Brevet FR2237279A1 — publié le 19750207

Cette invention se rapporte à la technique des réac- teurs nucléaires et plus particulièrement à la réduetion ou à la suppression des émissions radioactives excessives dans l'at mosphère ou dans l'environnement d'un site d'une centrale nu cléaire. Elle sera décrite en application aux réacteurs à eau pressurisés (PWRs). Cependant, dans la mesure où elle se trouverait applicable- aux réacteurs nucléaires dtun autre type, une telle utilisation de l'invention serait considérée comme étant tributaire de la présente demande. Une centrale nucléaire comprend un réacteur nucleaire et un ou plusieurs générateurs de vapeur, habituellement de vapeur d'eau. De l'eau- sous une pression d'environ 157,5Kg par cm2 est chauffée jusque vers 1600C par les calories produites par la fission dans le réacteur, et est utilisée comme liquide primaire dans le générateur de vapeur polar y vaporiser, par -échange thermique, le liquide secondaire qui est habituellement de l'eau. La vapeur produite entraîne une turbine principale qui fournit de l'énergie électrique. La vapeur venant de la turbine est liquéfiée dans un condenseur et retourne en tant que liquide secondaire vers les générateurs de vapeur.Le condenseurest refroidi par un liquide réfrigérant, habituellementzde lteau, circulant dans des circuits de réfrigération grâce à des pompes. Les pompes sont entraînées par l'énergie électrique fournie par la turbine principale ou par une puissance extérieure, lorqu'elle est disponible. Dans les générateurs de vapeur, les conduites de fluide primaire et de fluide secondaire présentent en principe entre elles une étanchéité complète. Cependant, le liquide primaire est à une pression nettement supérieure à celle du'liquide secondaire et des fuites du fluide primaire vers le fluide secondaire peuvent se produire. Comme le liquide primaire contient des matières radioactives, il est nécessaire de prévoir une protection de l'environnement contre les émissions radioactives venant du liquide secondaire contaminé par des matières radioactives. Les centrales nucleaires conçues conformément à la technique antérieure ne possèdent pas de moyens pour réduire l'émission radioactive provenant du liquide secondaire. Il était admis que les fuites qui se produisent en raison de défauts structuraux mineurs, de la chimie de l'eau, ou d'autres causes, restent relativement faibles et inférieures à 0,006 1/sec. et qu'une fuite aussi faible ne produit pas de radiations dangereuses. Dans un tel appareillage conforme à la technique antérieure, une fraction du liquide secondaire est dirigée, avec des sédiments tels que du tartre produits par la corrosion et des matières dissoutes, vers un réservoir de purge.Le liquide du réservoir de purge est envoyé dans un récepteur de décharge, habituellement une rivière, un océan ou un lac, et la vapeur surmontant le liquide dans le réservoir est ventilé dans l'atmosphère. Cette pratique peut conduire à une émission radioactive excessive et intolérable. Une émission radioactive intolérable peut survenir également lorsqu'une défaillance majeure se produit dans l'appareillage. Des défaillances majeures typiques sont la rupture d'une conduite primaire (tubulure d'un générateur de vapeur), la rupture d'une conduite de vapeur principale ou l'arrêt complet de la centrale. Dans ce cas, la vapeur provenant des générateurs de vapeur est, dans la technique antérieure, en partie ventilée dans l'atmosphère à travers une vanne de décompression et en partie dérivée autour de la turbine vers le condenseur, si une énergie externe est disponible pour entraîner les pompes de circulation du condenseur. Comme la turbine ne peut, durant une défaillance majeure, délivrer de la puissance, le refroidissement du condenseur peut ne pas être assuré.Une émission radioactive excessive est alors produite par la sortie de vapeur à travers la valve de décompression. C'est un des objets de la présente invention, que de supprimer les inconvénients indiqués ci-dessus, inhérents aux réacteurs nucléaires conformes à la technique antérieure, et-de permettre la réalisation d'une centrale dont l'utilisation et le fonctionnement permettront de maintenir les émissions radioactives dans l'environnement à l'intérieur des limites