Brevet FR2101019A1 — publié le 19720331

Dans les réacteurs à neutrons rapides, le fluide de refroidissement est souvent du sodium liquide en raison de ses* coefficients élevés d'échange thermique, de la faible pression des circuits et de la grande. 5 sécurité du refroidissement pour tous .états des réacteurs. Ce fluide circule suivant un circuit fermé depuis une cuve primaire, contenant à sa partie centrale basse le coeur du réacteur, à une cuve principale extérieure, d'où par pompage il retourne au coeur et à la cuve primaire. 10 Autour du coeur sont immergés dans le sodium liquide les appareils nécessaires au refroidissement, notamment les pompes et les échangeurs intermédiaires, fonctionnant en parallèle. Les corps de la partie active de chaque êchangeur s'étendent verticalement dans les deux cuvés, les traversées 15 de la paroi de la cuve primaire devant être assurées de façon étanche. La présente invention/due à Monsieur Michel VERCASSON de l'Electricité de France,est relative à une disposition simple pour le montage étanche de chaque êchangeur; elle 20 conduit à une êtanchéité parfaite laissant libre jeu aux déplacements radiaux et axiaux de 1'êchangeur, dus notamment aux variations de température ou de pression, et permet le montage ou le démontage de 11êchangeur sans intervention à 11 intérieur du réacteur. 25 Elle a pour objet un dispositif de montage étanche du corps d'un êchangeur au travers d'une ouverture de la paroi de la cuve primaire d'un réacteur caractérisé en ce que l'ouverture comporte une virole cylindrique verticale coiffée par une cloche annulaire solidaire du corps de 30 1'êchangeur, cloche conformée de manière à constituer avec la virole un siphon annulaire maintenu désamorcé par injection d'un gaz à la partie supérieure. De préférence, le gaz sera le même que celui constituant ce que l'on appelle le gaz de couverture et qui 35 surmonte le sodium liquide sous le toit du réacteur» Ce gaz est généralement de 1'argon. 70 29197 2 2101019 Dans ce qui suit, d'autres particularités propres à l'invention apparaîtront: au cours d'un exposé se référant au 'dessin ci-annexé illustrant un exemple d'exécution non limitatif du dispositif prévu ci-dessus. 5 Sur ce dessin: la figure 1 est une vue schématique en coupe élévation transversale drun réacteur équipé du dispositif selon l'invention. ' ' ■ la figure 2, est une vue détaillée mais 10 schématique de la partie' droite de la figure 1 montrant le montage étanche d'un êchangeur avec les canalisations et organes utiles au bon fonctionnement du dispositif. Comme représenté par la figure 1, la cuve primaire 2 du réacteur et la cuve principale 3 sont toutes deux 15 remplies de sodium liquide 1. Les pompes verticales centrifuges , telles que 31, aspirent par les fenêtres 34 le sodium fondu de la cuve principale 3 et l'infectent par une conduite 33 dans le collecteur 32; à partir de ce collecteur, le sodium fondu remonte à travers le sommier 35 dans le 20 coeur 30, se répand dans la cuve primaire 2, s'écoule dans les échangeurs intermédiaires 4 pour retourner dans la cuve principale, et recommencer le même circuit. Au-dessus du sodium fondu, se trouve en 9 l'argon de couverture. On voit à droite de la figure 1 que le corps de 25 la partie active de chaque êchangeur 4 traverse la paroi séparant la cuve primaire 2 de la cuve principale 3 dans la partie conique ascendante de cette paroi ou redan 5. Le dispositif de passage étanche de 1'êchangeur faisant l'objet de l'invention est représenté succinctement et 30 il sera maintenant décrit en détail avec ses organes accessoires en se référant uniquement à la. figure 2. L'ouverture de passage de 1*êchangeur 4 à travers le redan 5 est délimitée par une virole cylindrique verticale 7; sur le corps de 1*êchangeur, a été rapportée une cloche annulaire 35 8 dont la hauteur est sensiblement égaie à celle de la virole. 