Brevet FR2081784A1 — publié le 19711210

î 2081784 La présente invention concerne une centrale nucléaire à circuit de refroidissement fermé, qui comprend au moins un réacteur à haute température dans une enceinte sous pression en béton, un groupe de turbines à gaz avec 5 échangeur thermique, un compresseur, un préfefroidisseur et des refroidisseurs intermédiaires, ainsi que des canalisations qui amènent le gaz moteur entre les machines ou appareils, d'une part, et 1*enceinte sous pression du réacteur, d'autre part. Dans les installations de réacteurs m-10 cléaires, la sécurité des éléments doit satisfaire à des conditions très rigoureuses, étant donné que des dégâts, même minimes, sont susceptibles d'entraîner une contamination ou une irradiation radioactives du milieu environnant.Pour cette raison, il est nécessaire de blinder l'installation de manière à 15 atteindre une protection aussi étendue que possible contre le rayonnement, ainsi qu'une protection contre les fuites du gaz sous pression, cela afin d'exclure le risque d'une contamination du milieu environnant. On connaît des installations de cen-20 traies nucléaires qui satisfont à ces exigences, dans lesquelles la -turbine et les machines et appareils montés dans le circuit de gaz sont logés, ensemble, avec le coeur du réacteur, dans une enceinte sous pression en béton formée d'une pièce, car ces enceintes sous pression en béton sont considé-25 rées dans la technique nucléaire comme offrant une sécurité suffisante. Une autre forme de réalisation se distingue par un montage dit "partiellement intégré" de la turbine et des auxiliaires, dans lequel les éléments de machines jO et d'appareillage fonctionnant sous haute pression sont inclus dans l'enceinte sous pression en béton destinée au coeur du réacteur, tandis que les étages basse pression des machines de service et des appareils sont pourvus d'enveloppes en acier, à l'épreuve de la pression. -yj Les deux solutions ont en commun l'in convénient que la structure technique des dispositifs d'alimentation et de régulation du coeur du réacteur sont extrêmement compliqués, ce qui est dû à l'exiguïté de l'espace disponible. De plus, et en raison des positions relatives des 40 machines et appareils, d'une part, et du coeur du réacteur, 71 07639 2 2081784 d'autre part, l'accessibilité est mauvaise. En outre, eu égard aux différentes conditions en ce gui concerne la rigidité mécanique, auxquelles doivent satisfaire l'enceinte sous pression du réacteur, 5 d'une part, et les éléments de machines et d'appareillage, d'autre part, il y a lieu d'envisager au préalable une différenciation dans le dimensionnement des sections de l'enceinte sous pression en béton. Lorsqu'on adopte la solution intégrée, 10 on augmente les épaisseurs des parois de l'enceinte sous pression en béton, dans des proportions telles qu'il en résulte une charge'inacceptable du point de vue économique. Il ressort des solutions citées ci-dessus qu'une optimalisation de l'enceinte sous pression con-15 tenant l'ensemble- des machines, des appareils, et le coeur du réacteur est iréalisable, tant du point de vue technique qu'économique. En outre, et vu l'encastrement des machines et appareils dans la paroi de l'enceinte sous pression qui renferme le réacteur, la possibilité d'une précontrainte homogène du 20 béton est réduite au minimum. La solution partiellement intégrée présente l'inconvénient d'exiger l'érection à côté de l'enceinte sous pression en béton pour le coeur du réâcteur et les parties sous haute pression des machines, d'un blindage à 25 l'épreuve de la pression et des explosions, connu sous la dénomination de "barrière extérieure". Ce blindage renferme la partie des machines et de l'appareillage située en dehors de l'enceinte sous pression, ainsi que le blindage, à l'épreuve de la pression, du coeur même, ce qui exclut tout risque de 50 fuite. La présente invention se propose S'éliminer. les inconvénients précités , et d'assurer une technique de construction simple des enveloppes, à l'épreuve des explosions et du rayonnement, d'une installâtion à énergie nucléaire 0e problème est résolu, suivant l'invention, en ce que les machines, les appareils et les canalisations sont logés dans un bloc en béton précontraint, séparé de l'enceinte sous pression en béton du coeur du réacteur, et qu'il n'est prévu, entre le bloc à machines et l'enceinte sous pression du réacteur, qu'une seule canalisation d'arrivée de 40 71 07639 3 2081784 gaz et une seule canalisation de départ de gaz, toutes deux à l'épreuve d'explosions et de rayonnement. Une autre forme de réalisation de l'invention est caractérisée en ce que les enveloppes extérieures 5 des machines des appareils et des canalisations, logés dans le "bloc à machines, servent de coffrages perdus et sont directement enrobées de "béton in situ. Les avantages de l'invention résultent de la nette séparation entre l'enceinte sous pression du réac-10 teur, d'une part, et le bloc à machines et à auxiliaires, d'autre part, séparation grâce à laquelle on peut réaliser d'une manière simple et sans difficultés une enceinte sous pression en béton précontraint d'une manière homogène, pour le coeur du réacteur. 