Brevet FR2278070A1 — publié le 19760206

La pressente invention, due aux travaux de M. Jean-Pierre FAURE de la Société Ateliers et Chantiers de Bregagne et de M. Gilbert MICHOT du CEA, a pour objet un procédé de détection de fuites dans les tubes d'un échangeur de chaleur, notamment d'un échangeur de chaleur sodium-sodium dans un réacteur à neutrDns rapides. Dans les réacteurs à neutrons rapides, du type intégré et refroidi au sodium liquide, les échangeurs sont disposes à l'in térieur de la cuve du réacteur. Ces échangeurs permettent l'échange de chaleur entre le sodium primaire dit chaud qui circule a l'interieur de la cuve du réacteur et le sodium secondaire dit froid qui circule dans un circuit secondaire de refroidissement, ce circuit secondaire comportant a 1 'extérieur du réacteur un générateur de vapeur dans lequel s'effectue ltéchange entre le sodium secondaire et un circuit d'eau. Les échangeurs sodium-sodium comportent en général un faisceau tubulaire comprenant un grand nombre de tubes parallèles soudés à chacune de leurs extrémités sur une plaque à tube. Ce nombre élevé de tubes rend statistiquement probable dans le temps une fuite au niveau du faisceau de tubes. Cette fuite est génante car elle tend à augmenter le volume de sodium primaire contaminé, l'excédent de sodium primaire devant être évacué par la régulation de niveau vers une zone de stockage actif. Ce stockage de sodium liquide actif pose bien sûr des problèmes complexes. Il est donc intéressant de détecter et de réparer l'échangeur qui fuit. I1 est bien sûr possible pour détecter une telle fuite de démonter ltéchangeur, de le nettoyer et de le décontaminer en cellule. Mais ces opérations sont coûteuses et longues. La présente invention a précisément pour objet un procédé de détection de tubes fuyards dans un échangeur de chaleur sodium-sodium et un appareil pour la mise en oeuvre dudit procédé qui pallient les inconvénients cités ci-dessus en permettant en particulier cette détection sans démontage de l'échangeur. Le procédé concerne particulièrement les échangeurs entre du sodium liquide primaire chaud et du sodium liquide secondaire froid, du type dans lequel le sodium secondaire circule à l'inte- sieur d'un faisceau de tubes verticaux entre un réservoir inférieur et un réservoir supérieur dans lesquels déboucnent lesdits tubes, lesdits tubes étant immergés dans le sodium primaire et leurs respectivement extrémités supérieures et inférieures, étant toutes situéesXdans un même plan horizontal.Le procédé de détection se caractérise en ce que, dans un premier temps on abaisse le niveau du sodium secondaire dans le réservoir supérieur, de telle façon que ledit niveau de sodium coincide avec ledit plan horizontal, puis on abaisse la température du sodium secondaire dans le réservoir inférieur au voisinage des extrémités inférieures desdits tubes, de telle façon que le sodium passe de l'état liquide à l'état solide, on exerce dans le réservoir supérieur une pression p supérieure à la pression du sodium primaire et on observe la variation du niveau de sodium dans chaque tube, le ou les tubes dans lesquels le niveau de sodium baisse, présentant une fuite. Selon une caractéristique préférée, on applique la pression P' en injectant dans Le réservoir supérieur, un gaz inerte a ladite pression P'j ce gaz pouvant etre par exemple de l'argon. Selon une autre caractéristique du procédé, on observe le niveau de sodium dans les tubes à l'aide d'une caméra de télévision introduite dans le réservoir supérieur. Selon une variante on peut observer le niveau de sodium à l'aide d'un endoscope introduit également dans le réservoir supérieur. L'invention concerne également un appareil permettant de congeler le sodium secondaire contenu dans le réservoir inférieur. Cet appareil comprend un fût vertical cylindrique et une pluralité de palettes mobiles, chaque palette étant solidaire de l'extrémité inférieure d'une tige verticale, chaque tige étant guidée par rapport audit fût de telle façon qu'elle puisse pivoter autour de son axe longitudinal et qu'elle pusse se déplacer en translation selon ledit axe, chaque palette/creuse et raccordée au voisinage de l'extrémité de la tige à une canalisation d'arrivée et à une canalisation d'évacuation d'un fluide réfrigérant circulant à l'intérieur de ladite palette. Selon une caractéristique préférée, ledit appareil comprend n palettes, et chaque palette creuse a la forme d'un secteur de couronne circulaire dont le diamètre intérieur est sensiblement égal