Brevet FR2302574A1 — publié le 19760924

On sait que dans les centrales nucléaires à eau bouillante ou-à---eafl pressurisée, l'énergie dégagée par la fission d'uranium enricki ést- ntïlisée pour porter de l'eau déminéralisée à l'étät-de vapeuT sèche qui se détend sur une turbine , repasse à l'état liquide dans un condenseur et est réinfectée dans le coeur du réacteur, après traitement de filtration et de déminéra lisation. G'est ce de.rnier traitement auquel s'adresse la présente invention. En effet, les conditions de ce traitement sont très particulières puisque, par exemple: -les eaux injectées an réacteur doivent être d'une pureté extrême ment élevée, correspondant à une résistivité de 10 megohms, ce qui lui confère un caractère extrêmement coûteux. -le circuit fonctionne sous une pression de 30 à 70 bars. -le débit du circuit est de l'ordre de 4000 m3/h -l'installation fonctionne en zone irradiée, donc inaccessible. Il convenait donc de réaliser un appareillage efficace dans son action de filtration et de déminéralisation, écartant les solutions coûteuses et assurant le maximum de commodité et de.sécurité d'exploitation. A cet effet, l'invention vise une installation d'ensemble représentant une combinaison d'appareils, dans lesquels les condensats subissent sur des lits de résines d'échange d'ions à la fois une ultra-filtration et une déminéralisation poussée, puis les résines après saturation subissent, hors dela zone irradiée, un décolmatage et une régénération moyennant la consomnation minimum d'eau, la conception de ces appareils et leur mode de fonctionnement les rendant aussi peu coûteux que possible et déterminant un degré de pollution dailtenvironnement abaissé au minimum. L'invention vise en conséquence une installation de traitement des condensats de centrales nucléaires à eau bouillante ou pressurisée, caractérisée essentiellement en ce qu'elle se compose d'une série de couples de capacités de traitement de condensat.par au moins un lit mélangé de résines d'échanges d'ions, assurant simultanément la filtration et la déminéralisation du condensat, et une capacité de régénération desdites résines, située hors de la zone irradiée, dans laquelle est transféré chaque lit mélangé quand les résines de ce lit sont saturées, et assurant la séparation des résines et leur régénération individuelle puis la reconstitution du mélange pour son retour dans chaque capacité de traitement, chacune des capacités de traitement étant réalisée sous forme d'une sphère en matériau inoxydable et comportant le jeu de conduites d'air et d'eau conforme à la description contenue dans la Demande de Brevet deposée le 20 février 1975, sous le numéro d'enregistrement nationnal 75/05 239 par la Déposante , pour "Procédé et Appareillage de traitement de liquides à travers des lits de matériaux;;-.granules", tandis que chaque capacité de séparation et-de régénération est réalisée sous forme de deux cylindres superposés, équipés d'un jeu de conduites d'air, d'eau. et de réactifs de régénération conforme à la description contenue dans la Demande de Brevet déposée le 20 février 1975 sous le numéro d'enregistrement nationnal 75/05 236 par la Déposante pour "Procédé et Appareillage pour la Séparatinn de matières granuleuses de densité différente les jeux de conduites dcair et d'eau étant connectés entre eux dans chaque batterie et entre toutes les batteries pour permettre la mise en service et hors service des unités respectives suivant une séquence déterminée par les conditions d'exploitation de la centrale. Le schéma annexé permettra de décrire le fonctionnement d'ensemble d'une installation selon l'invention, Sur ce schéma, on a représenté -un couple de capacités sphériques de traitement 1-1' chacune étant en service pendant la régénération de l'autre, les mêmes références numériques désignant bien entendu les mêmes éléments. -une capacité de séparation des résines 31 -une capacité de régénération des résines. anioniques 4-1. -une capacité de stockage de résine 51 - un réseau de conduires communes, prévues pour le passage ou le transfert - d'air comprimé 106 ou surpressé 108, - d'air à l'atmosphère (event) 111 - d'eau brute 103 - d'eau de service 114 - d'eau traitée 116 --des résines 120 - d'alimentation en réactif régénérant basique 124 - d'évacuation du régénérant basique 125 - d'alimentation en réactif régénérant acide 127 - d'eau sous pression 128 -des bacs de stockage et despompes d'alimentation en réactifs, qui seront identifiés à mesure de la description. Le fonctionnement de l'installation est le suivant Si l'on suppose la capacité de traitement 1 en service et la capacité 1' en cours de régeneration, l'eau brute à traiter provenant de la conduite 103 est introduite en 5 par 3, traverse le lit 2, est évacuée par 16 et recueillie par la conduite 116, tant que les résines du lit 2 ne sont pas saturées. Pendant toute cette