Brevet FR2539573A1 — publié le 19840720

BAGUE DE LIAISON ET PROCEDE DE FIXATION DE CANNES CHAUFFANTES SUR UNE ENCEINTE SOUS PRESSION AU MOYEN DE CES BAGUES L'invention concerne en premier lieu une bague de liaison, sous la forme de deux tubes cylindriques coaxiaux, reliés entre eux par une jupe sensiblement radiale. Elle concerne également en second lieu une canne chauffante comportant des élements chauffants blindés, enroulés sur un mandrin typiquement en cuivre et protégés par une enveloppe métallique telle que de l'acier inoxydable, comportant une telle bague de liaison, un procédé de fixation de ladite canne chauffante sur une enceinte sous pression et enfin, une enceinte sous pression (notamment un pressuriseur) munie de telles cannes chauffantes. L'invention trouve son application dans l'installation des cannes chauffantes pour pressuriseur de réacteur nucléaire ou dans le montage de toute forme de réchauffeurs au moyen de résistances electriques quand ces réchauffeurs doivent fonctionner sous des pressions importantes. En effet, pour le réglage de la pression par exemple dans le circuit primaire des réacteurs nucléaires à eau pressurisée, on munit le pressuriseur -vaste réservoir de plusieurs dizaines de m3- d'un ensemble de cannes chauffantes, d'une puissance totale de l'ordre du megawatt (MW). Selon l'art antérieur, et l'on citera pour exemple les deux brevets US 4,255,840 et 47319,961, ces canncs chauffantes sont fixes au pressuriseur au moyen d'une bague de liaison qui est soudée par l'intermédiaire d'un manchon, au pressuriseur, ou attachée à celui-ci au moyen d'un système vis-écrou. Cette bague de liaison est soudée à la canne chauffante sur tout son pourtour. Le soudage de la bague de liaison à la canne chauffante, selon l'art antérieur, présente de nombreux inconvénients, notamment à ce qu'à l'interface entre ces deux éléments, il y a une accumulation de résidus corrosifs et une répartition des contraintes imprévisible qui peut conduire à la naissance de fissures qui vont se propager dans la soudure et rendre l'élément impropre pour l'usage auquel il est destiné. L'invention vise à pallier les susdits inconvénients en proposant une nouvelle bague de liaison et un nouveau procédé de fixation des cannes chauffantes. La description qui va suivre en regard des dessins an nexés permettra de mieux comprendre comment l'invention s'exécute et se poursuit. La figure 1 représente d'une façon simplifiée et schématique, un circuit primaire pour réacteur nucléaire à eau pressurisee. La figure 2 représente le montage d'une canne chauffante au travers de la paroi d'un pressuriseur. La figure 3a représente une bague de liaison et sa fixation à une canne chauffante, selon l'art antérieur. La figure 3b représente une bague de liaison, selon la présente invention. Un réacteur nucléaire à eau pressurisée se compose d'un circuit primaire dans lequel circule de l'eau pressurisée, ce qui assure un meilleur échange de chaleur entre la source de chaleur (le réacteur proprement dit) et le véhicule (ici, l'eau), et un circuit secondaire, dans lequel circule de la vapeur, ce qui permet de mieux transformer lténergie calorifique en énergie cinétique (turbines à vapeur) ou électrique (turbo-alternateurs). Un circuit primaire tel que representé schématiquement à :a figure 1, comprend un réacteur 1 qui se compose d'une cuve 2 dans laquelle plongent des éléments de combustible nucléaire, des barres de contrôle 3 qui permettent de ralentir la réaction nu cléaire pouvant être disposées plus ou moins bas entre les barres de combustible, une pompe 4 qui permet de faire circuler l'eau dans le circuit, un générateur de vapeur 5, interface entre les circuits primaire et secondaire et le pressuriseur 6, qui permet de con trôler et régler la pression dans le circuit afin d'éviter toute ébullition, préjudiciable à un bon échange de chaleur. Le pressuriseur 6 est un vaste réservoir de plusieurs dizaines de m3, dans lequel s'établit un équilibre entre l'eau et la vapeur d'eau saturante , et qui est muni en sa partie inférieure d'un ensemble de cannes chauffantes 