Brevet FR2517793A1 — publié le 19830610

La présente invention se rapporte à un dis- positif de protection d'une capacité contenant un fluide sous pression. Un tel dispositif peut notamment être utili- sé pour protéger contre les surpressions un circuit ou un récipient fonctionnant en eau ou en vapeur sous pression. L'invention s'applique avantageusement à la protection des circuits primaires principaux des réac- teurs nucléaires à eau sous pression, le dispositif selon l'invention pouvant notamment être relié au dôme supérieur du pressuriseur associé au circuit primaire d'un tel réacteur On notera toutefois dès à présent que le dispositif selon l'invention peut être appliqué à la protection d'autres types de capacité. Dans l'état actuel de la technique, la pro- tection du circuit primaire principal d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée contre les sur- pressions fait intervenir un certain nombre d'éléments parmi lesquels se trouvent notamment des vannes de dé- charge et des soupapes de sûreté du pressuriseur, qui jouent un rôle essentiel De façon plus précise, on utilise actuellement trois soupapes de sûreté à res- sort, chacune de ces soupapes étant reliée au dôme supérieur du pressuriseur par une tuyauterie en forme de col de cygne, non calorifugée, ce qui permet la formation par condensation d'un bouchon d'eau en amont des soupapes En pratique, ces soupapes de sûreté sont tarées à 172 bars Parallèlement, trois vannes de dé- charge à ouverture tout ou rien et à motorisation de type pneumatique assisté à fermeture sur manque d'air sont reliées au dôme supérieur du pressuriseur par des tuyauteries dont la disposition permet également la formation par condensation d'un bouchon d'eau En pra- tique, deux de ces vannes sont tarées à 162 bars, la troistème étantcormandée par un PLD (ynstème de cont 8 le commande Prcportionnele Untégralle Drivée) Chaque vanne de décharge est isolable individualement à l'ambnt par une vanne motorisée électrique dontle rle esentielestdepermettre lislement d'une vanne de décharge qui perdrait son étanchéité. Bien que ce dispositif de protection actuel soit globalement satisfaisant, il présente toutefois certains inconvénients liés notamment aux problèmes suivants: les soupapes de sûreté utilisées actuellement pré- sentent un fonctionnement instable à certains régi- mes, un risque de dérive des points de tarage, ainsi qu'un risque de perte d'étanchéité, qui nécessitent d'effectuer des contrôles et un entretien particu- lièrement lourd et pénalisant; -l'existence d'un bouchon d'eau en amont des soupapes introduit des risques de battement lors du passage de ce bouchon d'eau, ce qui peut conduire à une si- tuation de blocage de la soupape en position plus ou moins ouverte; si cette situation est prise en com- * pte dans les analyses de sûreté, elle peut toutefois conduire à des conséquences très graves en matière d'exploitation et de disponibiiité de la tranche; le contrôle-commande des vannes d'isolement et des vannes de décharge est relativement complexe par suite de la nécessité d'assurer la fermeture automa- tique des vannes d'isolement en-dessous d'un certain seuil dans le but de limiter les conséquences d'une dépressurisation par ouverture intempestive ou non fermeture des vannes de décharge; les vannes d'isolement doivent être expertisées après chaque fonctionnement sous plein débit, ce qui représente une servitude d'exploitation peu satis- faisante; le risque de défaillance à la fermeture des soupapes de sûreté a des conséquences qui peuvent être consi- dérées comme acceptables du point de vue de la sûreté et qui sont suffisamment graves du point de vue ex- ploitation et disponibilité de la tranche pour que la possibilité d'isolement de ces soupapes soit sé- rieusement examinée. Compte tenu de ces différents problèmes, on voit qu'il est souhaitable de disposer d'un dispositif nouveau permettant à la fois: de remplir les mêmes fonctions que les dispositifs de la technique antérieure; d'isoler de façon automatique et rapide une brèche primaire ayant pour origine