Brevet FR2538156A1 — publié le 19840622

La présente invention se rapporte dé façon gé- nérale à un circuit de refroidissement d'un réacteur nu- cléaire à neutrons rapides refroidi par un métal liqui- de. De façon plus précise, l'invention s'applique aux circuits secondaires des réacteurs à neutrons rapi- des, ainsi qu'aux circuits primaires de ces réacteurs, lorsque ces circuits primaires sont constitués par des boucles externes à la cuve du réacteur. Dans l'état actuel de la technique, -tous les composants (pompes, échangeurs, générateurs de vapeur, etc) des circuits des réacteurs à neutrons rapides sont reçus de façon fixe sur des supports et les dilata- tions qui interviennent dans les tuyauteries reliant ces composants sont compensées par des lyres de dilatation formées dans ces tuyauteries Toutefois, la présence de ces lyres de dilatation accroit de façon très sensible la longueur des tuyauteries constituant les circuits de métal liquide du réacteur Cette caractéristique n'est pas satisfaisante car elle accroit sensiblement le coût des circuits de métal liquide, qui est un des éléments importants du coût de la chaudière. Afin de rendre plus compacts les circuits des réacteurs à neutrons rapides, on peut s'inspirer des techniques utilisées dans les réacteurs à eau sous pres- sion Dans ces réacteurs, les composants sont supportés de façon mobile, la dilatation des tuyauteries qui les relie à la cuve fixe assurant leur déplacement Compte tenu de la pression qui règne à l'intérieur des circuits des réacteurs à eau sous-pression, les tuyauteries pré- sentent par construction une épaisseur importante, de telle sorte qu'elles supportent très facilement les ef- forts nécessaires au déplacement des composants. Toutefois, cette technique n'est pas directe- ment applicable aux circuits des réacteurs à neutrons rapides, car ces circuits se composent de tuyauteries à parois minces qui ne pourraient pas supporter les ef- forts importants qu'elles auraient alors à exercer sur les composants mobiles De plus, il n'est pas concevable d'augmenter l'épaisseur de ces tuyauteries, en raison des sollicitations thermiques auxquelles elles sont sou- mises et des problèmes de fatigue qui en résultent. La présente invention a précisément pour objet un circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire à- neutrons rapides dont les tuyauteries sont sensiblement plus courtes que les tuyauteries des circuits existants et qui ne présentent pas les inconvénients des solutions connues par ailleurs, lorsque celles-ci sont transférées directement à de tels circuits. A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide comprenant au moins deux composants reliés entre eux par des tuyaute- ries, caractérisé en ce que l'un au moins des composants est fixe et en ce qu'au moins un autre composant est supporté de façon mobile dans un plan horizontal, chaque composant mobile étant relié directement à un composant fixe par une tuyauterie à paroi mince véhiculant le métal liquide, cette tuyauterie étant pourvue d'un com- pensateur de dilatation, et par une enveloppe externe rigide et étanche disposée autour de la tuyauterie cor- respondante, ladite enveloppe étant liée de façon rigide et étanche d'une part au composant fixe et, d'autre part, au composant mobile correspondant. Grâce à ces caractéristiques, la tuyauterie interne à paroi mince sert uniquement à véhiculer le métal liquide et elle n'est soumise à aucun effort autre que ceux imposés par le compensateur Au contraire, l'enveloppe externe de plus forte épaisseur transmet au composant mobile les efforts nécessaires à leur déplace- ment mais n'est soumise qu'à des sollicitations thermi- ques très atténuées Elle sert en outre d'enveloppe de sécurité en cas de fuite de la tuyauterie à paroi mince, notamment au niveau du compensateur de dilatation De ce fait, les fonctions de la tuyauterie et de l'enveloppe sont totalement dissociées, ce qui permet la réalisation de circuits compacts parfaitement fiables, o le compo- sant fixe et le composant mobile sont implantés au plus près l'un de l'autre. De préférence, les composants mobiles sont reliés directement entre eux par des tuyauteries souples permettant de reprendre les efforts de déplacement impo=' ses par les composants. Afin d'éviter une