Brevet FR2547392A1 — publié le 19841214

GENERATEUR DE VAPEUR MODULAIRE A TUBES DROITS La présente invention a pour objet un générateur de vapeur modulaire à tubes droits dans lequel le fluide caloporteur est du sodium liquide provenuant d'un réacteur atomique surrégénérateur de type -rapide et dans lequel l'eau passe successivement par les phases de préchauffage, évaporation et surchauffe. Le générateur modulaire de vapeur selon la présente invention permet de pallier les inconvénients présentés par les générateurs de vapeur à module unique dans lesquels une défaillance d'un élément quelconque entraîne l'arrêt de toute l'installation. Selon la présente invention, la défaillance d'un éliment de l'installation entraîne l'arrêt du seul module endommagé et l'installation peut donc encore fonctionner à puissance réduite.De plus, pour obtenir une réparation rapide, il est possible de réaliser un échange standard du module défaillant En outre, la réalisation par modules standards du générateur de vapeur permet de disposer aisOment de toute une gamme de puissances différentes, d'ou il résulte une réduction de coUt évidentnourla construction des modules qui sont tous identiques quelle que soit la puissance globale de l'installation. Il résulte ainsi de la presente invention, les avantages suivants: par rapport à un générateur de vapeur monocorps9 maintien en service de l'installation mctme en cas de défaillance de l'un de ses composants; - remplacament rapide du module endommagé par substitution du module de ré serve - réparation du module en usine et non plus sur le site; - chaque module du générateur de vapeur selon la présente invention constitue un générateur de vapeur indépendant; - les modules du générateur de vapeur utilisent le sodium comme fluide calo porteur et sont du type à contre-courant et à tubes droits. Chaque module est essentiellement constitué de deux collecteurs entre lesquels est disposé un faisceau de tubes verticaux. Le faisceau est entoure par un manteau présentant deux renflements latéraux en haut et en bas pour former les deux chambres annulaires servant de collecteur pour respectivement les.flux de sodiun 1 i qui de entrant et sortant. Au niveau des renflements, le faisceau de tubes est entouré d'une virole cylindrique comportant au moins une fenêtre pour le passage du sodium. Selon l'invention, les modules sont disposés en groupes(ou en grappes) autour d'une paire de réservoirs superposés qui constituent les chambres d'alimentation et de récupération du sodium liquide. Chacun des modules est suspendu à sa partie inférieure par des tirants ancres de façon articulée à la structure du bâtiment abritant le générateur de vapeur tandis que les extrémités supérieures des différents modules sont simplement guidés de façon à permettre la libre dilatation du faisceau de tubes et du manteau. Le réservoir inférieur de sodium est supporte par des supports fixes tandis que le réservoir supérieur est supporté par des ressorts à force de réaction constante de façon à ne pas gêner les deplacaments verticaux des modules constituants chacun un générateur de vapeur indépendants. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description faite à titre non limitatif et en regard des dessins annexés où: - la figure 1 représente en section longitudinale un des modules du ge- nérateur de vapeur modulaire selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement, en élévation, un générateur modulaire constitué de quatre modules répartis circulai rement de façon régulière autour de l'axe de l'ensemble; - la figure 3 est une section selon le plan III-III de la fiqure 2; - la figure 4 représente à plus grande échelle l'extrémité inférieure d'un module, en particulierg les moyens de suspension et de guidage dudit module;; - la figure 5 est une vue latérale du détail représenté sur la figure ; - la figure 6 montre l'extrémité supérieure du module générateur de va peur selon l'invention et en particulier des moyens de guidage et de maintien de la partie supérieure dudit module. En se référant aux figures, on voit que chaque module générateur de vapeur 10 est constitué (figure 1) par deux ensembles à "plaque calotte", supérieur 11 et inferieur 12, sensiblement identiques et servant de collecteur au fluide primaire constitué par du sodium liquide. Un faisceau de tubes 15 est soudé aux deux plaques d'extrémité opposées 13 et 14. Le faisceau 15 est entouré d'un manteau 20 présentant deux renflements, supérieur 21 etsinferieur 22, à l'intérieur desquels se trouvent des chambres annulaires.23 et 24 pour respectivement le flux de sodium liquide entrant et sortant. Ces chambres annulaires sont limitées intérieurement par deux viroles 25 et 26 qui entourent le faisceau de tubes et présentent approximativement le même diamètre que la partie intermédiaire 27 du manteau 20 qui est soudé à ses deux extrémités respectivement à la plaque tubulaire 13 et à la plaque tubulaire 14. Le collecteur supérieur 11 se termine par un rétrécissement 17 en forme de goulot pour le passage de la vapeur d'eau vers les turbines de l'installation; de même, le collecteur inférieur 12 se termine par un rétrécissement en forme de goulot 18 pour l'adductiondel'eau froide pressurisée au module générateur de vapeur. Les viroles 25 et 26 comportent des fenêtres 29 et 28 permettant la