une mauvaise refermeture d'une soupape; et de réduire considérablement les contraintes de main- tenance des matériels de protection du circuit pri- maire. Toutefois, on comprendra que, même si le dispositif de protection selon l'invention est parti- culièrement adapté à la protection du circuit primaire d'un réacteur à eau pressurisée, il peut très bien être appliqué à la protection de capacités autres que nucléaires, notamment lorsqu'il est souhaitable de réaliser l'isolement automatique d'une soupape, non pas pour des raisons de sûreté, mais pour accroître la disponibilité et réduire la maintenance et l'interven- tion sur des organes importants. A cet effet, et conformément à la présente invention, il est proposé un dispositif de protection d'une capacité contenant un fluide sous pression, ce dispositif comprenant une soupape de protection com- portant au moins un orifice d'entrée communiquant avec la capacité, au moins un orifice de sortie, un siège principaux d'un réacteur nucléaire à eau sous pres- sion. Sur la figure, on a représenté une partie du dôme du pressuriseur 10 des circuits primaires d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, ainsi qu'un dispositif de protection de ces circuits réalisé con- formément à l'invention En pratique, trois disposi- tifs de ce typeseront montés en parallèle sur un réac- teur de 900 Mw. Le dispositif de protection comprend une soupape de protection ou de décharge 14, une soupape d'isolement 16, des moyens 18 pour commander la soupa- pe 14 et des moyens 20 pour commander la soupape 16. Conformément à l'invention, les soupapes 14 et 16 sont montées en série entre le dôme supérieur 10 du pressuriseur et un collecteur du réservoir de dé- charge de ce dernier (non représenté). Dans le mode de réalisation représenté, les soupapes 14 et 16 comprennent un corps commun 22 Ces soupapes sont semblables, de telle sorte que les élé- ments correspondants seront désignés par le même chif- fre de référence, affecté de la lettre a ou b selon qu'il s'agit de la soupape 14 ou de la soupape 16. Chaque soupape comprend un orifice d'entrée 24 a, 24 b et un orifice de sortie 26 a, 26 b Toutefois, étant donné que ces orifices sont ménagés dans un corps com- mun, l'orifice d'entrée 24 b de la soupape 16 est con- fondu avec l'orifice de sortie 26 a de la soupape 14. L'orifice d'entrée 24 a de la soupape 14 communique avec le dôme supérieur 10 du pressuriseur par une tuyauterie 28 Enfin, l'orifice de sortie 26 b de la soupape 16 communique avec le collecteur du réser- voir de décharge (non représenté). Bien entendu, dans une variante de réalisa- tion non représentée, les soupapes 14 et 16 pourraient t de valve placé entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie et un clapet sensible à une contre pression pour venir normalement en appui étanche sur le siège, le dispositif comprenant de plus des moyens sensibles à la pression régnant dans la capacité pour relâcher ladite contre pression lorsque ladite pression dépasse un premier seuil prédéterminé, caractérisé en ce que l'orifice de sortie de ladite soupape de protection communique avec l'orifice d'entrée d'une soupape d'i- solement semblable à la soupape de protection, de deu- xièmes moyens sensibles à la pression règnant dans la capacité étant prévus pour relâcher la contre pression appliquée sur le clapet de la soupape d'isolement lorsque ladite pression dépasse un deuxième seuil pré- déterminé inférieur au premier. Dans un mode de réalisation particulière- ment avantageux de l'invention, le deuxième seuil est légèrement supérieur à la pression nominale dans ladi- te capacité et les deuxièmes moyens commandent l'ap- plication de ladite contre pression sur le clapet de la soupape d'isolement lorsque la pression dans la ca- pacité descend-en dessous d'un seuil de fermeture in- férieur à ladite pression nominale. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, les deuxièmes moyens comprennent de pré- férence des moyens de commande auxiliaires aptes à re- lâcher la contre pression appliquée sur le clapet de la soupape d'isolement lorsque la pression régnant dans la capacité est inférieure au deuxième seuil. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'in- vention en se référant aux dessins annexés dans les- quels la figure unique représente de façon schématique un dispositif de protection selon l'invention relié au dôme supérieur du pressuriseur des circuits primaires I - être réalisées dans deux corps séparés fixés l'un à l'autre par bridage, de telle sorte que l'orifice d'entrée 24 b de la soupape 16 communique avec l'orifi- ce de sortie 26 a de la soupape 14. Entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie de chacune des soupapes 14 et 16, le corps 22 définit un siège de valve 32 a, 32 b sur lequel vient normalement en appui étanche un clapet 34 a, 34 b. Chacun des clapets est relié à un piston 36 a, 3 Gb par une tige 38 a, 38 b Chacun des ensembles constitués par le clapet, la tige et le piston coulisse dans le corps de la soupape correspondante et se trouve soumis aux forces antagonistes résultant de la pression ap- pliquée sur le clapet à partir de l'orifice d'entrée et de la contre pression appliquée en sens opposé sur le piston par les moyens de commande 18 et 20 corres- pondants. Comme on va le voir, cette contre pression est la même que la pression appliquée sur le clapet dans le mode de réalisation représenté En conséquen- ce, afin de maintenir le clapet en appui étanche sur son siège dans les conditions normales de fonctionne- ment, on donne à la surface des pistons sur laquelle s'applique la contre pression des dimensions plus grandes que la surface des clapets sur laquelle s'ap- plique la pression régnant dans le dôme du pressuri- seur Toutefois, dans une variante de réalisation non représentée, la contre pression pourrait être supé- rieure à la pression appliquée sur le clapet, de telle sorte que ces deux surfaces pourraient présenter des dimensions identiques. Comme les soupapes 14 et 16, les moyens 18 et 20 pour commander leur fonctionnement sont sembla- bles et on désignera, pour simplifier, les éléments qui les composent par les mêmes chiffres de référence affectés des indices a et b selon qu'il s'agit des moyens 18 ou des moyens 20. Chacun des moyens de commande 18 et 20 com- prend tout d'abord un détecteur 40 a, 40 b qui se compo- se d'un piston 42 a, 42 b monté de façon étanche dans un cylindre 44 a, 44 b, de telle sorte que l'une des faces du piston soit sensible à la pression régnant dans la partie supérieure du dôme 10 du pressurieur, cette pression lui parvenant par une tuyauterie 46 a, 46 b respectivement L'autre face du piston est reliée par une tige 48 a, 48 b à une barre d'actionnement 50 a, 50 b. Un ressort antagoniste 52 a, 52 b exerce sur chacune des tiges une force opposée à la force exercée par la pression de fluide sur le piston correspondant, de fa- çon à définir pour chacun des détecteurs 40 a, 40 b un seuil de pression en dessous duquel aucun mouvement du piston 42 a, 42 b ne se produit Un ressort de compres- sion faiblement taré 54 a, 54 b maintient chacune des barres 50 a, 50 b en contact avec l'extrémité de la tige 48 a, 48 b correspondante. La barre 50 a, 50 b de chacun des détecteurs commande selon la position occupée par le piston cor- respondant soit l'ouverture d'un clapet 56 a, 56 b, soit l'ouverture d'un clapet 58 a, 58 b Ces clapets ont été représentés de façon schématique sur la figure sous la forme de tiroirs, mais on comprendra aisément qu'ils peuvent être en réalité constitués par des clapets é- quipés d'un poussoir sur lequel peut venir prendre ap- pui le levier correspondant afin de soulever en perma- nence le clapet de son siège. Le clapet 56 a, 56 b est monté dans une cana- lisation 60 a, 60 b reliant la canalisation 46 a, 46 b à la chambre de la soupape 14, 16 définie par la face du piston 36 a, 36 b sur laquelle doit être appliquée la contre pression Comme l'illustre la figure, la barre a, 50 b maintient normalement le clapet 56 a, 56 b en position ouverte lorsque la pression à contrôler est inférieure au seuil prédéterminé audelà