Brevet FR2104686A1 — publié le 19720421

La présente invention est relative à un procédé permettant d'effectuer le nettoyage efficace de pièces souillées par un métal alcalin et plus spécialement quoique non exclusivement, de pièces ayant séjourné pendant une durée prolongée dans un bain de sodium liquide, à l'intérieur du caisson d'un réacteur nucléaire du genre dit à neutrons rapides où le refroidissement du coeur s'effectue par circulation de ce métal. L'invention concerne égale- ment un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. On a déjà envisagé, pour réaliser le nettoyage de pièces contaminées par un métal alcalin, d'utiliser des jets de vapeur donnant lieu à une réaction d'intensité acceptable entre ce métal et l'eau. Toutefois, divers.inconvénients sont à prendre en considération, résultant notamment des risques d'explosion possibles dans des régions où se forment des poches d'eau de volumes non négligeables à la suite de condensations locales de la vapeur. Pour limiter ces risques, la température doit notamment être constamment contrôlée et maintenue à une valeur supérieure à 1000C, ce qui rend nécessaire une installation de surveillance continue et peu maniable. Avec d'autres méthodes, on a également prévu d'utiliser de l'alcool à la place de la vapeur ou même une mousse à grand coefficient d'expansion engendré avec un gaz neutre, tel que l'argon ou l'azote. Ces méthodes cependant entraient des frais importants et exigent un appareillage généralement assez complexe. Enfin, dans le cas d'un nettoyage à l'alcool, les risques d'incendie constituent un danger supplémentaire. La présente invention a pour objet un nouveau procédé de nettoyage de pièces souillées par un métal alcalin qui apporte sur les procédas antérieurs connus des avantages particuliers. A cet effet, ce procédé consiste principalement à faire agir sur les pieces à nettoyer un jet d'eau vaporisé, constitué par un mélange d'air comprimé et d'eau froide dispersé en fines gouttelettes. Avantageusement et selon une caractéristique subsidiaire de l'invention, on complete l'effet du jet d'eau vaporisé par celui d'un jet d'eau pure de lavage et enfin par celui d'un jet d'eau légèrement acidulée. Le procédé considéré peut être notamment mis en oeuvre sur des pièces souillées placées dans une enceinte, le jet d'eau vaporisée injecté en un point quelconque de cette enceinte créant alors un brouillard de densité variable remplissant l'enceinte et attaquant lentement le métal alcalin. En variante ou de préférence dans une phase ultérieure, le jet d'eau vaporisé peut être directement dirigé sur les parties des pièces souillées retenant le métal alcalin. Dans les deux cas, les pieces ne sont le siège d'aucune réaction vive, l'eau froide vaporisée entant dispersée en très fines gouttelettes dans un jet d'air qui entraSne les calories degagées par la réaction chimique et en particulier élimine l'hydrogène formé. La présente invention concerna également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé considéré, caractérisé en ce qu'il comprend un pistolet muni d'une crosse de préhension et de deux canons allongés, dont le premier, relié à une source d'air comprimé, se termine par une extrémité profilée en tuyère et dont le second, relié à une alimentation en eau froide sous pression, comporte une extrémité recourbée débouchant au voisinage immédiat de la sortie de la tuyère, ce second canon comportant une microvanne de réglage du débit d'eau fournie, commandas par une gâchette portée par la crosse du pistolet. D'autres dispositions caractéristiques apparaîtront également à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation du dispositif ainsi que d'un exemple de mise en oeuvre du procédé, ces exemples entant bien entendu donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue en élévation d'un pistole à double canon permettant la production d'un jet d'eau vaporise, - la Fig. 2 est une vue à plus grande échelle de l'extrémité du pistolet selon la Fig. 1, - la Fig. 3 est une vue très schématique d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour le nettoyage de pièces souillees par du sodium liquide et plus spécialement d'un bras de manutention des élements combustibles d'un réacteur nucléaire, - la Fig. 4 illustre un autre exemple d'une installation utilisant le procédé. Sur la Fig. 1, la référence 1 désigne le pistolet permettant, conformément à l'invention, de fournir à la demande un jet d'eau vapori sée dans un courant d'air sous pression. Ce pistolet comporte à cet effet une crosse de préhension 2, prolongée par une tête 3 supportant deux canons en forme de tubes allongés 4 et 5, prévus respectivement pour l'admission d'air comprimé d'une part et d'eau sous pression d'autre part. Le tube 4, réservé au passage de l'air, comporte à son extrémité la plus voisine de la crosse 2 un embout 6 de raccordement avec une tuyauterie souple 7, réunie à un poste d'alimentation en air comprimé notamment à un compresseur fournissant cet air sous une pression convenable, égale dans l'exemple considéré