7 permettant d'assurer une puissance totale de l'ordre du MW. Ces cannes chauffantes peuvent être par exemple d'un modèle standard, telles que celles conçues et commercialisées par la Demanderesse, sous la forme d'un mandrin typiquement en cuivre, autour duquel sont enroulés des éléments chauffants blindés, l'ensemble étant protégé par une enveloppe métallique telle que de l'acier inoxydable. Ces cannes chauffantes permettent de dissiper chacune une puissance de l'ordre de 20 à 30 kW.Elles doivent être montées au travers de la paroi du pressuriseur ; étant donné la pression de l'eau dans le circuit primaire, le montage de ces cannes nécessite des précautions importantes, alors qu'en outre la présence d'éléments radioactifs rend impossible, ou tout au moins extrêmement délicat, la révision et l'en- tretien de-ces pièces. Selon l'art antérieur, le montage dans la paroi de l'en- ceinte dlun pressuriseur s'effectue en plaçant un manchon 10, tel que référencé à la figure-2, dans une ouverture pratiquée dans la susdite paroi 11, et en introduisant une canne chauffante 12, munie d'une bague de liaison 13 dans le manchon 10, puis en soudant la bague de liaison 9 à la partie inférieure du manchon 10, sa partie supérieure ayant été soudée au pressuriseur. La figure 3a est une vue agrandie de la bague de liaison selon llart antérieur. D'une façon générale, elle se compose dé deux tubes cylindriques coaxiaux 13 et 14, reliés entre eux par leurs extrémités inférieure et supérieure par une jupe de rattrapage 15. Une telle bague de liaison peut alors être soudée à l'enveloppe métallique extérieure d'une canne chauffante si le diamètre interne du tube cylindrique intérieur 14 est juste égal ou à peine supérieur (tolérance mécanique) au diamètre externe de ladite enveloppe 16 ; le joint de soudure est effectué généralement à l'extré- mité libre du tube 14. Cette disposition de la bague de liaison et le procédé de soudage utilisé présentent un certain nombre d'inconvénients - la forme de la bague de liaison impose une plage de contact entre l'enveloppe de la canne chauffante et le tube inférieur, et donc une arête "singulière" de contact - entre le manchon et la canne chauffante, 1 'eau sous pression du circuit primaire peut pénétrer et il y a accumulation de résidus corrosifs jusqu'à cette arête de contact - cette arete peut être alors le siège de corrosion qui peut entamer ladite bague de liaison - la répartition des contraintes est difficile à évaluer étant donné qu'une partie de la soudure est en contrainte de tension et l'autre partié en contrainte de compression - du fait de la forme des pièces soudées, il peut y avoir des concentrations locales de contraintes, d'où la naissance de fissures qui peuvent ensuite se propager dans le métal soudé. Du fait de ces inconvénients, qui introduisent un facteur de risque faible mais rédhibitoire, dans une industrie de type nucléaire, de tels soudure et procédé de soudage ne peuvent être que difficilement acceptés (qualifiés) par les organismes de sureté. En effet, dans ce type d'industrie, toutes les opérations de fabrication et de contrôle font l'objet de procédures de qualification extrêmement rigoureuses, et de spécifications détaillées de conformité dont la bonne exécution est suivie avec rigueur. Ainsi en vue d'éviter un tel risque, la Demanderesse a recherché une nouvelle forme de la bague de liaison, dont les éléments constitutifs sont inséparables de la fonction qu'elle remplit, et mis au point un nouveau procédé de fixation des cannes chauffantes sur le pressuriseur. La figure 3b représente la bague de liaison selon la présente invention. Elle se compose de deux tubes cylindriques coaxiaux 17 et 18, reliés entre eux par une jupe de rattrapage 19, d'une extrémité du tube cylindrique extérieur 18 à une zone intermédiaire du tube cylindrique intérieur 17 ; en outre, cette bague de liaison est réalisée en un seul bloc qui peut être, de par sa forme, usiné, ou moulé, ou fritté. Selon une réalisation de l'invention, une telle bague de liaison peut être avantageusement en acier inoxydable. Alors, si le diamètre