Brevet FR2253547A1 — publié le 19750704

La présente invention concerne une installation d'enrichissement d'uranium, par traitement, suivant le procéda dit "par diffusion gazeuse", d'un mélange isotopique d'hezafluo- rure d'uranium à l'état gazeux, du type comprenant une pluralité d'étages parcourus en cascade par ledit mélange isotopique et dont chacun est délimité par une enveloppe métallique étanche capable de résister à l'action chimique de l'hexafluorure. Chaque étage contient des barrières de diffusion et généralement aussi un compresseur ainsi qu'un échangeur de chaleur, et il est relié par des conduits appropriés à l'étage immédiatement supérieur et à l'étage immédiatement inférieur de la cascade. t'enveloppe métallique étanche précitée peut entre constituée, soit d'un alliage métallique spécial inaltérable dans la masse (tel que Nonel, Inconel, Invar, acier inoxydable, aluminium de type A-G, etc.), snit d'un métal moine noble (par exemple, de l'acier noir) simplement revote d'une pellicule inaltérable, telle qu'une pellicule de nickel (procédé "Kanigen"). La première solution est généralement considérée comme étant la plus strie, mais elle présente l'inconvénient d'être beaucoup plus conteuse. Chaque étage doit titre capable de résister aux divers efforts mécaniques (poids propre, sollicitations latérales dues à un éventuel séisme, poussée des conduits de liaison entre deux étages voisins, action éventuelle du vent, pression de 11hexaf1uorure) auxquels il peut ttre soumis, soit en permanence, soit occasionnellement. A cet effet, on a eu recours, jusqu'à présent, pour délimiter chaque étage, à une enveloppe métallique à la fsis autcportante et autorésistante, ctest-à-dire capable de supporter tous les efforts précités. Les installations modernes à grande capacité de séparation isotopique nécessitent la mise en oeuvre d'un grand nombre d'étages (pouvant atteindre le millier) dont chacun se présente sous la forme d'une "tour" de dimensions importantes (par exemple de 4 à 5 mètres de diamètre et dtuBe vingtaine de mètres de hauteur). Il est apparu aux Sociétés demanderesses que la Ensdtion pure et simple à ces installations modernes, des procédés de fabrication et de montage connus jusqu'à présent dans le domaine de la diffusion gazeuse, ne pouvait se faire qu'au prix de grosses difficultés entraînant un accroissement considérable du prix de revient. Il faut, en effet, noter tout d'abord que le transport de plusieurs centaines d'enveloppes cylindriques autoportantes et autorésistantes, préalablement fabriquées en usine et présentant les dimensions indiquées plus haut, est pratiquement impossible pour des raisons de poids et d'encombrement. Il faudrait donc transporter des éléments d'enveloppe ou viroles que l'on assemblerait ensuite sur place. Or, l'assemblage de telles viroles - dans les conditions d'étanchéité quasi-absolue qui sont e igées - est très difficile à réaliser. Compte tenu des dimensions (diamètre et épaisseur) des viroles, la mise en oeuvre de brides d'assemblage et de joints métalloplastiques ne conduit qutà des résultats incertains. Le seul procédé vraiment efficace pour obtenir une bonne étanchéité au joint entre deux viroles serait de souder ces viroles entre elles. Mais la soudure est une opération qui n'est possible, en pratique, que si les viroles sont réalisées en alliage métallique inaltérable dans la masse et non pas en métal ordinaire recouvert d'une pellicule inaltérable qui risquerait, en effet, d'autre endommagée par l'opération de soudure.Il serait donc nécessaire, en définitive, de réaliser toutes les viroles en alliage métallique spécial inalté- rable dans la masse, ce qui, compte tenu de l'épaisseur néces saine pour que ces viroles soient autoportantes et autorésistantes, entrainerait une augmentation prohibitive du prix de revient de 1'installation. La présente invention vise, d'une manière générale, à simplifier et à rendre plus économique la réalisation d'une installation d'enrichissement d'uranium du type précit.