Brevet FR2518301A1 — publié le 19830617

i 2518301 Dispositif de purification du métal liquide de refroidissement du coeur d 'un réacteur nucléaire à neutrons rapides La présente invention concerne un dispositif de purifica- tion du métal liquide de refroidissement du coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, *Comp'renant une enveloppe caori-. fugée immergée dans la cuve du réacteur et suspendue à la dalle de protection surmontant celui-ci, un bouchon amovible disposé dans ladite enveloppe ct permettant l'accè?s à l'intérieur de l'enveloppe, et à l'intérieur de sel-ides moyens île ite-Proî- dissement d'un:courant de réta_' Liq uide prelevé danes le coeur du réaote t;r Jusqu'ià une, - szsraaut la solîdifîicati-onl *des Imnpurctès, des moyens de f'J-1 U-atîcn_ dh 6 l N liquide re?eg:-oidi, des moyens de retour 1 p Artiïere de obpsd mIta I purk',t-îé di'a e fil-tration, des Moysns de rpéehtauffeuent au eni urféséellalez de &CII _IAkr avec 11 u Metai à c;t u:cÈen éat u débitd J l 'e Tato asu i moyeansv ÄQt noe asl u u réact,t;ur, et ujî,:red L te dans Cette deniè&e, Qt d"L, c %ulat J on du métal liquide à- travers Th I ' q I d 'a Zait iob$ de la demanrde (ke brevet j rnr 1 J A ré 239 j 5 570. Un tel d I,-p OSît ú lt ueçu Idc soj te qule les moyens de filtration (arpcelec ' eh:I Jltrante"I) ne 2 fort pas partie intégrante du dispoz- if t ocus iraits du ré'acteur lors- que leur co itaede W,-nt trou p i 3 rt le reste du dispositif étant maintenu en place Cecî C ntra 1 nte une structure annulaire de l'enveloppe, relai Avrnent Auiq e, uno réduction du volume re- latif de 'La cartouche p; rwpo, à celui de l'enveloppe, et la présence d'un bouchon env ariue au-dessus de cette car- touche filtrante 'Par aileurs, la pompe électromagnétique assurant la circulation du sodium à purifier, le débitmètre de contrôle et l'échangeur de chaleur sont nécessairement dans le bas du dispositif, ce qui rend impossible leur réparation -2- éventuelle sans manutention de l'ensemble de l'appareillage et dépose de sa virole extérieure Enfin, la circulation du métal liquide s'effectue à partir d'un niveau libre, surmontant la car- touche dans le puits de l'enveloppe par o elle est manutention- née, ce qui rend la conduite du dispositif très sensible aux variations de niveau et de température du métal liquide dans la cuve du réacteur, ou nécessite de lui faire parcourir un circuit compliqué si on veut maintenir le fonctionnement de la purifi- cation indépendant du niveau de métal liquide dans la cuve. La présence de ce niveau libre conduit également à la vidange rapide de l'appareil en cas d'arrêt de la pompe, ce qui engendre des sollicitations thermiques importantes sur les struc- tures de l'appareil. La présente invention a pour but de remédier aux inconvé- nients ci-dessus, et de procurer un dispositif de purification possédant une structure plus simple permettant l'installation d'un volume de piégage important, sans bouchon central au-dessus de la cartouche de filtration, qui comporte une pompe, un débit- mètre de contrôle, un échangeur de chaleur et des moyens de régu- lation, qui assure une circulation du métal liquide en siphon sans niveaulibre par un circuit simple insensible au niveau et à la température du métal liquide dans la cuve du réacteur, qui procure un débit de métal liquide purifié indépendant dans le temps du taux de colmatage, et qui ne se vidange pas en cas d'arrêt de la pompe. Le dispositif selon la présente invention est essentiel- lement caractérisé en ce que les moyens assurant la circulation du métal liquide sont disposés par rapport à ses autres éléments de façon à assurer une circulation en siphon non vidangeable de ce métal liquide au- dessus du niveau de métal liquide baignant le coeur du réacteur nucléaire. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des carac- téristiques suivantes: les moyens pour assurer une circulation en siphon du métal liquide à purifier comprennent une pompe électromagnétique 3dont la partie électrique est accessible et démontable, disposée audessus des moyens de filtration et de réchauffement, et des moyens pour assurer et maintenir l'amorçage de cette pompe, les moyens de réchauffement du métal liquide purifié sont constitués par un échangeur à faisceau tubulaire disposé au-dessus de la zone supérieure des moyens de retour dans la partie supérieure de l'enveloppe du métal purifié sortant des moyens de filtration, dans une eneeinte alimentée par la circula- tion du métal liquide à refroidir et purifier redescendant de la partie supérieure du siphon, la vanne de réglage du débit de metal liquide purifié renvoyé dans le coeur du réacteur est amovible et disposée à l'extérieur de l'enveloppe calorifugée, Il comprend un indicateur de bouchage donnant l'indication de la pureté du métal liquide, relié à la circulation de celui-el en deux points proches de la poepe eleotrognétique en amont et en aval de celle-ci. la partie du dispo-sitif située sous le niveau du métal liquide dans la cuve du réact eur est constituée uniquement par les moyens de filtration et M 3 nr isolation'thermique Il est décrit ei-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin anu;exe, un d Yspositif de purification du sodium liquide de ref roidissement du coeur d'un réacteur nueléaire à neutrons rapides, et d'autres avantages du dispositif de l'invention apparaîtront à cette occasion. La figure 1 A représente en coupe diamétrale la partie supé- rieure du dispositif, comprenant not amient le circuit en siphon et la pompe électromagnétique. La figure l B représente en coupe diamétrale la partie infé- rieure du dispositif, ecmprenant notamment les moyens de filtration du sodium liquide à purifier. Le dispositif est supporte par une bride supérieure 1, qui repose sur la bride de la dalle surmontant la cuve du réacteur, non représentée Le niveau maximal du sodium liquide dans la cuve est représenté en 42, et le niveau minimal en 43 Une virole -4 - porteuse 2 descend de la bride-support 1 Jusqu'à la plaque tubu- laire inférieure (froide) de l'échangeur de chaleur 2 A entre le sodium impur chaud et le sodium purifié refroidi, généralement appelé "économiseur". En dessous de cet économiseur, la virole porteuse comporte un logement 4 pour un serpentin d'azote de refroidissement 33 - Dans sa partie inférieure, la virole porteuse comporte une portée conique 5 et se termine par un anneau assurant l'étanchéité avec le bouchon inférieur 31 et le supportage de la virole externe 7 du calorifuge Celuici entoure la cartouche filtrante 29, le serpentin de refroidissement 33 et l'économiseur 2 A sur toute leur hauteur Dans l'exemple décrit, il se compose de panneaux cylindriques superposés 6 comportant alternativement des matelas de toile métallique et des t 8 leries anti-convection. Il est disposé à l'intérieur de la virole externe 7, qui constitue la paroi du dispositif au contact du sodium chaud de la cuve du réacteur Cette virole est étanche sur toute sa partie inférieure au contact du sodium Elle est ouverte dans sa partie supérieure pour permettre la circulation d'argon dans le calo- rifuge et éviter la montée en pression de celui-ci. L'échangeur 2 A entre le sodium impur chaud et le sodium purifié refroidi (économiseur) comporte deux plaques tubulaires annulaires 3, 8 reliées