permises. Cette invention, selon l'un de ses aspects, est née de la constatation que les fuites du liquide primaire vers le liquide secondaire, qui se produisent dans les générateurs de vapeur, sont supérieures à ce qui avait été supposé. Une expérience de fonctionnement typique a montré que dans certaines conditions particulières et inhabituelles, les fuites Peuvent atteindre 0,063 litre par seconde ou meme plus. On sait également que les matériauxradioactifs prédominants injectés dans le liquide secondaire en raison des fuites, sont des isotopes radioactifs de l'iode, bien qu'il existe également des quantités faibles d'autres matériaux. Conformément à l'invention, l'évacuation du réservoir de purge est déminéralisée par un déminéraliseur à échange d'ions, interposé entre le réservoir et le canal de décharge ou le récepteur de décharge. D'une manière typique, environ 3,15 litre par seconde de liquide secondaire pénètrent dans le réservoir de purge. Mais, en raison de la diminution de la pression du liquide pénétrant dans le réservoir de purge, à partir de sa valeur initiale de 73,3 Kg/cm2, environ le tiers de ce liquide stéva- pore, de sorte que seulement environ- 1,89 litre seconde de liquide sort du réservoir. D'unezmanière-typique,-lteau de purge venant du condenseur circule à travers le même canal que la purge du réservoir.La concentration en -iode radioactif dans l'eau évacuée du réservoir de purge est ainsi réduite jusqu'à un niveau tolérable avant d'être mélangée avec Liteau de circule lation du condenseur; Les effluents dudéminéraliseur peuvent également etre évacués dans le récepteur de liquides résiduels, dans l'hypothèse improbable où, en dépit de la présence du déminéraliseur, la concentration des produits de fission exède le critère limite d'évacuation dans l'environnement. De plus la vapeur du réservoir de purge, au lieu d'être ventilée dans l'atmosphère est renvoyée sur le condenseur. Ceci réduit les émissions dans l'environnement, car le facteur de répartition de l'iode dans le condenseur est nettement plus bas que dans le réservoir de purge. Le facteur de répartition pour le réservoir de purge, est défini par microcuries de radioactivité par gramme de vapeur microcuries de radioactivité par gramme de liquide Pour le condenseur, le facteur de partage est défini par microcuries de radioactivité par cm3 de vapeur microcuries- de radioactivité par cm3 de liquide. Le facteur de partage est de tordre de 10-1 dans le réservoir de purge et de l0 -4 dans le condenseur. La concentra- tion de radioactivité dans la vapèur du réservoir de purge est par suite réduite par son transfert vers le condenseur, au lieu de l'être par aération. Selon un autre aspect de l'invention, en cas de défaillance majeure, des moyens de pompage auxiliaires sont prévus pour le liquide réfrigérant du condenseur, afin de remplacer les pompes normales à commande électrique. Ces moyens comprennent une turbine et un moteurdiésel entraînant chacun des pompes auxiliaires. La turbine est entraînée par la vapeur dérivée qui est soustraite de la turbine principale après que cette dernière ait été arrêtée. Les pompes de circulation auxiliaire en traRnées- par cette turbine -fournissent le fluide -réfrigérant au condenseur, en remplaçant les pompes de circulation électriques principales. La pompe de circulation auxiliaire entratnée -par diésel est installée par sécurité.Une économie peut être réalisée en éliminant une ou deux des pompes de circulation électriques de secours. De plus, l'effluent, qui est essentiellement de l'air, sortant de l'éjecteur d'air et provenant du condenseur, est con- trôlé de manière que,dans le cas où la radioactivité de l'air éjecté deviendait excessive, les effluents rejetés soient trans féres dans un récepteur de gaz résiduels, ou vers l'enceinte du réacteur qui possède des--fuites adioatives- faibles. Une réalisation préférée de l'inyention va maintenant être décrite à titre d'exemple- seulement, à l'aidé de l'unique figure qui est un diagramme représentant un appareillage qui utilise les principes de la présente invention. L'appareillage représenté sur l'illustration est une centralenucléaire comprenant un réact-eur nucléaire 1, en ltes- pèce un PWR, (réacteur à eau pressurisée) et des générateurs de vapeur 3 et 