Brevet FR2295388A1 — publié le 19760716

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à calandre multitubulaire, et plus précisément un générateur de vapeur dont il est facile de contrler et d'entretenir les tubes. L'invention sera décrite, à titre d'exemple, par référence au générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à surrégénération rapide Le générateur de vapeur selon l'invention est un échangeur de chaleur à calandre multitubulaire dans lequel les tubes sont alimentés en eau, et il'espace qui entoure les tubes est alimenté en sodium fondu servant de milieu chauffant pour que la chaleur de ce milieu soit transmise à l'eau en vue de la production de vapeur d'eau. Pour faciliter le contrôle et l'entretien, les tubes sont disposés verticalement, c'est-à-dire qu'un collecteur d'eau est prévu à la partie extérieure et inférieure du générateur de vapeur et qu'un collecteur de vapeur est prévu à la partie supérieure du générateur de vapeur, un certain nombre de tubes établissant la communication entre les deux collecteurs.Ces tubes vont des deux collecteurs dans la calandre en traversant une calotte spherique supérieure et uns calotte sphérique inférieure , et les parties des tubes qui sont exposées au sodium fondu à l'intérieur de la calandre sont enroulées en hélice. Dans l'échangeur de chaleur du type décrit, les parties des tubes qui traversent les calottes sphériques sont munies de calottes de fluide qui accroissent leur résistance. Comme un certain nombre de tubes sont maintenus par les calottes, ces dernières doivent être conçues de façon à pouvoir etre tirées verticalemett de l'enceinte du générateur. Pour la meme raison, les raccordements entre ces calottes sphériques et les deux collecteurs doivent eux aussi pouvoir être retirés verticalement. Lorsqu'une fuite ou un trou d'épingle apparat dans l'un des tubes, un détecteur d'hydrogène avertit l'opérateur du danger. L'opérateur arrête alors le générateur de vapeur,remplit les tubes d'hélium pour trouver le tube qui fuit , et ferme hermétiquement les deux extrémités de ce tube dans lequel est apparu un trou d'épingle ou une fuite similaire. On peut ainsi contwler parfaitement l'apparition d'un trou d'épingle quelconque dans les tubes. Cependant, un oxyde formé par la réaction du sodium.avec l'eau qui sort du trou d'épingle risque de corroder la surface des tubes adjacents et, si une telle corrosion se produit, on ne peut la détecter sans retirer tous les tubes de la calandre et examiner à l'oeil nu les tubes un à un. Ainsi qu'on l'a déjà indiqué, les tubes traversent verticalement les deux calottes sphériques qui constituent le sommet et la base du générateur de vapeur. S'il faut retirer les tubes pour les examiner, il faut partiellement découper la calandre, ce qui nécessite une main-d'oeuvre importante pour l'usinage et pour la réinstallation ultérieure des tubes et la remise du générateur de vapeur dans son état d'origine. Par conséquent, la présente invention a pour objet de procurer un échangeur de chaleur à calandre multitubulaire dont la construction permet de retirer facilement la structure intérieure dé la calandre en vue du contrôle et de l'entretien. L'invention se caractérise par les trois éléments suivants un élément de support de tubes qui est en contact partiel avec la surface intérieure d'un élément annulaire fixé à une extrémité ouverte de la calandre et qui lui est relié de façon amovible des calottes pour le fluide, coté tubes, qui sont prévues sur l'élément de support de tubes à l'extérieur de la calandre ; et deux lèvres en forme de rondelle qui sont formées par les faces ou parties en contact de l'élément annulaire et de l'élément de support de tubes et qui sont inclinées axialement à la calandre et soudées le long de leurs bords. Sur les planches de dessins annexées la figure I est une coupe verticale d'un générateur de vapeur concrétisant l'invention la figure 2 est une coupe verticale de la partie inférieure d'un générateur de vapeur constituant une autre forme de réalisation de l'invention la figure 3 est une coupe verticale d'encore une autre forme de réalisation de l'invention la figure 4 est un détail de la partie inférieure de la figure 