Brevet FR2321589A1 — publié le 19770318

La présente invention concerne une installation de récupération d'énergie sur une usine de separation isotopique. On sait qu'une usine de separation isotopique comprend un grand nombre de compresseurs disposes en cascade véhiculant de lthexafluorure d'uranium :UF6, a des degrés d'enrichissement croissant au fur et a mesure de son passage à travers les étages de separation successifs. Apres chaque passage du fluide gazeux à travers une paroi de sdparation, l'hexafluorure d'uranium UF6 doit être refroidi. L'invention a pour but de recuparer lténergie du fluide de refroidissement des differents circuits de compression en cascade. La présente invention a pour objet un procede de recuperation d'énergie dans une usine de séparation isotopique comprenant une succession en cascade de compresseurs suivis chacun d'un étage de séparation traversé par un fluide à enrichir, chaque étage de séparation comportant à sa sortie un dispositif de refroidissement par échange thermique avec un fluide réfrigérant, caractérisé en ce que ledit fluide réfrigérant subit un cycle thermodynamique au cours duquel il est détendu dans au moins une turbine directement accouplée a un compresseur, L'invention a aussi pour objet un procédé de récupération d'energie dans une usine de séparation isotopique comprenant une succession en cascade de compresseurs suivis chacun d'un etage de séparation traversé par un fluide enrichir, chaque étage de séparation comportant à sa sortie un dispositif de refroidissemant par échange thermique avec un fluide réfrigérant, caractérise en ce que le fluide réfrigérant de n etages successifs est regroupe en paraI le le et subit un cycle thermodynamique au cours duquel il est detendu dans une turbine unique directement accouplée au compresseur de l'un des n étages. Suivant une autre caractéristique de l'invention, ladite turbine fournit audit compresseur de l'un des n étages une puissance au plus égale a soixante cinq pour cent de sa puissance nominale, le reste étant fourni par un moteur électrique d'entraînement. Avantageusement, n est égal à quatre ou a cinq. L'invention a aussi pour objet une installation de récupération d'énergie pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprenant : n échangeurs thermiques comportant chacun une première tubulure parcourue par le fluide à enrichir et une deuxieme tubulure parcourue par le fluide réfrigérant, les deu xièmes tubulures étant reliées en parallèle, la sortie de ces tubulures conduisant à un ballon de détente contenant du fluide en phase liquide et en phase gazeuse à la pression de vapeur saturante ; une turbine dont l'entrée est reliée à la partie gazeuse du ballon de détente ; un condenseur à la sortie de la turbine ; une pompe d'extraction du condenseur dont le refoulement est reliée a l'entrée des deuxiemes tubulures et une pompe de circulation du ballon de détente dont l'aspiration communique avec la partie en phase liquide du ballon, caracté risée en ce que le refoulement de la pompe de circulation du ballon de détente communique d'une part avec l'entrée desdites deuxièmes tubulures et d'autre part en un point desdites deuxièmes tubulures dont la température du liquide réfrigérant est celle qu'il a a sa sortie en phase liquide du ballon de détente, et en ce que la turbine est accouplée au compresseur de l'un des n étages de séparation isotopique du fluide à enrichir. Le système de récupération d'énergie selon l'invention dans ns lequel on récu- père l'énergie des circuits de compression en actionnant une turbine qui est directement accouplée t un compresseur de l'usine de séparation isotopique, présente l'avantage d'éviter d'avoir à passer par lténergie électrique et donc d'avoir un gros alternateur et tous les accessoires nécessaires et aussi d'éviter les travaux de génie civil supplémentaires qui seraient nécessaires. On a seulement, en plus des compresseurs et de leurs moteurs d'entraînement une turbine de faible puissance tous les quatre ou cinq compresseurs, délestant les moteurs d 'entraînement des compresseurs correspondants. La synchronisation de vitesse pour les turbines est assurée par les moteurs électriques d'entraînement. