Brevet FR2524686A1 — publié le 19831007

i L'invention concerne un dispositif de protection contre la cha- leur et les radiations pour un échangeur de chaleur intermédiaire plongeant dans une cuve de réacteur nucléaire remplie de métal liquide constituant le fluide primaire du réacteur. Les réacteurs nucléaires à neutrons rapides comportent générale- ment une cuve principale de grandes dimensions remplie de sodium liquide surmonté d'un gaz inerte tel que de l'argon et fermée par une dalle de grande épaisseur, horizontale, dans laquelle des ouvertures sont ménagées pour le passage des composants du réacteur. En particulier, les pompes primaires mettant le sodium liquide remplissant la cuve en circulation et les échangeurs intermédiaires effec- tuant l'échange de chaleur entre le sodium primaire remplissant la cuve et le sodium secondaire transportant la chaleur vers les générateurs de va- peur, traversent la dalle à l'intérieur d'ouvertures de grandes dimensions et reposent sur la dalle du réacteur par l'intermédiaire d'une bride fixée à leurs parties supérieures. Les échangeurs de chaleur intermédiaires comportent une partie inférieure de grand diamètre plongeant dans le sodkim liquide, si bien que le passage dans la dalle doit avoir un diamètre suffisamment grand pour permettre la mise en place ou l'extraction de l'échangeur intermédiaire sans difficulté. Il subsiste donc autour de la partie supérieure de l'échangeur intermédiaire dans l'ouverture ménagée dans la dalle du réacteur un espace périphérique d'une assez grande largeur Il est donc nécessaire de limiter la circulation des gaz chauds et d'empêcher la sortie des radiations en pro- venance des éléments irradiés du réacteur dans cet espace périphérique. En outre, le sodium secondaire circule d'abord de haut en bas dans un conduit situé à la partie centrale de l'échangeur, puis Ie bas en haut dans un faisceau tubulaire o se produit l'échange de chaleur avec le fluide primaire. A la sortie du faisceau tubulaire, le sodium liquide secondaire chaud circule de bas en haut dans un conduit annulaire limité à sa partie centrale par le conduit de circulation descendante du sodium et à sa partie périphérique par une virole à axe vertical constituant l'enveloppe de l'é- changeur intermédiaire. A la partie supérieure de l'échangeur, cette virole se dédouble en une virole interne à l'intérieur de laquelle circule le sodium secon- daire chaud et en une virole externe sur laquelle est fixée la bride de l'échangeur La virole interne et la virole externe sont reliées entre elles et à la partie supérieure de l'échangeur par une pièce de raccord symétrique de révolution dont la méridienne a la forme d'un Y. Il importe de protéger la traversée de la dalle, en particulier à sa partie supérieure, contre la chaleur dégagée par le sodium liquide secondaire en circulation dans l'échangeur intermédiaire. Il importe également de protéger la pièce de raccord entre les viroles de l'échangeur intermédiaire contre des conditions thermiques dé- favorables, cette pièce ayant une importance extrêmement grande pour la tenue mécanique de l'échangeur intermédiaire. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de pro- tection contre la chaleur et les radiations pour un échangeur de chaleur intermédiaire plongeant dans une cuve de réacteur nucléaire remplie de mé- tal liquide constituant le fluide primaire du réacteur et traversant une dalle de grande épaisseur fermant la cuve sur laquelle l'échangeur repose par l'intermédiaire d'une bride solidaire de sa partie supérieure, l'échan- geur comportant dans sa partie supérieure, une virole interne à axe vertical à l'intérieur de laquelle circule du métal liquide secondaire dont l'échauf- fement est assuré par le fluide primaire et une virole externe reliée à la virole interne par une pièce de section en Y et coaxiale à celle-ci, un es- pace périphérique étant ménagé autour de la virole externe, dans l'ouvertu- re de traversée de la dalle, dispositif qui permette dtisoler efficacement l'échangeur intermédiaire dans sa traversée de la dalle aussi bien en ce qui concerne les radiations qu'en ce qui concerne la chaleur dégagée par le sodium secondaire. Dans ce but, il comporte une virole coaxiale aux viroles interne et externe fixées sous la bride, dans l'espace périphérique autour de la virole externe et portant à sa partie inférieure, une pièce annulaire mas- sive d'isolation contre les radiations d'une section telle qu'elle occupe la plus grande partie de la section de l'espace annulaire et, à sa partie supérieure, sous la bride, un moyen d'isolation thermique de forme annulai- re, la pièce de raccord en Y se trouvant au niveau de la partie centrale de la virole entre la pièce massive et le moyen d'isolation thermique. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant dé- crire à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un échangeur de chaleur intermédiaire comportant un dispositif de protection contre la chaleur et les radiations, suivant l'invention. La figure 1 représente une vue en élévation d'un échangeur inter- médiaire en position dans la cuve d'un réacteur nucléaire à neutrons rapi- des refroidi par du sodium liquide. La figure 2 est une vue en coupe très agrandie de la partie supé- rieure de l'échangeur de chaleur intermédiaire, au niveau de la traversée de la dalle. Sur la figure 1, on voit un échangeur-intermédiaire 1 traversant la dalle 2 d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides par une ouverture 3 d'un diamètre légèrement supérieur au diamètre maximum de l'échangeur de chaleur La dalle 2 ferme la partie supérieure de la cuve renfermant du so- dium liquide jusqu'au niveau 4 L'échangeur de chaleur plongé dans le so- dium liquide comporte dans sa partie immergée un faisceau tubulaire 6 com- muniquant à l'une de ses extrémités avec une chambre inférieure limitée par un fond bombé 7 et à sa partie supérieure avec une chambre annulaire limitée par une virole à axe vertical 8 et par un conduit central vertical 9. Le conduit central 9 débouche à sa partie supérieure dans la tubu- lure 10 d'arrivée de sodium liquide secondaire dans le générateur de vapeur. La chambre annulaire comprise entre les viroles 8 et 9 communique à sa partie supérieure avec la tubulure Il de sortie du sodium secondaire échauffé Les tubulures 10 et il sont reliées au circuit de sodium secon- daire du réacteur nucléaire. La virole externe 12 entourant l'échangeur intermédiaire à sa partie inférieure comporte une fenêtre d'entrée 14 du sodium primaire dans l'échangeur de chaleur et une fenêtre de sortie 15 de ce sodium primaire. Lors de sa circulation entre les fenêtres 14 et 15, le sodium pri- maire contenu dans la cuve du réacteur échauffe le sodium secondaire cir- culant dans le faisceau tubulaire 6 Le sodium secondaire pénétrant dans la chambre annulaire limitée par les viroles 8 et 9 est donc du sodium chaud qui est amené à traverser la partie de l'échangeur disposée au niveau de la dalle 2 avant sa sortie par la tubulure 11. Une bride 18 solidaire de la virole 8 permet deéSire reposer l'é- changeur de chaleur sur la dalle 2 par l'intermédiaire d'un support 19, une contre-bride 20 permettant la fixation de la bride sur son support. On va maintenant décrire en se référant à la figure 2, le dispo- sitif de protection contre la chaleur et les radiations situé au niveau de la dalle, lorsque l'échangeur intermédiaire est en position de service tel que représenté à la figure 1. L'ouverture 3 de la dalle est entourée par une chemise métalli- que 21 sur laquelle est fixé le support de bride 19 par l'intermédiaire d'une virole de fixation 23. La virole externe 8 est fixée sur la bride 18 Cette virole 8 se dédouble en une virole interne 8 a et une virole externe 8 b grâce à une piè- ce de liaison 25 annulaire dont la section méridienne a la forme d'un Y. La virole interne 9 est constituée par une double virole 9 a et 9 b dans l'espace interne de laquelle se trouve un gaz inerte d'isolation thermique. Le sodium liquide secondaire chaud à la sortie du faisceau tubu- laire circule de bas en haut dans le conduit annulaire ménagé par les vi- roles 8 et 9 puis par la virole 8 a et la double virole 9. Entre la virole interne 8 a en contact avec le sodium liquide se- condaire chaud et la virole externe 8 b est placé un isolant thermique 26 constitué par un matériau calorifuge minéral. Sous la bride 18, au niveau du raccord de la virole 8 est fixée une virole 27 par l'intermédiaire de vis 28 Cette virole 27 est coaxiale à la virole 8 et d'un diamètre un peu supérieur à celui de cette virole. A sa partie inférieure, la virole 27 est soudée à une pièce an- nulaire massive 30 en acier ordinaire dont la largeur est telle que cette pièce occupe la plus grande partie de l'espace annulaire compris entre les viroles coaxiales 8 et 21. A sa partie inférieure, la pièce annulaire 30 est prolongée par une virole 31 jusqu'au niveau inférieur de la dalle 2 et de la virole 21 limitant l'ouverture de celle-ci vers l'intérieur. La virole 31 permet de protéger le passage de la dalle 2 et la virole 21 contre le rayonnement thermique en provenance de la virole 8 à l'intérieur de laquelle s'écoule le sodium chaud. La pièce massive 30 permet d'absorber les radiations en prove- nance des éléments et composants irradiés contenus dans la cuve du réac- teur. Au-dessus de la pièce massive en acier 30, la virole 27 procure une protection contre le rayonnementthermique de la virole 8 C'est dans cette zone que se trouve la pièce 25 de raccord entre les viroles 8, 8 a et 8 b. A la partie supérieure de la virole 27 et sous la bride 18 est disposée une enceinte annulaire 32 à l'intérieur de laquelle est placé un calorifuge métallique constitué par des éléments séparés formant barrière au rayonnement thermique L'espace intérieur de l'enceinte annulaire 32 est rempli par de l'argon d'isolation Des tubes 34 assurent l'assemblage des pièces de l'enceinte 32 et du calorifuge métallique. On peut également disposer à l'intérieur de l'enceinte 32 des disques d'acier qui forment une barrière au rayonnement thermique et qui sont maintenus espacés les uns des autres par les tubes 34. Le diamètre extérieur de l'enceinte 32 est très légèrement in- férieur au diamètre intérieur du support 19 et de la virole 23. De cette façon, les gaz chauds présents au-dessus du sodium li- quide dans la cuve ne peuvent parvenir jusqu'à la partie supérieure de la dalle sur laquelle repose la bride 18 de l'échangeur de chaleur