communication entre les chambres 23 et 24 et l'espace limité par les viroles 25 et 26 dans lequel se trouve le faisceau de tubes 15. En outre, les renflements 21 et 22 du manteau 20 sont munis de raccords 31 et respectivement 32 également en forme de goulot et reliés à une chambre 33 d'alimentation en sodium chaud et respectivement à une chambre 34 collectant le sodium qui a traversé le module générateur de vapeur (voir figure 2). Les chambres 33 et 34 formant réservoir sont communes aux modules des diverses grappes de tubes. L'eau froide (surrefroidie dans le condenseur) entre dans la calotte inférieure 12 par le goulot 18 et traverse la plaque tubulaire 14 en pénétrant dans les tubes du faisceau de tubes 15 qu'elle traverse de bas en haut en passant par les phases successives de préchauffage, ébullition et surchauffe. La vapeur surchauffée arrive par la plaque tubulaire 13 dans la calotte supérieure 11 et, à travers le goulot 17, est envoyée dans les tubulures d'alimentation de la turbine. Le sodium chaud, provenant des échangeurs de chaleur intermédiaires non représentés sur les figures, alimente d'abord la chambre de distribution 33 (voir figure 2) qui est commune à tous les modules de chaque groupe. De la chambre de distribution 33, par le raccord 31, le sodium chaud entre dans la partie basse du renflement 21 pour pénétrer dans la chambre annulaire 23, limitée à 1'extérieur par le renflement 21 et, intérieurement par la virole supérieure 25 qui entoure le faisceau tubulaire dans sa partie supérieure. La fenêtre 29 permet au sodium chaud qui a parcouru l'espace annulaire 23 d'entrer dans le faisceau tubulaire 15. Le sodium parcourt intérieurement, de haut en bas, le faisceau tubulaire dans l'espace externe auxdits tubes, cédant progressivement sa chaleur à l'eau qui parcourt lesdits tubes de bas en haut. Le sodium sort du faisceau de tubes par la fenêtre 28 située dans la virole inférieure 26, parcourt la chambre annulaire 24 et via le raccord 32, arrive à la chambre de collecte ou collecteur 34 commune à l'ensemble des modules générateurs de vapeur (figure 2). L'adoption des générateurs de vapeur constitues par des éléments standards comme ceux du type décrit permet d'obtenir la puissance nécessaire en groupant les différents éléments en parallele. I1 faut noter que, dans le cas où il se produit une réaction sodiumeau, il suffit d'isoler l'élément défaillant pour remettre en fonctionnement l'installation en perdant un minimum-de puissance. Dans la forme de réalisation décrite aux figures 2 et 3, est illustré un groupe générateur de vapeur composé de quatre modules générateurs de vapeur, mais on peut évidemment utiliser un nombre différent de générateur et un autre arrangement pour les générateurs en fonction de la puissance de l'instal-lation. La chambre de distribution de sodium 33 en forme de ballon distributeur qui alimente ces quatre modules de générateurs de vapeur 10 sert aussi de vase d'expansion puisqu'il se trouve au niveau le plus élevé du circuit. Ce distributeur 33 se situe au centre d'un carré dont les angles sont constitués par les quatre modules du générateur de vapeur 10 connectés au distributeur 33 par des raccords 31. Le réservoir collecteur inférieur 34 est relié à l'extrémité inférieure des quatre modules générateurs de vapeur 10 par les raccords 32 de la même façon que le réservoir supérieur 33. Du réservoir collecteur 34 partent, via des conduites non représentees, les tubulures de raccord à la pompe de sodium secondaire et la ligne de raccord avec le réservoir de stockage du sodium (non représenté). Les avantages présentés par la présente invention par rapport aux generateurs modulaires connus sont les suivants: 1") la solution modulaire permet de réduire le coût unitaire, ce qui réduit le coût d'obtention d'un module de réserve; La disponibilité d'un module de réserve permet, en cas d'avarie, la ré paration du module endommagé en usine et la remise en route rapide de l'installation. - 20) le générateur de vapeur niodulaire selon l'invention est une réalisation relativement bon marché. En effet, à part les soudures tubes-plaques point critique pour tout.générateur de vapeur, aucune autre partie de l'installation ne necessite de procédés technologiques particulièrement sophistiques (tubes droits, épaisseur relativement réduite). 3 ) la solution selon l'invention est très compacte. Pour cette raison, il est possible d'occuper avec un seul groupe de modules du type représente figure 2, un espace comparable à celui occupe par le générateur non modulaire. 