au diamètre du fOt cylindrique, dont le diamètre extérieur est sensiblement égal à deux fois le diamètre dudit fut et dont l'angle au centre est égal à 2.;/n. De préférence chaque palette comporte intérieurement un système de chicanes pour le fluide de réfrigération De plus, chaque palette peut autre munie sur sa face inférieure deux revêtement calorifuge. De toute façon l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre du procédé et d'une variante de réalisation de l!appareil3 donnés à titre illustratif et non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté - sur la figure 1 une demi-vue en coupe partielle et en élévation d'un échangeur primaire sodium-sodium illustrant les étapes du procédé, - sur la figure 2 une vue en coupe et en élévation d'un échangeur de chaleur so-dium-sodium dans lequel on a introduit l'appareil objet de l'invention, - sur la figure 3 une vue de dessus montrant les palettes de l'appareil en position déployée et, - sur la figure 4 une vue en perspective et en coupe partielle de la partie inférieure de l'appareil. Sur la figure 1, on a représenté la paroi externe 2 cylindrique de l'échangeur primaire qui est de révolution autour de l'axe X X', de même que l'ensemble de l'échangeur. L'échangeur comporte également une cheminée centrale 4 définie par la virole cylindrique 6. Le circuit dü sodium primaire est limité par une portion de la virole 6 et par deux piaques ayant la forme de couronnes cylindriques respectivement référencées 8 et 10. La paroi externe 2 est pourvue d'orifices tels que 12 et 12' permettant l'entrée et la sortie du sodium primaire selon les flèches F et F'. L'échangeur comprend également un faisceau tubulaire constitué par des tubes tels que 14 ouverts à leurs deux extrémités et fixés à ces deux extrémités respectivement dans les plaques à tubes 8 et 1D. Chaque tube 14 communique donc avec un réservoir inférieur 16 et un réservoir supérieur 18. Le réservoir inférieur 16 est bien sQr relié à la cheminée centrale 4. La circulation du sodium secondaire 3 se fait selon les flèches-fg c'est--à-dire qutil Fénètre par la cheminés centrale 4, passe dans le réservoir inférieur 16 et remonte dans le- tubes II FD er dans le réservoir supérieur 18 d'où il sort de l'échangeur antres pour reçu la chaleur apportée par le sodium pri-re. On va maintenant décrire les différences e; a e du procédé objet de 1' invention e se référant à la figure @. Dans un premier temps, on arrête la poupe secondaire associée à l'échangeur. On vidange partiellenent le circuit de sodium secondaire de telle façon que le sodium secondaire affleure la face supérieure 20 de la plaque supérieure #. O a ai~s du sodium secondaire jusqu'à l'extrémité supérieure des tubes 4 et ceci dans tous les tubes. A l'aide d'un appareil qui sera décrit ultérieurement et qui est introduit dans la cheminée centrale , or vieil refroi- dir le sodium secondaire du réservoir 16 et plus précisément la tranche 24 de ce liquide en contact avec la plaque inférieure O On refroidit ce sodium de telle façon qu'il forme une couche solidifié-e 24. On isole ainsi le sodium secondaire contenu dans les tubes 14 du reste du sodium secondaire. On applique dans le réservoir supérieur 18 et au dessus du niveau du sodium contenu dans la cheminée centrale 4 une équipression P', par exemple par injection d'argon à la pression P'. La pression P' appliquée à la partie supérieure des tubes 14 est supérieure à la pression du sodium primaire P c'est-a-dire à la pression du sodium dans le réacteur. Supposons que le tube 14b présente ure fuite 26 Sous l'action de la pression P' supérieure à la pression P ie sodium secondaire contenu dans le tube 14b tend à s'écGuler vers le sodium primaire par la fuite 26. On a ainsi un abaissement du niveau supérieur 28 du sodium secondaire dans le tube 14bt il suffit alors d'introduire dans le réservoir 18 supérieur un appareil pour observer le niveau du sodium secondaire dans chacun des tubes 14. Tous les tubes dans lesquels le niveau de sodium s'est abaissé, comportent une fuite. La détection de niveau peut se faire par exemple en in- troduisant dans le réservoir 18 à l'intérieur de l'argon remplis- sant ce réservoir une caméra de télévision ou un endoscope. Ce procédé permet en une seule opération de détecter tous les tubes fuyards. De plus, il est possible d'obtenir une pression du coté secondaire (pression P' obtenue par injection d'argon) beaucoup plus forte que celle du sodium primaire La pression P' peut par exemple valoir 8 bars. Cette