Brevet FR2482760A1 — publié le 19811120

La présente invention concerne un procédé de régulation de la pression du circuit primaire pendant les phases de mise à l'arrêt d'un ré- acteur nucléaire à eau sous pression, et plus particulièrement la régula- tion pendant la phase dite de "noyage" du pressuriseur. Le circuit primaire de refroidissement d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comporte une ou plusieurs boucles o l'eau circule sous l'action d'une pompe primaire entre le coeur du réacteur o elle absorbe la chaleur produite par les réactions nucléaires, et un générateur o elle cèn de cette chaleur au fluide secondaire qui y est vaporisé pour alimenter les machines turbo-électriques. Lorsque le réacteur fonctionne en puissance l'eau primaire est à une température de l'ordre de 3200C dans le coeur, et pour la maintenir à l'état liquide la pression dans les circuits primaires est maintenue à en- viron 155 bars. Cette pression est régulée par l'action d'un pressuriseur qui fonctionne par chauffage ou aspersion d'eau froide. Si par exemple la pression tend à diminuer, une partie de l'eau du pressuriseur est vaporisée par un système de cannes chauffantes de façon à augmenter le volume et la pression du matelas de vapeur qui occupe le dôme supérieur du pressuriseur, pression qui est communiquée à tout l'ensemble du circuit primaire par une tubulure d'expansion débouchant dans le fond inférieur du pressuriseur. On obtient au contraire une diminution de la pression primaire par aspersion d'eau froide sur la phase vapeur à la partie supérieure du pressuriseur, ce qui a pour effet de condenser une partie de cette vapeur. La figure 1 représente de façon schématique extrêmement simpli- fiée un circuit primaire désigné symboliquement par l'ensemble 1 entouré d'un trait mixte fort, et qui regroupe le coeur-2, une pompe primaire 3 et un générateur de vapeur 4. La tubulure d'expansion du pressuriseur 5 est piquée sur la tuyauterie d'eau chaude, entre le coeur du réacteur et le générateur de vapeur. De façon tout-à-fait usuelle un circuit dit de "contrôle volumé- trique et chimique" (circuit RCV) est disposé en dérivation sur le circuit primaire. Le circuit RCV comporte une ligne de décharge 8 à deux étages de détente successifs. Le premier étage "haute pression" est constitué par un système d'orifices de détente 9; la vanne de réglage 10 constitue l'étage "basse pression". Chaque étage de détente est normalement précédé d'un re- 2 48c7u0 froidissement non représenté sur le schéma. Le débit de décharge dans la ligne 8 est fonction du nombre d'orifices 9 mis en service. La pression dans la ligne de décharge est contr8lée par la vanne , asservie à un signal de pression pris en 11 immédiatement en amont de la vanne, et agissant sur le régulateur 12. Le circuit RCV comporte ensui- te un réservoir de contrôle volumétrique 13, normalement muni d'une régula- tion de niveau non représentée sur le schéma. Le circuit RCV se referme par une ligne de charge 14 comportant une pompe 15 qui réinjecte dans le circuit primaire, à travers une vanne de réglage de charge 17, le fluide déchargé ou de l'eau complémentaire d'appoint introduite en 16. Le débit de charge est asservi par un régulateur 18 au niveau d'eau mesuré en 19 dans le pressuriseur 5, et au signal de débit mesuré en 20 en aval de la vanne 17. Le circuit 22 d'aspersion d'eau froide sur la phase vapeur du pressuriseur est pris en dérivation sur la ligne de charge 14 et aboutit à la vanne de commande d'aspersion 23. Lorsque l'on veut mettre le réacteur à l'arrêt, après bien enten- du arrêt des réactions nucléaires par descente des barres, il est nécessai- re de ramener progressivement le circuit primaire à une température et une pression plus basses. Dans une première phase, qui permet d'arriver à 30 bars et 180 environ, on procède par décharge de vapeur au condenseur principal ou à l'atmosphère, en maintenant au moins une pompe primaire en fonctionnement pour un refroidissement uniforme de toutes les boucles. En même temps, on procède à une aspersion dans le pressuriseur pour diminuer la pression, tout en maintenant une valeur