5. Le liquide primaire, ou de refroidissement, du réacteur 1, circule dans les conduites 7 et 9 vers les conduites primaire Il des générateurs 3 et 5. Les conduites Il sont en général des structures en forme de U, comme représenté,et assu- rent les échanges thermiques avec le liquide secondaire dans la zone 13 entourant les conduites 11. Le liquide primaire est renvoyé à travers les conduites 15. Le réacteur 1 et les générateurs 3 et 5 sont enfermés dans une enceinte 17 étanche aux émissions radioactives.A l'extérieur de-l'enceinte 17, la centrale nucléaire comprend une turbine principale 21 et un condenseur 23. La vapeur produite dans les générateurs 3 et 5 circule dans les conduites de vapeur principales 25 et 27 vers la turbine 21, pour assurer son entraînement. La vapeur est alors dirigée dans le condenseur 23: La turbine 21,- lorsqu'elle est en fonctionnement, fournit sur les conducteurs 29 et 31, une énergie électrique, grâce au générateur 32. Dans la conduite 25 de chaque -ligne, il existe une vanne de décharge 33, une vanne de commande 35, et une vanne de contrôle 37. La vanne de décharge 33 s'ouvre lorsqu'unie rupture se produit dans les conduites primaires ou dans les conduites de vapeur. Dans de telles conditions, la vapeur radioactive peut être libérée dans l'environnement. La vanne de commande 35 et la vanne de contrôle 37 commandent le flux de vapeur vers la turbine 21.Il existe également une vanne 41, sur la conduite 27, qui est commandée par la commande de défaillance majeure 43. Cette vanne 41 est fermée en cas de défaillance majeure, évitant ainsi la circulation de la vapeur dans la turbine 21. De même, la turbine 21 est by-passée par la conduite 45 comportant les vanne 47 et 49, commandées également à partir de la commandede défaillance majeure. Durant le fonctionnement normal de la centrale, les valves 47 et 49sont maintenues fermées-, ce qui autorise l'alimentation normale de la turbine 21. Le condenseur 23 possède des circuits de réfrigération 51 pour liquéfier la vapeur consommée dans la turbine 21. Le liquide réfrigérant, habituellement liteau d'une rivière, dtun océan ou dtun lac, 52 est transmis à -travers les tubulures 51 par les pompes 53.qui sont entrainées~grâce aux conducteurs 29 et 31 (une source- de puissance externe éventuelle n'est pas représentée. Dans le cas d'tir arrêt complet dû à une défaillance majeure et d'une absence d'énergie externe, ces pompes 53 ne seraient plus opérantes. Le liquide réfrigérant passe à travers les conduites 55 et 57 vers un canal de décharge (non représenté) d'où il est évacué dans une rivière, un lac ou un océan 52. Le liquide dans le condenseur 23 est renvoyé vers les conduites de liquide secondaire des générateurs de vapeur 3 et 5, grâce aux conduites 59 et 61. Du liquide supplémentaire, destiné à compenser les pertes, est également fourni par les pompes 63 lorsque les pompes d'alimentation en eau principale (non représentées) ne sont pas disponibles. Le condenseur 23 comprend un éjecteur d'air 65 à travers lequel l'air est éjecté soit par une pompe à vide (non représentée) ou par un classique érecteur d'air actionné par vapeur, pour maintenir le vide dans le condenseur 23. L'éjecteur 65 est connecté à une commande sensible à la radioactivité 67 qui, si la radioactivité de l'air éjecté est excessive, produit une alarme et dirige l'air éjecté vers un réservoir de gaz résiduel (non représenté), ou si ce réservoir est plein, vers l'enceinte 17. Dans l'éventualité d'une défaillance majeure, la cen- trale comporte, en accord avec la présente invention, une turbine auxiliaire 71 en plus de la turbine principale 21. La turbine 71 est alimentée par les conduites 73 et 75 qui by-passent la vanne 49. Une vanne 77 est commandée à partir de la commande de défaillance majeure 43. Lorsqu'il se produit une défaillance majeure, la vanne 41 est fermée et les vannes 47 et 7-7 sont ouvertes, alors que la vanne 49 reste ouverte pour décharger la vapeur en excès dans le condenseur 23. S'il n'y a pas d'excès de vapeur, la vanne 49 reste fermée. La turbine 71 est alimentée et, en même temps le flux de vapeur, qui peut être radioactive, venant de la vanne de décharge 33 est supprimé en envoyant la vapeur dans le condenseur 23. Si le condenseur est suffisamment grand, la