à sept bars environ.A son extrémité opposée 8, le tube 4 est profilé en forme de tuyère 9 (voir la vue de détail de la Fig. 2) permettant de donner à l'air comprimé sortant du canon une vitesse maximale. Le second canon formé par le tube 5 à travers lequel circule de l'eau sous pression comporte de la même manière un embout 10 permettant son raccordement avec une tuyauterie d'alimentation 11. Les deux canons sont ensuite et au-delà de la tête 3 liés ensemble par des colliers 12 et 13 maintenant les deux tubes 4 et 5 parallèles jusqu'à l'extrémité du tube 5 qui comporte une partie recourbée 14 épousant sensiblement la forme d'un arc de cercle. Dans ces conditions,l'extrémité 15 de cette partie 14 se trouve placée dans une direction sensiblement perpendiculaire à celle de l'extrémité 8 du premier tube 4.Comme le montre également la vue de détail de la Fig. 2, cette extrémité 15 se termine avantageusement par une partie rétrécie 16, formant gicleur pour l'eau sous pression formée par le tube 5 et qui débouche au nez de la tuyère 9 en permettant sa dispersion en très fines gouttelettes entrainées par l'air comprimé. Pour régler en outre le débit de l'eau fournis, le pistolet 1 est muni dans la tête 3 de la crosse 2 d'une microvanne 17, dont le pointeau 18 commandant la section de passage dans la vanne est actionné par une gâchette 19 articulée autour d'un axe 20 sur la crosse 2. La Fig. 3 représente de façon très schématique une installation permettant, à l'aide de dispositifs de pulvérisation d'eau du genre du pisto- let décrit ci-dessus de mettre en oeuvre le procédé de nettoyage selon l'invention et an particulier de débarrasser des pièces sans danger d'explosion ou d'incendie de masses plus ou moins denses ou de pellicules de sodium, éventuellement radioactif, qui les recouvrent. Dans l'exemple considéré, llinstal- lation représentée est plus spécialement prévue pour permettre le nettoyage d'un bras 21 de manipulation des éléments combustibles d'un réacteur nucléaire du genre dit à neutrons rapides, où la partie active ou coeur du réacteur est baignée an permanence par du sodium liquide en circulation en assurant le refroidissement.A titre indicatif, ce bras de manutention peut être du type de celui qui a été décrit et représenté dans le brevet français nO 1 569 728 au nom du Commissariat à 1'énergie Atomique. De façon schématique, ce bras est rendu solidaire à sa partie supérieure d'un bouchon de protection 2t se plaçant lors de l'utilisation du bras dans le réacteur, dans un orifice prévu dans le caisson de protection biologique entourant ce dernier. Sous ce bouchon 22, le bras comporte un élément tubulaire 23 terminé à sa partie inférieure par une potence 24 supportant un tube guide 25 pour une pince de manutention des éléments combustibles. Cette pince est manoeuvrée au moyen d'une tige de coggande 26 se déplaçant selon l'axe de l'élément tubulaire 23, cette tigernetant articulée sur un levier 27, pivotant lui-même autour d'un axe 28 dans la potence 24 de manière à agir sur les mors 29 de la pince, apparaissant à l'extrémité inférieure du tube-guide 25. Le bouchon 22 du bras 21 comporte à sa partie supérieure une collerette 30 apte à venir reposercontre une bride 31 d'un support tubulaire vertical 32 comportant à son extrémité inférieure un épaulement transversal 33 s'appuyant par l'intermédiaire de vérins à hauteur réglable 34 sur une plaque d'assise 35 d'une charpente de support. Sous l'épaulement 33, l'installation comporte une bâche cylindrique 36 formant enveloppe externe pour le bras 21, cette bâche réalisée en matériau ignifuge et résistant Ll l'attaque par la soude ou le sodium, comprenant une couronne supérieure maintenue en appui sous l'épaulement 33 par des ressorts 37 avec interposition de moyens d'étanchéité (non représentés).A son extrémité inférieure, l'installation camporte une cuve de recueil 38 des affluents liquides produits au cours du nettoyage et dont le fond légèrement incliné repose sur des pieds de support 39. Cette cuve 38 présente à son extrémité supérieure un bord à double paroi 40, dans lequel s'engage de façon coulissante mais étanche, la base 41 de la bâche 36 et à son extrémité la plus basse une conduite 42 reliée à une pompe d'aspiration 43 dont la sortie débite dans une tuyauterie 44. L'évacuation des effluents gazeux s'effectue par ailleurs à travers un orifice 45 réuni par une gaine souple 46 à un ventilateur 47 débitant lui-meme dans une conduite de sortie 48.Enfin, dans la paroi de la bâche 36 sont ménagées des fenêtres à rideaux 49 et des hublots 50, les fenêtres 49 permettant notamment d'introduire à l'intérieur de l'enceinte les extrémités de pistolets pulvérisateurs analogues à celui représenté sur la Fig. 1 et dont l'alimentation en air comprimé d'une part et en eau froide d'autre part, s'effectue par les tubes souples 7 et 11 de la façon indiquée. Lorsque, après une durée de séjour prolongée, par exemple supérieure à six mois, le bras 21 est sorti du réacteur nucléaire où il est normalement en fonctionnement, le bouchon