minimum nécessaire pour permettre le fonction- nement des pompes. Pendant cette première phase l'eau primaire contenue dans le pressuriseur est dans un état diphasique liquide-vapeur à l'équili- bre de saturation. Dans une deuxième phase ultérieure, et tout en maintenant une pom- pe primaire en service, on met en jeu le circuit de réfrigération du réac- teur à l'arrêt (circuit RRA) constitué d'un circuit fermé avec prélèvement et refoulement dans les boucles primaires, une partie de ce refoulement s'ef- fectuant en 25 (figure 1) dans le circuit RCV. Lors de cette seconde phase, o l'on veut atteindre une température de 700, il faut cependant conserver une pression d'au moins 23 bars qui est la pression minimum de fonctionne- ment des pompes primaires. Ces conditions ne peuvent être atteintes qu'un milieu monophasique si l'on veut éviter des contraintes thermiques trop 248273O importantes sur la tubulure d'expansion du pressuriseur. Il faut donc pour cette deuxième phase résorber la "bulle" de vapeur située au sommet du pressuriseur. Alors qu'en régime diphasique initial c'est le pressuriseur qui règle la pression primaire, en régime monophasique ultérieur la pression primaire sera réglée par la anne de détente 10 de la ligne de décharge, la vanne de charge 17 ayant alors une consigne de débit constant puisque le niveau de liquide au pressuriseur est constant et maximum. Le débit de la ligne de décharge 8 n'est plus fourni par les orifices de détente haute pression 9 qui sont prévus pour une forte chute de pression; le débit est alors obtenu par le refoulement en 25 du circuit RRA. Mais la résorption de la bulle de vapeur, entre l'état diphasi- que et l'état monophasique, passe par une phase intermédiaire lorsque la bulle p'occupe que la dernière partie supérieure du pressuriseur, et pen- dant cette phase on ne peut pas suivre l'évolution du niveau de liquide car il est difficile de mettre des organes de mesure dans la partie supé- rieure du dôme du pressuriseur à proximité des rampes d'aspersion. Dans cette phase intermédiaire--la régulation normale par la vanne 10 de déchar- ge basse pression présente l'inconvénient de ne pas prendre directement la pression du primaire comme pression de référence, mais de prendre celle d'un circuit qui n'est représentatif de cette pression primaire ni en sta- tique ni en dynamique. Elle n'est donc pas suffisante pour contr8ler d'une manière fiable la pression du circuit primaire lors de la phase finale de résorption de la bulle de vapeur au point haut du pressuriseur. Pour des variations rapides de pression la bulle constitue un système adiabatique qui n'absorbe pas la chaleur. Elle ne peut donc que dif- ficilement se résorber sous l'action de la pression car cette résorption doit passer par un rééquilibrage de la température, ce qui est une action longue et mal définie. En outre l'observation indirecte de l'évolution de la bulle par l'examen des débits de charge et de décharge est faussée par les variations de volume du circuit primaire sous l'effet des variations de tem- pérature. Cette imprécision sur l'évolution de la bulle peut conduire à des surpressions imprévues du fluide primaire pouvant par exemple entraîner l'ouverture de soupapes du circuit de refroidissement à l'arrêt. L'invention permet de résorber la dernière partie de la bulle de vapeur de manière efficace et sure, en travaillant à pression sensiblement constante, et en surveillant l'évolution de la bulle. Selon l'invention lorsque le niveau du liquide atteint la partie supérieure du pressuriseur o la détection du niveau devient inopérante, haute pression 9, et réglage du débit de charge en fonction du niveau de l'eau dans le pressuriseur. Lorsque le niveau d'eau atteint la partie supérieure du pressuri- seur, et qu'il n'est plus possible de suivre exactement son évolution, on bascule les commutateurs dans la position de la figure 2, qui permet la résorption automatique de la bulle par mise en action de deux chaines de régulation couplées et ayant des vitesses de réaction différentes. Le débit de charge est maintenu constant par la vanne 17 dont le régulateur 18 est isolé de la