é,-tant au plan des matériaux utilisés pour constituer les enveloppes des étages de séparation, qu'à celui des techniques mises en oeuvre pour monter lesdites enveloppes et les rendre capables de résister aux divers efforts mécaniques auxquels elles peu vent-ttre soumises. Dans son aspect le plus général, la présente invention prévoit la mise en oeuvre d'une structure résistante, de préférence en béton, apte à reprendre au moins une partie des efforts auxquels chaque enveloppe est soumise, tout en laissant cette enveloppe libre de se dilater sur une partie au moins de son étendue. Selon un mode d'exécution préféré# applicable au cas où chaque étage se présente sous la forme d'une tour verticale, la structure résistante précitée comprend des moyens pour supporter lesdites tours, de façon telle que la partie inférieure, au moins, de chaque tour soit suspendue. Toujours suivant l'invention, des moyens peuvent également autre prévus pour reprendre les efforts en provenance de la partie supérieure, au moins, de chaque tour. Ces moyens peuvent avantageusement comprendre un revêtement de béton tapissant extérieurement l'enveloppe métallique, au moins dans la partie supérieure de la tour, ou encore une cloche de béton coiffant extérieurement, avec un certain jeu, ladite enveloppe métallique. Les dispositions conformes à l'invention présentent, notamment, les avantages suivants : Tout d'abord, du fait que les tours de séparation isotopique n'ont plus besoin d'strie autoportantes ni autorésistantes, l'enveloppe qui les délimite peut Titre extrtmement mince. T1 en résulte, d'une part, une économie appréciable au plan des matériaux à utiliser, et, d'autre part, la possibilité d'envisager l'utilisation (qui, autrement, aurait été-prohibitive du point de vue économique) d'un alliage métallique inaltérable dans la masse, donc plus str et capable, en outre, de supporter des opérations de soudure. Un autre avantage - essentiel et qui découle immédiatement du précédent - est que chaque enveloppe peut titre confectionnée par les procédés classiques de la chaudronnerie légère, donc sur place, à la demande, sans précaution particulière. De mime, la réalisation de la structure résistante peut se faire par les procédés classiques du béton armé ou du béton précontreint. Un autre avantage, qui découle de la liberté au moins partielle de dilatation des enveloppes, réside en ce que ces dernières peuvent s'adapter aisément aux variations éventuelles de température, et, en quelque sorte, "respirer" par rapport à la structure résistante à laquelle elles sont associées. Un autre avantage de l'invention résulte du fait qu'il est possible, en raison de 11 existence d'une structure de support surélevée destinée à~l'aecrochage des tours, de faire jouer à cette structure de support (qui peut présenter, par exemple, l'aspect d'une plate-forme), le roule de toit dfune enceinte destinée à assurer la protection thermique de la partie infé- rieure des tours et des conduits de liaison entre tours voisi- nes.Il ntest donc plus nécessaire de prévoir, pour cette enceinte de protection, un toit distinct de grande surface en plan, servant uniquement à délimiter ladite enceinte, et dont le support pourrait#nécessiter la mise en oeuvre de moyens im- portants (tels qu'une charpente métallique) également distincts. Quant à la partie supérieure des tours, sa protection thermique est réalisée automatiquement gracie à la présence du rev8- tement ou de la cloche de béton dont il a été question plus haut. La description qui va suivre, en'regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut entre réalisée, les parti cularités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.Sur ces dessins - la figure 1 est une vue en coupe verticale, suivant la ligne I-I de la figure 2, d'une partie d'une installation d'enrichissement d'uranium par diffusion gazeuse, montrant, en particulier, des étages ou tours de séparation isotopique et une enceinte de protection implantées conformément à l1in- Invention; - la figure 2 est une vue en coupe horizontale suivant la ligne II-II, de l'installation représentée à la figure 1, les tours étant supposées enlevées; la figure 3 est une vue en coupe verticale partielle, illustrant un premier mode d'exécution d'une structure résistante associée à la partie supérieure d'une tour;; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3, illustrant un deuxième mode Sur les figures 1 et 2, on a représenté une partie d'une installation d'enrichissement d'uranium par séparation isotopique, suivant le procédé dit "par diffusion gazeuse", d'un mélange isotopique d'hexafluorure dturanium, à i tétat ga yeux. Cette installation comprend une pluralité