Brevet FR2486298A1 — publié le 19820108

Dispositif de réduction des contraintes thermiques sur la virole d'un appareil baignant dans le bain de métal alcalin liquide d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides La présente invention concerne un dispositif de réduction des contraintes thermiques sur la virole d'un appareil baignant dans le bain de métal alcalin liquide d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides et traversant la dalle surmontant ce bain. On a observé sur de tels appareils, notamment sur des échangeurs dont la partie basse, en contact avec un bain de métal alcalin (tel que le sodium) réchauffé dans le réacteur nucléaire, est à une tempé- rature de l'ordre de 5500C, et la partie supérieure, un peu au-dessous de la dalle en béton de protection, à une température de l'ordre de 1000C, l'apparition de dilatations angulairement dissymétriques dues à une transmission de chaleur à la virole par le gaz rare qui surmonte le bain de métal alcalin liquide. Il se forme en effet une circulation par thermosiphon du gaz rare, qui s'élève le long de la virole de l'appareil en se refroidissant. Parvenu au niveau du plan de pose de l'appareil à une température de l'ordre de 150 C, le gaz rare redescend vers le bain de métal alcalin liquide. Or, il a été constaté par les Demandeurs que les courants de gaz rare s'établissaient de telle façon qu'une ou plusieurs génératrices de la virole de l'appareil étaient au contact du gaz en circulation ascendante et que d'autres génératrices étaient au contact du gaz en circulation descendante. Ceci entraîne une dissymétrie de température sur le pourtour de la virole porteuse avec pour conséquence des déforma--- tions du type dit " mise en banane". De telles déformations sont préjudiciables à un fonctionnement correct de l'appareil, et peuvent dépasser la limite élastique et devenir permanentes. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et de procurer un dispositif qui réduise suffisamment les contraintes thermiques pour qu'elles ne perturbent pas le fonctionnement de l'appa- reil et qu'elles restent bien au-dessous de la limite élastique. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que la virole est munie de moyens d'homogénéisation de la température sur son pourtour, comprenant une virole interne et une série de plaques métalliques disposées en couronnes horizontales échelonnées verticalement -2- sur le pourtour de ladite virole, entre celle-ci et une chemise externe, et assurant en même temps une protection biologique contre le rayonne- ment radioactif. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caracté- ristiques suivantes: Les plaques métalliques en couronne sont supportées à l'extrémité inférieure de tiges verticales formant entretoises réparties sur le pourtour de la virole entre celle-ci et la chemise externe, et solidaires d'une bride fixée à ladite virole. Les bords internes des plaques métalliques en couronne sont espacés de quelques millimètres de la virole. Certaines des plaques métalliques sont munies sur leur bord interne d'un joint métallique d'étanchéité. Les plaques métalliques sont divisées en groupes comportant chacune une virole externe commune espacée de quelques millimètres de la chemise externe. Entre deux groupes de plaques adjacentes est intercalée une plaque munie d'un joint d'étanchéité sur son bord externe. Il comprend, lorsque l'appareil est un échangeur de chaleur vertical entre un circuit primaire de métal alcalin liquide réchauffé dans le réacteur nucléaire et un circuit secondaire de métal alcalin liquide destiné à transmettre un flux de chaleur à un circuit de vapeur, des moyens de circulation d'un gaz d'échange de chaleur au contact de la virole de l'échangeur, et une couche de calorifuge entre d'une part lesdits moyens de circulation du gaz et la virole externe et d'autre part le métal alcalin liquide secondaire réchauffé. Ces moyens de circulation sont constitués de préférence par un serpen- tin au contact de la paroi interne de la virole externe. Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en référence aux figures du dessin annexé, des dispositifs de réduction des contraintes thermiques sur le pourtour d'un échangeur entre circuits de sodium primaire et de sodium secondaire assurant la transmission de chaleur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides à un circuit de vapeur. La figure 1 représente en élévation avec arrachement partiel l'échangeur de chaleur entre les circuits de sodium primaire et secon- daire. -3- La figure 2 représente le détail d'un dispositif de réduction des contraintes thermiques à virole interne et plaques métalliques en couronne. La figure 3 représente le détail d'un dispositif de réduction des contraintes thermiques comprenant un serpentin de circulation de gaz au contact de la virole et un calorifuge entre celle-ci et une virole interne. Dans la figure 1, le bain 1 de sodium liquide dans la cuve du réacteur est surmonté de la dalle de protection en béton 2. L'arrivée du sodium liquide secondaire se fait dans la tête 15 de l'échangeur par le conduit 3, qui se prolonge à l'intérieur de l'échangeur par la virole interne 4. Le fond 5 de l'échangeur est surmonté par un faisceau tubulaire annulaire 6 à plaques tubulaires inférieure 7 et supérieure 8. Le sodium primaire pénétre autour des tubes du fais- ceau tubulaire par l'ouverture 9 et ressort refroidi par l'ouverture 10. La plaque tubulaire supérieure 8 est surmontée d'un conduit annu- laire 11 d'évacuation du sodium secondaire réchauffé, qui quitte l'échangeur par le conduit 12. L'ensemble du dispositif de réduction des contraintes sur le pourtour de l'échangeur est représenté en 13A et 13B, avec ses tubes de suspension tels que 14. Dans le détail de la figure 2, la virole 21 de l'échangeur est reliée à une bride 22 reposant sur la dalle de protection en béton, non représentée, par l'intermédiaire d'une jupe mince 23. La virole 21 est entourée d'une chemise mince 24, à l'intérieur de laquelle est disposé le dispositif 13A tendant à réduire les courants- de convection d'argon