Brevet FR2098306A1 — publié le 19720310

La présenté invention vise des appareillages de sécurité pour récipients de réacteur nucléaire et notamment- des appareillages destinés à éviter que la pression de vapeur régnant dans la structure de récipient s'élève en cas de rupture apparaissant 5 dans le réseau de réfrigérant primaire. Les installations de réacteur sont en général enfermées dans des structures de récipient en "béton ou acier destinées à limiter ou à supprimer le risque que des substances radioactives telles que vapeur d'eau ou eau, produits de fission soit solides ou dis-10 sous, soit gazeux ou vaporisés ne s'échappent dans le voisinage de l'installation de réacteur en cas d'accident survenu dans ce dernier. La structure de récipient peut être alternativement à parois minces et à grand volume ou à parois épaisses et à faible volume. En cas d'accident, il apparaît dans la structure des pres-15 sions faibles dans le premier cas et élevées dans le second. Dans les deux cas, le récipient représente une forte proportion du prix de revient total de l'installation de réacteur du fait qu'il est conçu pour éviter l'échappement de la vapeur engendrée en cas d'accident libérant en quasi-totalité le réfrigérant primaire pré-20 sent dans l'installation. On a déjà proposé du matériel annexe destiné à éviter que la pression de vapeur s'élève dans le récipient, en vue de réduire le prix de revient d'un récipient de structure donnée. L'économie résulte de ce que, si l'on peut annuler rapidement la pression de 25 vapeur, un récipient donné peut être conçu pour résister seulement à une pression modérée. Par ailleurs, si l'on ne modifie pas la structure de récipient pour mettre à profit la présence de ce matériel annexe, cette présence peut se justifier parce qu'elle constitue une mesure de sécurité contribuant à la sûreté de fonc-50 tionnement d'ensemble d'une installation de réacteur nucléaire, cet aspect présentant un intérêt particulier du fait qu'il est hautement souhaitable de pouvoir installer des réacteurs nucléaires dans des zones urbaines. La présente invention vise un procédé et un appareil desti-55 nés à éviter une élévation de la pression de vapeur régnant dans une structure de récipient contenant une pile à eau sous pression et du matériel de production de vapeur d'eau à fonctionnement tel que le réfrigérant primaire soit à une température inférieure à sa température de saturation correspondant à la pression de fonc-40 tionnement, le procédé étant applicable lors d'une perte acciden- 71 25195 2 2098306 telle de réfrigérant résultant d'une fuite ou rupture apparue dans le réseau primaire. Suivant la technique antérieure, on tente dans ce cas de condenser le réfrigérant vaporisé; par contre, l'invention vise des moyens propres à interdire la vaporisation 5 du réfrigérant. Suivant le procédé visé par l'invention, on maintient le réfrigérant primaire, dans le réseau de réfrigérant primaire, en deçà de sa température de saturation correspondant à la pression qui règne dans ce réseau. Alors que suivant la technique antérieu-10 re, on laisse le réfrigérant primaire atteindre sa température de saturation correspondant à la pression établie dans le réseau primaire, et subir ainsi une vaporisation instantanée qui éjecte en quasi-totalité le réfrigérant primaire du.réseau primaire, le procédé suivant l'invention consiste à interdire efficacement la va-15 porisation instantanée du réfrigérant primaire présent dans le réseau primaire, ce qui réduit la vitesse de production de vapeur et la quantité totale de vapeur engendrée dans la structure de récipient. Il permet en outre de réduire le risque d'arrêt de la circulation dans le coeur et de cavitation dans la pompe primaire. 20 Suivant un aspect préféré de l'invention, le procédé consis te à ramener le réfrigérant primaire, au voisinage de la rupture, en deçà de sa température de saturation correspondant à la pression régnant dans la structure de récipient. On évite ainsi la vaporisation du réfrigérant primaire au niveau de la rupture. 