Brevet FR2514933A1 — publié le 19830422

L'invention concerne un dispositif d'injection de sécurité d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, pour l'injection d'eau dans le cir- cuit primaire en cas de fuite dans ce circuit. Le circuit primaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression en cours de fonctionnement renferme de l'eau contenant de l'acide borique à une pression voisine de 155 bars qui sert à la fois au refroidissement du coeur du réacteur disposé dans la cuve et au contrôle de la réactivité de ce coeur Le circuit primaire du réacteur comporte plusieurs boucles, géné- ralement trois ou quatre, sur chacune desquelles est placé un générateur de vapeur qui permet la vaporisation de l'eau alimentaire en utilisant la cha- leur du coeur du réacteur transportée par l'eau sous pression du circuit primaire. Chacune des boucles du circuitprimaire comporte une portion de canalisation appelée "branche froide" en communication avec l'intérieur de la cuve du réacteur et amenant l'eau primaire à l'intérieur de cette cuve o elle entre en contact avec le coeur du réacteur ainsi qu'une portion de canalisation, appelée "branche chaude", également en communication avec l'in- térieur de la cuve du réacteur, par laquelle l'eau échauffée au contact du coeur est évacuée vers les générateurs de vapeur. Si le circuit primaire présente une fuite, il est nécessaire de compenser celle-ci par une injection d'eau additionnelle dans ce circuit. Dans le cas d'une fuite très importante et, par exemple, dans le cas d'une rupture franche d'une conduite du circuit primaire, il est nécessaire d'en- voyer de très grandes quantités de liquide de refroidissement constitué par de l'eau additionnée d'acide borique, en un temps très court, pour éviter une élévation de température très importante du coeur pouvant conduire à une fusion de celuici. Dans le cas de fuites importantes, il est nécessaire de mettre en oeuvre un dispositif de refroidissement de secours du réacteur par injection de liquide de refroidissement appelé système d'injection de sécurité. Un tel dispositif d'injection de sécurité comporte au moins deux trains d'injection constitués chacun par une réserve d'eau additionnée d'aci- de borique et au moins un ensemble de moyens de pompage à une ou plusieurs pressions différentes, disposés à l'extérieur de l'enceinte de sécurité du réacteur Ce dispositif d'injection de sécurité comporte également des accu- 14933 mulateurs disposés à l'intérieur de l'enceinte de sécurité du réacteur, contenant de l'eau de refroidissement sous pression et susceptible d'in- jecter très rapidement une première quantité d'eau dans les branches froi- des du circuit primaire du réacteur. Chacun des trains d'injection du dispositif de sécurité comporte autant de conduites d'injection recevant l'eau d'un moyen de pompage qu'il existe de moyens de pompage à des pressions différentes dans le train consi- déré C'est ainsi que chacun des trains peut comporter, par exemple, à la fois des pompes basse pression, moyenne pression et haute pression Dans ce cas, le train d'injection comportera trois conduites d'injection, appelées conduites principales, traversant l'enceinte de sécurité du réacteur et re- liées chacune, à l'intérieur de l'enceinte de sécurité, à un barillet de dis- tribution permettant de répartir l'eau injectée dans les différentes bran- ches froides du circuit primaire Sur chacune des conduites principales d'in- jection est disposée une vanne de sectionnements l'extérieur de l'enceinte de sécurité du réacteur. A la sortie des barillets, la répartition de l'eau d'injection dans les différentes branches froides du circuit primaire est effectuée grâce à des conduites de distribution sur lesquelles sont disposés des clapets anti- retour permettant d'éviter le retour de l'eau du circuit primaire vers les barillets. On dispose à l'intérieur de l'enceinte, dans le cas de trains d'in- jection comportant des pompes basse, moyenne et haute pressions, trois baril- lets recueillant et répartissant l Peau