Brevet FR2491782A1 — publié le 19820416

La présente invention se rapporte à un piège électromagnétique pour particules situées dans un fluide en écoulement et s'applique plus particulièrement à l'épuration des produits de corrosion aqueuse des aciers des circuits de chaudière, en particulier des circuits primaire et secondaire de réacteurs nucléaires refroidis à l'eau. Dans les chaudières, qu'elles soient de type classique ou du domaine nucléaire, l'eau en circulation dans des canalisations métalliques constituées le plus souvent d'acier inoxydable, provoque une corrosion de l'acier conduisant à la formation de particules d'oxydes divers de fer, de nickel, de cobalt, de manganèse et de chrome (oxydes spinelles), le principal étant généralement la magnétite ou oxyde Fe304.Indépendamment de l'inconvénient que présente le transport de ces produits de corrosion dans des canalisations de centrales thermiques et des risques de rupture de tubes qui en résultent dans les chaudières tubulaires, ces produits de corrosion ainsi déposés sont soumis, dans le cas d'installations nu nucléaires, à une irradiation neutronique intense qui les transforme en composés radioactifs dangereux tels que les cobalts 58 et 60 le manganèse 54, le fer 59 et le chrome 51. Ces composés radioactifs causent de grosses difficultés en limitant le moment venu, llac- cès du personnel de maintenance ou d'entretien. Pour toutes ces différentes raisons, il est souhaitable de procéder à une filtration permanente de l'eau des circuits de chaudière thermique et notamment des circuits de réacteurs nucléaires pour les débarrasser des particules produites par la corrosion. La plupart de ces particules étant magnétiques, on a tout naturellement recours à des champs magnéti ques ou électromagnétiques pour les extraire du milieu fluide dans lequel ils-baignent. Diverses techniques de filtration électromagnétique ont fait l'objet de demandes de brevets français parmi lesquelles on peut citer les demandes EN 72 25870, EN 72 45277, EN 72 45355 et EN 74 12659. Toutes ces techniques reposent sur l'utilisation de pièges d'acier, notamment des fil tres à billes que l'on aimante à l'aide a d'un champ électromagnétique induit par des bobines extérieures. Dans une première phase, le fluide chargé des impuretés magnétiques traverse le piège que constitue le lit de billes d'acier ; au cours de cette traversee les particules sensibles au champ magnétique ou électromagnétique sont attirées vers les zones où le flux est le plus élevé et s'y trouvent piégées.Dans une seconde phase ultérieure, on élimine les particules piégées soit en extrayant le noyau magnétique sur lequel elles se sont rassemblées, soit en supprimant le champ magnétique induit et en lavant le filtre par circulation d'un fluide de nettoyage. Les dispositifs qui fonctionnent selon ce principe général sont peu pratiques car l'existence nécessaire d'une phase d'élimination proprement dite suppose soit la mise hors service de liappareil soit sa mise hors circuit. De toute façon, le fonctionneo ment est donc obligatoirement séquentiel et comporte des phases de capture des particules suivies de phases de nettoyage. Par ailleurs, le volume de telles installations est très important car la vitesse de passage du fluide à épurer doit être faible, ce qui nécessite, dans le cas de circulation à haute pression, des capacités élevées à parois épaisses, c'est-à-dire coû- teuses, difficiles à installer en particulier sur des circuits déjà existants ; de plus, l'installation d'un tel dispositif sur un circuit de réfrigérant se traduit en général par une perte de charge hydraulique importante. Dans le domaine nucléaire plus spécialement, le problème de l'élimination des particules sensibles au champ magnétique ou électromagnétique est d'actualité (réacteurs PWR, BWR, à eau lourde) où l'on cherche à purifier - soit l'eau primaire des réacteurs à eau pressurisée pour en éliminer de cette façon les produits de corrosion ferromagntiques activés, permettant ainsi une réduction importante des doses intégrées reçues par le personnel d'exploitation et d'entre tien des centrales - soit l'eau secondaire de ces mêmes réacteurs, pour réduire les dépôts de produits de corrosion dans les tuyauteries et les générateurs de vapeur du circuit secondaire. A cet effet, la présente invention a pour objet un piège électromagnétique pour