duquel le piston 42 a, 42 b du détecteur correspondant se déplace a l'encontre de la force exercée par le ressort 52 a, 52 b Lorsque ce seuil est dépassé le clapet 56 a, 56 b interdit tout écoulement de fluide du pressuriseur vers la chambre de contre pression de la soupape cor- respondante. La soupape 58 a, 58 b est placée sur une cana- lisation 62 a, 62 b prise en dérivation sur la canalisa- tion 60 a, 60 b en aval du clapet 56 a 56 b Cette canali- sation 62 a, 62 b communique à son autre extrémité avec un dispositif de purge (non représenté). La commande du clapet 58 a, 58 b par la barre a, 50 b se fait à l'inverse de celle du clapet 56 a, 56 b En d'autres termes, et comme l'illustre la figu- re,-tant que le seuil du détecteur 40 a, 40 b n'est pas atteint, le levier du détecteur n'agit pas sur le cla- pet 58 a, 58 b et ce dernier empêche alors tout écoule- ment de fluide de la canalisation 60 a vers le disposi- tif de purge En revanche, lorsque ce seuil est at- teint, la barre 50 a, 50 b maintient en permanence le clapet 58 a, 58 b en position ouverte. Enfin, on a représenté sur la figure chacun des moyens de commande 18 et 20 équipé d'un robinet trois voies 64 a, 64 b permettant de commander à volonté le relâchement de la contre pression appliquée sur la soupape 14, 16 correspondante par mise en communica- tion de la canalisation 60 a, 60 b avec la canalisation de purge 62 a, 62 b en aval des clapets 56 a, 56 b et 58 a, 58 b, quelle que soit la position occupée par le détec- teur 40 a, 40 b Lorsqu'ils ne sont pas actionnés, on voit sur la figure que les robinets trois voies 64 a, 64 b assurent normalement la continuité de la canalisa- tion 60 a, 60 b en aval du clapet 56 a, 56 b En revanche, lorsque ces robinets sont actionnés, ils interrompent cette communication et font communiquer la partie des canalisations 60 a, 60 b située en aval de ces robinets avec la partie des canalisations 62 a, 62 b en aval des clapets 58 a, 58 b, par des canalisations 66 a, 66 b. La commande de chacun des robinets trois voies 64 a et 64 b peut être faite soit à l'aide d'un bouton poussoir comme on l'a représenté sur la figure, soit par une commande électromagnétique, soit par ces deux types de commande Dans certaines conditions de fonctionnement, il peut être nécessaire de disposer d'une commande manuelle monostable des robinets 64 a, 64 b Ce résultat peut être obtenu soit en prévoyant un verrouillage mécanique de ces robinets en position ou- verte, soit en équipant les robinets de boutons pous- soirs à deux niveaux d'enfoncement autorisant selon le cas un fonctionnement des robinets en monostable ou en bistable. Lorsque le dispositif qui vient d'être dé- crit s'applique à la protection des circuits primaires d'un réacteur à eau sous pression de 900 MW, les dé- tecteurs 40 a et 40 b ne diffèrent que par leur pression de tarage Ainsi, en régime nominal de fonctionnement, la pression dans les circuits primaires est générale- ment voisine de 155 bars Le seuil d'ouverture de la soupape 14 est alors fixé soit à 172 bars lorsque cet- te soupape équipe une ligne de sûreté, soit à 162 bars lorsque cette soupape équipe la ligne spécialisée pour la décharge La pression de fermeture de la soupape sera alors selon le cas soit de 169 bars soit de 159 bars. En ce qui concerne la soupape d'isolement 16, ces pressions d'ouverture et de fermeture sont fixées respectivement à 158 et à 138 bars à l'aide du détecteur 40 b. Lors de la montée en pression dans le cir- cuit primaire du réacteur, les soupapes 14 et 16 sont normalement en position fermée sous l'effet de la con- tre pression agissant sur les pistons 36 a et 36 b cor- respondants, les moyens de commande 18 et 20 occupant alors les positions représentées sur la figure Par suite de dispositions réglementaires, on prévoit tou- tefois de commander l'ouverture de la soupape d'isole- ment 16 jusqu'à ce que la pression de fermeture de celle-ci ( 138 bars) soit atteinte A cet effet, on agira alors sur le robinet trois voies 64 b pour faire communiquer la chambre de contre pression de la