Brevet FR2364053A1 — publié le 19780407

La présente invention a pour objet un perfec- - tionnement aux filtres a lit profond notamment de graphite. Elle trouve une application dans la filtration de l'eau des circuits de réacteurs nucléaires. Les filtres à lit profond, notamment de graphite, concernés par l'invention sont constitués par une enceinte remplie de granulés de graphite et munie d'une tubulure d'entrée du liquide a filtrer disposée a la partie supérieure, et d'une tubulure de sortie disposée A la partie inférieure. Des conduits annexes servent a la régénération du filtre par extraction de la charge de graphite colmatée et mise en place d'un lit nouveau. Le lit de graphite est disposé sur une toile métallique qui prend elle-m#rne appui sur un plateau perforé, aménagé de telle façon qu'il puisse supporter la charge de graphite et la poussée du liquide. Le graphite d'un tel filtre, lorsqu'il est utilisé pour filtrer l'eau d'un circuit primaire de réacteur nucléai- re, est de grande pureté chimique ; les granulés ont des dimensions comprises entre 0,28 rmn et 3,3 mm, avec un minimum de 80 % dont les dimensions se situent entre 0,8 et 3,3 mme La résistance du graphite à l'attrition est très bonne;Le coefficient de remplissage dans le lit de graphite est de l'ordre de 55 a 60 %o te graphite est en général mis en place dans llen- ceinte du filtre par transport hydraulique. te chauffage du filtre s'effectue par le liquide a filtrer, qui traverse le filtre de haut en bas Sous l'effet du débit de liquide, le lit de graphite subit un léger tassement Il agit ensuite à la manière d'un filtre en profondeur, en ce sens que les particules en suspension dans le liquide ne sont pas exclusivement retenues dans les couches superficielles du lit filtrant, qu'elles risqueraient de colmater rapidement, mais pénètrent profondément dans ce lit.La pénétration est naturellement d'autant plus profonde que la taille des particules est plus faible Mais les plus petites particules se fixent ensuite de plus en plus facilement a mesure que les plus grosses particules colmatent les couches peu profondes du lit de graphite. Grâce a la répartition progressive des particules de produits de corrosion sur la totalité du lit filtrant, un tel lit de granulés de graphite possède une grande capacité et sa perte de charge ne varie que lentement en cours de filtration Quand la capacité utilisable du lit de graphite est épuisée, le filtre est isolé, La régénération implique le remplacement du graphite;Pour cela, le lit de graphite est détassé par circulation inverse d'eau après refroidissement du filtre Ensuite le graphite est entraîné par l'eau dans une canalisation de transport hydraulique vers une cuve de récupération d'effluents; La reconstitution du lit de graphite s'effectue par transport hydraulique d'une nouvelle charge de graphite, préalablement tamisée sur une grille; La présente invention apporte un perfectionnement à de tels filtres notamment en ce qu'elle conduit è un filtre pouvant être utilisé a#vec un débit élevé de liquide à filtrer, par exemple supérieur a 4 m3/hdm2 et à une température élevée, de l'ordre de 2500C;; A ces débits il est difficile d'assurer une répartition uniforme du liquide sur la surface totale du filtre à cause des grandes vitesses d'éjection et de la présence de tourbillons, soit à l'embouchure du filtre, du fait de la variation brutale de la section du conduit d arrivée, soit au niveau de la grille de distribution, si des rampes dlarrosage sont utilisées; En outre, les tourbillons risquent de dégrader le lit filtrant en creusant localement sa surface et en créant des passages préférentiels; Pour éviter ces inconvénients le filtre de la présente invention est muni a sa partie supérieure d'un dispositif de répartition du liquide, qui comprend un assemblage de parois tronconiques coaxiales évasées vers le bas;; De préférence, le lit de graphite a lui aussi la forme d'un tronc de cône, pour faciliter son détassement; De préférence encore, et pour faciliter la vidange, on donne au plateau