3. Sur la figure 1, est représentée une forme de réalisation de l'invention constituée par un générateur de vapeur comprenant une calotte sphérique 120, une calandre 130, une plaque tubulaire 311 et des tubes 210. Les extrémités inférieures des tubes 210 traversent une plaque 920 de blindage thermique et sont fixées à la plaque tubulaire 311 qui se trouve au-dessous d'elle, de façon à communiquer avec un collecteur d'eau 411 qui est maintenu par la plaque tubulaire. Les extrémités supérieures des tubes 210 traversent une plaque tubulaire 312 au sommet de la calotte sphérique 120, et communiquent avec un collecteur de vapeur 412. A l'intérieur de la calotte sphérique 120, une gaine intérieure 930 est maintenue par des supports 1035 , dtune manière telle que les tubes 210 sont enroulés en hélice autour de la gaine intérieure 930, en constituant ainsi des colonnes montantes 212. Ces colonnes montantes 212 qui sont enroulées en hélice sont maintenues en place par des éléments de support (non repre- sentés) qui sont eux-mêmes ancrés sur la gaine intérieure 930. Les éléments de support maintiennent aussi, partiellement, la plaque tubulaire 311 et la plaque 920 de blindage thermique qui est destinée à atténuer les chocs thermiques auxquels est soumise la plaque tubulaire. La-calotte sphérique 120 est munie d'une tubulure 513 d'entrée de sodium, qui est elle-même reliée à un collecteur de sodium 413 de forme annulaire. Des tuyaux 813 d'amenée de sodium sont suspendus au collecteur de sodium 413 dans l'espace qui sépare la plaque tubulaire 311 et la gaine in intérieure 930.La calotte sphérique 120 'est également munie d'une tubulure 614 de sortie d'hydrogène qui est destinée à évacuer l'hydrogène peut être produit par une réaction sodiumeau, en cas d'urgence, par l'intermédiaire d'une plaque "d'écla- tement" (non représentée). Une ouverture 1130 est pratiquée dans une bride 1010 qui est fixée à l'extrémité inférieure de la calandre 130. D'autre part, une ouverture 1120 suri est formée dans une bride 1042 sur la calandre 130 a une section droite égale à celle de l'espace cylindrique qui est entouré par la paroi intérieure de la calandre 130, et plus grande que celle de l'ouverture 1130. La partie inférieure de la calandre 130 est munie d'une tubulure 613 de sortie de sodium et d'une tubulure 713B de vidange de sodium. La plaque tubulaire 311, la plaque 920 de blindage thermique, la gaine intérieure 930 et les colonnes montantes 212 sont placées à l'intérieur de la calandre 130, et la bride 1041 de la calotte sphérique 120 et la bride 1042 de la calandre 130 sont assujetties l'une à l'autre par des boulons 1050A. La bride f010 est'fixée à la face inférieure de la pique tubulaire 311 par des boulons 1050B qui ne traversent pas complètement la plaque tabulaire. Pour former un joint d'étanchéité entre la plaque tubulaire 311 et la bride 1010, une bague torique 1060 d' "Inconel" est ajustée entre elles. Le collecteur d'eau 411 est formé à même la plaque tubulaire 311 et passe dans l'ouverture 1130. Sur les côtés de la plaque tubulaire 311 et de la bride 1010 qui sont tournés vers l'ouverture 1130, sont formées des lèvres 1070 qui font saillie des surfaces en contact de ces deux éléments, et ces lèvres sont soudées sur leurs bords de façon à donner appui à la bague torique 1060. La calandre 130 se remplit de sodium jusqu'à un niveau liquide prédéterminé, et une couche 1115 d'argon gazeuse se forme au-dessus du sodium. Entre-temps, le collecteur d'eau 411 alimente en eau les tubes 210, puis cette eau monte dans les colonnes montantes 212, lorsqu'elle est transformée en vapeur d'eau par le sodium. La vapeur ainsi produite est envoyée dans une turbine par l'intermédiaire du collecteur de vapeur 412. En cas de fuite d'eau de l'un quelconque des tubes du générateur de vapeur,- on arrête le réacteur à surrégénération rapide. On vidange ensuite le sodium de la calandre 130 par la tubulure 713B de vidange de sodium et on vidange l'eau des tubes 210. On remplit des tubes 210 d'hélium pour voir quel tuyau est cassé. On découpe des lèvres 1070, on retire les boulons 1050B et 1050A, on retire la plaque tubulaire 311 et les tubes 210, ainsi que les pièces qui leur sont