par les tubes-d'échange 11, et une virole extérieure 13 La plaque tubulaire inférieure 3 est reliée à la virole porteuse 2 Elle supporte sur son pourtour intérieur la virole 26 d'une chambre 25 canalisant le sodium à purifier vers la cartouche filtrante 29. La plaque supérieure 8 délimite avec la cloison supérieure 8 A une chambre collectrice annulaire 9 Elles supportent sur leur diamètre intérieur la-tête supérieure 10 du tube central 15 qui sert à- l'alimentation du dispositif en sodium à purifier, qui, après refoulement par la pompe électromagnétique dans le canal annulaire 21, se refroidit autour des tubes 1 l de l'économiseur. Des chicanes 12 sur le trajet du sodium à purifier autour des tubes permettent d'améliorer le coefficient d'échange de chaleur dans il'éononmiseur_ Le conduit 14 I de sortie du sodium purifié et réchauffé est relié à la plaque tubulaire supérieure 8 Il communique avec la vanne 36 de répartition du seditîmn purifié par uin co nduît radial. 39, traversant la virole 26 de 'La chambre 25. Le tube central 15, duns l'ax E, du dispositif de Purification, est suspendu par 2 a têste supérieure 10 à l'ensemble de la plaque tubulaire supérieure B et de la cloison supérieure SA A son extrémité inférieuwe, uzn palter 16 assu re léac&t i O à la trave -sée du bouchon, im&re' pgour 4 trla sri directe de sodt 1 uz, pur Ifié sortao-it J)a cartouche flrat 29 dans la cuve du réacteur, avanit so -î'ulfeet 11 est entour au-dessus de la ea VC inepar le, 1 odi nuar 7 Permzttant la reroontàe nai -Icono 0,11 enur du sod 194 uiu purifié Ce O ccnduit 3 ' a 4 y I 3 priai oc -e de lat ulcruc nnlare sur I %xaptle ttnt 9 es v *'n' S le uaarooecu éVxritertmedtta r n au ecnattesl chambre 25 et 1 ' ll ncse An tltÈl MZ'ûcs filt ra&sIl 4 nf f -s c;r emset i au tb czîta 115 ci- mx le l'o 6 larjeraiuuue 1 raccordée Ä 3 ce, c 7 ûnû; t tra rnre la j r ' m O I' ç" 21 de la v Birole 26 et, m Sbcehe ousla piecuetru' újnere Jd 1 èooaier Silo assure iii etai N Is tubeso de I&cnjier N sdu purifié fro Id. La pompe élcr-ad éTe 1,par xepedu type à indffuc- tion, est disposée nosne tuatje 2 omn iknpartant de la I tête du tuabe centrai 15 et a-lmentant, 1 ' èeouio 1 Uïsè'ur an sodîto impur chaud par le conduit annlulaire 21 raccordant la tête du tube central, la plaque tubulaie supérieure B et le clo Ison circulaire SA On notera que sa positi'-_on on un point haut cie l'tappareil, au-dessus des ttnhi:e du hauti du'acupre l'inspection, le démontage ut la réècaration de son circuit élec trique sans démontage de l'appareil. Sur la tuyauterie 20 sont branchés deux circuits: le circuit de l'indicateur de bouchbage 22, branché de part et -6 - d'autre de la pompe un circuit de mise sous vide 23 pour l'amorçage du siphon et de la pompe. Elle est refroidie par le circuit de gaz 24 traversant les protections biologiques supérieures, qui sert au refroidissement de l'indicateur de bouchage. La chambre 25 assure la circulation du sodium a purifier sortant de l'économiseur vers la cartouche filtrante Elle est entourée d'une virole 26 comportant une partie tronconique 27 et- une partie cylindrique 28 entourée par le serpentin de refroidis- sement 33 Cette dernière est reliée à son extrémité inférieure au fond du lokement du serpentin dans la virole porteuse 2 par un accouplement glissant. La virole 26 est traversée de façon étanche, d'une part par la tubulure 18 de sortie du sodium purifie revenant vers l'écono- miseur, d'autre part par le conduit radial 39 de sortie du sodium réchauffé dans l'économiseur retournant vers la vanne de réparti- tion 36 et la cuve du réacteur. La cartouche filtrante 29 est constituée par un empilement