4 ) la présence dans les réservoirs de distribution et de collecte d'un cer tain volume libre de sodium, permet au cas où il se produirait une reac tion sodium-eau dans l'un des modules, d'amortir l'onde de pression qui peut se développer au cours de cette réaction. Les grappes des modules générateurs de vapeur et les deux réservoirs dstributeur et collecteur de sodium liquide sont solidaires des structures porteuses de édifice. Comme illustré figures 4, 5 et 6, chaque module 10 est muni au niveau de la partie supérieure du renflement inférieur 22 du manteau ?0, de deux consoles opposes 40 faisant saillie au même niveau. A l'extrémité des consoles 40, sont articulées des barres 41 soutenues à leur autre extrémité 42 par le cadre porteur 43 du bâtiment dans lequel se trouve le generateur. D'autres consoles 44, disposées en dessous des consoles 40, permettent de positionner axialement l'extremite inférieure du module 10 par rapport à des butes fixes 45 d'un cadre porteur 46 du batiment dans lequel est logé le cénérateur de vapeur. Dqauires consoles supérieures 47 en saillie vers le haut au-dessus du cadre 46 du bâtiment, servent à maintenir latéralement le générateur de vapeur à i 'aide de patins de frottement non représentés en détail sur les figures. L'extrémité supérieure du module 10 (figure 6) est munie d'une console 50 équipée de patins ce qui permet son libre déplacement vertical selon les directions de la flèche F sous l'effet des dilations thermiques. Les blocs fixes servent au maintien latéral. En ce qui concerne les reservoirs 33 et 34 (voir figure 2), le premier est supporté parla partie supérieure du bâtiment contenant les modules 10 par l'intermédiaire de supports élastiques 51 qui apparaissent schématiquement sur la figure. Le réservoir collecteur de sodium 34 est supporté à la partie inférieure du bâtiment par l'intermédiaire de supports fixes 52 représentés schématiquement sur la figure. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de realisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'honune de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Génerateur de vapeur modulaire, à tubes droits, alimenté par un fluide primaire, tel que bu sodium, pour le chauffage, l'évaporation et la surchauffe d'un fluide secondaire, tel que de l'eau, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir distributeur de sodium liquide (33) placé audessus d'un réservoir collecteur (34) du sodium qui a céde sa chaleur à l'eau, qui est successivement préchauffée, évaporee et surchauffée, eten ce qu'autour desdits réservoirs (33, 34), sont disposés périphériquement au moins deux modules (10) du générateur de vapeur qui sont constitués d'un faisceau de tubes verticaux (15) disposé entre deuxcollecteursinférieur(12)et superieur (11) et qui sont reliés respectivement par des raccords (31, 32) au réservoir distributeur de sodium (33) et au réservoir collecteur de sodium 34. 2.- Module de générateur de vapeur destine à être utilisé dans le générateur de vapeur modulaire selon la revendication 1, du type comportant un faisceau de tubes droits verticaux qui est disposé entre deux plaques tubulaires horizontales délimitant respectivement le collecteur supérieur de vapeur et le collecteur inférieur pour l'alimentation en eau du faisceau de tubes, caractérisé en ce que le faisceau de tubes (15) est entouré d'un manteau (20) cylindrique dans sa partie centrale, qui présente deux renflements cylindriques (21, 22) aux deux extrémités et qui est soudé à ses deux extrémités haute et basse aux deux plaques tubulaires (13, 14) dudit faisceau (15) et en ce que les renflements (21, 22) forment deux chambres annulaires (23, 24) pour la distribution et la collecte du sodium, lesdites chambres annulaires (23, 24) étant limitées chacune d'un côté par la paroi interne du renflement (21, 22) du manteau (20) et de l'autre côté par une virole (25; respectivement 26) entourant le faisceau tubulaire (15) et qui présente un diamètre sensiblement égal à celui de 3a partie centrale du manteau (20) et étant chacune munie d'une fenêtre (29, 28) permettant le passage du sodium de la chambre annulaire correspondante (23, 24) vers le faisceau tubulaire (15) et son retour vers le collecteur (34). 3.- Module de générateur de vapeur selon la revendication 2, caractérise en ce que les renflements (21, 22) du manteau (20) sont munis de raccords (31, 32) enforme de goulots entre les chambres annulaires (23, 24) et les réservoirs (33, 34) respectivement de distribution et de collecte du sodium liquide 4.- Module de générateur de vapeur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte au niveau de la partie supérieure du renflement inférieur (22) du manteau (20), deux consoles (40) permettant de le suspendre de façon articulée à la structure (43) du bâtiment qui l'abrite 5.- Module de générateur de valeur selon la revendication 4, carac térisé en ce que le renflement inférieur (22) du manteau (20) comporte deux autres consoles (44) qui font saillie radialement et qui limitent les déplacements verticaux de l'extrémité inférieure du manteau (20) desdits modules (10) en coopérant avec des moyens de butée fixes (45) presentant une surface de contact horizontale. 6.- Module de générateur de vapeur selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que des moyens de butée radiale convenables (40, 47, 50) sont prévus tant à la partie inferieure qu'à la partie supérieure du module (10), ces moyens autorisant les déplacements du module dans le sens vertical et interdisant les déplacements lateraux. 7.- Générateur de vapeur modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir supérieur (33) distributeur de sodium liquide est supporté à l'aide de supports élastiques(51) par les extrémités supérieures des manteaux (20) des modules (10) des générateurs de vapeur qui l'entourent. 8.- Générateur de vapeur selon l'une des revendications 1 ou 7, caractérise en ce que le réservoir inferieur (34) collecteur du soaium liquide est supporté par l'intermédiaire de supports fixes (52) solidaires du cadre porteur (46) du bâtiment abritant le générateur de vapeur.