Brevet FR2132817A1 — publié le 19721124

-i- 2132817 La présente invention concerne un échangeur thermique et plus précisément un tel échangeur dans lequel d'une part un bouclier anti-radiations fait partie intégrante d'une tête fixe, d'autre part une colonne tubulaire amovible donne accès à ladite 5 tête fixe et à une tête flottante, une fois que cette colonne a été retirée. La demande d'énergie électrique double environ tous les dix ans. Pour le moment les combustibles fossiles fournissent la majeure partie de l'énergie thermique que nécessite la produc-10 tion de l'énergie électrique. On estime que dans les trente prochaines années plus de la moitié de l'énergie électrique demandée sera d'origine nucléaire» Mais les ressources en combustibles fissiles sont limitées, de sorte que l'avenir de l'énergie nucléaire dépend de la mise au point de réacteurs régénérateurs à 15 neutrons rapides, qui produisent plus de matériaux fissiles qu* ils n'en consomment. De tels réacteurs, pour pouvoir devenir opérationnels, exigent des échangeurs thermiques judicieusement conçus, de façon à pouvoir être inspectés et entretenus ou réparés avec un équipement de commande à distance réduit au strict 20 minimum indispensable, car de tels équipements représentent des investissements coûteux et des frais de maintenance élevés. Compte tenu de la technologie présente on envisage d'utiliser le sodium comme agent de transfert de chaleur pour refroidir le coeur du réacteur régénérateur à neutrons rapides 25 et de l'eau et de la vapeur dans la partie productrice d'énergie. Comme il est inévitable que des fuites se produisent dans un échangeur thermique quel qu'il soit renfermant du sodium et de l'eau, on considère comme absolument nécessaire de ne pas utiliser le sodium radio-actif et l'eau ou la vapeur dans le même 30 échangeur. C'est pourquoi on a besoin d'un échangeur intermédiaire, transférant la chaleur du sodium radio-actif à du sodium non-radio-actif, de façon à créer un système viable qui soit à l'abri de toute détérioration provenant du sodium radio-actif® D'une façon générale un échangeur thermique pour le 35 transfert de chaleur d'un fluide primaire radio-actif à un fluide secondaire non-radio-actif, comporte d'une part un faisceau tubulaire ayant une tête fixe, reliée h des conduits d'antrée et 72 12467 -2- 2132817 de sortie de fluide secondaire permettant à ce fluide secondaire de circuler à travers ledit faisceau tubulaire, et d'autre part, un corps cylindrique entourant le faisceau tubulaire et ayant une extrémité ouverte pouvant être obturée par ladite tête fixe» 5 Un tel échangeur se caractérise suivant 1*invention par ceci qjue ladite tête fixe est associée un bouclier anti-radiations, que ledit corps cylindrique est supporté par un plancher formant également écran anti-radiations, et que l'extrémité ouverte dudit corps cylindrique s'engage dans ledit plancher, de façon telle 10 que l'on puisse d'une part détacher de ladite tête fixe lesdits conduits d'entrée et de sortie de fluide secondaire, d'autre part ladite tête fixe dudit corps cylindrique, sans que les ouvriers préposés à ce travail soient exposés h des doses dangereuses de radiations provenant du fluide primaire» 15 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des cription qui suit d'un exemple préféré de réalisation, et à l'examen des dessins annexés dans lesquels - La Figure 1A est une vue en coupe verticale axiale de la moitié supérieure d'un échangeur thermique suivant l'invçn-20 tion ; - La Figure 1B est une vue analogue à la précédente, mais de la moitié inférieure du même échangeur» - La Figure 2. est une vue par le dessus du même échangeur; et 25 - La Figure 3 est une vue en coupe du même échangeur, prise suivant la ligne III III de la Figure 1A;» On se référera maintenant aux dessins et tout d'abord aux Figures 1A et 1B représentant un échangeur thermique intermédiaire 1 pour réacteur régénérateur à neutrons rapides (non 30 représenté) refroidi par un métal liquide, échangeur conçu pour transférer de la chaleur d'un fluide primaire, sodium liquide radio-actif utilisé pour refroidir le réacteur, à un fluide secondaire, sodium