période, les vannes 4 et 17 sont ouvertes et les vannes 7,9,12,21 et 23 sont fermées.Quand les résines du lit 2 arrivent à saturation, la capacité 1'est mise en service et la capacité 1 est soumise au traitement de décolmatage et d'évacuation des résines décrit dansla première Demande de Brevet à laquelle on s'est référé dans la présente description, et que lton va rappeler ci-après TAPE VANNE VANNE VANNE VANNE VANNE VANNE VANNE VANNE OPERATION N 4 17 7 12 9 15 21 23 Fonctionnement D : O : O : F : F : F : F : F : F normal 1 . F o : F F F F F F F Abaissernent : : : : :plan d'eau Fluidisation 2 F : F O F O F F F des résines Mise en compres 3 : F : F : O : F : F : F : F : F sion lit fluidis 4 : F : F : O : F : F : F : O : F Début évacuation 4 : F : F : O : F F F O F résines 5 F : F : O : F : F : O : O : F :Evacuation Achèvement 6 : F F F F: F : O O : F évacuation 7 : F : F : F : F : F : F : F :- O résidu Remplissage 8 : F : F : O : O : F : F : O : F Aux opérations 4 à 7, les résines saturées sont reprises par la conduite 120 pour être envoyées à la capacités 31, où elles vont être séparées, conformément au processus décrit dans la seconde Demande de Brevet à laquelle on s'est référé dans la présente description et que l-'on rappelle ci-après Le mélange de résines saturées provenant de la capacité 1 est recueilli dans la zone inférieure 32 de la capacité 31. On introduit alors de l'eau par la conduite 44, et on l'évacue par la conduite 48, toutes les autres conduites étant fermées. Cette introduction de bas en haut détermine l'entraîne- ment des résines par le courant d'eau, mais du fait que la section transversale de la zone supérieure 33 est plus grande que celle de la zone inférieure 32, la vitesse ascensionnelle de l'eau dans la zone 33 est proportionnellement plus faible dans la zone 32 et il en résulte que les particules de résine d'échange d'anion, plus légères que celles de résine d'échange de cation, sont seules entraînées jusque dans la zone 33, tandis que les particules de résine d'échange de cation demeurent seules dans la zone 32. Les deux résines forment donc deux suspensions séparées , situées respectivement chacune dans l'une des deux zones de 31. Il est alors possible de régénérer chaque résine successivement dans la capacité 31 ; dans l'exemple représenté, au contraire, on évacue la résine d'échange d'anions de la capacité 31 pour la placer dans la capacité 41 où elle subit séparément une régénération, au moyen d'une solution de soude introduite par la conduite 124,provenant dun bac 201 par l'intermédiaire d'une pompe doseuse 202. Le régénérant usé est évacué par la conduite 125 tandis que la résine est décolmatée puis retransférée à la capacité de stockage 51 par la conduite 220 grâce au même processus de balayage par des jets d'eau introduits par la couronne 213 provenant de la conduite 114. De son. côté la résine d'échange de cations est régénérée parune solution d'acide sulfurique introduite par 127 et provenant d'un bac 203 parl'intermédiaire d'une pompe doseuse 204, et évacuée à la conduite commune d'évacuation de régénérant 125 par la conduite 224, remise à la sortie commune 44, les vannes A,B et C étant fermées et la vanne D étant ouverte. Une fois les deux résines régénérées elles sont réintroduites dans la capacité 1, qui est alors prete à prendre le relais de la capacité 1' quand celle-ci sera à son tour saturée. Une rapacité 51 contient en stock les résines provenant des opérations précédentes, ainsi que des résines d'appoint destinées à compenser les pertes par usure et entraînement au cours des opérations de transfert et de régénération. Le décolmatage et le transfert depuis cette capacité 51 s'effectuent au moyen d'air surpressé provenant de 108 et introduit par 231 et de jets d'eau radiaux horizontaux provenant de 114 et introduits par la couronne 232, et d'une pression d'air comprimé provenant de 106 et introduit en 233. On notera que l'eau de service 114 est mise en recirculation par une pompe 401 , tandis que l'air supressé 108 est maintenu en pression par un surpresseur 402. La remarque essentielle qu'il convient de faire à l'issue de cette description sommaire est que les capacités 1-1' (et tous.-les autres couples d'une installation d'ensemble)peuvent aecomplir leurs fonctions, à savoir être mises en service, l'une après l'autre,et être décolmatées et régénérées alternative.mentt de manière complètement indépendante et .isolée du reste de l'installation. AInsi, la portion de l'installation située à gauche d'une séparation théorique xx', peut être située en zone irradiée, tandis que le reste dè l'installation peut être implantée en zone protégée ce qui permet de contrôler son fonctionnement.