70 29191 3 2101019. Les dimensions transversales respectives de la virole et de la cloche sont telles qu'au montage, -la cloche vient coiffer la virole dans la position représentée. Il est ainsi constitué un siphon annulaire {7,8) tout autour de 5 1'êchangeur. Pour assurer l'étanchêité, il est nécessaire que ce siphon soit désamorcé en permanence, et ce résultat est obtenu en injectant de l'argon sous pression suffisante à la partie supérieure du siphon. Dans ces conditions, les niveaux du sodium dans la branche intérieure et la 10 branche extérieure du siphon reproduisent respectivement les niveaux du sodium fondu dans la cuve principale et dans la cuve primaire, avec un décalage en hauteur AH. Soit AP la différence de pression entre l'argon contenu dans le siphon (7,8) et l'argon de couverture.9, 15 on a d'après le théorème fond.amental de l'hydrostatique. -AH = ^ pc, " - " p étant la masse volumique du sodium, g l'accélération de la pesanteur. Il est possible de maintenir les niveaux dans 20 la cloche à des valeurs acceptables dans tous les cas de fonctionnement du réacteur, en marche normale ou au-cours d'incidents, et en particulier d'éviter tout amorçage du siphon qui dériverait une partie du débit hors du circuit normal passant par les échangeurs. 25 Etant donné que l'on ne peut mesurer directement les niveaux dans le siphon, on pourra les déduire des niveaux dans le réacteur par l'intermédiaire de la mesure de AP. C'est donc cette dernière grandeur que l'on utilisera pour la commande de tout système de contrôle et de 30 régulation des niveaux. Pour permettre une telle commande fonctionnelle sous l'égide de AP, on utilise' alors 1 ' équipement suivant : La valeur de AP' est mesuréë"par un cap'teur 15 de " pression différentielle relié respectivement aux prises 35 de pression 11 sur le siphon et 10 sur la couverture'd'argon 9 sous le toit 22 du réacteur; 12 est la tubulure d'alimentation et de décharge en argon de siphon, respectivement par les électrovannes 19 et 20. 70 29197 4 2101019 L'alimentation ou la décharge en argon du siphon est alors commandée par un dispositif 21 actionné par le capteur différentiel 15 et qui provoque suivant les besoins l'ouverture ou la fermeture de l'une des ëlectrovannes 19 5 et 2 0 . Le repère 13 désigne des pièges à vapeur de sodium, et 14 des vannes d'isolement; 16 est le manomètre de la couverture et 17 celui de la cloche. Il y a lieu de noter, et l'on verra plus loin dans 10 quelles conditions, que la vanne de décharge 20 peut être supprimée et remplacée par un clapet anti-retour 18 en amont de la vanne 19 sur la tubulure 12. Le contrôle avec régulation des niveaux dans la cloche ou le siphon peut être assuré avec l'équipement qui 15 vient d'être décrit par trois méthodes différentes; a) Méthode de la cloche isolée Le réacteur étant par exemple à l'arrêt dans les conditions de manutention des éléments, la cloche est remplie d'argon jusqu'à donner à AP une valeur de consigne 20 A]?q'" on isole alors la cloche en fermant la vanne 14 de la tubulure 12 de façon à conserver une quantité d'argon constante. Il est possible de choisir APQ de manière que l'évolution des températures, des pressions et des niveaux dans le réacteur au cours de son fonctionnement n'entraîne ni 25 l'amorçage du siphon, ni une fuite d'argon à la base de la cloche. L'évolution des niveaux dans celle-ci est suivi en permanence grâce à la mesure de AP et des niveaux dans le réacteur. Par un aménagement approprié des canalisations, 30 un seul équipement de mesure et d'alimentation (capteurs de pression et vannes) peut être utilisé pour tous les êchangeurs (six en général). b) Méthode par maintien de AP entre deux valeurs de consigne 35 On maintient la valeur de AP entre deux valeurs de consigne AP^ et AP2 , le franchissement de ces seuils entraînant automatiquement l'admission ou l'échappement d'argon dans la cloche par les vannes 19 ou 20. 