liquide utilisé dans un générateur de vapeur (non représenté) pour produire de la vapeur destinée à entraîner 35 un turbo-alternateur (non représenté) donc à produire de l'énergie électrique» Le sodium secondaire n'est pas radio-actif» Le sodium primaire est au contraire soumis dans le réacteur au bombardement intense d'un flux élevé de neutrohs et devient radioactif; cependant au fur et à mesure que sa radio-activité dirai- 72 12467 -3- 2132817 nue, il émet un rayonnement gamma, mais le bombardement du sodium secondaire par ce rayonnement gamma ne le rend pas radio-actif. L'échangeur 1, tel qu'il est représenté aux Figures 1A et 1B, comprend un faisceau tubulaire 3 ; une tête fixe 5 disposée 5 h 1*extrémité supérieure dudit faisceau, une tête flottante 7 disposée à l'extrémité inférieure du même faisceau, et un corps cylindrique extérieur 9 renfermant ledit faisceau. Le faisceau tubulaire 3 est constitué d'une part par un grand nombre de tubes 11, droits ou sensiblement droits, avec un coude en demi sinusoide 10 disposé intérieurement, fixés à des plaques frontales 13, 15 des têtes fixe et flottante 5, 7 respectivement, par soudure ou tout autre moyen convenable, d'autre part par un tube 17 disposé coaxialement au faisceau et de diamètre très sensiblement plus grand que les autres. Ce gros tube central ou chemise intérieure 17 15 est également attaché aux plaques frontales 13, 15 par soudage ou autrement. Le faisceau tubulaire 3 dans son ensemble est enfermé dans une chemise extérieure 19, allant pratiquement d'une tête à l'autre. Le tube central 17 et la chemise extérieure 19 coopèrent pour définir un espace annulaire dans lequel passent les tubes 20 sensiblement droits 11. Un conduit d'entrée de fluide secondaire 21 amène le fluide secondaire (sodium liquide) au faisceau tubulaire 3 et un conduit de sortie de fluide secondaire 23 l'y reprend. Le conduit de sortie de fluide secondaire 23 communique directement avec la 25 tête fixe 5. Comme le montre la Figure 1A, le conduit d'entrée de fluide secondaire 21 comprend une portion tubulaire verticale centrale 25 et une portion tubulaire horizontale latérale 27. La portion tubulaire verticale 25 est disposée coaxialement au gros tube 30 central 17 du faisceau tubulaire 3 et est pratiquement de même section droite que ce tube 17. La portion tubulaire verticale 25 est soudée par son extrémité inférieure à la tête fixe et présente une bride 29 à son extrémité supérieure. Une colohne tubulaire descendante ou chemise intérieure 31 est conçue pour s'engager à 35 coulissement dans la portion verticale 25 du conduit d'entrée de fluide secondaire 21 et dans le gros tube central 17 du faisceau tubulaire 3# La colonne tubulaire 31 a une ouverture 33, qui est en regard de la portion latérale 27 du conduit d'entrée 21, de 72 12467 -4- 2132817 sorte que le fluide secondaire circule en entrant par ladite portion latérale 27 du conduit d'entrée 21, pour descendre ensuite par la colonne tubulaire 31 et par la partie basse du gros tube central 17, puis pénétrer dans la tête flottante 7, remonter dans 5 les tubes sensiblement droits 11, pénétrer dans la tête fixe 5 et finalement sortir par le conduit de sortie 23, le tout comme indiqué par les flèches à tiges en trait plein. Les diamètres de la colonne tubulaire 31 de la portion tubulaire verticale 25 du conduit d'entrée de fluide secondaire 10 21 et du gros tube central 17 sont tels, que le débit de fluide secondaire qui passe en dehors des tubes sensiblement droits 11, lorsque ce fluide secondaire va du conduit d'entrée 21 au conduit de sortie 23, est minimal» Comme le montrent les Figures 1A et 1B, le corps cylin-15 drique 9 enveloppe l'ensemble du faisceau tubulaire 3 et l'extrémité supérieure de ce corps cylindrique est ouverte pour permettre d'en retirer le faisceau tubulaire 3„ Un conduit d*entrée de fluide primaire 35 débouche dans une portion de paroi latérale 36 du corps cylindrique 9 non loin de l'extrémité ouverte de celui-ci; 20 un conduit de sortie de fluide primaire 37 est disposé dans un dôme 39 fermant l'extrémité inférieure du corps cylindrique 9. La chemise extérieure 19 enveloppant