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description dlun exemple de réalisation de l'invention faite ci-après en référence au dessin annexé dans lequel : la figure I représente le cycle de séparation, la figure 2 montre la disposition de la turbine de récupération sous un compresseur. La figure I montre une unité d'une installation de récupération sur les circuits de compression d'une usine de séparation isotopique. L'usine comprend par exemple un très grand nombre de compresseurs, non représentés, suivis chacun d'un étage de séparation, également non représenté, traversés successivement par de l'hexafluorure d'uranium UF6 à des titres d'enrichissement allant en croissant. L'unité de récupération représenté, récupere l'énergie de quatre circuits de compression (quatre étages de séparation) consécutifs, et il existe ainsi autant d'unités de récupération qu'il y a de compresseurs divisés par quatre. A la sortie de chaque étage de séparation, 1'UF6 doit être refroidi et il passe dans une première tubulure 1 d'un échangeur de chaleur 1' ; l'échangeur 1' comporte une deuxième tubulure 1" parcouru par un fluide réfrigérant, par exemple par le produit connu commercialement sous le nom de "Fréon 11". Les éléments correspondants des trois étages consécutifs suivants sont repérés respectivement : 2, 2', 2" ; 3, 3', 3" ; et 4, 4', 4n. Les quatre deuxièmes tubulures 1", 2", 3", 4" sont réunies en parallèles et le tuyau commun de sortie 5 aboutit a un ballon de detente 6 dans lequel le réfrigérant existe sous deux phases : une phase liquide et une phase gazeuse a la pression de vapeur saturante. the conduite 7 est raccordée a la partie gaveuse du ballon de détente 6 et alimente une turbine de récupération 8 dont l'arbre est directement accouplé au compresseur, non représenté, de l'un des quatre étages dont on a récupéré l'énergie. L'échappement de la turbine 9 est relié a un condenseur 10.L'ensemble comporte en outre une pompe 11 d'extraction du condenseur dont le refoulement est reliée a la conduite commune d'entrée 12 du réfrigérant dans les deuxièmes tubulures 1", 2", 3", 4", et une pompe 12 de circulation du ballon de détente 6 dont le refoulement aboutit d'une part, a l'entrée des deuxièmes tubulures lts 2", 3", 4" mélangeant ainsi du liquide réfrigérant arrivant du ballon de détente 6 au liquide réfrigérant arrivant du condenseur 10 et d'autre part, en un point 13, 14, 15 et 16 respectivement des deuxièmes tubulures 1", 2", 3", 4" tel qu'en ce point la température du réfrigérant soit égale a la température du réfrigérant à la sortie du ballon de détente réalisant ainsi un mélange isotherme. La pompe il est par exemple entraîné par un moteur électrique et la pompe 12 est entraîné par la turbine 8. A titre d'exemple, on va maintenant donner les valeurs de débit, de pression, de température et d'enthalpie en différents points du cycle. Dans les premières tubulures 1, 2, 3 et 4 lthexafluorure d'uranium UF6 arrive dans le sens des flèches à une température de 1280C et ressort a une température de 82ex. Le réfrigérant (dans le cas de l'exemple décrit il s'agit du produit connu dans le commerce sous le nom de "Fréon 11") arrive, dans le sens des flèches, à l'entrée des deuxièmes tubulures 1", 2", 3", 4" a une température de 5fOC. A la sortie, dans la tubulure commune de sortie 5, la température est de 1OO0C, la pression de 11 kg/cm2, le débit de 483,12 kg/s et l'enthalpie de 29,373 kcal/kg. Dans la partie en phase gazeuse du ballon de détente 6, le réfrigérant est 800C à une pression de 5,294 kg/cm2, I'enthalpie est de 62,491 kcal/kg et le débit de sortie dans la conduite 7 est de 57,12 kg/s. Dans la partie en phase liquide du ballon de détente 6, la pression et la température sont les memes 5,294 kg/om2 et SOêc, l'enthalpie est de 24,945 kcal/kg et le débit d'aspiration de la pompe de circulation 12 est de 426 kg/s. Ainsi, les points 13, 14, 15 et 16 des deuxièmes tubulures 1", 2", 3", 4" sont a 800C afin de réaliser un mélange isotherme avec le liquide a 800C arrivant de la pompe de circulation 12. Dans le condenseur, la température est de 270C, la pression de 1,154 kg/cm2, l'enthalpie de 13,695 kcal/kg et le débit du réfrigérant est de 57,12 kg/s. Ainsi, a l'entrée des deuxièmes tubulures 1", 2", 3", 4" arrive un mélange liquide de réfrigérant a 270C arrivant du condenseur 10 et de réfrigérant à 800C arrivant du ballon de détente 6 ; la température du mélange résultant