de tours de séparation isotopique verticales 1 disposées en batteries ou "modules" et parcourues en cascade par le mélange isotopique dthexafluorure d'uranium, chacune d'elles définissant un étage d'enrichissement. A titre d'exemple et uniquement pour fixer les idées, on précisera ici que le nombre total des tours peut atteindre le millier et que la hauteur de chaque tour est de l'ordre d'une vingtaine de mètres pour un diamètre de quatre à cinq mètres. Chaque tour 1 comprend une partie supérieure la qui contient des barrières de diffusion 2 et dans laquelle se produit l'enrichissement du mélange en hexafluorure d'uranium 255, et une partie inférieure lb comportant notamment des raccords 3 d'admission et d'échappement de mélange isotopique à des degrés divers d'enrichissement. tes conduits de liaison (non représentés) relient, de façon connue, les raccords a'admission de l'une des tours aux raccords d'échappement de deux tours voisines. La partie inférieure 1b de chaque tour 1 loge, en outre, un compresseur 6 destiné à assurer la circulation de l'hexafluorure (le moteur d'entrainement de ce compresseur est situé à 1' extrémité inférieure de la tour) et un échangeur de chaleur 7. Chaque tour de séparation isotopique est délimitée par une enveloppe métallique étanche conçue pour résister à l'action chimique du gaz très corrosif contenu dans ladite enveloppe. Ainsi qu'on lla-vu plus haut, cette enveloppe pourra autre constituée, de préférence, au moins partiellement d'un alliage métallique spécial, inaltérable dans la masse (Monel, Inconel, acier inoxydable, Invar, Aluminium de type #-G, etc.). L'enveloppe précitée est composée de plusieurs viroles superposées comprenant au moins une virole 8a qui délimite la partie supérieure - I a de la tour, et au moins une -virole 8b qui délimite la partie inférieure 1b de la tour, lesdites viroles étant réunies - une fois le tout entièrement assemblé par un système de brides soudées 15. On a désigné par le repère 9 une enceinte de protection délimitée, à sa partie supérieure, par un toit 10 avantageusement calorifugé, et latéralement par des parois d'isolation thermique 11 disposées entre des poteaux 12. Des moyens (non représentés) permettent, de façon connue, de maintenir dans cette enceinte une température, par exemple de l'ordre de 800C, notablement supérieure à la température de sublimation de l'hexafluorure d'uranium. le toit 10 comprend une plate-forme surélevée (dont la figure 2 montre une vue de dessous) reposant sur un ensemble de poteaux ou piliers 13, et qui, à l'emplacement de chaque tour 1, présente une ouverture 14 (voir figure 2) dont le diamètre intérieur est sensiblement égal au diamètre extérieur de la tour. le toit ou plate-forme 1-O fait partie d'une structure résistante réalisée au moins partiellement en béton, apte à reprendre une partie au moins des efforts auxquels chaque tour 1 (ou son enveloppe 8a-8b) est soumise. Comme le montre la figure 1, chaque tour 1 est supportée par le toit 10 auquel elle est accrochée dans une zone intermédiaire (définie avantageusement par le système de brides 15) de sa hauteur, de façon telle qu'elle s'étende, à travers l'ouverture précitée 14J de part et d'autre dudit toit, sa partie inférieure 1b étant suspendue à l'intérieur de l'enceinte de protection 9, tandis que sa partie supérieure la fait saillie à l'extérieur de ladite enceinte. On a désigné par le repère 16 des poutres long itudinal es portant des rails 17 sur lesquels peut se déplacer un pont roulant destiné notamment à la manutention des éléments de tour. Comme on le voit, la partie inférieuré 8b de l'enveloppe est libre de se dilater ou de "respirer", notamment sous l'effet des variations de température. La structure résistante qui coopère avec les tours 1 comprend également des moyens 'aptes à reprendre directement les efforts en provenance de la partie supérieure la - située au-dessus de la zone d'accrochage 15 - de chaque tour. La figure 3 montre un premier mode d'exécution applicable au cas où la virole métallique 8a qui délimite la partie supérieure la de la tour est constituée par une mince peau d'étanchéité (dont l'épaisseur at, par exemple, de l'ordre de 2 mm) inapte à supporter, de manière autonome, son propre poids et à résister aux efforts latéraux dus au vent et/ou aux séismes, et même, le cas échéant, à la pression