du tube cylindrique intérieur est le même que celui d'une enveloppe d'une canne chauffante, il est alors possible de retirer une fraction de ladite enveloppe et de la remplacer par le tube cylindrique intérieur de la bague de liaison en le soudant en ses deux extrémités. La soudure et le procédé peuvent alors être qualifiés par les susdits organismes compétents, lorsqu'utilisés en vue de maintenir la pression dans le circuit primaire d'un réacteur nucléaire, ou bénéficier des mêmes qualités, si utilisés dans une toute autre application. En effet, les essais classiques de qualification (par exemple des essais de traction), impossibles avec les bagues de liaison selon l'art antérieur, s'avèrent alors parfaitement réalisables. En outre, l'élimination de l'arête "singulière", siège priviligié de la-corrosion et d'une concentration des contraintes, supprime les risques y afférents. Le procédé de fixation d'une canne chauffante munie d'une telle bague de liaison, sur une enceinte quelconque et par exemple sur un pressuriseur pour circuit primaire de réacteur nucléaire, découle alors de la forme de ladite bague et comporte les étapes suivantes : - formation d'une ouverture dans l'enceinte - introduction d'un manchon de même diamètre que l'ouverture, et fixation à l'enceinte, par exemple par une opération de soudage - introduction de la canne chauffante dans le manchon jusqu'à ce que le tube extérieur de la bague de liaison arrive au contact du manchon - liaison du tube extérieur au manchon, par une opération de soudage. Cette dernière liaison a une disposition différente de celle de l'art antérieur et elle peut être réalisée d'une façon homologable et reproductible, car équivalente à la liaison entre deux tubes de même diamètre (le manchon et le tube extérieur). Il est bien évident, pour l'homme de l'art, que de'nom- breuses variantes peuvent être imaginées, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention tel que défini par les revendications ci-après annexées. Ainsi, cette nouvelle liaison peut être adaptée à d'autres formes de cannes chauffantes, par exemple pour celles contenant à l'intérieur d'une enveloppe métallique un isolant pulvérulent, en interposant un second tube à l'intérieur de l'enveloppe, de manière à empêcher toute perte de matière lors de l'enlèvement d'une section d'enveloppe et de son remplacement par une bague de liaison selon l'invention. La description donnée dans le cadre d'un pressuriseur s'applique intégralement au cas d'un réchauffeur de gaz ou de liquide sous pression par exemple dans un réservoir de sodium liquide. REVENDICATIONS 1. Bague de liaison réalisée en un seul eloc métallique, sous la forme de deux tubes cylindriques coaxiauxj reliés entre eux par une jupe sensiblement radiale, caractérisée en ce que ladite jupe relie une extrémité du tube cylindrique extérieur à une zone intermédiaire du tube cylindrique intérieur. 2. Canne chauffante comportant des éléments chauffants blindés enroulés sur un mandrin typiquement en cuivre et protégés par une enveloppe métallique telle que de l'acier inoxydable, caractérisée en ce qu'une fraction de l'enveloppe est retirée, et remplacée par le tube cylindrique intérieur d'une bague de liaison selon la revendication 1 , de même diamètre que celui de ladite enveloppe et qui est soudé à celle-ci en ses deux extrémités. 3. Procédé de fixation d'une canne chauffante, selon la revendication 2, sur un pressuriseur de réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) former une ouverture dans l'enceinte dudit pressuriseur b) introduire un manchon dans cette ouverture et le fixer en son extrémité supérieure à la paroi du pressuriseur c) introduire ladite canne chauffante dans le manchon, jusqu'à ce que le tube extérieur de la bague de liaison arrive au contact du manchon d) souder ledit tube extérieur au manchon. 4. Pressuriseur pour réacteur nucléaire du type à eau sous pression, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de canne(s) chauffante(s), selon la revendication 2, destinée(s) à contrôler la pression dans le circuit primaire dudit réacteur.