perforé supportant le lit de graphite une position inclinée vers l'ajutage deune vanne d'extraction De toute façon, les caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront mieux après la description qui suit diun exemple de réalisation donné a titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels s - la figure 1 représente, en coupe, une vue schématique du filtre de la présente invention, - la figure 2, illustre une disposition possible d'un filtre a lit profond de graphite dans le circuit primaire d'un réacteur pressurisé, - la figure 3 illustre une autre disposition possible du filtre dans le circuit secondaire d'une centrale électronucléaire a réacteur pressurise. Sur la figure 1, le filtre selon l'invention, dont le remplissage de graphite n'est pas représenté en détail, comprend une enveloppe 1 de forme tronconique. L'angle d'ouverture du tronc de c3ne (demi-angle au sommet du clone) est de préférence faible, par exemple de l'ordre de 5 a 100 pour éviter une perte d'efficacité due au raccourcissement des trajets de filets liquides. Le lit de graphite est supporté par une plaque perforée 2 inclinée par rapport à l'horizontale, d'un angle de l'ordre de 59 par exemple. La rigidité de cette plaque perforée est assurée au moyen de supports 3 qui prennent appui sur le fond 4 de l'enveloppe du filtre. La plaque perforez 2 est recouverte d'un grillage 5 à mailles suffisamment fines pour retenir les granulés constituant le lit de graphite. La partie supérieure du filtre comprend un diffuseur prenant appui sur une virole cylindrique 6. L'enveloppe extérieure du diffuseur est composée de deux troncs de canes dont le premier 7 sert à augmenter la section de la veine liquide et le deuxième 8 assure la répartition uniforme du débit liquide sans tourbillons sur la surface totale du lit à l'intérieur du tronc de ctne 8 est disposé un assemblage de parois tronconiques coaxiales 9. La partie supérieure du filtre comprend une vanne principale 11 pour l'entrez du fluide et la partie inférieure une vanne de sortie 12. Le fluide a filtrer circule donc de haut en bas dans le filtre. Pour que l'augmentation de la section de la veine liquide puisse se produire sans qu'il y ait formation de tourbillons l'angle d'ouverture du tronc de cne 8 doit être faible, et ne pas dépasser 100 environ si les débits de liquide sont importants; Les parois tronconiques coaxiales constituant l'assemblage 9 sont par exemple en tôles minces et leur angle d'ouverture est également suffisamment faible pour que l'écoulement du liquide dans les sections de passage divergentes se produise sans tourbillons. Les sections de passage a l'embouchure des couronnes troncôniques peuvent avantageusement être croissantes de l'axe à la périphérie, Ces sections de passage sont calculées en fonction de la distribution des vitesses à l'entrée du diffuseur, qui dépend du débit dans le filtre à son régime normal de fonctionnement. La mise en place des troncs de cône 9 en tôle mince s'effectue a l'aide d'entretoises 30 dont le nombre peut être de 4 ou plus notamment dans les zones périphériques où les tôles ont une grande surface, ce qui entrain des risques de vibration. Le filtre comprend encore un ensemble de conduits annexes munis de vannes 21 à 26 dont le rôle est le suivant. Les deux vannes principales, respectivement d'entrée 11 et de sortie 12, permettent d'isoler le filtre du circuit principal a haute température et haute pression, où circule le liquide à filtrer. Les opérations de mise en place du lit profond de graphite et de régénération du filtre se font à froid. La mise en place du lit s'effectue au moyen d'un dispositif de transport hydraulique de conception connue, et pour cette raison non représenté en détail sur la figure 1 ; ce moyen déverse dans le filtre le graphite, au moyen d'un courant d'eau circulant a travers une vanne 21. Le graphite retenu sur le grillage a mailles fines 5 disposé sur le fond perforé 2 se répartit en un lit de profondeur uniforme alors que l'eau est évacuée par la vanne 22.L'assemblage a conduits