régnant à 1' intérieur de ladite tour. Dans ce cas, les moyens -de reprise des efforts précités comprennent u-revetement 20 en béton, par exemple en béton armé (dont les armatures ont été désignées par les repères 21 et 22) qui tapisse extérieurement la virole métallique supérieure 8a et qui forme avec cette virole une structure mixte métal-béton auUonortante et autorésistante, c'est-à-dire capable de résister aux diverses actions précitées. Le nombre, la section et la disposition des armatures 21 et 22 sont calculés pour obtenir dans ladite virole et dans lesdites armatures, une répartition optimale des contraintés, compte tenu, en particulier, des phénomènes de dilatation thermique différentielle qui peuvent se produire en fonction ment. A cet égard, il pourra etre avantageux d'utiliser un béton légèrement "préfissuré". l'épaisseur du revêtement 20 est, par exemple, de l'ordre de 150 mm. Il va de soi que ITem ploi de béton précontraint pourrait également serre envisagé. Comme on le voit, le revêtement 20 en béton permet, en outre, d'assurer une isolation thermique individuelle de la partie supérieure la di la tour, vis-à-vis du milieu extérieur à l'enceinte de protection 9, de manière à éviter, dans cette zone, tout refroidissement trop important qui risquerait de conduire à une solidification intempestive de l'hexafluorure. La figure 4 montre un deuxième mode d'exécution applicable au cas où la virole métallique 8a qui délimite la partie supérieure la de la tour est un peu plus épaisse pour pouvoir résister à son propre poids et à la pression qui règne à l'intérieur de cette tour, mais pas suffisamment pour pouvoir résister aux sol ici'ba-sions latérales dues, par exemple, à un éventuel séisme Dans ce cas, les- moyens de reprise d'efforts comprennent une cloche 25 en béton armé (dont les armatures ont été désignées par les repères 26 et 27) ou précontraint qui coiffe extérieurement, avec un certain feu, la virole supérieure 8a. Dans ce mode d'exécution, la virole supérieure Ba est donc libre de se dilater, comme la virole inférieure 8b.La cloche 25 - qui est elle-mOrne autoportante et autorésistante - maintient la virole 8a en cas de séisme, gracie à un dispositif de liaison horizontale 28 conçu pour ne pas s'opposer à la dilatation verticale de ladite virole. Comme on le voit, la cloche 25 permet, en outre, d'assurer l'isolation thermique de la partie supérieure 1a de la tour, et d'abriter cette dernière de l'action du vent et de la neige. On a représenté, en outre, sur la figure 1, des enceintes auxiliaires 35 situées au-dessous des tours 1, à l'intérieur de l'enceinte principale de protection 9, et dans lesquelles règne une température plus basse (par exemple, de l'ordre de 400C) que celle qui règne- dans ladite enceinte principale. Ces enceintes auxiliaires sont destinées à permettre, dans des conditions de température supportables, un accès direct aux compresseurs 6, à des fins de surveillance et d'entretien de ces derniers. Les enceintes 35 sont limitées latérale-. ment par des parois d'isolation thermique 36 fixées aux poteaux 13. il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sàns sortir pour cela du cadre de l'invention. C'est ainsi, par exemple, que les tours 1 - qui ont été représentées accrochées à un niveau intermédiaire- 15 de leur hauteur - pourraient, en variante, être accrochées par leur sommet. De mOrne, on pourrait aussi envisager que chaque tour, au lieu autre accrochée à un seul niveau 15, soit accrochée à plusieurs niveaux (y compris à sa base), avec interposition d'organes répartiteurs de charge, tels que des ressorts. REVENDICA2IONS 1. Installation d#enrichissement d'uranium, par traitement, suivant le procédé dit t'par diffusion gazeuse", d'un mélange isotopique d'hexafluorure d'uranium à 1' étant gazeux, du type comprenant une pluralité d'étages parcourus en cascade par ledit mélange isotopique et dont chacun est délimité par une enveloppe métallique étanche capable de résister à llaction chimique de l'hexafluorure, caractérisée en ce qu'elle comprend une structure résistante apte à reprendre au moins une partie des efforts auxquels chaque enveloppe est soumise, tout en laissant cette enveloppe libre de se dilater sur une partie au moins de son étendue. 2. Installation suivant la revendication i, caractérisée en ce que ladite structure résistante est réalisée au moins partiellement en béton. 