et est normalement conçue pour répondre au cas où la totalité du réfrigérant primaire serait libéréedans l'espace intérieur de l'enceinte de sécurité ; or, de très fortes hausses de pression peuvent appa-15 raître lors d'accidents libérant l'eau sous pression qui constitue le réfrigérant primaire. S'il est possible de provoquer, en cas d'accident, la condensation des vapeurs de réfrigérant dans l'enceinte de sécurité, la pression n'atteint dans cette dernière qu'une valeur finale plus faible, ce qui permet de donner à 1' 20 enceinte des dimensions et/ou une épaisseur de paroi plus faibles ; en variante ou en outre, la hausse de pression est moins rapide, de sorte qu'on dispose de plus de temps pour prendre d' autres mesures de protection. La présente invention a pour but de proposer un appareillage conçu de manière telle qu'en cas d' 25 accident survenu dans l'installation de réacteur, une condensation dans le récipient de sécurité des vapeurs émanant de l'installation de réacteur soit assurée automatiquement chaque fois que la pression régnant dans 1 ' enceinte de sécurité dépasse une valeur limite donnée. 50 La présente invention a pour objet un appareillage assurant une condensation de vapeur de sécurité, dans une enceinte de sécurité renfermant une installation de réacteur nucléaire à réfrigérant sous pression à l'état de vapeur et/ou de liquide, qui comprend un réservoir de liquide pouvant contenir une masse de 35 liquide capable de condenser la vapeur dudit réfrigérant et faisant partie, en régime normal, d'un joint liquide prévu entre 1' espace qui surmonte, dans le réservoir, ladite masse de liquide et l'espace de l'enceinte de sécurité extérieure à l'installation de réacteur nucléaire, et Tin moyen d'évacuation agencé pour 40 faire régner dans le premier des espaces précités une pression 70 1736k 2 2042604 plus faible.que celle régnant dans le second de ces espaces. Le réservoir à liquide peut être formé par un compartiment situé au niveau de la paroi de l'enceinte de sécurité, par exemple compartiment annulaire ou incurvé délimité extérieurement par 5 la paroi de la dite enceinte et intérieurement par une cloison annulaire ou incurvée dont la base s'étend au-dessous de la surface du joint liquide. En variante, le réservoir à liquide peut comporter une enceinte de condensation, disposée dans l'espace de sécurité, dont l'extrémité inférieure est reliée par un tuyau 10 à coude de retour à la base d'une nappe de liquide. Suivant une autre variante, le réservoir à liquide peut comporter une enceinte de condensation disposée dans l'espace de.sécurité et dont 1' extrémité inférieure communique directement avec 11 intérieur d' une nappe de liquide. 15 Ainsi, l'invention vise encore un appareillage assurant une condensation de vapeur de sécurité dans un récipient de sécurité renfermant une installation de réacteur nucléaire à réfrigérant sous pression à l'état de vapeur et/ou de liquide, comprenant une enceinte de condensation disposée dans le récipient de sécu-20 rité pour contenir une masse de liquide qui.soit capable de condenser la vapeur dudit réfrigérant et communique par son extrémité inférieure avec l'intérieur d'une nappe de liquide soumise à la pression régnant dans l'espace de sécurité, extérieurement à l'installation de réacteur nucléaire, et un moyen d'évacuation 25 agencé pour faire régner dans l'espace d'enceinte surmontant la masse de liquide une pression inférieure à celle régnant dans ledit espace du récipient de sécurité. On va maintenant décrire à titre d'exemple trois modes de réalisation de l'invention en se référant au dessin schématique 30 annexé, sur lequel : la figure 1 est une vue en élévation, en coupe suivant la ligne I-I de la figure 2, d'une installation de réacteur nucléaire enfermée dans un récipient de sécurité qui contient aussi un appareillage destiné à assurer une condensation de vapeur de 35 sécurité, comportant un réservoir de condensation sous dépression ; la figure 2 est une.vue en plan de cette installation, en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 la figure 3 est une vue de détail,, analogue à- la.figure 1, 40 illustrant une variante ; et 70 17364 3 2042604 la figure 4 est une vue analogue à la figure 3, illustrant une autre variante. Les figures 1 et 2 du dessin montrent une installation de réacteur nucléaire, comprenant une enceinte sous pression 14 qui 5 renferme un coeur, non représenté, de réacteur nucléaire refroidi par eau sous pression et une enceinte d'échange de chaleur 16 - renfermant des moyens d'échange de chaleur, non représentés, a-gencés pour transmettre de la chaleur du réfrigérant primaire du coeur, par exemple eau sous pression, à un réfrigérant secondai-10 re, cette installation étant logée dans un récipient de sécurité 10 qui contient aussi un réservoir de condensation sous dépression 42. Le récipient de sécurité 10 comprend une "base circulaire 20, une paroi cylindrique 22 partant vers le haut du pourtour-de la 15 base 20 et un dôme circulaire 24 qui referme le récipient au sommet. Une grille circulaire 34, qui s'étend horizontalement en travers de 1'intérieur du récipient, divise ce dernier en un espace supérieur 35 et un espace inférieur subdivisé par des cloisons radialement espacées, intérieure 28 et extérieure 30, en un 20 compartiment intérieur 29» délimité par la cloison 28, un compartiment annulaire intermédiaire 31» délimité par les cloisons 28 et 30, et un compartiment annulaire extérieur 33» délimité par la cloison 30 et la paroi 22. Les cloisons 28 et 29 constituent des blindages primaire et secondaire respectivement. L'ensemble de 25 l'espace intérieur du récipient de sécurité est normalement sous pression atmosphérique ou sensiblement, des moyens non représentés étant de préférence prévus pour le maintenir sous pression légèrement sub-atmosphérique. L'enceinte sous pression 14 du réacteur repose, dans la par-30 tie inférieure du compartiment intérieur 29» sur une jupe de support 26. En travers du compartiment 29 s'étend, au-dessus de 1' enceinte sous pression 14, une cloison 68 en forme de dôme et, au-dessous de cette cloison, la cloison 28 est percée d'un certain nombre de trous 66, dont les plus élevés ne sont pas guère 35 situés plus haut qu'à mi-hauteur de la cloison et qui sont de V_" préférence munis chacun d'une plaque articulée 67» agencée pour se dépkcer de manière à laisser du fluide gazeux passer, à travers le trou, du voisinage de l'enceinte de réacteur sous pression dans le compartiment annulaire intermédiaire 31» mais à in-40 terdire la traversée du trou en sens inverse par du fluide gazeux. 70 17364 4 2042604 L'enceinte d'échange de chaleur 16 est disposée dans le compartiment annulaire intermédiaire 31. La eloison 30 est percée dans sa partie inférieure d'un certain nosibre de trous 36 établissant une communication entre les compartiments 31 et 33- La 5 partie supérieure de l'enceinte d'échange de chaleur 16 est entourée, dans le compartiment annulaire intermédiaire 31» par un déflecteur 69 faisant écran entre cette partie supérieure et la partie haute en regard du compartiment 31. L'installation de réacteur nucléaire comporte un agencement de circulation oonvena-10 ble comportant des conduits 18 qui font passer du réfrigérait primaire de l'enceinte sous pression 14 dans l'enceinte d'échange de chaleur 16 et le renvoient ensuite de sette enceinte 16 dans l'enceinte 14, et une pompe de circulation de réfrigérant primaire 19. 