mesure 19. La comparaison, en 33, de la pression primaire réelle mesurée en 34, avec une pression de consigne affichée par 35, commande par le régula- teur 12 à grande vitesse de réaction l'ouverture de la vanne de décharge et crée un débit de décharge. Ce débit de décharge est mesuré en 40, et comparé en 38 à un débit de consigne élaboré, par minoration en 42, à par- tir du débit de charge mesuré en 41. Le signal résultant de cette comparai- son est appliqué au régulateur à plus faible vitesse de réaction 36 qui commande l'ouverture de la vanne 23 et entraine une aspersion du pressu- riseur. Cette aspersion entraine une condensation de vapeur et une diminu- tion de pression primaire; la baisse de pression primaire est immécdatement répercutée par la chaine 34_33-12 en une diminution d'ouverture de la van- ne de décharge 10, et l'aspersion est maintenue jusqu'à diminution du dé- bit de-décharge à sa valeur de consigne. Cette opération est répétée jus- qu'à ce que l'action sur le minorateur 42 n'ait plus d'effet sur le débit de décharge. On est alors certain que la bulle a été résorbée. A ce moment là en effet, il n'y a plus de condensation de vapeur exigeant un remplace- ment par un volume équivalent d'eau, mais tout se passe comme si tout le débit de charge était directement introduit dans la tuyauterie du circuit primaire, sans dérivation vers l'aspersion du pressuriseur; le seul effet de l'aspersion est alors de refroidir le pressuriseur et dthomogénéiser la température de ce dernier avec celle du Circuit. Après disparition de la bulle, le refroidissement peut se pour- suivre avec régulation de la pression par la vanne de décharge. On peut aussi prévoir une automatisation encore plus complète du procédé, en faisant élaborer par un micro-processeur les fonctions de com- mutation des modes de régulation avant noyage complet de la bulle de vapeur et les fonctions de commande d'aspersion pour la fin de résorption de la bulle par paliers successifs ou de manière continue. On notera encore que ces chaines de régulation peuvent aussi, à -248270 O on garde un débit constant sur la conduite de charge, on règle le débit de décharge par une régulation à action rapide à partir d'une mesure direc-' te de la pression du circuit primaire, puis on procède à des aspersions successives au pressuriseur et on détecte la réduction du débit de déchar- ge qui est immédiatement provoquée par la diminution de pression due à la condensation dans le pressuriseur, et ceci jusqu'à ce qu'une nouvelle as- persion n'ait plus d'effet sur le débit de décharge, le refroidissement pouvant alors se poursuivre avec régulation de pression du primaire par la vanne de décharge. Selon une forme préférentielle de réalisation de l'invention, le procédé est rendu automatique par asservissement du débit de la vanne de commande d'aspersion à partir de la mesure du débit de décharge, en utili- sant une régulation à vitesse de réaction plus lente que celle de la régu- lation de la vanne de décharge à partir de la pression primaire. L'invention sera mieux comprise en se référant à un mode de réa- lisation donné à titre d'exemple et représenté par la figure 2 annexée. La figure 2 est uischéma homologue à celui de la figure 1, mais sur lequel fi- gurent les éléments complémentaires pour la mise en oeuvre de l'inventiono Ici le signal de mesure du niveau d'eau dans le pressuriseur, prélevé en 19, est appliqué au régulateur 18 de la vanne de charge 17 par l'intermédiaire d'un commutateur 30. De même la boucle de régulation 12 de la vanne de décharge 10, à partir du capteur de pression 11, passe par un commutateur 31 qui reçoit sur un autre plot le signal de sortie d'un compa- rateur 33. Le comparateur 33 regoit-le signal d'un capteur de pression 34, directement monté sur le circuit primaire du réacteur; un signal représen- tant une pression de consigne est appliqué par 35 sur le comparateur 33 Par ailleurs la vanne 23 de réglage du débit d'aspersion est com- mandée par un régulateur 36 qui, par l'intermédiaire d'un commutateur 37, reçoit le signal de sortie d'un comparateur 38. Le comparateur 38 reçoit le signal d'un. capteur