fatigue thermique pouvant résulter d'une transmission trop rapide à l'enveloppe externe d'une variation brusque de la température du mé- tal liquide véhiculé par la tuyauterie, l'espace annu- laire formé entre l'enveloppe étanche et la tuyauterie est, de préférence, rempli de gaz neutre. Pour la même raison, un calorifuge peut être disposé autour de la tuyauterie, à l'intérieur de l'en- veloppe étanche correspondante. Lorsque l'invention est appliquée à un circuit de refroidissement primaire comprenant une cuve conte- nant le coeur du réacteur, au moins un échangeur de cha- leur externe à ladite cuve et au moins une pompe de circulation externe à ladite cuve, la cuve est de préfé- rence fixe, l'échangeur de chaleur et la pompe étant supportés de façon mobile O De façon comparable, dans l'application de l'invention à un circuit de refroidissement secondaire comprenant au moins un échangeur de chaleur, au moins un générateur de vapeur et au moins une pompe de circula- tion, l'échangeur de chaleur est de préférence fixe, alors que le générateur de vapeur et la pompe sont sup- portés de façon mobile. On décrira maintenant, à titre d'exemples non limitatifs, différentes applications de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure i est une vue en coupe schématique montrant le circuit primaire et une boucle du circuit secondaire d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides de type intégré, dans lequel la boucle secondaire est réa- lisée conformément à l'invention, la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle montrant la réalisation des liaisons en- tre les différents composants du circuit secondaire de la figure 1, et les figures 3 a, 3 b et 3 c illustrent de façon très schématique l'application de l'invention à une bou- cle d'un circuit secondaire comprenant un seul échangeur de chaleur, l'application de l'invention à une boucle d'un circuit secondaire comprenant deux échangeurs de chaleur, et l'application de l'invention à une boucle du circuit primaire d'un réacteur du type à boucles, res- pectivement. Sur la figure 1, on a représenté le circuit primaire intégré et une boucle du circuit secondaire d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides de type con- nu, dans lequel la boucle secondaire a été modifiée con- formément à l'invention. Dans ce réacteur de type intégré, l'ensemble du circuit primaire est disposé de façon connue à l'in- térieur d'une cuve 10, dite cuve principale suspendue à une dalle de béton 12 reposant par sa périphérie sur une enceinte de béton 14 A l'intérieur de la cuve 1 l sont disposés le coeur 16 du réacteur O les échangeurs de cha- leur 18 et les pompes de circulation 20 du circuit pri- maire. La cuve 10 est remplie d'un métal liquide 22 tel que du sodium,qui circule sous l Vaction des pompes dans le coeur 16 et dans les échangeurs 18 De façon plus précise, le sodium liquide chaud sortant du coeur 16 à la partie supérieure de celui-ci pénètre dans les échangeurs 18 pourtransmettre une partie de la chaleur qu'il véhicule au métal liquide tel que du sodium circu- lant dans les boucles du circuit secondaire Le sodium primaire relativement froid sortant à la partie infé- rieure des échangeurs 18 est repris par les pompes 20 et réinjecté par des canalisations 24 dans le sommier d'alimentation 26 du coeur 16 du réacteur La séparation entre le sodium chaud sortant du coeur du réacteur et le sodium relativement froid rejeté par les échangeurs 18 est réalisée au moyen d'une cuve interne 28. Les échangeurs 18 et les pompes 20 sont sus- pendus à la dalle 12 qui supporte également, par l'in- termédiaire d'un système de double bouchon tournant (non représenté) l'instrumentation 30 servant à effectuer les manipulations et les mesures nécessaires au niveau du coeur 16. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, chaque boucle du circuit secondaire comprend l'un des échangeurs 18, un générateur de vapeur 32 et une pompe de circulation 34 La tête de l'échangeur 18 située au-dessus de la dalle 12 communique avec l'extré- mité supérieure du générateur de vapeur 32 par une cana- lisation 36, par laquelle le sodium secondaire réchauffé sortant de l'échangeur 18 est acheminé dans le généra- teur de vapeur Après avoir transmis une partie de la chaleur qu'il véhicule à l'eau d'un circuit eau/vapeur, dont une partie est représentée schématiquement en 38 sur la figure 1, le sodium secondaire refroidi sort du générateur de vapeur 32 à l'extrémité inférieure de celui-ci pour être aspiré par la pompe 34 au travers d'une canalisation 40 La pompe 34 est généralement dis- posée approximativement au niveau de l'extrémité supé- rieure du générateur de vapeur 32 Le sodium secondaire aspiré par la pompe 34 est refoulé vers la tête de l'échangeur 18 par une troisième canalisation 42. Conformément à l'invention et afin de diminuer la longueur des canalisations de liaison 36 et 42, les lyres de dilatation qui sont généralement prévues dans ces canalisations selon la technique antérieure sont supprimées De ce fait et comme on le verra ultérieure- ment, il existe une liaison rigide entre le composant fixe, en l'occurrence l'échangeur 18 et chacun des com- posants mobiles que constituent le générateur de vapeur 32 et la pompe 34. A cet effet, on voit de façon schématique sur la figure 1 que le générateur 32 comme la pompe 34 repo- sent sur des planchers de supportage désignés respecti- vement par les références 32 a et 34 a, de façon à pouvoir se déplacer dans un plan horizontal par rapport au plan- cher correspondant, comme l'indiquent schématiquement les flèches 32 b et 34 b - De plus et comme l'illustre la figure 2, il est nécessaire de disposer d'un moyen de liaison rigide entre l'échangeur fixe 18 et chacun des composants mobi- les 32 et 34, afin d'exercer sur ces derniers composants les efforts nécessaires à leur déplacement, à la fois pour tenir compte des variations de températures du so- dium et pour assurer la tenue des circuits en cas de séisme Comme on l'a déjà mentionné précédemment, les tuyauteries assurant la circulation du sodium dans les réacteurs à neutrons rapides sont à paroi mince et leur épaisseur ne peut pas être accrue, compte tenu des sol- licitations thermiques auxquelles elles sont soumises. En conséquence, cette fonction de liaison rigide ne peut pas être remplie par les canalisations 36 et 42. Il est donc nécessaire de disposer, en plus des tuyauteries servant à véhiculer le sodium liquide, des structures de liaison rigides reliant les compo- sants Compte tenu du caractère rigide de ces structures de liaison et des sollicitations thermiques différentes auxquelles sont soumises les tuyauteries et les structu- res de liaison, il est donc nécessaire de prévoir un compensateur de dilatation tel qu'un soufflet 44 sur chacune des tuyauteries 36 et 42. Comme on l'a mentionné précédemment, la pré" sence de soufflets de dilatation 44,dans les tuyauteries impose pratiquement de doubler cellesci d'une enveloppe externe 46. Conformément à l'invention, et en combinaison avec le caractère mobile des composants 32 et 34 et avec la présence du compensateur de dilatation 44 sur les tuyauteries 36 et 42, l'enveloppe externe étanche 46 qui est disposée coaxialement autour de chacune des tuyaute- ries 36 et 42 remplit également la fonction de structure rigide entre l'échangeur fixe 18 et les composants mobi- les 32 et 34 A cet effet, l'enveloppe 46 est relative- ment épaisse et elle est fixée à l'enveloppe de la tête de l'échangeur 18 et à l'enveloppe du générateur de va- peur 32 ou de la pompe 34, respectivement, de façon ri- gide par exemple par des soudures 48, L'enveloppe 46 sert donc d'enveloppe de sécu- rite en cas de défaillance du soufflet d'étanchéité 44 et elle permet de transmettre aux composants mobiles 32 et 34 les efforts nécessaires à leur déplacement par rapport à l'échangeur fixe 18, pour tenir compte des variations de température ou en cas de séisme De préfé- rence, les planchers de supportage 32 a et 34 a sont dis- posés le plus près possible de l'enveloppe 46 servant à transmettre les efforts. Comme l'illustre la figure 2, l'enveloppe 46 est disposée coaxialement autour de la tuyauterie 36 ou 42 respectivement et elle définit avec celle-ci un, espa- ce annulaire 50 dans lequel est reçu de préférence un gaz neutre Cette caractéristique est intéressante pour des raisons de sûreté, en cas de défaillance du soufflet d'étanchéité 44, mais aussi afin d'assurer une certaine isolation thermique entre la tuyauterie et son envelop- pe Grâce à cette isolation, des variations brusques