particules ferromagnétiques situées dans un fluide en écoulement, qui peut être utilisé aussi bien sur les circuits primaires et secondaires des réacteurs. nucléaires, notamment ceux refroidis à l'eau, que dans le domaine non nucléaire, pour la séparation de particules sensibles au champ magnétique ou électromagnétique dispersées dans les liquides chargés en de telles impuretés. Ce piège électromagnétique est caractérisé en ce qu'il est constitué d'une partie de circuit tubulaire en un matériau non magnétique ayant une conduite d'entrée et deux conduites de sortie concentriques définissant entre elles une zone annulaire, ledit circuit tubulaire étant entouré de bobines électriques régulièrement réparties sur sa longueur et alimentées en courant alternatif polyphasé de fa çon à induire, selon l'axe du circuit tubulaire, un champ électromagnétique glissant de même sens que l'écoulement du fluide. Sous l'action conjuguée de la vitesse d'écoulement du fluide et de la vitesse de glissement du champ magnétique qui agissent bien entendu dans le même sens, les particules magnétiques indésirables contenues dans le fluide sont à la fois entrainees et attirées contre les parois internes du circuit tubulaire, ce qui assure leur répartition quasi exclusive dans la zone annulaire comprise entre les deux con- duites de sortie concentriques. I1 suffit alors de prévoir une canalisation de sortie latérale qui débouche dans cette zone annulaire pour évacuer en continu la majeure partie des particules ferromagnétiques entraînées dans le fluide. L'efficacité d'un tel piège électromagnétique est évidemment maximum lorsque la vitesse des particules entraînées par le fluide est voisine de la vitesse de déplacement du champ glissant, puisque la particule est alors continuellement soumise à la meme intensité de champ magnétique, du fait que la vitesse relative entre le fluide et le champ magnétique est alors nulle en translation selon l'axe du dispositif. Un tel filtre électromagnétique est d'une réalisation particulièrement simple, d'une utilisation très pratique et d'une efficacité élevée. En effet, on ne risque aucun problème de colmatage ; il n'existe pas de nécessité de prévoir un nettoyage séquentiel puisque- les particules magnétiques sont évacuées en continu, au fur et à mesure même de leur captation, vers la zone annulaire d'où elles peuvent etre soutirées selon une cadence discontinue n'influant nullement sur l'efficacité du dispositif. Par ailleurs un tel dispositif permet de filtrer un fluide de s'écoulant avec un grand débit. Selon l'invention, le piège électromagnétique est alimenté le plus souvent en courant alternatif triphasé, les bobines électriques entourant le circuit tubulaire étant alors alimentées selon une périodicité spatiale de trois, par chacune des trois phases du réseau. Enfin, dans les cas où il est nécessaire de parvenir a un degré d'épuration élevé du fluide charge en particules eerromagnetiques indésirables, plusieurs pièges électromagnétiques selon l'invention peuvent etre montés en série les uns derrière les autres, le fluide nappauvrl" en particules sensibles au champ magnétique sortant du premier étage étant alors réinjecté à l'entrée d'un deuxième étage dispo- sé dans le circuit de circulation du fluide. Une telle disposition en série des pièges électromagnétiques selon l'invention, peut également être montée sur les sorties successives du fluide "enrichi" des zones annulaires, et permet, dans ce cas, d'obtenir un fluide fortement concentré en particules sensibles au champ magnétique. De toute façon, l'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit d'un exemple de realisation du piège électromagnétique, exemple décrit en se référant a' la figure unique qui montre un tel dispositif en coupe selon l'axe. Sur la figure unique, on a représenté le circuit tubulaire non nzagnétique 1 comportant une entrée de fluide 2 et deux conduites de sortie 3 et 4 concentriques. Les deux conduites de sortie 3 et 4 définissent une zone annulaire 5 dans laquelle débou che une canalisation de sortie latérale 6. Le matériau non magnétique constituant le circuit tubulaire peut etre en toute matière connue, telle que par exemple les matières plastiques, l'aluminium, le cuivre ainsi que les alliages austénitiques de nickel, chrome et fer. Le choix du matériau approprié dépend uniquement des conditions de