tronconiques joue un rôle essentiel dans cette mise en place du lit de graphite car il permet la réparti tion du graphite sur la section totale du filtre. Quand le lit de graphite est entièrement formé le filtre est chauffé et mis sous pression avec un faible débit d'eau à haute température Si I'opération de mise en service coïncide avec la mise en température du circuit principal, le filtre peut etre chauffé à plein débit si multanément. Quand la charge de graphite est saturée de produits de corrosion solides une opération de décolmatage est entreprise. Pour cela le filtre est à nouveau isolé par fermeture des vannes principales 11 et 12 Apres refroidissement les vannes 23 et 24 sont ouvertes. Un intérêt particulier du décolmatage a froid réside dans le fait que la viscosité de 1' eau froide étant plus élevée que celle de l'eau chaude un courant d'eau froide détasse et transporte le graphite plus facilement. Par la vanne 23 de l'eau est injectée à la base du lit de graphite. Ce courant d'eau détasse le lit et entrain le graphite a travers la vanne de vidange 24. La vidange complète du filtre exigerait une quantité d'eau très importante du fait de la densité relativement élevée du graphite. En outre, le lit de graphite contient les produits de corrosion solides dont la densité est notablement supérieure a celle du graphite et dont la flot- tabilité est difficile à déterminer. Aussi peut on craindre que la vidange par le seul transport hydraulique laisse subsister un résidu solide dans le filtre. Pour ces deux raisons, il est souhaitable d'achever la vidange hydraulique par le bas du filtre. A cette fin les vannes 23 et 24 sont fermées et les vannes 25 et 26 ouvertes. L'eau de rinçage arrive par la vanne 25 a travers le fond incliné perforé 2 et la vidange s'achève a travers la vanne 26. L'ajutage portant les vannes 23 et 26 se trouve à l'endroit du point bas de la plaque perforée inclinée 2. tes particules résiduelles accumulées dans le filtre suivent alors le mouvement latéral de l'eau de rinçage vers la vanne 26. Ce mode opératoire présente en outre l'avantage de permettre un centrale facile de la vidange totale du filtre. Le filtre a lit profond de graphite qui vient autre décrit est efficace notamment vis-à-vis des produits de corrosion des aciers inoxydables qui se trouvent à l'état de très fines particules en suspension dans l'eau des circuits de centrales électronucléaires.Il peut filtrer également la magnétite et les ferrites de cobalt et autres, et d'une façon générale les impuretés insolubles a l'état de très fines particules, notamment dans les boucles d 'expéri- mentation. A titre explicatif, il va maintenant être décrit plus en détail deux exemples de mise en oeuvre du filtre de l'invention, l'un dans le circuit primaire dtun réacteur pressurisé, l'autre dans le circuit secondaire d'un tel réacteur. La place occupée par le filtre de l'invention dans le circuit primaire d'un réacteur pressurisé est de préférence celle qui est illustrée par le schéma de la figure 2. L'eau provenant du réacteur 32 est prise au refoulement de la pompe principale 33 après passage dans le générateur de vapeur 34 ; sa température est voisine de 3000C Le débit de prélèvement peut se situer entre 1% et 10 % du débit nominal dans chaque boucle constituée par le réacteur, une pompe et un générateur de vapeur Ce débit est choisi de telle façon que la constante de vitesse de la disparition des produits de corrosion par filtration soit notablement supérieure a celle de leur vitesse de disparition par formation de dépôts dans le -4 Celle-ci est de l'ordre de 10- circuit;Celle-ci est de l'ordre de 10 3 a 10 5 L'eau ainsi dérivée passe dans le filtre à lit profond de graphite 35. Elle est ensuite réinjectée à l'aspiration de la pompe 33 niais une fraction peut etre prélevée auparavant pour être dirigée à travers un échangeur 26 qui la refroidit jusqu a 50 C, puis sur un lit mélangé de résines échangeuses d'ions 37 en vue de la séparation des impuretés ioniques, y compris des éventuels produits de fission. L'importance