15 Grâce à cette disposition, on a en ou tre la possibilité d'adapter l'enceinte sous pression du réacteur uniquement aux exigences du coeur de celui-ci, ce qui permet de prévoir des parois moins épaisses et de réaliser, à côté d'une simplification technique,, un avantage d'ordre économique. 20 En outre, le bloc à machines distinct peut être dimensionné uniquement en fonction des exigences des auxiliaires et des machines, ce qui permet de disposer les tronçons des canalisations d'une manière plus judicieuse et, de plus, réaliser des canalisations plus courtes entre les divers 25 appareils et machines. Un autre avantage réside en ce que les éléments sujets à l'usure, de même que ceux qui exigent un entretien, peuvent être atteints et remplacés aisément. Cet avantage apparaîtra surtout lorsque, pour des raisons de rayonnement, on ne doit pas approcher des -,0 composants du circuit situés dans l'enceinte sous pression du réacteur. Un exemple de réalisation de l'invention sera décrit a'une manière plus détaillée en se reportant aux dessins annexés. Sur ces dessins : 35 la figure 1 représente le schéma du circuit de gaz fermé ; la figure 2 est une coupe à travers l'enceinte sous pression du réacteur et le bloc à machines. Le schéma de circulation du circuit 71 07639 4 2081784 de gaz, représenté sur la figure 1, comprend tin réacteur à haute température 1 dont la chambre de gaz est reliée par une canalisation 3 à une turbine à gaz 2. Partant de la turbine à gaz 2, une canalisation 4 aboutit à l'échangeur thermique de 5 récupération 5» auquel est raccordé un appareil préréfrigérant 6. Le préréfrigérant 6 est par exemple alimenté en eau de refroidissement sous pression. Le courant de gaz est ensuite acheminé, par la canalisation sous pression 7» vers les étapes de compresseur 8, 9» 10» Pour assurer l'évacuation de la chaleur résiduelle, on a prévu, entre la canalisation d'arrivée 13 et la canalisation de départ 3 cLu- gaz de refroidissement du réacteur à haute température 1, un groupe de secours composé d'une 20 turbine à gaz 14, d'un appareil réfrigérant 15 et d'un compresseur 16, dans une canalisation de dérivation 17. Pour régler la températitire, la pression et le débit de gaz du circuit de gaz de refroidissement, on prévoit encore plusieurs canalisations de contournement, mais qui 25 n'ont pas été représentées, dans l'intérêt de la clqrté du schéma». Seuls les réservoirs régulateurs du niveau de. pression 18, disposés dans une autre dérivation 19, ont été incorporés au schéma de circulation, pour mettre en évidence l'agencement spatial. Les soupapes requises pour la régulation ont également été 30 omises aux fins de simplification. La figure 2 représente une coupe d'un exemple de réalisation d'une centrale nucléaire établie confor-mémént au schéma de circulation, sur laquelle on reconnaît les éléments principaux constitués par le bloc à machines 20 et 35 l'enceinte sous pression' 21 du réacteur. La chambre des gaz la du réacteur nucléaire 1 est reliée, par la canalisation d'éva-- cuation de gaz 3 à la turbine 2 logée dans un tube d'installation 22 situé dans le bloc à machines 20. Le tube d'installation 22 est avantageusement constitué de telle manière qu'il 40 sert, d'une part, de porte-directrices et de manchon d'étanchéité 71 07639 5 2081784 pour la turbine à gaz 2 et, d'autre part, de coffrage pour le bétonnage du bloc à machines 20. Après la libération d'énergie dans la turbine 2, le gaz arrive, par les canalisations de communication 5 4, à l'échangeur thermique 5- Oelui-ci est subdivisé en plusieurs sections 5» les prérefroidisseurs 6 étant branchés directement en série derrière les différentes sections. Le tube enveloppe 23 des échangeurs thermiques 5 et -des prérefroidisseurs 6 constitue, tout comme dans le cas de la turbine à gaz 2, et 20 des étapes 8, 9, 10 du compresseur, à la fois l'enveloppe d'é-tanchéité des auxiliaires et le coffrage pour le bloc à machines 20 à bétonner. Après la cession de chaleur du gaz dans les échangeurs thermiques 5 et les prérefroidisseurs 6, on élève 15 à nouveau la pression du gaz à l'aide des étages de compresseur 8, 9» 10 et le refroidisseur intermédiaire 11, logé dans le tube enveloppe 27, abaisse au moins en partie la température accrue. Les étages de compresseur 8, 9» 10 sont logés dans le même tube d'installation 22 que la turbine à gaz, de sorte qu'en 20 rassemblant les machines de service, on réalise une régulation plus simple, cependant que les remplacements et l'accessibilité sont notablement facilités. Le gaz de refroidissement est ensuite introduit à nouveau dans le réacteur nucléaire 1, à travers les 25 canalisations collectrices 24 partant des différentes sections 5 de 1'échangeur thermique et par la canalisation