le faisceau tubulaire 3 présente un certain nombre d'ouvertures 41, 43, respectivement voisines de la tête fixe 5 et de la tête flottante T. Cem-25 me le montrent les Figures 1A et 3, un manchon excentré 45, de forme générale cylindrique, et disposé au niveau du conduit d*en-trée de fluide primaire 35, est soudé au corps cylindrique 9, pous assurer une distribution uniforme du fluide primaire entrant aux ouvertures 41 de la chemise extérieure 19 du faisceau tubulai-30 re 3. Un joint d'étanchéité 47 est disposé contre la face frontale inférieure du manchon excentré 45 de façon à obliger la quasi totalité du fluide primaire entrant à passer par les ouvertures supérieures 41 de la chemise extérieure 19, à descendre dans ^espace annulaire compris entre le gros tube central 17 et la chemise 35 extérieure 19, à contre courant du fluide secondaire remontant à l'intérieur des tubes sensiblement droits 11, créant ainsi une possibilité de circulation naturelle pour les deux fluides, 72 12467 -5- 2132817 primaire et secondaire, pour leur traversée de 1*échangeur. Le fluide primaire sort ensuite par les ouvertures inférieures 43 de la chemise extérieure 19 pour aller vers le conduit de sortie de fluide primaire 37, comme l*indiquent les flèches a tiges en 5 trait interrompu. lin espace compris entre la chemise extérieure 19 et le corps cylindrique 9 constitue une zone de calme qui réduit les pertes de chaleur de 1*échangeur. Un écran thermique 48 ferme pratiquement la face frontale supérieure du manchon excentré 45, 10 pour former une autre zone de calme sur le pourtour de la tête fixe, en protégeant les joints entre tubes 11 et la plaque 13, de l'action corrosive du sodium liquide en circulation. Le corps cylindrique est suspendu à partir d'un plancher épais 49 au moyen d'un certain nombre d'attaches 51. Le plancher 15 49 est formé d'environ 2 m de béton pour constituer un écran arrêtant les radiations venant de 1*échangeur. L'extrémité ouverte du corps cylindrique 9 s'engage en partie dans une ouverture 52 en forme de puits du plancher de béton. Auprès de son ouverture supérieure le corps cylindrique est de diamètre légèrement renflé 20 (en 53) sur une certaine hauteur. La tête fixe 5 du faisceau tubulaire 3 bouche l'ouverture du corps cylindrique 9. La partie supérieure de la tête fixe 5 sert de bouclier 55 anti-radiations ; elle comporte un manchon cylindrique 57 ; une portion de paroi sphérique 59 ferme l'une des extrémités du manchon 57 et constitue 25 le couvercle d'une chambre dans la tête fixe, enfin une plaque 61 ferme l'autre extrémité du manchon 57, en foxmant un compartiment que l'on remplit de grenaille d'acier 63, pour établir un écran anti-radiations incorporé à la tête fixe 5. Les conduits d'entré* et de sortie de fluide secondaire 21, 23 respectivement, passent 30 à travers le bouclier 55, et l'extrémité supérieure bridée 65 de la colonne tubulaire 31 est également pourvue d'un bouclier antiradiations 67, faisant corps avec elle (voir Figure 1A). Le diamètre du bouclier anti-radiations 55 faisant corps avec la tête 5 est pratiquement aussi grand que celui du corps 35 cylindrique 9 pour blinder tout l'espace supérieur au droit du corps cylindrique, de façon que la tête^puisse être soulevée à partir du corps cylindrique 9 par des ouvriers venant en contact 72 12467 -6- 2132817 direct avec l'extrémité supérieure du corps cylindrique, sans être exposés à des doses dangereuses de radiations. Une épaisse dalle de béton 69 recouvre l'ouverture 52 du plancher de béton 49 pour assurer un blindage supplémentaire 5 anti-radiations en cours de fonctionnement normal. La dalle 69 est pourvue d'une ouverture centrale 71 conçue de façon que la colonne tubulaire 31 puisse être retirée de l'échangeur 1 sans qu'il soit nécessaire pour cela de retirer cette dalle. Dans ces conditions les tubes 11 et les plaques 13, 15 peuvent être inspec-10 tés et entretenus ou réparés I travers l'ouverture que donne l'enlèvement de la colonne 31, en utilisant un type approprié d'équipement d'inspection et d'entretien à distance. Un petit tampon 73 recouvre l'ouverture 71 lorsque 1'échangeur est en fonctionnement