25 Suivant un autre aspect préféré de l'invention, le procédé consiste à injecter successivement des fractions séparées d'un réfrigérant de secours dans le réseau primaire, chaque fraction séparée étant injectée quand une certaine caractéristique prend, dans le réseau primaire, une valeur préfixée correspondante. Les 30 injections successives de réfrigérant sont avantageuses parce qu' elles limitent le choc thermique imprimé au réseau primaire. L'appareil original prévu pour la mise en oeuvre du procédé comporte une source de réfrigérant de secours et du matériel permettant d'injecter successivement des fractions séparées de ce ré-35 frigérant de la source dans le réseau primaire, chaque fraction étant injectée quand une certaine caractéristique prend, dans le réseau de réfrigérant primaire, une valeur préfixée correspondante. . Sur le dessin annexé : la figure unique est une vue en coupe d'un récipient de réac-40 teur suivant un-mode de réalisation de l'invention choisi à titre 71 25195 3 2098306 à1exemple. Ce dessin montre une structure de récipient 10 contenant du matériel de production de vapeur qui comporte une pile à eau sous pression 12 et un échangeur de chaleur 14, agencés pour que le ré-5 frigérant primaire circule entre-eux à travers un agencement de conduits 16, dont l'un est muni d'une pompe de circulation 18. Le récipient représenté constitue un exemple d'enceinte typique destinée à contenir une installation de production de vapeur à réacteur nucléaire et est représentative d'enceintes d'autres modèles 10 auxquelles ont peut adapter l'agencement de décompression qu'on décrira plus loin. Dans l'exemple choisi, la structure de récipient 10, compartimentée, comprend une embase 20, une paroi extérieure 22, une cloison 24 et un toit 28 de forme convenable. Le réseau de réfrigérant représente, sous forme simplifiée 15 et schématique, le réseau de réfrigérant primaire d'un complexe à pile à eau sous pression et est du type fonctionnant de façon que le réfrigérant primaire soit à une température inférieure à sa pression de saturation sous la pression de fonctionnement normale. On a supprimé l'agencement de réglage du réacteur, des boucles de 20 réfrigérant primaire additionnelles et le matériel de mise sous pression et autre, connus du technicien, pour simplifier la représentation. Dans l'installation de réacteur représentée, le réacteur 12 est disposé au centre du récipient et soutenu, au-dessus de l'em-25 base 20 de ce dernier, par une jupe cylindrique 30. La cloison 24 entoure latéralement le réacteur 12, constituant un blindage primaire et formant la paroi verticale d'un compartiment intérieur 32 qui entoure immédiatement le réacteur 12; du fait qu'elle est aussi latéralement espacée de la paroi extérieure 22, la cloison 30 24 forme la paroi verticale intérieure d'un compartiment annulaire extérieur 34,dans lequel est logé l'échangeur de chaleur 14. L'embase 20 du récipient et un toit intermédiaire indiqué en 26 referment les compartiments 32 et 34- décrits ci-dessus. Suivant l'invention, on adjoint au matériel de production de 35 vapeur un matériel annexe destiné à maintenir, lors d'un accident, le réfrigérant primaire, dans le réseau primaire, en deçà de sa température de saturation correspondant à la pression régnant dans ce réseau. Ce matériel comporte un appareillage propre à injecter successivement des fractions dosées séparées d'un réfrigé-40 rant de secours dans le réseau de réfrigérant primaire, chaque 71 25195 4 2098306 fraction étant injectée lorsqu'une certaine caractéristique prend, dans le réseau primaire, une valeur préfixée correspondante. Dans l'exemple choisi, ce matériel comporte des réservoirs d'alimentation 36A, 36B et 36C, un collecteur annulaire 38 et une série de 5 conduits d'injection 40. Les réservoirs d'alimentation 36A, 36B et 360 contiennent du fluide de refroidissement de secours. Dans un exemple préféré, ce fluide est de l'eau ou de l'eau borée, qu'on additionne de bore sous forme d'acide borique pour réduire le risque de voir le réao-10 teur atteindre le niveau critique consécutif à un accident. La quantité totale de fluide nécessaire dépend de la structure d'ensemble de l'installation. Bien que, dans l'exemple choisi, le fluide ne soit pas ramené en deçà de la température régnant dans le récipient, ici d'environ 38°C, on ne sortirait pas du cadre de 15 l'invention en prévoyant du matériel de refroidissement, ce qui permet dans certains cas de réduire la quantité de fluide nécessaire . Les réservoirs d'alimentation 36A, 36B et 36C sont mis en ■ communication de fluide avec le collecteur annulaire 38, à tra-20 vers des tuyaux de jonction 42A, 42B et 420 respectivement. Le collecteur annulaire 38 constitue un modèle de collecteur qui se prête bien à être relié à une série de boucles de réfrigérant primaire et à une