des conduites principales de chacun des trains reliées respectivement aux moyens de pompage, basse, moyenne et haute pressions. Dans le cas d'une rupture d'une branche froide du circuit primaire, la concentration en acide borique dans le liquide de refroidissement se trou- vant dans la cuve augmente de façon continue, lors de la première phase d'in- jection dans les branches froides En effet, pendant cette injection, la va- peur produite lors du refroidissement du coeur est relachée dans l'enceinte de sécurité du réacteur Cette vapeur entraine une faible quantité d'acide borique, si bien que la concentration en acide borique du liquide restant dans la cuve a tendance à augmenter defaçon continue, alors que la concentra- tion dans la réserve de liquide de refroidissement qui est recyclé diminue de façon continue. Il est alors nécessaire d'opérer une injection par les branches chaudes du circuit primaire pour chasser le liquide de refroidissement à for- te concentration en acide borique de la cuve et faire cesser la vaporisation. Le sens de circulation dans la cuve s'inverse alors et le liquide de refroi- dissement injecté peut s'échapper après mélange par la brèche de la branche froide, sous forme liquide. Pour effectuer cette injection dans les branches chaudes, de façon alternée par rapport à l'injection dans les branches froides ou simultané- ment à cette injection dans les branches froides, on prévoit sur chacune des conduites d'injection principales de chacun des trains une ligne en dé- rivatinn vers les branches chaudes pénétrant dans l'enceinte sur laquelle est placée une vanne de sectionnement à l'extérieur de l'enceinte. Ces lignes d'injection dans les branches chaudes sont généralement regroupées sur des barillets suivant la pression d'injection dans la ligne considérée Les barillets, comme dans le cas des branches froides, assurent la distribution de l'eau injectée dans les différentes branches chaudes Ces lignes d'injection peuvent être également regroupées par train pour l'in- jection dans une branche chaude. Dans tous les cas, si une rupture se produit au niveau d'un baril- let regroupant l'ensemble des conduites principales d'injection dans les branches froides à une certaine pression ou l'ensemble des lignes d'injec- tion dans les branches chaudes à une certaine pression, l'injection de sécu- rité n'est plus assurée pour la plage de pression correspondant à ce baril- let. Si l'on veut multiplier le nombre des éléments assurant la même fonction, pour accrottre la sécurité de fonctionnement du dispositif, la complexité de l'ensemble devient trop importante. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'injec- tion de sécurité d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, pour l'injec- tion d'eau de refroidissement dans Le circuit primaire, en cas de fuite sur ce circuit, comportant au moins deux trains d'injection séparés constitués chacun par au moins un ensemble de moyen de pompage à une pression donnée de l'eau d'un réservoir disposé à l'extérieur de l'enceinte de sécurité du réacteur et une conduite d'injection, appelée conduite principale, recevant l'eau en sortie du moyen de pompage, pénétrant dans l'enceinte du réacteur et reliée à un barillet de distribution disposé à l'intérieur de l'enceinte, pour la répartition de l'eau de la conduite principale dans chacune des bran- ches froides du circuit primaire par des conduites de distribution, au moins une vanne de sectionnement étant placée sur la conduite principale, à l'ex- térieur de l'enceinte et au moins un clapet étant placé sur chacune des conduites de distribution, entre les barillets et les branches froides, ce dispositif d'injection de sécurité devant permettre d'assurer une injection suffisante d'eau de refroidissement dans le circuit primaire, mênme en cas de rupture d'un élément passif du dispositif de sécurité. Dans ce but, sur chacune des conduites principales est branchée en dérivation, à l'extérieur de l'enceinte, une conduite auxiliaire péné- trant dans l'enceinte sur laquelle est placée une vanne de sectionnement à l'extérieur de l'enceinte, comportant un embranchement, à l'intérieur de l'enceinte, pour la mise en communication de la conduite auxiliaire, d'une part avec une branche chaude, par l'intermédiaire d'un premier conduit et d'autre part avec une conduite de distribution reliée à une branche froide en aval du clapet disposé sur cette conduite de distribution, par l'intermé- diaire d'un second conduit, des clapets étant disposés sur chacun des con- duits de l'embranchement. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif un dispositif d'injection de sécurité suivant l'art antérieur et un dispositif d'injection de sécurité suivant l'inven- tion. La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'injection de sécurité à deux niveaux de pression selon l'art antérieur pour un réacteur nucléaire à quatre boucles. La figure 2 présente de façon schématique un dispositif d'injection de sécurité à deux niveaux de pression selon l'invention, dans le cas d'un réacteur nucléaire à quatre boucles. Sur la figure 1, on voit l'enceinte de sécurité 1 du réacteur à l'in- térieur de laquelle est disposée la cuve et le circuit primaire comportant quatre branches froides 2, 3, 4 et 5 et quatre branches chaudes dont une seule 6 a été représentée. Le dispositif d'injection de sécurité du réacteur comporte deux trains d'injection dont un seul a été représenté en entier et en traits pleins. L'autre train d'injection a été représenté partiellement et en pointillés. Le dispositif d'injection de sécurité utilise une réserve d'eau constituée d'une part par le réservoir 8 inclus dans le système de stockage et de traitement de l'eau de la piscine du réacteur et par les puisards de recirculation 9 récupérant l'eau d'aspersion à l'intérieur de l'enceinte de sécurité du réacteur et la phase condensée, en cas d'incident sur le circuit primaire. Chacun des trains d'injection comporte une pompe basse pression 10 14933 et une pompe moyenne pression 11 alimentée par une pompe de gavage 12. A la sortie de la pompe basse pression 10 l'eau est envoyée dans une conduite d'injection principale 14 et une conduite d'injection principa- le 15 permet l'injection de l'eau refoulée par la pompe moyenne pression 11. Des vannes motorisées 16 et 17 permettent de pomper l'eau d'injec- tion soit dans le réservoir 8 soit dans les puisards 9. Les conduites 14 et 15 traversent l'enceinte de sécurité 1 pour pé- nétrer à l'intérieur de cette enceinte o elles sont reliées à des baril- lets 20 et 21 respectivement. Sur les conduites 14 et 15 respectivement sont disposées à l'exté- rieur de l'enceinte des vannes de sectionnement 23 et 24 permettant d'ali- menter les barillets 20 et 21 ou, au contraire, de fermer la communication entre l'alimentation des conduites 14 et 15 et ces barillets. Des diaphragmes 25 et 26 disposés sur des branches en dérivation des conduites principales 14 et 15 permettent de répartir le débit dans ces canalisations lorsque les vannes de sectionnement 27 et 28 sont fermées et que l'on est en injection simultanée dans les branches chaudes et froides. Sur la portion des conduites 14 et 15 disposées à l'intérieur de l'enceinte en amont des barillets 20 et 21 sont placés des clapets anti- retour 29 et 30. Le second train d'injection représenté de façon partielle et en pointillés, alimenté par le réservoir 8 et les puisards 9, comprte les mêmes éléments que le train représenté, sa conduite 14 ' alimentée par la pompe bas- se pression étant reliée au barillet 20 et sa conduite 15 ' alimentée par la pompe moyenne pression étant reliée au barillet moyenne pression 21. En sortie des barillets 20 et 21 des conduites de distribution 31 a, 31 b, 31 c et 31 d pour le barillet 20, et 32 a, 32 b, 32 e et 32 d pour le baril- let 21 sont d'une part reliées entre elles et d'autre part reliées à cha- cune des branches froides 2, 3, 4 et 5 avec interposition de clapets anti- retour 33 a, 33 b, 33 c et 33 d. Sur chacune des conduites de distribution 31 et sur chacune des conduites de distribution 