soupa- pe 16 avec la purge Le seuil d'ouverture automatique de la soupape 16 ( 158 bars) étant de très peu supé- rieur à la pression nominale de fonctionnement ( 155 bars), on provoque volontairerient l'ouverture de la soupape d'isolement 16 en élevant momentanément la pression jusqu'à ce niveau afin que la soupape 16 se trouve en position ouverte au cours du fonctionnement normal du réacteur Si une telle opération n'est pas effectuée volontairement, il est à noter qu'elle sera effectuée automatiquement dès lors que le seuil d'ou- verture de la soupape 16 ( 158 bars) sera dépassé lors d'un transitoire conduisant soit à la décharge sur la ligne spécialisée tarée à 162 bars, soit à la décharge sur les lignes de sûreté tarées à 172 bars, dans le cas d'un défaut sur une de ces lignes. Lorsque la pression dans le pressuriseur s'élève au-dessus de la pression d'ouverture ( 162 ou 172 bars) de la soupape 14, celle-ci s'ouvre donc alors que la soupape d'isolement 16 est déjà ouverte. Ansi, la pression est abaissée instantanément dans le pressuriseur par mise en communication de la partie supérieure de celui-ci avec son réservoir de décharge. 1 l Si, par exemple par suite d'une défaillance de la soupape 14 empêchant sa fermeture, la pression chute exagérément dans le pressuriseur, la soupape d'isolement 16 se ferme automatiquement à 138 bars, et la soupape d'isolement 16 devient alors la soupape de la ligne Par suite delaplage mortede fonctionnement de bars de la soupape 16, la pression dans le pressu- riseur peut remonter jusqu'à 158 bars sans qu'une ou- verture de la soupape 16 ne se produise On permet ainsi à la pression dans le circuit primaire de re- joindre sa valeur nominale de fonctionnement de bars La réouverture de la soupape 16 intervient alors de l'une des deux manières indiquées précédem- ment dans la mesure o le défaut sur la première sou- pape 14 a été éliminé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple mais en couvre toutes les variantes Ainsi, l'invention peut être appliquée à la protection de tout circuit ou de toute enceinte nécessitant un iso- lement automatique en-dessous d'une certaine pres- sion, que ce soit pour des raisons de sécurité comme on vient de le voir ou pour accroître la disponibilité et réduire la maintenance et l'intervention sur des organes importants. REVENDICATIONS 1 Dispositif de protection d'une capacité ( 10) contenant un fluide sous pression, ce dispositif comprenant une soupape de protection ( 14) comportant au moins un orifice d'entrée ( 24 a> communiquant avec la capacité, au moins un orifice de sortie contre pression pour venir normalement en appui étan- che sur le siège, le dispositif comprenant de plus des moyens ( 18) sensibles à la pression règnant dans la capacité pour relâcher ladite contre pression lorsque ladite pression dépasse un premier seuil prédéterminé, caractérisé en ce que l'orifice de sortie ( 26 a) de ladite soupape de protection communique avec l'orifice d'entrée ( 24 b) d'une soupape d'isolement ( 16) sembla- ble à la soupape de protection, des deuxièmes moyens ( 20) sensibles à la pression régnant dans la capacité étant prévus pour relâcher la contre pression appli- quée sur le clapet ( 34 b) de la soupape d'isolement ( 16) lorsque ladite pression dépasse un deuxième seuil prédéterminé inférieur au premier. 2 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le deuxième seuil-est légèrement supérieur à la pression nominale dans ladite capacité ( 1 o) et en ce que les deuxièmes moyens ( 20) commandent l'application de ladite contre pression sur le clapet ( 34 b) de la soupape d'isolement ( 16) lorsque la-pres- sion dans la capacité descenden dessous d'un seuil de fermeture inférieur à ladite pression nominale. 3 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deuxiè- mes moyens ( 20) comprennent de préférence des moyens de commande auxiliaires ( 64 b) aptes à relâcher la con- tre pression appliquée sur le clapet ( 34 b) de la sou- pape d'isolement ( 16) lorsque la pression régnant dans la capacité est infér ieure au deuxième seuil.