étant de 550C ce qui permet d 'éviter la cristallisation de l'IF6 dans les premières tubulures : la température de sortie de l'UF6 étant de 820C il n'y a pas de risque de cristallisation. La puissance sur l'arbre de la turbine est de 1391,7 kW la puissance de la pompe 12 en absorbe 224,08 kw et la pompe 11 dépensant 53,52 kW, la puissance ne-tte récupérée est de : 1391,7 - (224,08 + 53,52) = 1114,1 kW. On récupère donc ainsi 1114,1 kw par groupe de quatre compresseurs. La figure 2 montre seulement la disposition de la turbine 8 placé sous le moteur d'entra2nement 13 d'un compresseur 14. Ainsi, un compresseur sur quatre de l'installation de séparation isotopique comporte en plus, sous le moteur d'entra;- nement du compresseur une turbine 8 récupérant l'énergie de quatre compresseurs qui est renvoyée sur l'un d'entre eux. La récupération se fait par groupe de quatre ou a la limite de cinq compresseurs : en effet, on récupère environ 10% de la puissance de chaque compresseur, ce qui donne 40X si 1 'on récupère sur quatre et 50% Si l'on récupère sur cinq : il ne faut pas que la puissance de la turbine excède la puissance du moteur d'entraînement, ce qui poserait des problèmes de régulation. L'exemple décrit n'est évidemment pas limitatif ni les valeurs données de températures, pression, débit et enthalpie, qui seraient évidemment différentes si le réfrigérant choisi était différent. REVENDICATIONS 1/ Procédé de récupération d'énergie dans une usine de séparation isotopique comprenant une succession en cascade de compresseurs suivi chacun d'un étage de séparation traversé par un fluide è enrichir, chaque étage de séparation comportant à sa sortie un dispositif de refroidissement par échange thermique avec un fluide réfrigérant, caractérisé en ce que ledit fluide réfrigérant subit un cycle thermodynamique au cours duquel il est détendu dans au moins une turbine directement accouplée è un compresseur. 2/ Procédé de récupération d'anergie dans une usine de séparation isotopique comprenant une succession en cascade de compresseurs suivis chacun d'un étage de séparation traversé par un fluide a enrichir, chaque étage de séparation comportant à sa sortie un dispositif de refroidissement par échange thermique avec un fluide réfrigérant, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant de n étages successifs est regroupé en parallèle et subit un cycle thermodynamique au cours duquel il est détendu dans une turbine unique directement accouplée au compresseur de l'un des n étages. 3/ Procédé de récupération selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite turbine fournit audit compresseur de l'un des n étages une puissance au plus égale à soixante cinq pour cent de sa puissance nominale, le reste étant fourni par un moteur électrique d'entraînement. 4/ Procédé de récupération selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que n est égal à quatre ou cinq. 5/ Installation de récupération d'énergie pour la mise en oeuvre de procédé selon l'une des revendications 2 à 4 comprenant : n échangeurs thermiques comportant chacun une première tubulure parcourue par le fluide à enrichir et une deuxième tubulure parcourue par le fluide réfrigérant, les deuxièmes tubulures étant reliées en parallèle, la sortie de ces tubulures conduisant a un ballon de détente contenant du fluide réfrigérant en phase liquide et en phase gazeuse a la pression de vapeur saturante ; une turbine dont l'entrée est reliée a la partie gazeuse du ballon de détente ; un condenseur a la sortie de la turbine ; une pompe d'extraction du condenseur dont le refoulement est reliée à'entrée des deuxièmes tubulures et une pompe de circulation du ballon de détente dont 1 'aspi- ration communique avec la partie en phase liquide du ballon, caractérisée en ce que le refoulement de la pompe de circulation du ballon de détente communique d'une part avec l'entrée desdites deuxièmes tubulures et d'autre part en un point desdites deuxièmes tubulures dont la température du liquide réfrigérant est celle qu'il a à sa sortie en phase liquide du ballon de détente et en ce que la turbine est accouplée au compresseur de l'un des n étages de séparation isotopique du fluide à enrichir. 6/ Installation de récupération d'énergie selon la revendication 5, caractérisée en ce que n est égal à quatre ou cinq.