32, en amont de leur point de jonction, sont dis- posés un orifice de réglage de débit 34 et un clapet anti-retour 35. Une batterie de quatre accumulateurs 37 a à 37 d permet une injection dans chacune des branches froides par des conduites de distribution 38 re- liées chacune à une conduite de distribution 39 disposée en amont de la jonc. tion entre deux conduites de distribution 31 et 32. Une vanne de sectionnement 40 et un clapet anti-retour 41 sont dis- posés sur chacune des conduites de distribution 38 et permettent respecti- vement d'isoler et de protéger les accumulateurs 37 des branches froides auxquelles ils sont reliés. L'injection dans les branches chaudes 6 se fait par des lignes d'injection auxiliaires telles que 42 en dérivation sur la conduite 14 et 43 en dérivation sur la conduite 15 Les lignes auxiliaires 42 et 43 sont également équipées de vannes de sectionnement 44, de clapets 45 et 46 et d'un orifice de réglage de débit 47 avant leur réunion dans une conduite d'injection 48 en communication avec la branche chaude et comportant un clapet anti-retour 49. Dans le cas d'une rupture d'un barillet tel que 20, on voit que le système de pompage de l'injection de sécurité associé à ce barillet de- vient totalement indisponible puisque les conduites principales d'injection basse pression 14 et 14 ' sont reliées à ce barillet pour l'injection dans l'ensemble des branches froides du circuit primaire Or, ceci est incompa- tible avec la sûreté de fonctionnement requise pendant la phase d'injection simultanée en branches froide et chaude. Il est en effet nécessaire pour remplir la fonction d'injection de sécurité de disposer à terme ( 24 heures après l'accident) de moyens d'in- jection simultanée branche froide et branche chaude. Un incident sur un seul élément passif tel que le barillet 20 rend donc indisponible le système d'injection de sécurité basse pression vers les branches froides. Sur la figure 2, on voit un dispositif d'injection de sécurité à deux niveaux de pression suivant l'invention, installé hors et dans l'encein- te de sécurité 51 d'un réacteur nucléaire à eau sous pression à quatre bou- cles. La partie de droite de la figure correspond aux éléments disposés à l'intérieur de l'enceinte de sécurité 51 et la partie de gauche aux élé- ments disposés à l'extérieur de cette enceinte On a représenté sur la figu- re 2 les deux trains d'injection constituant le dispositif d'injection de sécurité du réacteur Ces deux trains sont identiques et les éléments cor- respondants de l'un et de l'autre seront désignés avec le même repère mais portant pour le second train l'indice '. Le circuit primaire du réacteur comporte quatre branches froides 52, 53, 54 et 55 et quatre branches chaudes telles que 56 et 56 ' représen- tées de façon symbolique sur la figure 2. Les deux trains du dispositif d'injection de sécurité sont alimen- tés à partir du réservoir des piscines 58 et des puisards de recirculation 14933 de l'enceinte du réacteur 59 et 591 Une pompe basse pression 60 et une pompe moyenne pression 61 alimentée par une pompe de gavage 62, permet- tent d'alimenter les conduites principales d'injection 64 et 65 pénétrant dans l'enceinte de sécurité 51 A l'intérieur de l'enceinte de sécurité 51 les conduites principales basse pression 64 et 64 ' alimentent un barillet permettant la distribution de l'eau injectée dans les quatre branches froides 52, 53, 54 et 55 alors que les conduites principales moyenne pres- sion 65 et 65 ' sont reliées à un barillet 70 ' alimentant également les qua- tre branches froides. En sortie des barillets 70 et 70 ' la répartition de l'eau dans les branches froides se fait par l'intermédiaire de conduites de distribution 71 et 72 respectivement Sur chacune des conduites de distribution 71 et 72, sont placés un orifice de réglage de débit 73 et un clapet anti-retour 74. En aval des clapets anti-retour 74, la conduite de distribution 72 est re- liée à la conduite de distribution 71 pour constituer une conduite d'in- jection 75 permettant l'injection