15 Le réservoir de condensation sous dépression 42 est disposé dans le compartiment annulaire extérieur 33» Il comprend une enceinte de forme générale cylindrique, soutenue verticalement par des profilés de support en acier 43, qui présente une extrémité supérieure hémisphérique 38 et, à la base, un embout ouvert 45, 20 dirigé vers le bas. Le réservoir est relié par son sommet, au moyen d'un tuyau 46, à un moyen d'évacuation 44. Une certaine quantité d'eau, contenant éventuellement de l'acide borique en solution, forme, en régime normal de fonctionnement du réacteur, à la base du compartiment annulaire extérieur» line nappe d'eau 40 25 dans laquelle plonge l'ajutage 45 et le réservoir contient une masse d'eau dont la surface est située plus haut que celle de la nappe, grâce à l'action du moyen d'évacuation. La nappe d'eau peut s'étendre tout autour de la base du compartiment annulaire extérieur ; toutefois, dans l'exemple choisi, des cloisons ra-30 diales 65 (figure 2) sont prévues à la base de ce compartiment pour confiner la nappe d'eau, sur la base dudit compartiment, sur un secteur circulaire d'environ 120°. Quand la nappe d'eau est ainsi confinée, les cloisons de confinement 65 doivent être assez hautes pour la retenir même si, par suite d'un défaut de fonction-35 nement du moyen d'évacuation 44 ou pour tout autre motif, toute la masse d'eau normalement située dans le réservoir s'écoule dans la nappe. Aucun des trous 36 ménagés dans la cloison extérieure 30 au-dessus de la nappe ne doit être placé assez bas pour permettre à de l'eau de la nappe de passer dans le compartiment voi-40 sin 31 si toute la masse d'eau normalement située dans le réser 70 17364 5 2042604 voir vient à s'écouler dans la nappe, et ceci notamment si du matériel auxiliaire est monté sur la base du compartiment 31. La face extérieure de la partie de réservoir contenant normalement la masse d'eau est revêtue d'isolant thermique 70. 5 Le moyen d'évacuation 44 est logé dans le compartiment annu laire intermédiaire 31 et comprend toute pompe à vide convenable ' propre à pomper de l'air et de la vapeur d'eau et à maintenir, en fonctionnant en continu ou par intermittence, un écart de pression notable, plus ou moins constant, entre l'espace inté-10 rieur du réservoir 42 et l'ensemble de l'espace délimité par le récipient de sécurité 10. Du fait qu'une partie de la masse d' eau contenue dans le réservoir s'évapore dans l'espace sous dépression qui la surmonte, cette massé d'eau est refroidie, ainsi que l'eau formant la nappe 40, qui est en contact avec ladite 15 masse et située plus bas qu'elle. Pour condenser la vapeur d'eau prélevée par la pompe à vide, le moyen d'évacuation comporte un condenseur convenable, d'où le condensé retourne dans la nappe 40, qui peut être du genre fonctionnant par pompage de liquide réfrigérant propre à condenser la vapeur d'eau soutirée par la 20 pompe à vide en lui faisant subir un prélèvement de chaleur. Des moyens non représentés sont prévus pour opérer sur la nappe 40 des apports ou des prélèvements d'eau destinés à lui conserver normalement un niveau constant. La grille circulaire 34 porte sur sa face supérieure une 25 multiplicité de plaques articulées 36 agencées pour se déplacer afin de permettre à du fluide gazeux de traverser la grille vers le haut, mais d'interdire à du fluide gazeux la traversée de la grille vers le bas. La référence numérique 36A désigne l'une de' ces plaques 36 tombée en position basse, qui empêche du fluide 30 gazeux de traverser la grille vers le bas en la franchissant, les autres plaques 36 étant représentées dans des positions où elles permettent à du fluide gazeux de les franchir vers le haut. Pendant fonctionnement normal de l'installation de réacteur nucléaire, le moyen d'évacuation 44 maintient dans la partie 35 basse du réservoir 42 une masse d'eau froide en contact avec une nappe sous-jacente 40 d'eau froide. Si de l'eau sous pression formant réfrigérant primaire vient à s'échapper de l'un quelconque des organes de l'installation de réacteur, une fraction de cette eau se transforme en vapeur par vaporisation instantanée, 40 la pression globale régnant dans le récipient de sécurité 10 s' 70 17364 6 2042604 élève et de l'eau tend à être refoulée de la nappe 40 dans le réservoir 42. Si la hausse de pression globale est suffisante, le niveau d'eau de la nappe baisse jusqu'à démasquer le débouché ouvert de l'ajutage 