différence de pression permet de détecter des fuites se refermant spontanément en équipression ou sous une faible différence de pression. Par ailleurs, il n'est pas nécessaire de vidanger complètement l'échangeur. On va maintenant décrire l'appareil permettant de congeler la portion de sodium secondaire au contact de la plaque inférieure 10 de l'échangeur. La figure 2 représente en coupe et en élévation un échangeur de chaleur dans lequel on a introduit l'appareil 32. On retrouve la cheminée centrale 4 limitée par la virole cylìn- drique ainsi que la paroi externe 2 de l'échangeur. L'échangeur traverse la dalle supérieure 30 de la cuve du réacteur. L'appareil référencé d'une façon générale 32 est introduit par la cheminée centrale 4 de l'échangeur et déployé (de la façon.expliquée plus loin) dans le réservoir inférieur 16. Cet appareil 32 comporte essentiellement un fQt vertical cylindrique 34 dont la hauteur est sensiblement égale à la distance séparant l'extrémité supérieure 36 de l'échangeur de la plaque inférieure 10. L'appareil 32 comporte également une pluralité de palettes mobiles creuses 38 qui seront décrites en détail ultérieurement. Ces palettes sont solidaires de l'extrémité inférieure de tiges verticales 40 guidées par le fût cylindrique 34 dans les organes de guidage tels que 42. Ces organes de guidage 42 permettent par action sur l'extrémité supérieure 44 de chaque tige (cette extrémité débordant de la paroi supérieure 36 de l'échan- geur) de déplacer en translation selon l'axe longitudinal desdites tiges les palettes 38 et également de les faire pivoter autour du meme axe lqngitudinal des tiges 40. Comme on lza représenté sur la figure 3, qui montre une coupe horizontale selon le plan A- A', le mouvement de rotation possible de chaque palette 38 permet de faire pesex craque palette de la position repliée représentée en pointillés sur a figure 3 pour la palette 38' à -une position déployée de tonctionnementJ représentée par la référence 38". On comprend il ainsi les différentes palettes lors de l'introduction de ' appareil dans la cheminée 4 sont en position repliée.Elles e débordent donc pas à l'extérieur du fut t. Les différentes palettes en position repliée sont bien sflr décalées les unes par rapport aux autres selon l'axe de l'appareil. Grace aux mouvements de translation et de rotation des tiges 40, sn amène chaque palette 38 dans se position déployée.Chaque palette 39 creuse, a e section horizontale sensiblement la forme d'un secteur de couronne circulaire dont le diamètre intérieur d est sensiblement égal au diamètre du fOt cylindrique 34 et dont le diamètre extérieur est sensiblement égal au double du diamètre dudit TUto En outre, ledit diamètre extérieur doit etre sensiblement égal au diamètre extérieur D de la plaque inférieure 10. De plus, l'angle au sommet de chaque palette vaut 2/no si n est le nombre total de palettes. L'ensemble de palettes déployées recouvre ainsi sensiblement toute la surface de la plaque inférieure 10 On va maintenant décrire à l'aide de la figure 4 un mode particulier de réalisation de ces palettes. Chaque palette 38 est creuse et comporte donc une paroi supérieure 46, une paroi inférieure 48 et une paroi latérale 50, cet ensemble étant étanche. Vers son sommet, chaque palette comporte deux orifices 50 et 50' servant à la circulation d'un fluide de refroidissement à I'in- extérieur de la cavité de ladite palette. Ces orifices 50 et 50' traversent bien sOr la paroi supérieure 46 de la palette. Les orifices 50 et 50! sont raccordés à des conduites d'alimentation et d'évacuation du fluide de refroidissement Avantageusement, ces conduites peuvent etre constituées par deux canaux 52 et 52' ménagés dans chaque tige 40. A leur extrémité supérieure, ces canaux SO:lt raccordés par exemple à des tubes souples mis en liaison avec une source de fluide réfrigérant. Chaque tige 40 sert alors n--n seulement au déplacement de la palette 38 associée rais également à la circulation du fluide de refroidissement Chaque calette 38 est munie intérieurement de chicanes telles que 54.A 5 l'intérieur de la palette 38 le fluide réfrigérant qui arrive car exemple dans l'orifice 50' circule dans la palette selon les flèches f1 à travers les chicanes 54 pour revenir à l'orifice 50 Sur sa face inférieure, c'est-à-dire sur sa face opposee à la plaque inférieure 10 de l'échangeur de chaleur, la palette comporte un revetement calorifuge 56. Ce calorifuge a bien sûr pour but d'isoler thermiquement le fluide de refroidissement