vanne 33 peut rester fermée. La vapeur consommé par la turbine 71 est dirigée vers le condenseur à travers la conduite 75. La turbine auxiliaire 71 entraîne les pompes 81 qui maintiennent le flux de fluide réfrigérant à travers les tubulures 51, lorsque les pompes de circulation électriques sont hors de fonctionnement en raison de l'absence énergie sur les conducteurs 29-31 et en absence de puissance extérieure. Dans l'éventualité où la vapeur à travers la turbine 71 serait inadéquate, un moteur diésel 83 est prévu. Ce moteurdiésel 83 entraîne une pompe auxiliaire supplémentaire 85 pour conserver -la circulation du liquide réfrigérant à travers les tubulures 51, en cas de panne de la turbine 71. La vapeur du condenseur 23 retourne au générateur de vapeur 3. La centrale comprend également un réservoir de purge 91. Le-fluLde secondaire transportant des sédiments et des solides dissous dans les généra teurssde vapeur 3, est .envoyé dans le réservoir de purge 91, par les-conduites 93 et 95.En supposant qu'il existe une fuite entre le liquide primaire et le liquide secondaire, dans les générateurs 3 et 5, comme l'indiquent les références 97, le liquide secondaire qui circule dans le réservoir~de purge 91 grâce aux conduits 95 et 93 est par suite radioactif. Selon l'invention, le contenu de ce réservoir de purge 91, passe dans le canal de décharge(non représenté) par l'intermédiaire d'un déminéraliseur 99 qui retient Ies---rnaté-riau-x radioaù--tift et essentiellement de l'iode radioactif. De plus,. la vapeur audessus du liquide 101 dans le réservoir de purge 9f est envoyée par la conduite -103 vers le condenseur 23. La conduite 103 a une vanne 105 pour commander le flux de cette vapeur. De plus, durant une défaillance majeure, le liquide qui est renvoyé du condenseur 23 vers le générateur de vapeur 3, passe également par le réservoir de purge 91 et est débarrassé-de ses matériaux radioactifs par déminéralisation. REVENDICATIONS l. Procédé de réduction à un niveau tolérable de l'émission dans l'environnement de matières radioactives contenues dans le liquide secondaire d'une centrale nucléaire, en raison de fuites entre le liquide primaire et le liquide secondaire, ladite centrale comportant un réservoir de purge pour le générateur de vapeur, et un condenseur possédant des moyens pour assurer la circulation d'un liquide réfrigérant destiné à refroidir ledit condenseur, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte le transfert du liquide secondaire contaminé par la radioactivité en raison des fuites, dans ledit réservoir de purge, le transfert des vapeurs produites par le liquide dudit réservoir de purge vers ledit condenseur, et la décherge du liquide dudit réservoir de purge vers un récepteur de décharge. 2, Procédé selon la revendication 1, suivant lequel le liquide extrait du réservoir de purge est déminéralisé. 3. Procédé selon la revendication l, suivant lequel le condenseur est muni d'un éjecteur d'air et selon lequel, en cas d'appariti-on d'une émission radioactive excessive de l'air éjecté par cet éjecteur, cet air est dirigé vers un récepteur de gaz ré- siduels. 4. Procédé selon la revendication 3, suivant lequel le réacteur nucléaire de la centrale est enfermé dans une enceinte limitant les émissions radioactives à un niveau faible, le conden seur est situé à l'extérieur de ladite enceinte, et l'air éjecté est renvoyé dans cette enceinte si le récepteur de gaz résiduels se trouve rempli. 5. Procédé de réduction à un niveau tolérable de l'émis sion dans l'environnement de inatières radioactives contenues dans le liquide secondaire d'une centrale nucléaire et provenant des fuites entre liquide primaire et liquide secondaire, ladite centrale incluant un réservoir de purge pour générateur de vapeur et un con -denseur pos-sédant des moyens pour assurer la circulation d'un liquide réfrigérant destiné à refroidir ledit condenseur; procédé caractérisé par le fait qu'il comporte le transfert dans ledit ré réservoir de purge du liquide secondaire- contaminé en raison de fui tes le tr-ansfert du liquide dudit réservoir de purge, sa d-éminéra- lisation et l'évacuation du liquide demnéralisë vers un récepteur de décharge. 