série de réservoirs d'alimentation. Des communications de fluide sont établies entre le collec-25 teur annulaire 38 et le réseau de réfrigérant primaire par des conduits d'injection 40. Comme représenté, ces conduits d'injection 40 sont situés près des endroits où le circuit de réfrigérant représenté à titre d'exemple pénètre dans le réacteur et en ressort. Toutefois, cet agencement peut ne pas être le plus indi-30 qué pour une installation donnée et l'on peut prévoir d'autres conduits d'injection et les placer en d'autres points du circuit de réfrigérant primaire. Il peut encore être souhaitable de prévoir une multiplicité de points d'injection correspondant à des points de rupture possible en vue de ramener le réfrigérant pri-35 maire, au voisinage de la rupture, en deçà de sa température de saturation correspondant à la pression régnant dans la structuré de récipient. En régime normal de fonctionnement, le collecteur annulaire 38 est rempli de fluide, mais tout échange de fluide entre le col-40 lecteur 38 et le réseau de réfrigérant primaire est interdit par 71 25195 5 2098306 des soupapes de retenue 44, interposées sur les conduits d'injection 40. Dans l'exemple choisi, le réseau de réfrigérant primaire fonctionne normalement sous une pression absolue d'environ 15 MPa 5 et à une température maximale d'environ 318°C. Etant donné que la température de saturation du réfrigérant primaire correspondant à la pression de fonctionnement est d'environ 343°C, on notera qu' en régime normal, le réfrigérant primaire est en général maintenu à une température d* environ 25°C inférieure à celle de saturation. 10 Les réservoirs 36A, 36B et 360 sont mis à l'aide d'un gaz tel qu'azote sous des pressions absolues suratmosphériques qui sont respectivement de 11, de 5,5 et de 2 MPa. Du fait qu'en régime normal, le réservoir 36A communique directement avec le collecteur annulaire 38, il est clair que la pression régnant dans ce 15 dernier est celle, de 11 MPa, qui règne dans le réservoir 36A. Par contre, le fluide présent dans les réservoirs 36B et 360 est séparé de celui présent dans le collecteur annulaire 38 par des soupapes de retenue 46B et 46C. En cas d'accident provoquant une perte de réfrigérant, du ré-20 frigérant primaire s'échappe du réseau primaire, ce qui réduit la pression régnant dans ce dernier; par contre, la température du réfrigérant primaire demeure sensiblement inchangée jusqu'à ce que s'amorce l'injection dans le réseau primaire de réfrigérant de secours. Les soupapes de retenue d'injection 44 sont réglées 25 pour établir la communication entre le collecteur annulaire et le réseau primaire quand la pression régnant dans ce dernier n'est plus que de 11 MPa. On notera qu'immédiatement avant injection du réfrigérant de secours, du fait que le réfrigérant primaire est aux environs de 318°C et que sa température de saturation sous 30 11 MPa est d'environ 318,5°C, le réfrigérant primaire demeure, à la pression d'injection, en deçà de sa température de saturation. Une fois l'injection amorcée, la pression régnant dans le réseau primaire continue à baisser, celle régnant dans le collecteur baissant à la même vitesse. Quand la pression est ramenée, dans 35 le collecteur, à 5,5 MPa, la soupape de retenue 46B du réservoir 36B laisse du fluide passer de ce dernier, par le tuyau de liaison 42B, dans le collecteur annulaire 38. Quand la pression baisse dans ce dernier jusqu'à 2 MPa, la soupape.de retenue 460 lais-le du fluide passer du réservoir 360, par, le tuyau de liaison 42C, 40 dans le collecteur annulaire 38. Pendant injection, il pénètre 71 25195 Ê 2098306 dans le réseau primaire assez de réfrigérant de secours pour maintenir en permanence le réfrigérant primaire en deçà de sa température de saturation correspondant à la pression qui règne dans le réseau primaire. 