70 29197 5 2101019 Un équipement unique peut être également envisagé. c) Méthode par maintien de AP au-dessus, d'un seuil minimal On adopte cette méthode lorsqu'il est souhaitable 5 d'avoir une circulation d'argon à sens unique dans les tuyauteries externes pour diminuer les risques de bouchage et les problèmes posés par l'activité de l'argon. L'alimentation de la cloche se fait suivant le clapet anti-retour 18. 10 Pour éviter tout amorçage du siphon, la valeur de AP est astreinte à ne pas descendre au-dessous du seuil minimal AP.^ imposé par la méthode précédente. Par contre, cours des montées en températures, on laisse l'excédent d'argon s'éliminer sous forme de bulles à la partie basse 15 de la cloche. Cette dernière méthode a 1 *inconvénient de nécessiter un équipement propre a chaque êchangeur. Ainsi le dispositif selon l'invention réalise l'étanchéité recherchée par des moyens pneumatiques. Cette 20 solution a de nombreux avantages par rapport aux dispositifs mécaniques que l'on pourrait concevoir : - Suppression des pièces forgées et usinées des compensateurs à soufflet, - Suppression des contacts, c'est-à-dire des risques 25 d'usure et de grippage, - Suppression des efforts de déplacement, - Réduction des épaisseurs, donc des contraintes thermiques, - Insensibilité aux faibles déformations, - Suppression totale des fuites de fluide de 30 refroidissement. 70 29197 6 2101019 REVENDICATIONS 1°) Dispositif de montage étanche du corps d'un êchangeur au travers d'une ouverture de ia paroi d'une cuve primaire d'un réacteur, immergée dans un métal fondu, tel que le sodium, constituant, fluide de refroidissement, caractérisé en ce 5 que l'ouverture comporte une virole cylindrique verticale coiffée par une cloche annulaire solidaire du corps de l'échangeur, cloche conformée de manière â constituer avec la virole un siphon annulaire maintenu désamorcé par injection à la partie supérieure d'un gaz sous 10 pression. 2°) Dispositif d'étanchéité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est le même que celui constituant la couverture, au-dessus d'un niveau libre de métal fondu, notamment de 1'argon. 15 3°) Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ouverture est pratiquée sur un redan de la paroi auquel la virole est raccordée annulairement• 4°) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3 20 caractérisé en ce qu'il comporte un équipement de contrôle et de régulation des niveaux du métal fondu dans le siphon, cet équipement comportant un capteur mesurant la différence de pression AP entre le gaz du siphon et le gaz de couverture, ce capteur pouvant actionner sélectivement suivant 25 les valeurs de AP la commande d'une vanne d'alimentation ou d'une vanne de décharge en gaz du siphon. 5°) Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'atmosphère de 1a cloche est isolée par une vanne après remplissage en gaz sous une pression 30 correspondant à une valeur de consigne APQ, choisie de manière à assurer le fonctionnement étanche du siphon avec une quantité constante de gaz dans la cloche. 6°) Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'équipement fonctionne avec 35 régulation entre deux seuils minimal AP^ et maximal ÂP2, dont le franchissement provoque à partir du capteur l'admission ou l'échappement du gaz de la cloche. 70 29197 « t- 7 2101019 7°) Dispositif suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'un équipement unique contrôle plusieurs échangeurs du réacteur. 8°) Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la vanne de décharge est supprimée et remplacée par un clapet anti-retour en amont de la vanne " d'alimentation, l'équipement provoquant par le capteur une admission de gaz dans la cloche dès que le seuil minimal AP.^ est franchi.