45 situé à la base du réservoir 42, après 5 quoi, à mesure que ladite pression globale s'élève, du fluide gazeux peut passer du récipient de sécurité dans le réservoir 42. Dès qu'il pénètre dans le réservoir 42, le fluide gazeux entre nécessairement en contact avec la masse d'eau froide contenue dans ce réservoir, qui tend à condenser rapidement la va-10 peur d'eau qu'il véhicule, de sorte que la hausse de pression globale apparue dans le récipient de sécurité est plus faible et plus lente qu'elle ne le serait autrement lors d'une fuite à un débit donné d'eau sous une pression donnée à partir de l'installation de réacteur nucléaire. On rend ainsi plus efficaces 15 les mesures à action moins rapide, telles que pulvérisation d' eau, éventuellement prises pour faire baisser la pression. Etant donné que la masse d'eau contenue dans le réservoir 42 ne peut condenser que la vapeur d'eau et non l'air contenu dans le fluide gazeux qui pénètre dans le réservoir 42, il est 20 bon de limiter le pourcentage d'air présent en mélange dans la vapeur d'eau qui s'échappe de l'installation de réacteur nucléaire et passe, en cas de fuite, dans la base du réservoir 42. Pour réduire ce pourcentage, on peut adopter les mesures suivantes : munir la grille 34 des plaques articulées 36 qui empêchent 25 1 ' air présent dans 1 ' espace 35 «le se joindre au courant de vapeur d'eau passant de l'installation de réacteur dans le réservoir 42 (tout en permettant à du fluide gazeux en cours de dilatation de passer vers le haut dans l'espace 35) » éviter de percer des trous dans les parties supérieures des cloisons séparant les com-30 partiments, de manière à ce que l'air présent dans ces parties tende à demeurer immobile ; s'abstenir de percer des trous dans la cloison 68 qui s1 étend en travers du compartiment intérieur 29, au-dessus de l'enceinte de réacteur nucléaire 14 qu'il contient et au-dessous de la partie supérieure de la cloison 28, ce 35 qui isole la partie supérieure du compartiment intérieur, et 1' air qu'elle contient éventuellement, du fluide gazeux ambiant présent dans l'enceinte sous pression ; prévoir le déflecteur 69 qui entoure le sommet de l'enceinte d'échange de chaleur 16 et interdit la pénétration immédiate dans la partie supérieure du 40 compartiment annulaire intermédiaire.31, délimitée par des par 70 1736k 7 2042604 ties supérieures des cloisons non perforées et qui peut contenir de l'air, de la vapeur d'eau éventuellement libérée par une fuite apparue dans la partie supérieure de l'enceinte d'échange de chaleur. 5 Bien entendu, on peut prévoir dans le récipient de sécurité 10 plusieurs réservoirs de condensation sous dépression, conçus et agencés pour fonctionner comme décrit à propos du réservoir 42. Lorsqu'on prévoit plusieurs de ces réservoirs, on peut leur associer des moyens d'évacuation respectifs, conçus et agencés 10 pour fonctionner comme décrit à propos du moyen d'évacuation 44, ou relier un groupe ou la totalité de ces réservoirs à un moyen d'évacuation commun. On peut monter en série, entre le ou les réservoirs de condensation et le moyen d'évacuation 44 associé, un ou plusieurs 15 réservoirs auxiliaires sous dépression, destinés à augmenter le volume sous dépression dont on dispose dans le réservoir de sécurité pour recevoir du fluide gazeux en cas de hausse de la pression régnant dans l'ensemble de l'espace situé à l'intérieur du récipient de sécurité. Il peut être plus commode de loger ce 20 ou ces réservoirs auxiliaires non dans l'un quelconque des compartiments 29, 31 et 331 mais dans l'espace supérieur 35» Comme illustré par la figure 1, le récipient de sécurité peut soutenir, sur un chemin circulaire 49, une grue 48, s'étendant diamétralement, servant à l'entretien et au rechargement en combustible du 25 coeur de réacteur. Pendant fonctionnement de l'installation de réacteur, cette grue peut servir à porter plusieurs réservoirs auxiliaires sous dépression, par exemple des