intermé- diaire. Entre la virole 8 et la virole 27, est disposé un anneau élasti- que métallique 35 composé de 3 secteurs disposés à 1200 autour de la viro- le 8 de l'échangeur de chaleur Cet anneau élastique permet de limiter les mouvements de gaz de convection dans l'espace compris entre les pièces 8 et 27 et donc les apports de chaleur en partie haute de l'appareil. On voit que les principaux avantages du dispositif selon l'in- vention sont de permettre une excellente protection contre la chaleur et les radiations de la partie de la dalle située au voisinage de la traversée et de la zone voisine de l'échangeur de chaleur intermédiaire située audes- sus de la dalle 2. Ce dispositif est d'une structure très simple et permet d'éviter des déformations thermiques de la pièce de raccord en Y préjudiciable à une bonne tenue mécanique. La partie irgrieure du dispositif comportant la pièce massive 30 et la virole 31 peut être construite en acier ordinaire ce qui réduit le coût de construction de l'échangeur de chaleur L'ensenble du dispositif de protection qui n'est pas en contact avec le sodium liquide peut égale- ment être réalisé en acier ordinaire. Enfin, la mise en place du dispositif de protection à l'intérieur de l'espace périphérique disposé autour de celui-ci dans le passage de la dalle, se fait automatiquement au moment de la mise en place de l'échan- geur de chaleur à l'intérieur de la cuve. Mais l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'tère décrite, elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que la pièce massive 30 peut être réalisée en un au- tre matériau que l'acier ordinaire Le calorifuge métallique à l'intérieur de l'enceinte 32 peut être réalisé sous une forme quelconque ou constitué par un ensemble de disques formant écran anti-rayonnement. Cette enceinte peut comporter des dispositifs quelconques pour assurer le remplissage et la vidange de l'argon. Le calorifuge minéral 26 disposé entre les viroles 8 a et 8 b peut être constitué par des blocs de formes quelconques juxtaposés et disposés dans l'intervalle annulaire jusqu'au niveau de la bride 18 ou un peu au- dessus. Toutes les pièces extérieures à la virole 8 renfermant le sodium liquide peuvent être réalisées en acier ordinaire non inoxydable, ce qui réduit le coût de construction de l'échangeur de chaleur. Le dispositif suivant l'invention s'applique à tous les échangeurs de chaleur intermédiaires utilisés dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides de type intégré. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre la chaleur et les radiations pour un échangeur de chaleur intermédiaire plongeant dans une cuve de ré- acteur nucléaire remplie de métal liquide constituant le fluide primaire du réacteur et traversant une dalle ( 2) de grande épaisseur fermant la cu- ve sur laquelle l'échangeur repose par l'intermédiaire d'une bride ( 18) so- lidaire de sa partie supérieure, l'échangeur comportant, à sa partie supé- rieure, une virole interne ( 8 a) à axe vertical à l'intérieur de laquelle circule du métal liquide secondaire dont l'échauffement est assuré par le fluide primaire, et une virole externe ( 8 b) reliée à la virole interne ( 8 a) par une pièce ( 25) à section en Y et coaxiale à celle-ci, un espace péri- phérique étant ménagé autour de lavirole externe ( 8 b) dans l'ouverture de traversée de la dalle, caractérisé par le fait qu'il comporte une virole ( 27) coaxiale aux viroles interne et externe ( 8 a, 8 b) fixée sous la bride ( 18), dans l'espace péri- phérique autour de la virole externe ( 8 b), et portant à sa partie inférieu- re une pièce annulaire massive ( 30) d'isolation contre les radiations d'une section telle qu'elle occupe la plus grande partie de la section de l'espa- ce périphérique et, à sa partie supérieure, sous la bride ( 18), un moyen d'isolation thermique ( 32) de forme annulaire, la pièce de raccord en Y ( 25) se trouvant au niveau de la partie centrale de la virole ( 27), entre la pièce massive ( 30) et le moyen d'isolation thermique ( 32). 2. Dispositif de protection suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'espace compris entre les viroles interne et externe ( 8 a, 8 b) de l'échangeur est rempli par un calorifuge minéral ( 26) au moins jusqu'au niveau de la bride ( 18). 3. Dispositif de protection suivant l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé par le fait que le moyen d'isolation thermique ( 32) disposé sous la bride ( 18) est constitué par une enceinte annulaire renfermant un calorifuge métallique et un gaz de remplissage inerte tel que l'argon. 4. Dispositif de protection suivant l'une quelconque des reven- dications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que la pièce massive ( 30) est en acier ordinaire. 5 Dispositif de protection suivant l'une quelconque des reven- dications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que la pièce massive ( 30) est prolongée à sa par- tie irgrieure par une virole ( 31) coaxiale aux viroles ( 8) de l'échangeur de chaleur, jusqu'au niveau inférieur de la dalle ( 2) du réacteur. 6. Dispositif de protection suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé par le fait que l'ensemble du dispositif de protection estien acier ordinaire.