dans la branche froide correspondante avec interposition d'un clapet anti-retour 76. Sur chacune des conduites d'injection 75 sont également branchés en dérivation des accumulateurs d'eau sous pression 80 permettant l'injec- tion rapide d'une première quantité d'eau dans les branches froides, en cas d'incident. A l'extérieur de l'enceinte, sur chacune des conduites principales 64 et 65 respectivement sont placées des vannes de sectionnement 81 et 82 permettant d'isoler, les pompes d'injection disposées à l'extérieur de l'enceinte, des barillets disposés à l'intérieur de l'enceinte de sécurité 51. En aval des pompes et en amont des vannes 81 et 82, des conduites auxiliaires 84 et 85 sont placées en dérivation, respectivement sur les con- duites principales 64 et 65 Les vannes de sectionnement 96 et 97 sont pla- cées à l'extérieur de l'enceinte 51, respectivement sur les conduites auxi- liaires 84 et 85. Les conduites auxiliaires 84 et 85 pénètrent dans l'enceinte de sé- curité 51 et comportent à l'intérieur de l'enceinte chacune un embranchement à deux conduits 86 et 87 pour la conduite 84, et 88 et 89 pour la conduite 85 Sur chacun des deux conduits de chacun des deux embranchements sont pla- cés des clapets anti-retour tels que 90 et des orifices de répartition de débit tels que 73. Un des conduits de l'embranchement, 86 dans le cas de la conduite 14933 auxiliaire 84, et 88 dans le cas de la conduite 85, est relié à la conduite d'injection 75 a dans une branche froide, en aval des clapets 74 placés sur les conduites de distribution 71 et 72. L'autre conduit de l'embranchement, 87 dans le cas de la conduite auxiliaire 84, et 89 dans le cas de la conduite auxiliaire 85, est relié à la branche chaude 56 avec interposition d'un clapet anti-retour 91. On voit donc qu'en fermant les vannes de sectionnement 81 et 82 sur les conduites principales 64 et 65 et en ouvrant les vannes de section- nement 86 et 87 sur les conduites auxiliaires 84 et 85, il est possible d'injecter simultanément l'eau de refroidissement dans la branche froide 52 et dans la branche chaude 56, sans passer par les barillets 70 et 71. Le deuxième train identique au premier réalise l'injection dans un autre couple formé d'une branche froide et d'une branche chaude ( 54-56 '). En cas de rupture d'un des embranchements 86,87 ou 88,89, le sys- tème d'injection de sécurité avec ses deux niveaux de pression, en injec- tion à la fois dans les branches chaudes et dans les branches froides reste opérationnel grâce à la séparation des trains. Pour réaliser l'injection simultanée branche froide-branche chaude, il suffit donc d'inverser l'ouverture et la fermeture des vannes 81, 82 d'une part et 96, 97 d'autre part. Le second train représenté dans la partie inférieure de la figure 2 est totalement isolé du premier train d'injection et son fonctionnement toutà-fait indépendant de celui du premier train peut continuer en cas d'incident sur un des éléments actif ou passif quelconque du premier train d'injection. Les conduites auxiliaires 84 et 85 et leurs embranchements d'injec- tion sont en effet totalement isolés des barillets auxquels sont reliées les conduites principales des deux trains d'injection Les clapets antiretour 74 disposés sur les conduites de distribution 89,88 et 87,86 assurent la protection sur rupture d'un des embranchements situés en amont. On voit donc que les principaux avantages du dispositif suivant l'invention sont que, malgré une grande simplicité de réalisation, il per- met de réaliser très simplement l'injection simultanée branche froidebran- che chaude et d'éviter tout risque de perte totale d'injection, en cas d'incident sur un de ces éléments actif ou inactif La manoeuvre des vannes d'isolation et de dérivation placées à l'extérieur de l'enceinte est extrê- mement facile et le contrôle du bon fonctionnement de ces vannes permet de s'assurer du basculement effectif de l'injection branche froide-branche 14933 chaude, après incident. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'un système de sécurité suivant l'invention peut être adapté aussi bien sur un réacteur à quatre boucles que sur un réacteur à deux ou trois boucles. L'invention s'applique dans tous les réacteurs nucléaires à eau sous pression quel que soit le nombre de boucles du circuit primaire et le nombre de plages de pression du spstème d'injection de sécurité compor- tant au moins deux trains séparés. 14933 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de sécurité d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, pour l'injection d'eau de refroidissement dans le cir- cuit primaire en cas de fuite sur ce circuit, comportant au moins deux trains d'injection séparés constitués chacun par au moins un ensemble de moyens de pompage ( 60, 61, 62), à une pression donnée, de l'eau d'un réser- voir ( 58,59),disposé à l'extérieur de l'enceinte de sécurité ( 51) du réac- teur et une conduite d'injection ( 64, 65) appelée conduite principale rece- vant l'eau en sortie du moyen de pompage ( 60, 61, 62) pénétrant dans l'en- ceinte ( 51) du réacteur et reliée à un barillet de distribution ( 70, 70 ') disposé à l'intérieur de l'enceinte ( 51) pour la répartition de l'eau des conduites principales ( 64, 65, 64 ', 651) dans chacune des branches froides ( 52, 53, 54, 55) du circuit primaire par des conduites de distribution ( 71, 72), au moins une vanne de sectionnement ( 81, 82) étant placée sur chacune des conduites principales ( 64, 65) à l'extérieur de l'enceinte ( 51) et au moins un clapet anti-retour ( 76) étant placé sur chacune des conduites de distribution ( 71, 72) entre les barillets ( 70, 70 ') et les branches froides ( 52, 53, 54, 55), caractérisé par le fait que sur chacune des conduites principales ( 64, 65) est branchée en dérivation à l'extérieur de l'enceinte ( 51) une conduite auxiliaire ( 84, 85) pénétrant dans l'enceinte sur laquelle est placée une vanne de sectionnement ( 96, 97) à l'extérieur de l'enceinte, compoxant un embranchement ( 86,87 88 89), à l'intérieur de l'enceinte ( 51) pour la mise en communication de la conduite auxiliaire ( 84, 85) d'une part avec une branche chaude ( 56, 56 '), par l'intermédiaire d'un premier conduit et d'autre part avec une conduite de distribution reliée à une branche froide ( 52, 53, 54, 55) en aval du clapet ( 74) disposé sur cette conduite de distribution ( 71, 72), par l'intermédiaire d'un second conduit, des clapets ( 90) étant disposés sur chacun des conduits ( 86, 87, 88, 89) de l'embranchement. 2 Dispositif d'injection de sécurité d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, suivant la revendication 1, dans le cas o chacun des trains d'ijection est constitué par au moins deux ensembles de moyens de pompage ( 60, 61, 62) à des pressions différentes, débitant chacun dans une conduite principale ( 64, 65) reliée à un barillet de distribution choisi parmi au moins deux barillets ( 70, 70 ') situés dans l'enceinte ( 51), suivant la pression de l'eau de la conduite principale ( 64, 65), caractérisé par le fait que les conduites auxiliaires ( 84, 85) associées aux conduites principales ( 64, 65) d'un même train sont reliées au même couple 14933 ( 52, 56) de branches chaudes et froides du circuit primaire. 3. Dispositif d'injection de sécurité suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que des orifices de réglage de débit sont disposés sur les deux conduits ( 86, 87 et 88, 89) de l'embranchement des conduites auxiliaires ( 84, 85) pour le réglage du débit d'injection dans le couple de branchesfroide et chaude ( 52, 56). 4. Dispositif d'injection de sécurité suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, dans le cas d'un réacteur nucléaire à quatre boucles, caractérisé par le fait qu'il comprend deux trains d'injection dont les con- duites auxiliaires ( 84, 85, 84 ', 85 ') sont reliées, pour chacun des trains, à un même couple de branches froide et chaude, l'injection par les conduites auxiliaires ( 84, 85 et 84 ', 85 ') des deux trains se faisant dans deux couples différents de branches froide et chaude ( 52, 56 et 52 ', 56 ').