réservoirs 50 reposant sur la grue 48, sous le toit 24 du récipient de sécurité. Bien entendu, les réservoirs auxiliaires 50 éventuellement asso-30 ciés. au réservoir de condensation 42 sont convenablement reliés tant entre eux qu'au réservoir dé condensation 42 et qu'au moyen d'évacuation 44, les conduits de raccordement nécessaires remplaçant le tuyau 46 et n'étant pas représentés sur le dessin. En variante, la grue peut aussi servir à soutenir le moyen d'évacua-35 tion 44. La figure 3 représente une structure dans laquelle une enveloppe 60 ouverte au sommet sépare de la majeure partie 40A de la nappe d'eau 40 une masse d'eau 40B relativement petite, dans laquelle plonge l'ajutage 45 et qui communique avec la partie prin-40 cipale 40A de la nappe à travers tua orifice étranglé 62 ménagé 70 17364 s 2042604 dans la base de l'enveloppe 60. Si l'on utilise cette structure, la pénétration de fluide gazeux dans le réservoir de condensation 42, en cas de hausse brusque de pression dans le récipient, est particulièrement rapide car, vu la faible section de passage 5 du trou 62, de l'eau est chassée de la petite enveloppe 60 dans le réservoir de condensation 42 à un débit supérieur à celui de pénétration dans l'enveloppe 60 à partir de la partie principale de la nappe, la condensation résultante, qui- s'amorce particulièrement vite, peut être très avantageuse, car des accidents 10 survenant dans un réacteur peuvent porter au maximum la pression de vapeur régnant dans le récipient en un temps bref, de 1®ordre de 15 secondes. Toutefois, même en l'absence de l'enveloppe 60, toute l'eau de la nappe dépassant initialement le niveau du débouché ouvert de l'ajutage 45 pénètre en temps voulu dans le ré-15 servoir de condensation 42 pour s'ajouter à l'eau que contient ce réservoir en vue d'assurer une condensation de vapeur dans le réservoir. La figure 4 montre une structure dans laquelle la nappe d' eau 40 comprend une masse d'eau 40A recouverte par un couvercle 20 fixe 61 et une masse d'eau 40B relativement petite, retenue au-dessus du niveau du couvercle 61 par une enveloppe 60A, dans laquelle plonge l'ajutage 45 et qui communique avec la masse d'eau 40A. Avec cette structure, seul le volume d'eau qui dépasse initialement la base de l'ajutage, dans l'enveloppe 60A, pénètre 25 dans le réservoir de condensation en cas de hausse de pression dans le récipient de sécurité. Il est préférable de maintenir le réservoir de condensation 42 sous forte dépression, correspondant à une différence d'environ 9 m entre les deux niveaux d'eau, et de maintenir conjointe-30 ment l'eau contenue dans le réservoir à une température d'environ 4°G, ou d'établir du moins une dépression permettant de maintenir l'eau à une température de 4 à 10°C. 70 17364 9 2042604 REVENDICATIONS 1) Appareillage assurant une condensation de vapeur de sécurité dans un récipient de sécurité renfermant une installation de réacteur nucléaire à réfrigérant sous pression à l'état de vapeur et/ou de liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un ré- 5 servoir de liquide pouvant contenir une masse de liquide capable de condenser la vapeur dudit réfrigérant et faisant partie, en régime normal, d'un joint liquide prévu entre l'espace qui surmonte dans le réservoir ladite masse de liquide et l'espace du récipient de sécurité extérieur à l'installation de réacteur nu-10 cléaire, et ion moyen d'évacuation agencé pour faire régner dans le premier des espaces précités une pression plus faible que celle régnant dans le second de ces espaces. 2) Appareillage assurant une condensation de vapeur de sûreté dans un récipient de sécurité renfermant une installation de 15 réacteur nucléaire à réfrigérant sous pression à l'état de vapeur et/ou de liquide, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte de condensation disposée dans le récipient de sécurité pour contenir une masse de liquide qui soit capable de condenser la vapeur dudit réfrigérant et communique par son extrémité in-20 férieure avec l'intérieur d'une nappe de liquide soumise à la pression régnant dans l'espace de sécurité, extérieurement à 1' installation de réacteur nucléaire, et un moyen d'évacuation a-gencé pour faire régner, dans l'espace d'enceinte surmontant la masse de liquide, une pression plus faible que celle régnant dans 25 ledit espace du récipient de sécurité. 