Brevet FR2123287A1 — publié le 19720908

ri 2123287 L1invention concerne un procédé de dégazage thermique du réfrigérant primaire de réacteurs nucléaires munis de pressuriseurs. Un tel dégazage s'impose-, car des gaz radioactifs se dissolvent dans le réfrigérant au fil de la durée 5 de fonctionnement des réacteurs nucléaires, notamment par suite de défauts d'éléments combustibles, et peuvent finir par contaminer le circuit primaire à un point inadmissible. Une contamination aussi forte est particulièrement gênante pour les travaux de réparation s'effectuant sur des éléments des circuits 10 en cause, par exemple sur leurs échangeurs de chaleur. Le dégazage thermique de l'eau est connu en soi : on y extrait par chauffage les gaz dissous, on les entraîne à l'aide d'un courant de gaz porteur dans lequel on les récupère ensuite, si nécessaire, au moyen de dispositifs d'ad-15 sorption» Mais de tels dispositifs seraient trop volumineux et coûteux dans des installations de réacteurs nucléaires en ' raison'des très grandes "quantités'"'d' eau"de"refroidissementqui' circulent dans celles-cio L'invention a donc pour objet un procédé de dégazagë'thermique de réfrigérants de réacteurs dans 20 lequel on puisse utiliser le plus possible de dispositifs déjà existants sans avoir à y ajouter de cuves sous pression ou autres éléments aussi volumineux» Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on fait passer une partie du réfrigérant primaire à travers 25 le pressuriseur, on prélève dans celui-ci de la vapeur afin de recueillir, de façon connue en soi, les gaz entraînés par elle et l'on règle la puissance de chauffage dudit pressuriseur conformément à la chaleur de vaporisation nécessaire ainsi qu'au temps d'échauffement à ébullition de l'eau de passage sous la 30 pression fixée. Le dégazage thermique s'effectue donc au moyen du pressuriseur, lequel existe de toute façon, aux fins de réglage et régulation de la pression de service, dans les centrales nucléaires à eau pressurisée. Celles-ci comportent, de plus, une caisse de décharge du pressuriseur emplie partiellement 35 d'eau et servant à condenser la vapeur en excès qui s'échappe du pressuriseur, à travers un détendeur, en cas de surpression dans le système primaire. Un tel pressuriseur de centrale nucléaire se compose d'une cuve sous pression partiellement emplie d'eau elle aussi et renfermant un dispositif électrique 40 réglable de chauffage ; il est relié au circuit primaire et lui COPY 71 47061 2123287 transmet la pression engendrée en son se-in par 11 ébullition de l'eau» La régulation de la pression a lieu par réglage de la puissance de chauffage et* en outre, à l'aide d'un-dispositif de pulvérisation qui, lorsqu'il s'agit de réduire ladite pres-5 sion, condense la vapeur d'eau produite,. Le réfrigérant ne traverse donc pas le pressuri'seur en fonctionnement normal» En dehors des dispositifs précités existant dans toute centrale nucléaire à eau pressurisée, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ne nécessite qu'un dis-10 positif de captation des gaz dissous dans le réfrigérant du réacteur» Il n'est pas besoin de gaz de "balayage tels qu'ils sont connus d'après le niveau actuel de la technique, la vapeur du réfrigérant les remplaçant pour ainsi dire : du fait qu'elle se condense en eau, le courant gazeux restant renferme, sous 15 line forme non diluée ou presque, les gaz à extraire, tels que xénon, krypton ou autres0 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de trois modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs "et illustrés de façon schématique 20 par le dessin annexé, dont les trois figures correspondent à autant de formules de dégazage du réfrigérant primaire avec utilisation du pressuriseur, de sa caisse de décharge et de la soupape de surpression placée entre eux deux» Les éléments non modifiés d'une figure à une autre de ce dessin portent, sur 25 celles-ci,les mêmes références» On voit sur la figure 1 un réacteur nucléaire 1 et son circuit primaire, dont les éléments essentiels sont le générateur de vapeur 2 et la pompe 3 , à laquelle est relié par la conduite 43 le pressuriseur 4, composé d'une cuve 30 sous pression avec chauffage électrique 41 et dispositif de pulvérisation 42, ce dernier communiquant avec le circuit primaire par la soupape 53 et la conduite 44 » L'alimentation du chauffage électrique 41 permet de vaporiser davantage d'eau et d'augmenter par conséquent la pression dans le pressuriseur et, à 35 travers la conduite 43, dans le circuit primaire» Pour abaisser au contraire