de tampons filtrants annrmulaires eont 's entre deux viroles per- forées cylindriques interne et externe et deux plaques de fermeture supérieure et inférieure Cette disposition-limite la taille des organes à stocker après colmatage au seul volume des tampons filtrants. Les tampons filtrants sont légèrement comprimés vertica- lement par la plaque 30 reliée au conduit 17 concentrique au tube central, pour obliger la totalité du sodium impur sous pression à traverser les tampons filtrants, comme déjà signalé ci-dessus. Le bouchon inférieur 31 est amovible pour permettre le rem- placement de la cartouche filtrante Il est constitué d'une enveloppeétanche remplie de calorifuge métallique et assurant le guidage du tube central 15 et le supportage de la cartouche sur la virole porteuse Il est fixé à celle-ci par des agrafes automati- ques 32 Toutefois, l'étanchéité entre ce bouchon et le tube cen- tral ou la virole porteuse n'est pas totale, pour permettre le -7 remplissage ou la vidange par gravité du dispositif lors de ses manutentions. Le serpentin de refroidissement 33 est alimenté par un con- duit 33 A qui traverse de façon étanche la bridte-aupport 1 et la paroi de son logement 4 dpr-z la virole porteuse 2 Une lyre de dilatation 33 B permet d'ablorber 'Les dilatatio S différentielles entre le conduit 33 A et Son serpentin 33, d'une part, et la vi Prole d'autre part Le serpentin est à dotable enroulement, les spires d'alimentation et d'évacuation de l'azote de refroidissement étant imbriquées les unes dansls autres, pour réduire l'encom- brement Sa disposition le rend f-a 2 ile Tient aiccess iblm po Mr réPa= ration en cas de fuite, Les protections bio Iog J'e'es du dispnsiti c omprennent uni bloc massif 314 ent-ouran 4 ' -la p:re U de la vircle porteuse, et un bac 35 rzlide "mf lic à i ntéri eur_ la ce leo ci Le bloc et le bac B uncfourre Làux néesfres au Passage -des tubuluires de I 11 orn:os 1 Jnqe lmn tations électriques et Arl l 'soes nécs-nires au fonctionnemnent du deo La vai-ne *$ &pr' d est disposée dans, un pot 37 ic à la virole portcu'ze I 11 In -laque tubulaire:n' i O ' l'économiseur Mie zst' liai, l Es deuxod Lscnsn triques 38 et 39 wte nant " e oodiimpuifé soit de la car>touche filtrante en Pmont de 1 ser O sit de E- lieni assure la répartition diu dtébit tc-al de sodium purif-lé rmitre, la sortie directe vers la cuvc clu:éaeteur et le eujucuit de retotur de l' économiseur Elle est faeilewent, démontable au 'Stravers du fourreau 140 qui asswne songidae et l 'étanchéité au niveau de la bride-support Le 3 odîuitncrat de la vanne est refoulé laté- ralement vers la cuve au-dDspous du ni-veau de sodium par l'orifice 141 pour éviter son contact avec la virole cxt Aéri-eure 7 D ce qui pourrait provoquer des -hoee thermiques lors de fonction- nements transitoires. Le fonctionnement dé l'appareil est le suivant. Le sodium chaud à purifier pén ètredans le bas de -8 - l'appareil dans le tube central 15 qui le conduit à la pompe électromagnétique située dans la partie supérieure Le sodium refoulé par la pompe redescend à travers l'économiseur, autour de ses tubes. A la sortie de l'économiseur, le sodium impur pénètre dans la chambre 25, o il est refroidi à la température de cristalli- sation des oxydes, constituant l'essentiel de ses impuretés, vers o C, grâce au serpentin 33 véhiculant l'azote de refroidis- sement A la partie inférieure de la chambre 25, le sodium pénètre par l'extérieur dans les tampons de la cartouche filtrante 29, o les oxydes et autres impuretés sont retenus. Le sodium purifié remonte dans le conduit annulaire 17 coaxial au tube central I 1 sort du conduit par la