-, sans aucun danger. De même, toutes les capacités fonctionnent, en ce qui concerne le décolmatage, la fluidisation et le transfert*des résines, suivant le processus décrit en détail à propos de la capacité 1, c'est à dire avec le minimum de consommation d'eau. L'ensemble des installations répond donc aux impératifs de bon marché relatif , de commodité d'exploitation et de degré de pollution minimum que l'on recherche dans une installation de ce genre implantée dans une région habitée. Selon une variante de réalisation particulièrement intéressante de la capacité 1, celle.:ci contlent les résines servant à la filtration et à la déminéralisation sous forme d'un lit unique comportant une couche supérieure de résine d'échange de cations et un lit inférieur de résines mélangées séparées par un diaphragme perforé possèdant .en -snn centre un orifice pour l'évacuation de la couche supérieure. En effet, il est connu d'utiliser, pour les traitements de liquides comportant à la fois une clarification, c'est à dire l'élimination physique d'impuretés en suspension, et une déminéralisation, c'est à dire ltéliminatfion chimique d'impuretés en solution, pour remplir les deux fonctions, un même lit dont les particules jouent à la fois le rôle de milieu filtrant et d'échangeur d'ions. Par un passage unique sur ce lit, on réalise donc conjointement les deux opérations. Toutefois il existe deux réalisations différentes de ce lit unique. Le premier consiste à opérer la filtration et la déminéralisation conjointes sur un filtre à pré-couche de micro-résines échangeuses d'ions et d'amiante. Les avantages de ce procédé sont d'assurer un rendement et une efficacité maximale dans l'opération de filtration,d1être une conception et d'une structuration très simples ce qui implique un minimum de frais d'investissement et enfin d'assurer une exploitation plus fiable, du fait du caractère réduit de technicité de ce procédé. Par contre, I.en ce qui concerne la déminéralisation proprement dite, ce procédé est relativement mal adapté car en cas de fuite dans l'installation dnnt on doit traiter le liquide et qui risque d'entraîner un apport de mineralisation, la sécurité dans ce domaine n'est pas assurée. Au surplus si l'investissement est faible, le coût d'exploitation du procédé.demeure élevé en raison des pertes de résines. La secnnde réalisation de ce lit unique consiste à opérer la filtration et la déminéralisation conjointes sur un lit dit àhaute couche et constitué par un mélange de résines cationiques et de résines anioniques. Ce second procédé élimine l'inconvénient lié à l'inadaptation à la déminéralisation du procédé précédent, en assurant aucentraire le maximum d'autonomie de l'installation en cas d'apport accidentel de minéralisation. Par contre, ce procédé assure un moins bon rendement en ce qui concerne l'étape de filtration, et l'utilisation d'un lit épais de résines a pour conséquence unrisque d'altération rapide des résines par colmatage plus ou moins irréversible par les oxydes métalliques ainsi que par l'attrition des résines, résultant de leur transfert. Au surplus, ce type de procédé implique une installation plus complète et plus sophistiquée et par suite des frais d'investissement trèsimportants sans éviter pour autant une exploitation également complexe. Selon la présente variante de l'invention, on utilise pour le but recherché un double lit qui réalise un compromis entre les deux procédés précédents, en uti-lisant dans un même appareil une filtration à pré-couche et le lit à haute couche. En d'autres termes, selon cette variante le liquide traité traverse un double lit se composant d'un premier lit de résines d'échange de cations et un second lit de résines mélangées. Le premier lit assurera l'étape de filtration, en utilisant à cet effet la résine cationique , qui se prête bien à une filtration car elle est mieux adaptée paur supporter le nettoyage physique et chimique ainsi que l'attrition qui résulte de ce transfert.Le.second lit sera uniquement destiné à l'échange d'ions, en étant préservé en raison de la pré-filtration ce qui assure l'autonomie maximale recherchée en déminéralisation et notamment en cas d'un rapport accidentel d'uneminéralisation du liquide à traiter. Il en résultera que le premier lit de résines cationiques seul devra être régénéré assez fréquemment tandis que le second lit de résines mixtes suffira d'être régénéré 5 à 6 fois moins souvent que le premier, ce qui diminuera d'autant la quantité d'effluents rejetés à l'égoût et par conséquent le degré de pollution résultant. Au surplus, on obtiendra ainsi également une économie d'eau de transfert ce qui dans certains cas représente un facteur très important. Toutefois, on pourrait considérer qu'une telle variante implique encore une certaine complexité d'exploitation et par suite un budget d'investissement plus important que chacun des deuxprocédés précédents considéré isolément. Pour écarter cette critique, l'invention consiste à réunir les deux lits suivant une double couche continue, la résine cationique étant simplement disposée