fonctionnement du piège électromagnétique,et notamment de la température et de la pression du fluide qui y circule. Selon l'invention, un certain nombre de bobines électriques 7 sont prévues autour du circuit tubulaire 1 et réparties régulièrement sur toute la longueur de celui ci. Dans l'exemple de réalisation décrit à titre non limitatif, l'alimentation du piège électromagnétique selon ltinvention est réalisée à l'aide d'un réseau alternatif triphasé, dont les trois phases sont repérées A, B et C sur le dessin Comme on le voit, la première bobine 7a est alimentée entre la phase A et.la phase B, la deuxième bobine 7b est alimentée entre la phase B et la phase C et la troisième bobine 7c est alimentée entre la phase C et la phase A.Cette périodicité spatiale de trois bobines se repente tout au long du circuit tubulaire 1 et permet d'obtenir selon l'axe du piège électromagnétique un champ magnétique glissant à la vitesse Vg dans le même sens que la vitesse d'écoulement V1 du fluide circulant à l'intérieur du circuit tubulaire 1. La vitesse V de glissement du champ magnétique est g fonction à la fois du pas d'espacement des diverses bobines 7 et de la fréquence du courant triphasé d'alimentation. Le fonctionnement du piège électromagnétl- que ainsi décrit peut intervenir de deux façons différentes. Dans un premier mode de fonctionnement, on peut utiliser une alimentation à fréquence nulle, c'est-à-dire à courant continu, qui engendre alors un champ électromagnétique lui-même continu. Dans ce cas, les impuretés sensibles au champ magnétique et qui sont entraînées par le fluide circulant à la vitesse V1 dans le circuit tubulaire 1 subissent de la part de ce champ magnétique continu une attraction radiale vers la paroi du circuit tubulaire 1 ; selon l'importance relative de la force d'attraction magnétique due à ce champ et de la force d'entraînement dû au mouvement du fluide, elles restent ou non fixées à la paroi du circuit tubulaire 1. Dans ce dernier cas, le dispositif décrit fonctionne alors en simple piège magnétique, capable de "coller" sur les parois les particules magnétiques indésirables que renferme le fluide en écoulement. Dans un deuxième mode de fonctionnement, qui est de loin le plus intéressant, les bobines 7 sont alimentées en courant alternatif polyphasé et par l'effet de la conjonction de la vitesse V1 d'écoulement du fluide et de la vitesse de glissement Vg du champ magnétique produit, les particules sont à la fois entrainées dans le fluide et attirées par la paroi du circuit tubulaire 1. En d'autres termes, elles se rassemblent de préférence dans la zone annulaire 5 et sont évacuées par la canalisation de sortie 6 avec une partie de fluide ainsi enrichie en particules magnétiques. Bien entendu, le taux d'extraction des particules magnétiques peut être réglé de façon continue en choisissant les valeurs des paramètres que sont les deux vitesses V1 du fluide et Vg du champ glissant. On peut également envisager une sortie du fluide par la canalisation latérale 6 en continu ou en discontinu. REVENDICATIONS 1. Piège électromagnétique pour particules sensibles au champ magnétique situées dans un fluide en écoulement, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une partie de circuit tubulaire (1) en un matériau non magnétique ayant une conduite d'entrée (2) et deux conduites de sortie concentriques (3, 4), définaissant entre elles une zone annulaire (5), ledit circuit tubulaire (1) étant entouré de bobines électriques (7) régulièrement réparties sur sa longueur et alimentées en courant alternatif polyphasé de façon à induire, selon l'axe du circuit tubulaire, un champ électromagnétique glissant de même sens que l'écoulement du fluide. 2. Piège selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant alternatif d'alimentation est triphase, les bobines électriques (7) étant alimentées selon une périodicité spatiale de 3 par chacune des trois phases du réseau. 3. Piège selon l'une quelconque des revendications 1 et- 2, caractérisé en ce qu'il comporte une canalisation de sortie latérale (6) débouchant dans la zone annulaire (5) comprise entre les deux sorties concentriques. 4. Application du piège selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 précédentes, à l'éli- mination des produits de corrosion ferromagnétiques des circuits d'eau des réacteurs nucléaires refroidis à l'eau.