6. Procédé de réduction à un niveau tolérable de l'émission dans l'environnement dé matières radioactives d'une centrale nucléaire qui a subi une défaillance majeure, cette centrale comprenant au moins un générateur de vapeur, une turbine principale, une turbine auxiliaire, un condenseur et un réservoir de purge, ledit procédé comprenant lors de cet incident le déroutage de la turbine principale de la vapeur provenant dudit générateur, en partie vers ladite turbine auxiliaire et en partie vers le condenseur pour permettre à ladite turbine auxiliaire ainsi entraînée de faire circuler le fluide réfrigérant pour refroIdir ledit condensur, la transmission du liquide dudit condenseur vers ledit générateur de vapeur dans ledit réservoir de purge, l'évacuation du liquide du réservoir de purge et la déminéralisation du liquide ainsi évacue. 7. Procédé selon la revendication 6 suivant lequel la vapeur du réservoir de purge est --transféré-e dans le condenseur. 8. Centrale nucléaire comportant un réacteur nucléaire présentant des moyens pour échauffer un liquide primaire par la chaleur produite par la réaction nucléaire dudit réacteur, un générateur de vapeur au moins, comprenant des moyens pour y rechauffer le liquide secondaire, une turbine principale au moins, des liaisons entre ledit réacteur et ledit générateur pour assurer les échanges thermiques entre ledit liquide primaire et ledit liquide secondaire et convertir ledit liquide secondaire en vapeur capable d'entraîner ladite turbine principale, des liaisons entre ledit générateur et ladite turbine pour l'alimentation de cette turbine, un condenseur avec des moyens de réfrigération, des moyens pour diriger un fluide réfrigérant à travers lesdits moyens de réfrigération, afin de liquéfier la vapeur dans ledit condenseur, des moyens reliant ledit générateur de vapeur, ladite turbine et ledit condenseur, par l'intermédiaire de la circulation du liquide se- condaire, cette centrale nucléaire' étant caractérisée par ceci qu'elle-comporte également un réservoir de purge , des liaisons entre ledit générateur et le réservoir de purge, pour transférer une portion du liquide seconda-ire avec ses matières dissoutes ou en suspension du générateur, vers ledit réservoir de purge1 des liaisons entre ledit réservoir de purge et ledit condenseur1 pour diriger la vapeur du réservoir de purge vers le condenseur, et des moyens liés audit réservoir de purge, pour évacuer le liquide de ce réservoir vers un récepteur de décharge. 9. Centrale nucléaire comprenant : un réacteur nucléaire ayant des moyens pour réchauffer un liquide primaire grâce à la chaleur produite par la réaction nucléaire dans ledit réacteur, au moins un générateur de vapeur incluant des moyens pour y réchauffer un liquide secondaire,au moins une turbine principale,des liaisons entre ledit réacteur et ledit générateur pour assurer les échanges thermiques entre ledit liquide primaire et ledit liquide secondaire et convertir ledit liquide secondaire en vapeur capable d'entraîner ladite turbine principale, des liaisons entre ledit générateur et ladite turbine, pour assurer l'alimentation de cette turbine, un condenseur avec des moyens de réfrigération, des moyens pour diriger un fluide réfrigérant a travers lesdits moyens de réfrigération, afin de condenser la vapeur dans ledit condenseur, des moyens reliant-ledit générateur de vapeur, ladite turbine et ledit condenseur par l'intermédiaire de la circulation du liquide secondaire; un réservoir de purge, des liaisons entre ledit générateur et le réservoir de purge pour diriger une portion du liquide secondaire avec ses matières dissoutes ou en suspension dudit générateur vers ledit. réservoir de purge, de-s moyens de décharge reliés audit réservoir de-purge pour évacuer le liquide qu'il contient, des moyens de déminéralisation placés sur les moyens -de decharge pour déminéraliser le liquide évacué par leSdits moyens de décharge et des moyens connectés sur les moyens de déminéralisation pour évacuer le liquide déminéralisé dans un récepteur de décharge. 