de communication d'amenée de gaz 13- Entre la canalisation d'évacuation de gaz 3 du réacteur nucléaire 1 et la canalisation d'amenée de gaz 50 13 vers ce réacteur, est prévu un système de secours d'évacuation de chaleur 14, 15, 16, qui peut être mis hors circuit par un clapet d'arrêt ou dès dispositifs analogues. Ce système de secours pour l'évacuation de la chaleur est ëncastré dans le bloc à machines 20 de la même manière que le circuit principal, 35 et se compose d'un groupe formé par une turbine 14 et un compresseur 16, ainsi qu'un refroidisseur 15 subdivisé, intercalé entre les deux premiers éléments et logé dans des tubes d'installation distincts 25- Dans les tubes d'installation 26 sont logés le compresseur 16 et la turbine à gaz 14 du système de 40 secours d'évacuation de chaleur. 71 07639 6 2081784 Les réservoirs régulateurs du niveau de pression 18 sont prévus dans un tube enveloppe 28, relié par les canalisations 19 au tube d'installation 22 du compresseur et au tube enveloppe 23 de l'échangeur thermique 5-5 La canalisation d'évacuation de gaz 3 et la canalisation d'amenée de gaz 13, qui constituent l'unique moyen de communication entre l'enceinte sous pression 21 du réacteur et le bloc à machine 20, doivent être établies d'une manière qui les met à l'abri du rayonnement et les protège con-10 "tre les fuites de gaz. A cet effet, on peut adopter une solution simple, représentée sur la figure 2, qui consiste à entourer les tubes 3 et 13 avec des massifs de béton 29, ce qui permet d'obtenir un revêtement à l'épreuve du rayonnement et excluant le risque d'une explosion. 15 Pour mieux satisfaire à ces impératifs on doit exécuter les systèmes d'obturation, non représentés, des différents tubes de l'installation g2, 23, 25-28 par la méthode à double paroi, et l'on emploie à cet effet de doubles couvercles, ainsi qu'il"est connu en soi. 20 Les canalisations de commun ri cation 3 et 13 entre l'enceinte sous pression du réacteur 21 et le bloc à machines 20 peuvent aussi être réalisées d'une autre manière,, Cette solution peut consister, jiar exemple, en une enveloppe en acier à double paroi, les enveloppes extérieure et intérieure 25 étant toutes deux dilatables» Une autre possibilité consiste à faire passer les canalisations de communication entre l'enceinte sous pression 21 du réacteur et le bloc à machines 20 à travers la plaque de base commune ou à travers la fondation commune. 71 07639 7 2081784 E E 7 E H D I C A !T I 0 N S 1. Centrale nucléaire à circuit de gaz de refroidissement fermé, qui comprend au moins un réacteur à haute température dans une enceinte sous pression en 5 "béton, un groupe de turbines à gaz avec échangeur thermique, un compresseur, un prérefroidisseur et des refroidisseurs intermédiaires, ainsi que des canalisations qui amènent le gaz moteur entre les machines ou appareils, d'une part, et le coeur du réacteur, d'autre part, caractérisé en ce que les 10 machines, appareils et canalisations sont logés dans un "bloc à machines (2C) séparé de l'enceinte sous pression en béton (21) du coeur (1) du réacteur, et constitué en béton précontraint ; et en ce qu'il n'est prévu, entre le bloc à machines (20) et l'enceinte sous pression en béton (21), qu'une 15 seule cqnalisation d'arrivée de gaz (13) et une seule canalisation de départ de gaz (3), toutes deux à l'épreuve d'explosions et de rayonnement. 2. Centrale nucléaire suivant la revendication 1 caractérisée en ce que la canalisation (13) 20 pour l'arrivée de gaz et la canalisation (3) pour le départ du gaz comportent chacune une gaine intérieure à l'épreuve de la pression et une gaine extérieure à l'épreuve des explosions, avec compensation de la dilatation. 3- Centrale nucléaire suivant la re-25 vendication 1 caractérisée en ce que la canalisation (13) pour l'arrivée de gaz et la canalisation (3) pour le départ du gaz sont constituées chacune par un tube dilatable enrobé de béton. 4. Centrale nucléaire suivant la 30 revendication 1 caractérisée en ce que les enveloppes ou gaines extérieures des machines, des auxiliaires et des canalisations, logées dans le bloc à machines (20), servent de coffrages perdus et sont enrobées directement de béton in situ. 5. Centrale nucléaire suivant la 55 revendication 4 caractérisée en ce qu'il est prévu, dans le bloc à machines (20), un système d'évacuation de chaleur résiduelle (14-17) et/ou un système régulateur de niveau de pression (18), y compris des soupapes» 71 07639 8 2081784 60 Centrale nucléaire suivant la revendication 4 caractérisée en ce que l'enveloppe extérieure de la turbine à gaz (2) et/ou du compresseur (8-10) est constituée sous la forme d'un tube d'installation (22) pour les 5 porte-directrices de la turbine et du compresseur. 7. Centrale nucléaire suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les canalisations de communication (3,13) traversent une plaque de fondation commune du bloc à machines (20) et de l'enceinte sous pression (21) 10 du réacteur»