chaud. A cet effet, les tubes 14 formant entre- toises, accrochés par des supports 25 à la bride 22, sont munis à leur extrémité inférieure de bouchons 26 de support de colonnes de plaques métalliques 27 en couronne, échelonnées verticalement à écar- tement constant. Ces plaques sont espacées du pourtour de la virole 21 par un jeu de quelques millimètres, et à intervalles réguliers, certaines des plaques métalliques 32 sont munies sur leur bord interne d'un joint métallique d'étanchéité 33 de façon à réduire au -maximum la circulation d'argon du bas vers le haut. Les plaques sont par ailleurs divisées en groupes comportant chacun une virole externe commune telle que 34, espacée de quelques millimètres de la chemise externe 24. _4 _ Entre deux groupes, une plaque intercalaire telle que 35 est munie sur son bord externe d'un joint métallique d'étanchéité 36. Ces plaques peuvent en outre être traversées en certains points d'organes tubulaires de contrôle ou de commande, par exemple de détec- teurs de rupture de gaines, dont elles sont alors indépendantes. Les tubes 14 peuvent servir au passage d'organes de contrôle du réacteur nucléaire. Au dessus de la colonne de plaques, la bride 22 comporte une lèvre (non étanche) 28 à extrémité 29, réduisant dans une large mesure la circulation d'argon de l'intérieur de l'enveloppe 24 vers l'extérieur. A son extrémité inférieure, la chemise 24 se raccorde par une surface tronconique 30 à une enveloppe 31 très proche de la virole 21,-et formant chicane sur le trajet de l'argon au voisinage de la surface du sodium liquide. Les plaques 27 assurent une fonction de calorifuge de la virole de l'échangeur en atténuant le rayonnement et en maintenant une zone d'argon presque immobile au voisinage de la virole de l'échangeur; elles assurent également par conduction circonférentielle et par rayonnement mutuel un effet d'homogénéisation circonférentielle de la température de la virole 21 de l'échangeur. Cette homogénéisation circonférentielle est assurée par ailleurs par l'effet de rayonnement de la virole 13B qui se trouve à la température du sodium sortant de l'échangeur. Elles jouent en outre le rôle de protection biologique contre le rayonnement de radio-activité provenant de la couverture d'argon primaire actif, par le grand nombre d'écrans qu'elles inter- posent sur le trajet vertical de ce rayonnement le long de la virole. Dans le détail de la figure 3, il est disposé au contact de la virole 21 et à l'intérieur de celle-ci, un serpentin 37 de circu- lation d'un gaz d'échange de-chaleur, tel que de l'air. Ce serpentin, délimité par une enveloppe 39 de calorifuge et des nervures 40, est séparé de la virole interne 13B par une couche 38 de calorifuge, réduisant déjà dans une large mesure la transmission de chaleur du sodium secondaire réchauffé à la virole externe. Dans ce cas, le serpentin de circulation de gaz et le calorifuge coopérent avec les couronnes de plaques pour assurer l'homogénéisation de température de la virole externe. -5 - Bien que les dispositifs qui viennent d'être décrits en référence aux figures du dessin paraissent les formes de réalisation préférables de l'invention, on comprendra que diverses modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains de leurs organes pouvant être remplacés par d'autres qui joueraient le même râle technique. L'invention peut s'appliquer, en-dehors des échangeurs du genre de ceux décrits dans les exemples, à d'autres appareils traversant la dalle surmontant le bain de métal alcalin liquide, tels que des pompes primaires ou des dispositifs de purification intégrés. -6- REVENDICATIONS 1/ Dispositif de réduction des contraintes thermiques sur la virole (21) d'un appareil baignant dans le bain de métal alcalin liquide d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides et traversant la dalle surmon- tant ce bain, caractérisé en ce que ladite virole est munie de moyens d'homogénéisation de la température sur son pourtour comprenant une virole interne (13B) et une série de plaques métalliques (27) disposées en couronnes horizontales échelonnées verticalement sur le pourtour de ladite virole, entre celle-ci et une chemise externe (24), et assurant en même temps une protection biologique contre le rayonnement radioactif. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques métalliques en couronne sont supportées à l'extrémité inférieure de tiges verticales formant entretoises (14) réparties sur le pourtour de la virole entre celle-ci et la chemise externe, et solidaires d'une bride (22) fixée à ladite virole. 3/ Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les bords internes des plaques métalliques en couronne sont espacés de quelques millimètres de la virole. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que certaines des plaques métalliques (32) sont munies sur leur bord interne d'un joint métallique d'étanchéité (33). / Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les plaques métalliques sont divisées en groupes comportant chacun une virole externe commune (34) espacée de quelques millimètres de la chemise externe (24). 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'entre deux groupes de plaques adjacentes est intercalée une plaque (35) munie d'un joint d'étanchéité (36) sur son bord externe. 7/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel ledit appareil est un échangeur de chaleur vertical entre un circuit primaire de métal alcalin liquide réchauffé dans le réacteur nucléaire et un circuit secondaire de métal alcalin liquide destiné à transmettre un flux de chaleur à un circuit de vapeur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de circulation (37) d'un gaz d'échange de chaleur au contact de la virole (21) de l'échangeur, et une couche de calorifuge (38) entre d'une part lesdits moyens de circulation du gaz et la virole externe et d'autre part le métal alcalin liquide secondaire réchauffé. 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de circulation sont constitués par un serpentin (37) au contact de la paroi interne de la virole externe. B 7053.3.77 AM