tubulure laté- rale 18 et traverse la paroi troneonique 27 de la chambre 25 pour arriver à l'entrée des tubes de l'économiseur. A cet endroit, il se divise en deux parties L'une passe dans les tubes 11 de l'économiseur, puis revient réchauffe par le conduit 14 et le conduit radial 39 vers la vanne de répar- tition 36, qui l'évacue dans la *uve du réacteur L'autre passe directement par le conduit 38 à la vanne de répartition 36, pour y être également évacuée dans la cuve, sans réchauffement préalable dans l'échangeur. Le circuit de l'indicateur de bouchage 22 est alimenté par un faible débit de sodium prélevé en aval de la pompe 19 Ce sodium est restitué au circuit principal en amont de la pcompe. Bien que le dispositif de purification qui vient d'iêtre décrit ci-dessus en référence aux figures paraisse la forme de réalisation préférable de l'invention, on cmprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains de ses organes pouvant être remplacés par d'autresqui Joueraient un rôle technique analogue. REVENDICATIONS I/ Dispositif de purification du Dieâtn I lîiuide de refrcid ssement du coeur d'un réacteoc rui_i 6 aï"_ ;à neutrons rapidpas, comprenant une enveloppe calorifoje Cans "Le coeur du -ïÉacteur et suspendue à la d surmontant uelui-0 î, wi bouchon atnovi-î- Ie diipoc-' 11 -s "Laeit-z. l 1 a Q,ès à llîntérile,,ir de iràZ acte celle- ci des moyens de Ce Métal prélé-v A, lans cceur du rè'îcbr-Lur jusqt,;î une 1 ci rant 'La ldî C_lc 1-Jon *,-3 des Ployfails e,2 j îîl e,-7-r-E- tion du liqud M- ai i 1 w;agir t_ 1 t E O n e _-V _r 3 pa Cos i en,, 1 _ î n î 5; 1 u r,j dc cbal "kj P; (,36) "i seizeilI, -i Juspici:?i è cz- op C-1 Yt)' laïs e t-t -J cnuprteurc l FÀ e, ( 13 es Pcj-3 î-m t 1;;suï a 1 àt la du;-BanalLiquidesà cz;-,a _Qc- que niojetu; dis Métal liquida ( 19, ) sont d 1 spoeés par rap -,e,,t-t I à Dans fz-otres èléwonto de façon à assurer ue circulation e,-, Aviation non ïîdaiZcabl LJE ce métal liquide au-dessue du nivcau ( 42) de métal liqmide É- aig_aant la coeur du réewteur nucléaire. 2/ Dispositif selon la revendication 1, ,,aractérîsé eh ce que les moyens pour a 3 surer une circulation en siphon du mmétal liquide è_ purif-,er comprennent une pompe électromagnétique ( 19) disposée au- dessus de l'extrémité supérieure des moyens de retour dans la partie supérieure de l'enveloppe du métal purifié sortant des moyens de filtration, et des moyens ( 23) pour assurer et maintenir l'amorçage de cette pompe. - 3/ Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de réchauffement du métal liquide purifié sont constitués par un échangeur ( 2 A) à faisceau tubulaire ( 11) disposé au-dessus de la zone supérieure des moyens de retour dans la partie supérieure de l'enveloppe du métal purifié sortant des moyens de filtration, dans une enceinte ( 25) alimentée par la circulation de métal liquide à refroidir et purifier redescendant de la partie supérieure du siphon. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vanne ( 36) de répartition du débit de métal liquide purifié renvoyé dans le coeur du réacteur est amovible et disposée à l'extérieur de l'enveloppe calorifugée ( 7). / Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un lndicateur ( 22) de bouchage donnant l'in- dication de la pureté du métal liquide, relié à la circulation de eeluici en deux points proches de la pompe électromagnétique, en amont et en aval de eelle-ci. 6/ Dispositif selon l'une des revendieations I à 5, caractérisé en ce que la partie du dispositif située sous le niveau de métal liquide dars la cuve du réacteur nueléaire est eonstituée umique- ment par les moyens de filtration et leur isolation thermiqtle.