pour assurer le meilleur blindage anti-radiations possible» 15 Les conduits d'entrée et de sortie de fluide secondaire 21, 23 sont disposés dans l'ouverture 52 et peuvent être détachés au moyen d'outils à contact direct par des ouvriers entrant dans l'ouverture 52, sans être exposés à des doses excessives de radiations. Donc les conduits d'entrée et de sortie de fluide se-20 condaire 21, 23 peuvent être détachés de la tête fixe 5, et celle-ci détachée du corps cylindrique 9 par des outils à contact direct, sans que les ouvriers soient exposés à des doses excessives de radiations provenant du sodium radio-actif constituant le fluide primaire, ce qui permet de réduire l'importance et la complexité 25 de l'équipement de commande à distance, nécessaire à l'inspection d'un échangeur thermique suivant l'invention. 72 12467 -7 2132817 REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique pour le transfert de chaleur d'un fluide primaire radio-actif à un fluide secondaire non radio-actif, comportant d'une part un faisceau tubulaire, ayant une tête- fixe, 5 reliée à des conduits d'entrée et de sortie de fluide secondaire permettant à ce fluide secondaire de circuler à travers ledit faisceau tubulaire, et d'autre part, un corps cylindrique entourant le faisceau tubulaire et ayant une extrémité ouverte recevant ladite tête fixe et fermée par elle, caractérisée par ceci qu'à 10 ladite tête fixe est associé un bouclier anti-radiations, que ledit corps cylindrique est supporté par un plancher formant également écran anti-radiations, et que l'extrémité ouverte dudit corps cylindrique s'engage dans ledit plancher, de façon telle que l'on puisse détacher d'une part de ladite tête fixe lesdits conduits 15 d'entrée et de sortie de fluide secondaire, d'autre part ladite tête fixe dudit corps cylindrique. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par ceci que ladite tête s'engage dans l'ouverture dudit corps cylindrique, et que ledit bouclier anti-radiations fait partie inté- 20 grante de la partie extérieure de ladite tête. 3, Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par ceci que ledit faisceau tubulaire est constitué par un grand nombre de tubes sensiblement droits et qu'une tête flottante est disposée à l'extrémité des tubes, opposée à ladite tête fixe. 25 4» Echangeur selon la revendication 3, caractérisé par ceci que le faisceau tubulaire laisse libre un passage central recevant une chemise intérieure amovible faisant communiquer ledit conduit d'entrée et ladite tête flottante pour amener ledit fluide secondaire du conduit d'entrée à la tête flottante et 30 donnant accès, une fois enlevée, aux deux plaques frontales du faisceau tubulaire. 5. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par ceci que la partie haute dudit corps cylindrique, se terminant par ladite extrémité ouverte, est de diamètre quelque peu plus 35 grand, pour lui permettre de recevoir ladite tête fixe et ledit bouclier anti-radiations. 6. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par 72 12467 -8- 2132817 ceci que ledit bouclier anti-radiations est constitué par une paroi cylindrique attachée à ladite tête fixe, fermée d'un côté par cette tête fixe et de l'autre par une plaque de couverture, de façon à former une enceinte, laquelle est remplie d'un matériau 5 absorbant les radiations. 7. Echangeur selon la revendication 6, caractérisé par ceci que ledit matériau absorbant les radiations est constitué par des billes d'acier. 8. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par 10 ceci que ledit corps cylindrique se raccorde, non loin de ladite tête fixe du faisceau tubulaire, à un conduit d'entrée de fluide primaire, qu'au voisinage de ce conduit d'entrée de fluide primaire est fixé audit corps cylindrique, de part et d'autre de ce conduit, un manchon excentré, destiné à distribuer le fluide primaire 15 à l'extérieur des tubes dudit faisceau. 9» Echangeur selon la revendication 8, caractérisé par ceci qu'il comporte en outre des écrans cantonnant pratiquement le flux de fluide primaire à un volume entourant ladite tête fixe, de façon à former une zone de calme dans cette région.