supérieur 22 et les parties du bras qui lui sont voisines sont généralement recouvertes d'une couche relativement épaisse de sodium, créée par condensation de la vapeur de celui-ci. De même, la partie de l'élément tubulaire 23 qui normalement ne plonge pas dans le sodium liquide est généralement recouverte d'une couche régulière, légèrement plus mince. Toutefois, certains endroits du bras comportent des dépôts irréguliers de sodium pur et d'oxyde.De même, le reste du bras et notamment la potence 24 et le tusc--gcide 25 qui plongent normalement dans le sodium liquide sont souillés de façon très irrégulière, les surfaces planes et verticales ne retenant généralement pas de sodium, tandis que les têtes de vis, les écrous, etc ... et diverses parties horizontales en sont recouvertes. Le bras ainsi souillé est alors et oans ure phase préliminaire sorti du réacteur et mis an place dans l'installat-cr récrite en relation uvec la Fig. 3, le bouchon supérieur 22 reposant sur ltextrémité du support tubulaire 32, tandis que la bâche cylindrique 36 vient s'appuyer sous l'épaulement transversal 33. Dans un premier temps, le ventilateur 47 est mis en route de maniera à aspirer par l'orifice de ortie 45 tous les gaz, éventuellement radioactifs, contenus dans la bâche et à créer dans celle-ci une dépression plus ou moins importante.Dans la phase suivante, on réalise une attaque indirecte du sodium recouvrant le bras, en injectant dans la bâche une quantité convenable d'eau froide vaporisée au moyen d'un pistolet 1 dont les canons sont engagés à travers l'uns des fenêtres 49. La dépression existant dans la bâche, provoque la formation d'un brouillard plus ou moins dense qui attaque lentement le sodium en tout point du bras 21.Cette opération poursuivie pendant une durée suffisante, de l'ordre de 2 heures, on passe à la phase suivante où les parties du bras recouvertes de dépôts de sodium sont directement attaquées par des jets d'eau pulvérisée produits par plusieurs pistolets dans lesquels le débit d'eau réglé par les microvannes montées dans leur crosse, va an augmentant régulièrement, notamment pour une pression d'air maintenue à 7 bars, dans des proportions comprises entra 1 et 100 1/h. Cette phase dure environ 3 heures. Au cours des opérations précédentes, la ventilation des effluents gazeux est bien entendu maintenue. De même, les effluents liquides sont en permanence évacués par la pompe 43 et la tuyauterie 44.Pour terminer et après un ultime rinçage, on attaque le bras avec un débit d'eau légèrement acidulée de manière à passiver les surfaces qui viennent d'être nettoyés. La rig. 4 illustre schématiquement une autre variante d'une installation où peut être mis en oeuvre le procédé considéré avec le pistolet vaporisateur déjà décrit. Dans ce cas, cette installation comporte essentiellement un réservoir 60 muni d'une bride d'ouverture 61 normalement fermée par une tape (non représentée) et à laquelle peut être raccordée une manche 62 portant le pistolet 1. Cette manche 62 se prolonge par un soufflet 63 et 'une conduite 64 à l'extrémité de laquelle est muté un ventilateur 65 permettant de mettre le réservoir sous une pression d'air adéquate.Le réservoir 60 comprend une vanne 66 pour l'admission d'azote, une tubulure 67 permettant d'introduire dans le réservoir un débit d'eau de rinçage, un doigt de gant 68 pour un thermocouple mesurant la température et une canalisation 69 pour l'aspiration de l'eau de rinçage. Enfin, une conduite 70 est prévue pour l'évacuation des vapeurs d'oxyde de sodium NarO oroduites au cours des opérations de nettoyage Ce dernier se produit comme explicité précédemment avec attaque des dépôts de sodium par le jet dirige fourni par le pistolet, en même terres nue par le brouillard créé dans l'ensemble du volume du réservoir. Dans cet exemple, le nettoyage s'effectue "in situ" à l'intérieur du réservoir constituant l'enceinte elle-même. Sien entendu, l'invention ne se limite pas aux exemples de -salisation décrits et représentés; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 10/ Procédé de nettoyage de pièces souillées par un métal alcalin, caractérisé en ce qu'il consiste à faire agir successivement sur les pièces à nettoyer, un jet d'eau vaporisé, constitué par un mélange d'air comprimé et d'eau froide dispersée en fines gouttelettes, un jet d'eau pure de lavage et enfin un jet d'eau légèrement acidulée. 2 / Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un pistolet muni d'une crosse de préhension et de deux canons allongés, dont le premier, relié à une source d'air comprimé, se termine par une extrémité profilée en tuyère et dont le second, relié à une alimentation en eau froide sous pression, comporte une extrémité recourbée débouchant au voisinage immédiat de la sortie de la tuyère, ce second canon comportant une microvanne de réglage du débit d'eau fournie, commandée par une gâchette portée par la crosse du pistolet. 30/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité du second canon est sensiblement perpendiculaire à l'extrémité du premier.