Brevet FR2425272A1 — publié le 19791207

La présente invention concerne un séparateur vertical d'un mélange de vapeur ou de gaz et de particules liquides ou solides, comprenant à l'intérieur d'une virole externe une enceinte d'admission duditméiange, une pluralité de tubes verticaux munis à leur entrée d'aubes fixes imprimant au mélange un mouvement hélicoldal, et à leur sortie d'un tube coaxial de plus faible diamètre permettant dans son conduit interne l'évacuation de vapeur sèche ou de gaz et dans l'espace annulaire celle d'un mélange plus riche en particules liquides ou solides, ledit espace annulaire débouchant dans un volume libre permettant la séparation dudit mélange plus riche en particules liquides ou solides en une vapeur sensiblement sèche ou un gaz et un fluide peu chargé en vapeur ou en gaz, et lesdits conduits internes débouchant dans une chambre de recueil de vapeur sèche ou de gaz. Les sécheurs à séparation dans des tubes par effet de centrifugation présentent l'avantage d'un faible encombrement par rapport au débit de vapeur à traiter, et peuvent donc être disposés directement à la sortie des dispositifs générateurs d'humidité dans la vapeur-, tels que des turbines de détente, en éliminant ou réduisant les longueurs de tuyauteries transportant de la vapeur humide, et soumises par suite au phénomène d1érosion-corrosion Ils permettent d'obtenir une vapeur sèche de faible teneur résiduaire en eau, de tordre de 0,1 %, et par suite de réduire au maximum les volumes d'eau retenus dans les circuits de vapeur, et susceptibles de se vaporiser lors de chutes de pression de la vapeur.Cependant l'eau séparée est encore mélangée de vapeur, et même si elle débouche dans une chambre-permettant une certaine séparation par gravité, celle-ci est imparfaite. L'eau qui ruisselle entraine encore une certaine quantité de vapeur qui est perdue pour le cycle thermodynamique, ce qui réduit le rendement des appareils en aval (turbines de détente, échangeurs). La vapeur qui s'élève dans cette chambre entraine encore des gouttelettes d.'eau, de sorté qu'elle est difficilement utilisable sans précaution, et risque notamment de provoquer des corrosions sur son circuit ou de nécessiter ltemploi de tuyauteries en acier inoxydable coûteuses. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients cidessus, et de procure un séparateur vertical qui permette d'obtenir d'une part une vapeur sèche ou un gaz de faible teneur résiduaire en particules liquides ou solides, et d'autre part une fraction complémentaire de vapeur ou de gaz débarrassée de la plus grande partie des particules liquides ou solides résiduaires, et ne contenant plus que quelques pourcent de particules résiduaires, utili-sable dans des circuits thermodynamiques sans précaution particuslière;; Elle a également pour but, dans le cas de la séparation d'un mélange de vapeur ou de gaz et d'un liquide, de réduire au minimum la quantité de liquide vaporisée lors d'une chute de pression de la vapeur ou du gaz, et de réduire la perte de charge sur le circuit de vapeur sèche ou de gaz et l'encombrement général du séparateur. Le séparateur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte au bas du volume libre un fond convexe à convexité tournée vers le haut,une couronne annulaire de recueil du fluide peu chargé en vapeur ou en gaz, et des passages régulièrement- disposés entre les conduits et permettant à la vapeur sensiblement sèche ou au gaz de s'échapper vers le haut entre les tubes verticaux. Il comporte en outre de préférence au moins l'une des caractéristiques suivantes - la chambre de recueil de vapeur sèche ou de gaz est reliée par le bas à un conduit d'évacuation de la vapeur sèche ou du gaz s'écartant latéralement de l'axe du séparateur avec un grand rayon de courbure. - la couronne annulaire de recueil du fluide peu chargé en vapeur ou en gaz est de faible volume et reliée à un récipient de grand volume de recuéil dudit fluide, extérieur au séparateur. - ladite couronne annulaire est reliée au récipient de recueil par deux ou plusieurs conduits régulièrement répartis sur son pourtour. - il comprend deux ou plusieurs tubulures latérales d'évacuation de la vapeur sensiblement sèche ou de gaz échappés vers le haut entre les tubes verticaux, régulièrement réparties sur son pourtour. - l'ensemble de l'enceinte d'admission du mélange, des tubes de séparation et du fond convexe repose par le bord inférieur dudit fond convexe sur une couronne soudée à l'enveloppe externe du séparateur. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un séparateur de vapeur chargée d'eau issue d'une turbine de détente d'une centrale nucléaire, selon l'invention. La figure 1 représente le séparateur en coupe axiale. La figure 2 représente une coupe diamétrale selon l'axe Il-Il de la figure 1. Dans la figure 1, l'enveloppe externe du séparateur, en acier au carbone, comporte une partie tronconique supérieure 1, suivie d'une partie cylindrique 2. A l'intérieur de la partie tronconique est soudée une manchette d'accès 3 en acier inoxydable, à laquelle est fixée une plaque 4 d'entretoisement des tubes de séparation, avec interposition d'un joint de dilatation 5. Les tubes de séparation 6 comportent des orifices d'accès évasés 7, réunis par leurs bords de façon à former un pavage hexagonal (voir figure 2). Les tubes 6 sont munis au voisinage de leur entrée d'organes 7A imprimant à la vapeur humide un mouvement tourbillonnaire. Ils comportent à leur extrémité inférieure 8 des dispositifs de séparation de liteau centrifugée et de la vapeur sèche, celle-ci s'engageant dans un tube interne 9 de plus faible diamètre. Les tubes 9, munis des organes de redressage d'écoulement 9A, sont soudés sur un fond bombé 10 et débouchent de l'autre côté de celuici par des embouchures 11 dans une chambre de tranquillisation de la vapeur sèche 12.Celle-ci est reliée à un conduit d'évacuation de la vapeur sèche 13 de grand rayon de courbure, de façon à réduire au minimum la perte de charge sur le circuit de vapeur sèche. Le fond bombé 10 constitue l'extrémité supérieure d'une virole cylindrique 14, soudée sur une couronne circulaire 23, elle-meme soudée à l'intérieur de la virole externe 2. A la plaque d'entretoisement 4 est fixée une virole extérieure 15, également en acier inoxydable, dont la partie inférieure définit avec la virole intérieure 14 une couronne annulaire de recueil de l'eau séparée 16, de faible volume. Cette couronne est reliée par des conduits 17, 18, à 1800 l'un de l'autre, à un récipient externe de recette de l'eau séparée, de volume notablement plus important, non représenté. De la sorte, en cas d'apparition d'une chute de pression sur le circuit de vapeur humide, la quantité d'eau susceptible de se revaporiser est peu importante. Par ailleurs, une tôle périphérique 19 entoure les dispositifs 8 de séparation de l'eau centrifugée de la vapeur sèche, de façon à éviter des remontées de vapeur mélangée d'eau vers les tubulures 20, 21 d'évacuation de la vapeur sensiblement sèche remontant entre les tubes 6 à partir des dispositifs 8. Les tubulures 20, 21 sont à 1800 l'une de l'autre. L'homogénéisation des débits de vapeur sensiblement sèche est assurée à l'aide de déflecteurs tels que 22 en face des tubulures de sortie. Le fonctionnement du séparateur est le suivant La vapeur chargée d'humidité arrive verticalement vers le bas dans la manchette 3. Elle se répartit également entre les différents tubes, grâce aux entrées hexagonales 7 des cellules 6. La vapeur humide descend dans les tubes 6, après s'entre vue imprimer un mouvement tourbillonnaire par les dispositifs 7A. Sous l'effet de la force centrifuge, les gouttelettes d'eau sont projetées contre la paroi interne des tubes, le long de laquelle elles.ruissellent. A la hauteur des dispositifs de séparation 8, la vapeur -sèche qui reste dans la zone axiale des tubes s-'engage à l'intérieur des tubes 9 de plus faible diamètre, dans lesquels son mouvement tourbillonnaire est redressé par les organes 9A, puis traverse le fond bombe 10 et se rassemble dans la chambre de tranquillisation i2,-d'où elle est'envoyée à l'utilisation par la tuyauterie 13 à grand rayon de courbure. Du mélange d'eau et de vapeur qui s'écoule entre les tubes 8 et 9, et dont le mouvement tourbillonnaire est redressé par des organes non représentés, la vapeur relativement peu humide s'échappe par des moyens non représentés et remonte entre les tubes 6, en traversant des fentes de largeur définie ménagées entre ces tubes, non représentées, puis est envoyée à l'utilisation par les tubulures 20 et 21. L'eau subsistante se rassemble en jets qui descendent le long du pourtour externe des tubes 9 vers le fond bombé- 10. L'eau ruisselle alors sur ce fond bombé vers le