sur les résines mélangées; pourpermettre de récupérer séparément la résine cationique sans toucher aux résines mélangées, et sans perturber l'équilibre hydraulique de l'ensemble on interpose entre les eux un diaphragme perforé, qui n'oppose aucun obstacle à l'écoulement de liteau, et qui n'autorise qu'unie faible pénétration de la résine cationique dans les résines mélangées.Au centre/ ce diaphragme, un orifice permet l'évacuation de la résine, en vue de son remplacement. L'avantage essentiel de.cette variante est le bon marché de l'installation, et la simplicité de son entretien, ce qui est le but recherché, comme indiqué précédemment. Bien entendu toute autre variante d'une partie ou de l'ensemble de l'installation rentrerait dans le cadre de l'invention, tel que défini par les revendications ci-après REVENDICATIONS 1. Installation de traitement des condensats de centrales nucléaires à eau bouillante ou pressurisée,-caractérisée essentiellement en ce qu'elle se compose d'une série de couples de capacités de traitement de condensat par au moins un lit mélangé de résines d'échanges d'ions, assurant simultanément la filtration et la déminéralisation du condensat , et une capacité de régéné ration desdites résines, située hors de la zone irradiée, dans laquelle est transféré chaque lit mélangé quand les résines de ce lit sont saturées, et assurant la séparation des r.ésses et leur régénération individuelle puis la reconstitution du mélange pour son retour dans chaque capacité de traitement, chacune des capacités de traitement étant réalisée sous forme d'une sphère matériau inoxydable et comportant un jeu due conduites d'air et d'eau permettant de commander l'admission et l'évacuation des différents éléments suivant la successiDn d'étapes suivantes a- l'alimentation en liquide à traiter étant interrompue, on vidange partiellement l'appareil pour abaisser le plan de liquide au-dessus du lit de matériau granulé;; b- on envoie de bas en haut à travers le lit de matériau granulé un courant d'air sous pression pour rendre fluide ce lit c- on introduit dans l'espace vide de l'appareil situé au-dessus du lit de matériau granulé de l'air sous pression; d- on ouvre l'orifice d'évacuation de la matière granulée -et on commence à recueillir cette dernière ; e- immédiatement après l'étape d, on envoie dans le lit de matériau granulé des jets de liquide horizontaux dirigés de la périphérie vers le centre, à un débit légèrement inférieur au débit d'écoulement par l'orifice d'évacuation;; f- quand la matière granulée est "dénoyée.", on interrompt l'intro duction d'air de l'étape c en maintenant au-dessus du lit en cour d'évacuation une pression inférieure à la perte decharge dans la conduite d'évacuation et en maintenant les jets de liquides horizontaux de l'étape e, jusqu'à ce que toute la matière granulée soit passée dans la conduite d'évacuation. g- on germe alors la'orifice d'évacuation et on entraîne les résidus de matière granulée subsistant dans la conduite-par une introduction latérale de liquide; h- on peut alors former un nouveau lit de matière granulée fraîche par introductionde bas en haut par la conduite d'évacuation, tandis que chaque capacité de séparation et de régénération est réalisée sous forme de deux cylindres superposés, équipés d'un jeu de conduites d'air, d'eau et de réactifs de régénération,le cylindre inférieur ayant un volume au moins suffisant pour contenir la totalité des deux matières et le cylindre supérieur ayant un volume au moins égal au volume de la matière la plus légère en -expansion, la section horizontale du cylindre supérieur étant supérieure à celle du cylindre inférieur, un liquide tel que l'eaux dans lequel les deux matières passent en suspension,circu- lant de bas en haut à travers cette capacité , la matière laplus mégère passant dans la zone supérieure tandis que la matière la plus laurde demeure dans la zone inférieure, puis,cette circulation étant interrompue,les deux matières décantent dans la zone inférieure où elles forment deux couches superposées, les jeux de conduites d'air et d'eau étant connectés entre eux dans chaque batterie et entre toutes les batteries pour permettre la mise en service et hors service des unités respectives suivant une séquance déterminée par les conditions d'exploitation de la centrale. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque capacité de traitement contient les résines servant à la filtration et la déminéralisation sous forme d'un lit unique comportant une couche supérieure de résine d'échange de cations et un lit inférieur de résines mélangées séparées par un diaphragme perforé possèdant en son centre un orifice pour l'évacuation de la couche supérieure. 3. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les capacités de traitement sont situées en zone irradiée tandis que le reste de l'installation est située en zone protégée.