de débit'40 disposé en aval de la vanne 10 sur la ligne de décharge- et le signal d'un capteur de débit 41 disposé en aval de 'la vanne 17 sur la-ligne de charge; uai majorateur-minorateur 42 est in- - -tercal entre le capteur 41 et le comparateur 38. Lorsque les trois commutateurs 30, 31 et 37 sont basculés à gau- che, à l'inverse de ce qui est représenté figure 2, tous les circuits de régulation sont dans le même état que sur la figure 1. C'est dans ces con- ditions que l'on réalise la première phase du refroidissement du circuit primaire, avec aspersion continue du circuit primaire, réglage du débit de décharge en fonction de la pression prise en aval des orifices de détente 24827ôO l'inverse, être utilisées pour passer d'un état mon phasique à un état di- phasique, si on utilise un régulateur homologue au régulateur 36 pour la commande des cannes chauffantes de vaporisation dans le pressuriseur. On élabore alors, pour le comparateur 38, un signal de consigne majoré en 42 par rapport au signal de mesure du débit de charge en 41, et tout se passe alors à l'inverse de ce qui a été décrit plus haut lorsque le signal de 41 était minoré en 42. Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée à la ré- alisation qui a été décrite à titre d'exemple, mais elle couvre aussi les réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des variantes de réalisation ou par l'utilisation de moyens équivalents. C'est ainsi qu'on pourrait aussi mettre en oeuvre le procédé de réglage de façon manuelle en procédant à des aspersions successives par action directe sur la vanne 23, et en détectant par une simple mesure de débit en 40 si l'aspersion a entrainé une condensation de vapeur, donc une baisse de pression primaire et une variation immédiate de débit de décharge. REVENDICATIONS 1.- Procédé de régulation de la pression du circuit primaire (1) d'un réacteur nucléaire à eau sous pression pendant les phases demise à l'arr9t, pour être utilisé dans une installation comportant, en dériva- tion sur le circuit primaire, un circuit de contrôle volumétrique avec une vanne de décharge (10) du circuit primaire, un réservoir (13) de contrôle volumétrique, puis une pompe (15) de réinjection vers le circuit primaire à travers une vanne de charge (17), le circuit primaire étant relié à un pressuriseur vapeur-liquide (5) muni dtun circuit d'aspersion de la phase vapeur commandé par une vanne (23) alimentée à partir de la conduite de charge (14) du circuit de contrôle vo- lumétrique, procédé selon lequel, pendant que lion refroidit le circuit par décharge de vapeur secondaire, on effectue une aspersion continue dteau froide sur la vapeur contenue dans le pressuriseur (5), on règle le débit de décharge en fonction d'une mesure de pression (11) prise immédiatement en amont de la vanne de décharge (10) et après un étage amont de détente (9), et on règle le débit de charge en fonction du niveau de liquide dans le pressu- riseur (5), caractérisé par le fait que ltorsque -le niveau du liquide atteint la par- tie supérieure du pressuriseur o la détection du niveau devient inopéran- te, on garde un débit constant sur la conduite de charge (14), on règle le débit de décharge par une régulation à action rapide (12) à partir d'une mesure directe (34) de la pression du circuit primaire, puis on procède à des aspersions successives au pressuriseur et on détecte la réduction de débit de décharge qui est immédiatement provoquée par la diminution de pres- sion due.à la condensation dans le pressuriseur, et ceci jusqu'à ce qu'une nouvelle aspersion n'ait plus d'effet sur le débit de décharge, 1e refroi- dissement pouvant alors.se poursuivre avec régulation de pression par la vanne de décharge (10). 2.- Procédé selon revendication 1, - caractérisé par le fait'.qu'il est rendu automatique par asservissement du :'débit de la vanne de commande d'aspersion (23) à partir de la mesure (38-- ) des variations du débit de décharge, en utilisant une régulation (36) à vitesse de réaction plus lente que celle de la régulation (12) de la van- ne de décharge à partir de la mesure directe (34) de la pression du circuit primaire.