circulant dans la palette 38 du sodium chauds se trouvant dans le réservoir inférieur 16.. Le fluide de refroidissement servant abaisser la température du sodium secondaire doit bier Sur ètre compatible svec ledit sodium. en cas de fuite éventuelle de la palette On peut par exemple 2vantageu- sement utiliser du gilotrexm. il va de soi que toutes les parties de cet appareil sont réalisées en un alliage qui est peu sensible à l'action du sodium chaud. La mise en oeuvre de l'appareil 32 découle de façon évidente de la description précédente; l'appareil est introduit dans l'échangeur par la cheminée cetrale 4, les palettes étant dans la position repliée (palette 38' de la figure 3). Lorsque le fut central 4 est arrivé dans sa position finale, on agit sur la tige de la palette occupant le position la plus~basse repliée, on abaisse ladite palette on la fait tourner d'un argle égal à 1800 et on la remonte de telle façon qu'elle soit sensiblement placée cotre 13 paroi inférieure 10 de l'échangeur. La tige 40 correspondante est alors immobilisée On agit de la msme façon pour chacune des palettes 38 Pour retirer l'appareil de l'échangeur, on effectue bien sur les memes opérations, mais dâns l'ordre inverse. Dans l'appareil décrit, les mouvements des tiges 40 sont obtenus par action manuelle sur les extrémités supérieures 44 de ces tiges ou à l'aide d'un pont. On pourrait bien sur prévoir des moteurs pour entraîner en translation et en rotation lesdites tiges RELXENDICATIOItS 1. Procédé de détection de fuites dans les tubes d'un échangeur de chaleur, notamment dans un écnarigeur entre du sodium liquide primaire chaud et du sodium liquide secondaire froid du type dans lequel le sodium secondaire circule à i'intérieur d'un faisceau de tubes verticaux entre un réservoir inférieur et un réservoir supérieur dans lesquels débouchent lesdits tubes, lesdits tubes étant immergés dans le sodium primaire leurs extrémités supérieures et inférieures étant toutes situées respectivement dans un même plan horizontal, caractérisé en ce que dans un premier temps on abaisse le niveau du sodium secondaire dans le réservoir supérieur de telle façon que ledit niveau de sodium colncide avec ledit plan horizontal, dans une deuxième étape, on abaisse le température du sodium secondaire dans le réservoir inférieur au voisinage des extrémités inférieures desdits tubes de telle façon que le sodium passe de l'état liquide à l'état solide, on exerce dans le réservoir supérieur une pression P' supérieure à la pression du sodium primaire, et on observe la variation du niveau de sodium dans chaque tube, le ou les tubes dans lesquels le niveau de sodium baisse présentant une fuite. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on applique la pression P' en injectant dans le réservoir supérieur un gaz inerte à ladite pression P'. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on observe le niveau de sodium dans les tubes à l'aide d'une caméra de télévision introduite dans le réservoir supérieur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on observe le niveau de sodium à l'aide d'un endoscope introduit dans le réservoir supérieur. 5. Appareil permettant de congeler le sodium secondaire contenu dans le réservoir inférieur d'un échangeur de chaleur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un fut vertical cylindrique et une pluralité de palettes mobiles, chaque palette étant solidaire de l'extrémité inférieure d'une tige verticale, chaque tige étant guidée par rapport audit fût de telle façon qu'elle puisse pivoter autour de son axe longitudinal et qu'elle puisse se déplacer en translation selon ledit axe, chaque palette étant creuse et raccordée au voisinage de ltextrémité de la tige à une canalisation d'arrivée et à une canalisation d'éva cuation d'un fluide réfrigérant circulant à l'intérieur de ladite palette. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit appareil comprend n palettes et en ce que chaque palette a la forme d'un secteur de couronne circulaire dont le diamètre intérieur est sensiblement égal au diamètre du fut cylin drique, dont le diamètre extérieur est sensiblement égal à deux fois le diamètre dudit fut, et dont l'angle au centre vaut 2/n. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que chaque palette comporte intérieure ment un système de chicanes pour la circulation du fluide de refroidissement. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que chaque palette comporte sur sa face inférieure un révtement calorifuge.