associées, de la calandre 130, puis on examine le tube 210 et on procède à la réparation. Après le contrôle et la réparation, on réinstalle la plaque tubulaire 311, les tubes 210, etc., à l'intérieur de la calandre 130, on assujettit les brides 1041 et 1042 l'une à l'autre à l'aide des boulons 1050A, et on assujettit la plaque tubulaire 311 et la bride 1010 l'une a l'autre à l'aide des boulons 1050B. Les côtés de la plaque tubulaire 311 et de la bride 1010 qui sont tournés vers l'ouverture 1130 sont soudés. Les saillies de la plaque tubulaire 311 et de la bride 1010 qui permettent le soudage doivent être assez longues pour former un joint d'étanchéité suffisant. A la différence des soudures qui servent à réunir des structures, la soudure des lèvres ne vise qu'à assurer l'étanchéité et, par conséquent, la résistance de la soudure n'a qu'une importance secondaire. On va maintenant décrire une autre forme de réalisation de l'invention en se reportant à la figure 2 qui représente une variante de la structure inférieure du générateur de vapeur qui est représenté figure 1. La structure supérieure du générateur est identique à celle de cette figure 1. Dans cette variante, la plaque tubulaire 311 est assujettie à la bride 1010' de la calandre 130, les parties terminales inférieures des tubes 210 traversant la plaque tubulaire 311 qui a une forme concavo-convexe et qui forme un renflement vers l'intE- rieur de la calandre 130. Les extrémités inférieures des tubes 210 sont reliées à un collecteur d'eau (non représenté) Les tubes 210 et la plaque tubulaire 311 sont maintenus en place par des calottes tubulaires '1020 de fluide, qui sont elles-mêmes ancrées par une, extrémité à la plaque tubulaire 311, renflée vers l'interieur dé la calandre 130, et assujetties par leur autre extrémité aux tubes. Les figures 3 et 4 représentent encore une autre forme de réalisation de l'invention, et sur ces figures, les pièces identiques ou similaires sont désignées par les mêmes numéros que sur les figures 1 et 2. Cette forme de réalisation du générateur de vapeur comporte une calandre intérieure 140 entre la calandre 130 et la gaine intérieure 930, en délimitant ainsi une région annulaire 1117 entre les deux. Cette région 1117 est emplie d'argon gazeux. Des tuyaux 813 d'amenée de sodium sont insérés dans la region qui sépare la gaine intérieure 930 et la calandre intérieure 140 de façon à alimenter en sodium l'espace qui entoure les tubes. Une jupe 1030 est fixée à la paroi extérieure de 'la calandre 130.On va maintenant décrire en détail la structure inférieure du générateur de vapeur en se reportant à la figure 4. La partie inférieure de la calandre intérieure 140 est munie drune tubulure 613 de sortie de sodium et la plaque tubulaire 311 est munie d'un collecteur d'eau 411. Les tubes 210 traversent verticalement la calandre intérieure 140 et se raccordent à la plaque tubulaire 311. Ils sont fixés à la calandre intérieure 140 par l'intermédiaire de calottes de fluide 1020. Une bride 1010 qui est prévue à l'extrémité inférieure de la calandre 130 et une bride 1043 qui est prévue sur la plaque tubulaire 311 sont assujetties l'une à l'autre par des boulons 1050B. Une tubulure 713A de vidange de sodium est prévue pour tout excès de sodium qui risque de déborder de la calandre intérieure 140 dans la région annulaire 1117 soit évacué du générateur de vapeur. En cas de fuite d'eau de l'un quelconque des tubes du générateur de vapeur, on arrête le réacteur à surrégénération rapide.On vidange ensuite le sodium de la calandre intérieure 140 par la tubulure 613 de sortie de sodium, et on vidange l'eau des tubes 210. Puis on coupe la tubulure 613 de sortie de sodium, on dégage les brides 1041 et 1043 de la calandre 130, et on retire de la calandre 130 les colonnes montantes 212 ainsi que la calandre intérieure 140 et les autres pièces associées. On découpe la calandre intérieure 140 à son extrémité inférieure, de façon à examiner les tubes de la même façon que celle qui a été décrite relativement aux formes de réalisation qui sont représentées sur les figures 1 et 2. Bien que la présente invention ait été décrite dans son application à un échangeur de chaleur utilisant des tubes enroulés en hélice, l'homme de l'art comprendra que l'invention ne se limite pas à une telle forme de réalisation, mais est tout aussi applicable, par exemple, à un échangeur de chaleur à tubes droits. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur à calandre multitubulaire, du type dans lequel une calotte sphérique est montée de manière amovible à une extrémité ouverte de la calandre, et dans lequel des tubu lures d'entrée et de sortie de milieu chauffant sont disposées de façon à faire baigner un certain nombre de tubes dans un milieu chauffant de façon à assurer un bon échange de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend un élément annulaire fixé à l'autre extrémité ouverte de la calandre ; et un élément de support de tubes dont une partie est en relation d'étanchéité avec ledit élément annulaire à l'intérieur de la calandre, et gli lui est raccordé de façon amovible, et dont une autre partie se raccorde à l'une des extrémités de chacun des tubes, dont les autres extrémités se raccordent à la calotte sphérique. 2. Echangeur de chaleur à calandre multitubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément annulaire est une bride terminale, et que ledit élément de support tubes est une plaque tubulaire. 3. Echangeur de chaleur à calandre multitubulaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une partie dudit élément de support de tubes forme en outre un collecteur pour le fluide qui circule dans les tubes. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1,ou 2, ~caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un collecteur pour le fluide qui circule dans les tubes, ledit collecteur étant en contact avec l'élément annulaire depuis l'extérieur et étant prévu aux extrémités des tubes qui sont réunis en faisceau. 5. Echangeur de chaleur à calandre multitubulaire, compre nant une calandre et une calotte sphérique raccordée à la calandre par l'intermédiaire d'une bride à une extrémité ouverte de la calandre, caractérisé par : une bride terminale fixée à l'autre extrémité de la calandre ; uné plaque tubulaire, dont au moins une partie est en contact avec ladite bride terminale à l'intérieur de la calandre, ladite plaque tubulaire ayant une forme concavo convexe et formant un renflement vers l'intérieur de la calandre, un certain nombre de calottes de fluide étant formé à l'intérieur de'la calandre, et ladite plaque tubulaire se raccordant de façon amovible à ladite bride terminale ; un certain nombre de tubes reliant la calotte sphérique et les calottes de fluide de la plaque tubulaire ; deux lèvres formées sur les parties ou les faces en contact de ladite bride terminale et de ladite plaque tubulaire, lesdites lèvres étant dirigées vers l'axe de la ca]andre et les bords des lèvres étant réunis l'un à l'autre par soudage étanche ; et un moyen permettant de raccorder de façon amovible ladite bride terminale et ladite plaque tubulaire. 6. Echangeur de chaleur à calandre multitubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément annulaire est une calotte sphérique inférieure présentant une ouverture sur laquelle est fixée une bride intérieure, et que ledit élément de support de tubes est une plaque tubulaire comportant une bride en contact avec la bride intérieure au niveau de l'ouverture de la calotte sphérique inférieure, et disposée à l'intérieur de l'ouverture, ladite plaque tubulaire pouvant être retirée vers l'intérieur de la calandre et comportant un collecteur, formé à l'extérieur de la calandre, pour'le fluide qui circule dans les tubes, et en ce qu'il comprend une calandre intérieure disposée à l'intérieur de la calandre, un espace étant ménagé entre la calandre intérieure et la calandre, ladite calandre intérieure étant en forme de cuvette et fixée à la plaque tubulaire, une tubulure de sortie étant prévue pour le milieu chauffant à l'extrémité inférieure de la calandre intérieure, lesdits tubes étant disposés à l'intérieur de la calandre intérieure et raccordés à la calotte sphérique supérieure et à la plaque tubulaire par l'intermédiaire de la calandre intérieure, et un moyen permettant de raccorder de façon amovible la bride intérieure et la plaque tubulaire depuis l'extérieur de la calandre.