la pression, on ouvre dans une mesure plus ou moins forte la soupape 53» en sorte que", le dispositif de pulvérisation 42 entrant en action, une partie du volume de vapeur se condense dans le pressuriseur 4 et la pression se trouve effec-40 tivement réduite dans' tout le système» COPY 71 47061 3 2123287 Le pressuriseur 4 est relié par la soupape de surpression 5 à sa caisse de décharge 6, emplie»comme lui, partiellement d'eau. En cas de surpression dudit pressuriseur 4 non compensée à temps par le dispositif de pulvérisation 42, 5 de la vapeur parvient par la soupape 5 à la caisse de décharge 6 et s'y condense, du fait qu'elle traverse de "bas en haut la réserve d'eau de celle-ci. Les éléments d'installation considérés jusqu'ici font normalement partie de toute centrale nucléaire à eau pressurisée. Pour la mise en oeuvre du procédé 10 selon l'invention, il s'y ajoute seulement un dispositif d'ad-sorption 7 relié à la caisse de décharge 6 du pressuriseur 4 par la pompe 8. Ce dispositif retient les gaz,radioactifs ou non, retirés du circuit. Les gaz non radioactifs, par exemple l'hydrogène ou l'hélium, sont renvoyés à la caisse de décharge 15" 6 à travers la soupape 9 on dégagés à l'air libre par la conduite 10 o Le procédé selon l'invention se déroule comme suit. On ouvre d'abord la soupape 53 de la conduite 44 en obligeant ainsi le réfrigérant qu'il s'agit de dégazer à 20 traverser, par la rampe d'arrosage 42 et la conduite 43, le pressuriseur 4. On augmente en même temps la puissance de chauffage afin de mettre à ébullition la quantité de liquide débitée. Si la température moyenne normale du réfrigérant à la sortie du réacteur est par exemple de 314°C et la pression re-25 lative de 140 atm. , la température d'ébullition dans le pressuriseur est voisine de 354°C» Soit un débit d'eau de 11 t/h à travers ce pressuriseur. On soutire, par la soupape de surpression 5, de 200 à 400 kg/h de vapeur et on les détend à une pression relative de 1 atm. en aval de ladite soupape. Ce pré-30 lèvement de vapeur maintient constante la pression normale de service dans le système primaire du réacteur. La vapeur en question renferme en mélange les gaz précédemment dissous dans le réfrigérant liquide. Comme on l'a déjà mentionné, elle se condense, au sortir de la soupape de surpression, dans la caisse 35 de décharge du pressuriseur, tandis que les gaz entraînés s'y rassemblent dans le volume compris au-dessus du niveau de l'eau, et précédemment empli d'hydrogène' ou hélium gazeux. Cette vapeur condensée dans la caisse de décharge du pressuriseur peut faire retour au circuit primaire, à travers la soupape 52 et la 40 pompe 31, par la conduite représentée en trait mixte, le circuit COpy 71 47061 4 2123287 de l'eau se fermant alors sans aucune perte. Il est bien entendu possible également de la renvoyer au réservoir de compensation de volume, non représenté mais accompagnant tout réacteur. Ce réservoir, qui fait partie de l'installation d'épuration de l'eau de refroidissement, est relié lui aussi au circuit primaire du réacteur. Les gaz du réfrigérant rassemblés dans la caisse de décharge du pressuriseur sont amenés par la pompe 8 à une installation d*adsorption de gaz 7 maintenue, de façon connue en soi, à de très basses températures, comprises par exemple entre -80 et -190°C. On y récupère les gaz précédemment dissous, puis on les emmagasine dans des chambres d'amortissement de radioactivité en même temps que les récipients d'adsorption, une fois que ces derniers sont saturés, ou bien on les transvase, sous forme hautement concentrée, desdits récipients dans des bouteilles à gaz comprimé. Les gaz non adsorbés - par exemple l'hydrogène ou l'hélium-, qui nécessitent des températures d'ad-sorption encore beaucoup plus basses - n'étant pas radioactifs, on peut les dégager à l'air libre par la conduite 10 ou bien les renvoyer en gaz protecteurs à la caisse de décharge 6 par changement de position approprié de la soupape 9« Ce procédé de dégazage est applicable, aussi bien en continu qu'en discontinu, pendant le fonctionnement du réacteur» Il l'est en outre lorsque le réacteur se trouve à l'arrêt ou à l'état sous-critique, c'est-à-dire aussi en régime dit de refroidissement d'arrêt. Il n'y a pas à prévoir de production ou d'accumulation d'eau radioactive, car on peut réalimenter le circuit primaire au moyen de l'eau condensée dans la caisse de décharge du pressuriseur. Les figures 2 et 3 correspondent à d'autres modalités de dégazage du réfrigérant primaire à l'aide des dispositifs existants. On