3. Installation suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que ladite enveloppe métallique est réalisée au moins partiellement en un alliage métallique inaltérable dans la masse. 4. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle chaque étage présente la forme dtune tour verticale, caractérisée en ce que ladite structure résistante comprend des moyens pour supporter lesdites tours de façon telle que la partie inférieure, au moins, de chaque tour soit suspendue. 5. -Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de support comprennent une plate-forme surélevée. 6. Installation suivant la revendication 4- ou la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens de support comprennent des moyens pour accrocher chaque tour dans une zone intermédiaire de sa hauteur. 7. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle chaque étage présente la forme dtune tour verticale, caractérisée en ce que ladite structure résistante comprend des moyens aptes à reprendre les efforts de la partie supérieure, au moins, de chaque tour. 8. Installation suivant la revendication 6 et la revendicatien 7, caractérisée en ce que lesdits moyens de reprise des efforts sont agencés pour reprendre les efforts en provenance de la partie de chaque tour située au-dessus de ladite zone d'accrochage. 9. Installation suivant la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits moyens de reprise des efforts en provenance de la partie supérieure de chaque tour comprennent un revêtement de béton tapissant extérieurement ladite enveloppe métallique dans la partie supérieure de la tour. 10. Installation suivant la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits moyens de reprise des efforts en provenance de la partie supérieure de chaque tour comprennent une cloche de béton coiffant extérieurement, aveo un certain jeu, ladite enveloppe métallique dans la partie supérieure de la tour. 11. Installation suivant l'une quelconque des revendications 4 à 10, du type comprenant une enceinte de protection délimitée, à sa partie supérieure, par un toit, caractérisée en ce que lesdits moyens de support sont agencés de manière que la partie inférieure de chaque tour fasse saillie, à travers ledit toit, à l'intérieur de ladite enceinte de protection. 12. Installation d'enrichissement d'uranium, par traitement, suivant le procédé dit "par diffusion gazeuse", d'un mélange isotopique d'hexafluorure d'uranium à l'état ga zeux, du type comprenant une pluralité de tours de séparation isotopique verticales parcourues par ledit mélange isotopique, et une enceinte de protection délimitée, à sa partie supérieure, par un toit et à l'intérieur de laquelle règne une température notablement supérieure à la température de #ublimation de l'hexafluorure d'uranium, ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour supporter lesdites tours dans une position telle que chaque tour s'étende de part et d'autre dudit toit, sa partie inférieure faisant saillie à l'intérieur de ladite enceinte de protection tandis que sa partie supérieure fait saillie à l'extérieur de ladite enceinte, et des moyens pour assurer l'isolation thermique individuelle de la partie supérieure de chaque tour vis-à-vis du milieu extérieur à l'enceinte. 13. Installation suivant la revendication 12, caractérisée en ce que lesdits moyens de support des tours sont agencés de manie que la partie inférieure de chaque tour soit suspendue audit toit. 14. Installation suivant la revendication 13,- caractérisée en ce que ledit toit comprend une plate-forme turéle- vée à laquelle chaque tour est accrochée dans une zone intermédiaire de sa hauteur. 15. Installation suivant l'une quelconque des revendications 12 à t4, dans laquelle chaque tour est délimitée par une enveloppe métallique, caractérisée en ce que lesdits moyens d'isolation thermique individuelle comprennent un revetement de béton tapissant extérieurement ladite enveloppe dans la partie supérieure de la tour. 16. Installation suivant l'une quelconque des revendications t2 à 14, dans laquelle chaque tour est délimitée par une enveloppe métallique, caractérisée en ce que lesdits moyens dtisolation thermique individuelle comprennent une cloche de béton coiffant èxtérieurement, avec un certain jeu, ladite enveloppe dans la partie supérieure de la tour.