3) Appareillage de condensation de vapeur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une enveloppe ouverte au sommet sépare, de la partie principale de la nappe de liquide, "une fraction de nappe relativement faible qui communique directement avec 30 la masse de liquide présente dans le réservoir de condensation et qui est en communication restreinte avec la fraction principale de la nappe de liquide. 4) Appareillage de condensation de vapeur selon la revendication 2 ou 3* caractérisé en ce que le réservoir, vertical et 35 allongé, est disposé dans un compartiment extérieur annulaire du récipient de sécurité. 5) Appareillage de condensation de vapeur selon la revendi 70 17364 10 2042604 cation 4, caractérisé en ce que la nappe de liquide occupe ion secteur circulaire limité sur la "base du compartiment annulaire » 6) Appareillage de condensation de vapeur selon la revendication 4 ou 5» caractérisé en ce que, l'installation de réacteur 5 nucléaire comprenant une enceinte sous pression de réacteur nucléaire et une enceinte d'échange de chaleur, le réservoir de condensation est séparé de l'enceinte sous pression du réacteur par un écran secondaire, formant la cloison intérieure, perforée, du compartiment annulaire extérieur et en ce qu'un écran primaire 10 forme la cloison, perforée, d'un compartiment intérieur dans lequel est disposée l'enceinte sous pression du réacteur, les deux cloisons définissant entre elles un espace annulaire intermédiaire dans lequel est disposée l'enceinte d'échange de chaleur. 7) Appareillage de condensation de vapeur selon la revendi-15 cation 6, caractérisé en ce que les compartiments occupent la partie inférieure du récipient de sécurité et sont séparés de la partie supérieure de ce récipient par une grille munie de plaques articulées qui empêchent normalement du fluide gazeux de traverser la grille vers le bas, mais qui se déplacent pour per-20 mettre à du fluide gazeux de traverser la grille vers le haut. 8) Appareillage de condensation de vapeur selon la revendication 6 ou 7» caractérisé en ce que les parties supérieures des cloisons séparant les compartiments ne sont pas perforées. 9) Appareillage de condensation de vapeur selon la revendi-25 cation 8, caractérisé en ce qu'une cloison s'étend en travers du compartiment intérieur, au-dessus de l'enceinte sous pression de réacteur qu'il contient et au-dessous de la partie supérieure de cloison non perforée. 10) Appareillage de condensation de vapeur selon la revendi-30 cation 8 ou 95 caractérisé en ce qu'un déflecteur entoure la partie supérieure de l'enceinte d'échange de chaleur pour éviter la pénétration immédiate, dans la partie supérieure du compartiment annulaire intermédiaire, de vapeur éventuellement libérée par 1' installation de réacteur au voisinage de la partie supérieure 35 de l'enceinte d'échange de chaleur. 11) Appareillage de condensation de vapeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que l'espace surmontant la masse de liquide, dans le réservoir de condensation, communique avec un ou plusieurs réservoirs auxiliaires sous 40 dépression. 70 17364 n 2042604 12) Appareillage de condensation de vapeur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le ou les réservoirs auxiliaires sous dépression sont logés sur une grue d'entretien et de rechargement en combustible, dans le réservoir de sécurité. 5 13) Appareillage de condensation de vapeur selon l'une quel conque des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que le réser-- voir de condensation est garni extérieurement d'isolant thermique.