10. Centrale nucléaire selon la revendica-tion 8 dans laquelle le condenseur possède un éjecteur d'air pour éjecter le fluide dudit condenseur et y maintenir le vide, ledit dispositif comprenant des moyens reliés à l'éjecteur d'air afin d'envoyer le fluide ainsi éjecté soit dans un récepteur de gaz résiduels, soit à l'intérieur de l'enceinte, en cas de présence d'une émission radioactive excessive dans cet air éjecté. Il. Centrale nucléaire comprenant un réacteur nucléaire avec des moyens pour échauffer un liquide primaire par la chaleur fournie par la réaction dams ledit réacteur, au moins un générateur de vapeur comprenant des moyens pour y réchauffer un liquide secon daire, une enceinte pour ledit réacteur et ledit générateur pour contenir les émissions radioactives dudit réacteur et/ou généra- teur, au moins une turbine principale qui, lorsqu'elle est entrava née fournit de l'énergie électrique, des liaisons entre ledit reac- teur et ledit générateur de vapeur pour réaliser les échanges thermiques entre ledit liquide primaire et ledit liquide secondairé, afin de convertir ledit liquide secondaire en vapeur capable d'en tramer ladite turbine,. des liaisons principales entre le généIa- teur et la turbine, pour fournir ladite vapeur à ladite turbine et la feire tourner, un condenseur possédant un éjecteur d'air destiné à en éjecter l'air afin de maintenir le vide dans ce condenseur, et ayant également des moyens pour convertir la vapeur en liquide, des liaisons entre ledit condenseur et ledit générateur, pour conduire le liquide condensé dans ledit condenseur en tant que liquide se conduire, vers ledit générateur pour sa reconversion en vapeur, et des moyens reliant ledit éjecteur pour envoyer la vapeur éjectée par ledit éjecteur soit vers un récepteur de gaz résiduels, soit vers ladite enceinte, lors de la présence d'une émission radioactive excessive dans ladite vapeur. 12. Centrale nucléaire incluant un réacteur nucléaire possédant des moyens pour réchauffer un liquide primaire grâce à la chaleur produite-par la réaction dudit réacteur, au moins un générateur de vapeur comportant des moyens pour y chauffer un liquide secondaire, une enceinte pour ledit réacteur et ledit générateur pour contenir les émissions radioactives dudit réacteur et/ -ou générateur, au moins une-turbineprincipale qui, lorsqu 'elle est entranée, fournit de énergie électrique, des liaisons entre ledit réacteur et ledit générateur de vapeurs pour réaliser les échanges thermiques entre ledit liquide primaire et ledit liquide secondaire, afin de convertir ledit liquide secondaire en vapeur capable d'entraîner ladite turbine, des liaisons principales entre le générateur et la turbine pour alimentevia turbine, un conden- seur ayant des moyens pour amener un fluide réfrigérant en contact thermique avec lui, des moyens de pompage pour pomper ledit fluide réfrigérant à travers les moyens de transfert thermique, des moyens excités par l'énergie électrique fournie par ladite turbine pour actionner lesdits moyens de pompage pour convertir la vapeur en liquide, des liaisons entre ledit condenseur et ledit générateur pou diriger le liquide condensé dans le condenseur en tant que liquide secondaire, vers ledit générateur pour sa -reconversion en vapeur, un générateur auxiliaire qui, lorsqu'il est entra1né engendre une énergie électrique, des liaisons by-pass reliées auxdites liaisons principales et à ladite turbine auxiliaire pour dériver la vapeur venant dudit générateur de vapeur vers la turbine auxiliaire en cas de défaillance majeure de ladite centrale, afin d'entraSner cette turbine auxiliaire, et des moyens excités par ladite énergie électrique auxiliaire pour entraîner lesdits moyens de pompage. 13. Centrale nucléaire selon la revendication l2, co por- tant également un moteur diésel et des pompes additionnelles' en- :traînées par ledit moteur diésel, et des moyens reliant lesdites pompes nommées en dernier lieu pour entralaner le liquide réfrigé: rant à travers les échangeurs dudit condenseur. 14. Centrale nucléaire- selon la revendication 12, compDrtant un réservoir de purge et comportant également des liaisons entre le générateur de vapeur et le réservoir de purge pour évacuer le liquide dudit générateur de vapeur vers ledit réservoir de purge, et comportant également des moyens pour évacuer le réservoir de purge, ces moyens d'évacuation incluant des moyens de déminéraiisa- tion. 15. Centrale nucléaire selon la revendication 14, dans laquelle le réservoir de purge comprend des moyens pour transférer la vapeur qui y est générée., vers le condenseur.