pourtour de celui-ci, où elle se rassemble dans la couronne annulaire 16. Elle est évacuée de cette couronne annulaire par les conduits 17 et 18, à 18O0 l'un de l'autre, vers un récipient de recette d'eau, non représenté. On observera que l'eau et la vapeur d'eau une fois séparées au niveau des dispositifs de séparation 8, suivent des trajets entièrement différents, l'un vers le bas, l'autre vers le haut, et qu'il n'y a donc aucun risque de nouveau mélange entre eau et vapeur. Par ailleurs, l'ensemble des dilatations différentielles de l'appareil, posé sur la couronne inférieure 23, est absorbé par le joint de dilatation 5 de la manchette 3.Si l'on veut effectuer des réparations sur ltentrée~des tubes 6, on dispose avantageusement des trous d'homme 24, 25 sur la partie conique 1 de l'enveloppe et sur la manchette 3; Bien que le séparateur qui vient d'etre décrit en référence aux figures paraisse la forme de réalisation préférable, on comprendra que diverses modifications peuvent lui entre apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains de ses organes pouvant être remplacés par d'autres qui joueraient un rôle technique analogue. En partlculier, les organes destinés à imprimer à la vapeur humide un mouvement tourbillonnaire peuvent avoir toute forme appropriée, de meme que ceux destinés à redresser le mouvement, d'une part de la vapeur sèche, d'autre part de l'eau, au bas des tubes. Le fond bombé de séparation de la chambre de liquide et de la chambre de tranquillisation de vapeur peut être remplacé par un fond conique. L'invention s'applique plus particulièrement aux séparateurs de vapeur d'eau humide en vapeur sèche et eau résiduelle, notamment dans les centrales de production d'énergie électrique. Cependant, elle peut s'appliquer également à la séparation de particules liquides ou solides véhiculées par une vapeur ou par un gaz. REVENDICATIONS 1/ Séparateur vertical d'un mélange de vapeur ou de gaz et de particules liquides ou solides, comprenant à l'intérieur d'une virole externe une enceinte d'admission dudit mélange, une pluralité de tubes verticaux munis à leur entrée d'aubes fixes imprimant au mélange un mouvement hélicoidal, et à leur sortie d'un tube coaxial de plues faible diamètre permettant dans un conduit interne l'évacuation de vapeur sèche ou de gaz et dans l'espace annulaire celle d'un mélange plus riche en particules liquides ou solides, ledit espace annulaire débouchant dans un volume libre permettant la séparation dudit mélange plus riche en particules liquides ou solides en une vapeur sensiblement sèche ou un gaz et un fluide peu chargé en vapeur ou en gaz, et lesdits conduits internes débouchant dans une chambre de recueil de vapeur sèche ou de gaz, caractérisé en ce qu'il comporte au bas dudit volume libre un fond convexe (10) à convexité tournée vers le haut, une couronne annulaire de recueil du fluide peu chargé en vapeur ou en gaz (16), et des passages régulièrement disposés entre les conduits et permettant à la vapeur sensiblement sèche ou au gaz de s'échapper vers le haut entre lesdits tubes verticaux (6). 2/ Séparateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de recueil de vapeur sèche ou de gaz est reliée par le bas à un conduit d'évacuation de la vapeur sèche ou du gaz (13) s'écartant latéralement de l'axe du séparateur avec un grand rayon de courbure. 3/ Séparateur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couronne annulaire de recueil du fluide peu chargé en vapeur ou en gaz est de faible volume et reliée à un récipient de grand volume de recueil dudit fluide, extérieur au séparateur. 4/ Séparateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couronne annulaire de recueil du fluide peu chargé en vapeur est reliée au récipient de recueil par deux ou plusieurs conduits (17, 18) régulièrement répartis sur son pourtour. 5/ Séparateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il omporte deux ou plusieurs tubulures latérales (20, 21) d'évacuation de vapeur sensiblement sèche ou de gaz échappés vers le haut entre lesdits tubes verticaux, régulièrement réparties sur son pourtour. 6/ Séparateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'ensemble de l'enceinte d'admission, des tubes verticaux de séparation et du fond convexe repose par le bord inférieur dudit fond convexe sur une couronne (23) soudée à l'enveloppe externe du'séparateur.