5 De ce qui précède, il ressort que le réseau assure l'injec tion automatique d'eau à 38°C dans le réseau primaire à partir de l'instant où la pression régnant dans ce dernier tombe à 11 MPa et la maintient jusqu'à ce qu'il règne dans le réseau primaire la même pression que dans le récipient. L'introduction d'eau à 38°C 10 dans le réseau primaire réduit la vitesse de production de vapeur et la quantité totale de vapeur engendrée dans le récipient en faisant baisser la température du réfrigérant primaire à une vitesse suffisante pour que ce dernier demeure en deçà de sa température de saturation correspondant à la pression qui règne dans 15 le réseau primaire. Cette dilution du réfrigérant primaire évite la formation de poches de vapeur, ce qui réduit le risque d'arrêt de refroidissement dans le coeur et de cavitation dans la pompe primaire. L'échelonnement des injections limite le choc thermique subi par le réseau. On peut aussi prévoir une multiplicité de 20 points d'injection en vue d'éviter un élévement de la pression.de vapeur en ramenant le réfrigérant primaire, au voisinage d'une rupture, en deçà de sa température de saturation correspondant à la pression qui règne dans la structure de récipient. En multipliant les points d'injection, on assure en outre ton refroidissement 25 plus uniforme du réfrigérant primaire, ce qui réduit le risque d'accident "de refroidissement". Enfin, on notera qu'on peut utiliser suivant l'invention un autre appareil interdisant l'élévation de la pression de vapeur. Par exemple, dans l'exemple illustré, il est prévu dans le compartiment 34- une flaque d'eau 50 dea-30 tinée à condenser certaines des vapeurs condensables. Le tube 4-8 est prévu pour égaliser les pressions régnant dans les compartiments 32 et 34-. 71 25195 7 2098306 REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à interdire l'élévation de la pression de vapeur régnant dans une structure de récipient contenant un réacteur nucléaire à eau sous pression et du matériel de production 5 de vapeur, lors d'une perte de réfrigérant accidentelle résultant d'une rupture apparue dans le réseau de réfrigérant primaire, caractérisé en ce qu'il comprend une source de fluide de refroidissement de secours et des moyens propres à injecter successivement des fractions séparées de ce fluide de ladite source dans le ré-10 seau de réfrigérant primaire, chaque fraction étant injectée lorsqu'une certaine caractéristique prend, dans le réseau de réfrigérant primaire, une valeur préfixée correspondante. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'injection comportent un réseau collecteur et une sé- 15 rie de conduits d'injection de fluide de refroidissement agencés pour établir des communications de fluide entre la source et le réseau de réfrigérant primaire lors d'une perte accidentelle de réfrigérant. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que 20 certains des conduits d'injection sont situés près d'un point où le réfrigérant primaire pénètre dans le réacteur nucléaire. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source comporte un premier réservoir contenant une première fraction de fluide de refroidissement de secours sous une premiè- 25 re pression suratmosphérique et un second réservoir contenant une seconde fraction du fluide de refroidissement de secours sous une seconde pression suratmosphérique, la première pression étant supérieure à la seconde, et en ce que les moyens d'injection injectent la première fraction lors de l'apparition d'une première 30 pression préfixée et la seconde fraction lors de l'apparition d'une seconde pression préfixée dans le réseau de réfrigérant primaire. 5. Procédé destiné à interdire l'élévation de la pression de vapeur qui règne dans une structure de récipient contenant un ré- 35 acteur à eau sous pression et du matériel de production de vapeur, fonctionnant de façon que le réfrigérant primaire soit à une tem 11 25195 B 2098306 pérature inférieure à sa température de saturation correspondant à la pression de fonctionnement, procédé utilisable lors d'une perte accidentelle de réfrigérant résultant d'une rupture survenue dans le réseau primaire, caractérisé en ce qu'on maintient le 5 réfrigérant primaire, dans le réseau de réfrigérant primaire, en deçà de sa température de saturation correspondant à la pression qui règne dans le réseau, entre l'instant où la pression commence à baisser dans le réseau et celui où il règne dans le réseau la même pression que dans la structure de récipient. 10 6. Procédé selon la revendication 5» caractérisé en ce qu'on injecte successivement des fractions séparées d'un réfrigérant de secours dans le réseau de réfrigérant primaire, chaque fraction étant injectée quand une certaine caractéristique prend, dans le réseau de réfrigérant primaire, une valeur préfixée correspondais 15 7. Procédé selon la revendication caractérisé en ce qu'on ramène le réfrigérant primaire, au voisinage de la rupture, en deçà de sa température de saturation correspondant à la pression qui règne dans la structure de récipient.