de ce dernier prélèvement peut etre ajustée en fonction de la pureté ionique de lieau du circuit primaire et de l'activité des produits de fission , il est généralement de l'ordre de 0,05 à 0,1 % du débit nominal dans une boucle du circuit primaire. La régénération du filtre a lit profond de graphite a lieu a froid pendant l'arrêt annuel du réacteur. Le mélange de graphite et de produits de corrosion solides entrafné par le courant d'eau de rinçage est recueilli dans une cuve à effluents 38. La mise en place d'un nouveau lit de graphite s'effectue par une canalisation de transport hydraulique non représentée sur la figure; La seconde application du filtre de l'invention, a la purification des purges de générateurs de vapeur et à la filtration des condensats dans le circuit secondaire de réacteurs pressurisés est illustrée par la figure 3. Le générateur de vapeur 50 est purgé avec un débit compris entre 1 % et 1,5 % du débit d'alimentation. Le débit de purge est filtre directement dans le filtre a lit profond 52 et il est réinfecté dans le générateur de vapeur avec l'eau des réchauffeurs haute pression 54, au moyen d'une pompe 56. Une fraction est cependant prélevée et refroidie dans un échangeur 58 puis dirigée dans le démi- néraliseur 60 à lit mélangé de résines échangeuses d'ions, à la température de 500C. Cette fraction est ensuite dirigée dans le circuit des condensats vers les réchauffeurs.Les condensats du condenseur 62 sont déminéralisés sur les résines échangeuses d'ions 64 et dirigés sur les réchauffeurs basse pression 66 par une pompe 68 puis, avec l'eau d'appoint provenant du récipient d'eau alimentaire 70, vers les réchauffeurs haute pression 54.L'eau réchauffée a la température d'injection dans le générateur de vapeur 50 est filtrée par le filtre à lit profond 72, de sorte que les produits de corrosion non dissous, dont les réchauffeurs sont une dés principales sources dans le circuit des condensats, sont retenus par le filtre 72 avant de parvenir au générateur de vapeur 50. Le circuit se complète par un certain nombre de vannes qu'il est inutile de décrire en détail car une telle installation est connue de l'homme de l'art. Dans une centrale électronuoléaire avec réacteur à eau bouillante et cycle direct, le réacteur serait situé a la place du générateur de vapeur 50 dans le schéma de la figure 3. Il va de soi que si toute la description qui précède se réfère à un lit de graphite ce n'est qu'à titre illustratif et que tout autre corps équivalent dans cette application pourrait etre utilisé sans que l'on sorte du cadre de la présente invention; REVENDICATIONS 1. Perfectionnement aux filtres à lit profond, comprenant une enceinte dans laquelle est disposé un lit de granulés reposant sur un fond perforé, un conduit d'entrée de fluide à filtrer disposé à la partie supérieure et un conduit de sortie à la partie inférieure et des conduits annexes munis de vannes nécessaires à la mise en place et au remplacement du lit granulé par transport hydraulique, caractérisé en ce que, afin de pouvoir traiter un fluide a haute température et à fort débit, la partie supérieure dè l'enceinte comprend une enveloppe externe tronconique à l'intérieur de laquelle est disposé un assemblage de parois tronconiques coaxiales évasées vers le bas. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différents conduits délimités par les parois tronconiques ont des sections droites qui vont en croissant vers la périphérie. 3. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de l'enceinte où se rassemble le lit de graphite est en forme de tronc de cône évasé vers le haut. 4. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tronc de cône formant la paroi a une ouverture angulaire comprise entre 0 et 100. 5. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fond sur lequel repose le lit de graphite est constitué par une plaque perforée inclinée par rapport à l'horizontale et dirigée vers une vanne d'extraction. 6. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les granulés sont en graphite.