s'est abstenu, pour ne pas les surcharger, d'y représenter le circuit primaire proprement dit. L'installation selon la figure 2 comporte, du côté aval de la soupape de surpression 5, une colonne de lavage de gaz 61 et un condenseur sous basse pression 62. Une des extrémités du dispositif d'adsorption de gaz 7 est reliée à ce condenseur 62 à travers la pompe 8, l'autre à la caisse de décharge 6 du pressuriseur à travers la soupape 9» A la différence du premier exemple, la vapeur détendue se condense non plus dans ladite caisse de décharge, mais dans un dispositif 71 47061 5 2123287 distinct 610 La vapeur venant de la soupape de surpression 5 se condense sous basse pression en 62 et s'écoule vers le bas à travers la colonne de lavage de gaz 61, laquelle peut 5 être agencée en colonne à plateaux. L'eau dégazée parvient à la caisse de décharge 6 du pressuriseur, tandis que, comme dans le premier exemple, les gaz précédemment dissous sont refoulés par la pompe 8» vers le dispositif 7 5 où ils sont adsorbés. On peut aussi placer, selon la figure 3» 10 l'ensemble combiné du condenseur et de la colonne de lavage de gaz du côté amont de la soupape de surpression 5° Le condensât sous haute pression recueilli dans la colonne de lavage de gaz 61 est alors amené à la caisse de décharge du pressuriseur à travers la soupape de surpression 5» e"t le dispositif d'adsorp-15 tion 7 est suivi d'une soupape réductrice de pression 51 Qui détend le gaz résiduel, consistant en hélium ou hydrogène gazeux et éventuellement aussi en azote» Les dispositifs d'adsorption de gaz 7 n'appellent pas de description particulière, car ils correspondent 20 au niveau actuel de la technique, si divers que puissent être les systèmes utilisables. D'autres variantes de construction de l'installation de dégazage basée sur l'utilisation de la soupape de surpression et de la caisse de décharge du pressuriseur sont également possibles, et de même des combinaisons éventuel-25 les des dispositifs représentés sur les diverses figures. Rien ne s'opposerait, par exemple, non plus à ce que le réfrigérant primaire à dégazer soit amené au pressuriseur à partir du système de régulation de volume, non représenté» Un autre avantage important du procédé ré-30 side dans le fait qu'il n'y a aucune difficulté à l'appliquer après coup dans n'importe quelle installation de réacteur nucléaire fonctionnant à l'eau pressurisée. Ledit procédé est également applicable, par transposition, à des réacteurs à eau bouillante. 71 47061 6 2123287 REVENDICATIONS 1. Procédé de dégazage thermique du réfrigérant primaire de réacteurs nucléaires à pressuriseur pendant leur fonctionnement normal caractérisé par le fait que l'on fait 5 passer une partie du réfrigérant primaire à travers le pressuriseur, on prélève dans celui-ci de la vapeur afin de recueillir, de façon connue en soi, les gaz entraînés par elle et l'on règle la puissance de chauffage dudit pressuriseur conformément à la chaleur de vaporisation nécessaire ainsi qu'au temps d'échauf-10 fement à ébullition de l'eau de passage sous la pression fixée. 2» Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on achemine la vapeur à travers la soupape de surpression et la caisse de décharge du pressuriseur, éléments déjà existants pour des raisons de sécurité dans l'ins-15 tallation de la centrale nucléaire, on fait passer sur des parcours d'adsorption et sépare des fractions difficilement conden-sables, non radioactives et devant éventuellement faire retour à ladite caisse de décharge, telles qu'hydrogène, hélium et parfois aussi azote, les gaz précédemment dissous rassemblés au-dessus 20 du niveau de l'eau dans cette même caisse et on les transvase sous forme hautement concentrée. 3° Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte, pour récupérer les gaz entraînés, une colonne de lavage de gaz 25 reliée à un dispositif d'adsorption, le tout du côté haute pression de la soupape de surpression intercalée entre le pressuriseur et sa caisse de décharge, et que le condensât dégazé recueilli dans ladite colonne parvient à la caisse de décharge du pressuriseur à travers cette même soupape de surpression. 30 Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte, pour récupérer les gaz entraînés, une colonne de lavage de gaz reliée à un dispositif d'adsorption, le tout du côté basse pression de la soupape de surpression intercalée entre le pressuri-55 seur et sa caisse de décharge, et que le condensât dégazé recueilli dans ladite colonne parvient directement à la caisse de décharge du pressuriseur.,