de la température du sodium circulant à l'intérieur de la tuyauterie conduisent à des variations très lentes de la température au niveau de l'enveloppe 46, de telle sorte que celle-ci ne subit pas de fatigue thermique et que sa fiabilité s'en trouve accrue. Afin d'améliorer encore l'isolation thermique entre le sodium liquide circulant dans les tuyauteries 36 ou 42 et l'enveloppe 46 qui les entoure, on peut prévoir de disposer entre ces deux pièces un calorifuge 52 pouvant notamment recouvrir la tuyauterie 36 ou 42 comme l'illustre la figure 2. On retrouve sur la figure 3 a l'illustration schématique de la boucle secondaire qui vient d'être dé-. crite en se référant aux figures 1 et 2 Les tuyauteries 36 et 42 sont constituées conformément à l'invention, tandis que la tuyauterie de liaison 40 est une tuyaute- rie classique souple Comme l'illustrent les figures 3 b et 3 c, l'invention n'est pas limitée à un circuit de ce type et peut s'appliquer à tout autre circuit véhiculant un métal liquide dans un réacteur nucléaire a neutrons rapides, que ce circuit soit actif ou passif. Ainsi, on a représenté sur la figure 3 b un autre type de boucle secondaire dans lequel deux échan- geurs 18 sont disposés dans une même boucle comprenant par ailleurs un seul générateur de vapeur 32 et une seu- le pompe de circulation 34 Dans ce cas, on voit qu'il existe deux tuyauteries 36 reliant chacun des échangeurs 18 au générateur 32 et deux tuyauteries 42 reliant la pompe 34 à chacun des échangeurs Dans ce cas, les deux échangeurs 18 qui sont disposés directement dans la cuve du réacteur sont fixes alors que le générateur de vapeur 32 et la pompe 34 sont mobiles comme dans le mode de réalisation précédent. Comme l'illustre la figure 3 c, l'invention s'applique également à une boucle primaire d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides du type à boucle Dans ce cas, l'échangeur 118 ainsi que la pompe 120 du circuit primaire sont disposés à l'extérieur de la cuve 110 con- tenant le coeur du réacteur Il existe alors une tuyau- terie 154 qui relie la cuve 110 à l'échangeur 118, une tuyauterie 156 qui relie ce dernier à la pompe 120 et une tuyauterie 158 par laquelle le sodium primaire est refoulé dans la cuve 110 afin de passer à nouveau dans le coeur du réacteur Dans ce cas, la cuve 110 constitué un composant fixe et l'échangeur 118 ainsi que la pompe sont supportés de façon mobile comme le générateur de vapeur 32 et la pompe 34 dans le cas de la figure 1. Les tuyauteries 154 et 158 présentent alors les mêmes caractéristiques que les tuyauteries 36 et 42 dans le mode de réalisation de la figure 1. En ce qui concerne les tuyauteries telles que et 156 qui relient entre eux deux composants mobiles du circuit, elles sont réalisées de façon classique et comprennent une partie souple telle qu'une lyre de dila- tation. REVENDICATIONS 1 Circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide, comprenant au moins deux composants ( 18, 32, 34; 110, 118, 120) re- liés entre eux par des tuyauteries ( 36, 40, 42; 154, 156, 158), caractérisé en ce que l'un au moins ( 18; ) des composants est fixe et en ce qu'au moins un autre composant ( 32, 34; 118, 120) est supporté de fa- çon mobile dans un plan horizontal, chaque composant mo- bile étant relié directement à un composant fixe par une tuyauterie à paroi mince ( 36, 42) véhiculant le métal liquide, cette tuyauterie étant pourvue d'un compensa- teur de dilatation ( 44), et par une enveloppe externe ( 46) rigide et étanche disposée autour de la tuyauterie correspondante, ladite enveloppe étant liée de façon ri- gide et étanche d'une part au composant fixe ( 18) et, d'autre part, au composant mobile correspondant ( 32, 34). 2 Circuit selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'enveloppe étanche ( 46) définit autour de la tuyauterie ( 36, 42) correspondante un espace annu- laire ( 50) rempli de gaz neutre. 3 Circuit selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'un calorifuge ( 52) est disposé autour de la tuyauterie ( 36, 42), à l'intérieur de l'enveloppe étanche ( 46) correspondante. 4 Circuit selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins deux des composants sont supportés de façon mobile, ces compo- sants mobiles ( 32,-34; 118, 120) étant reliés directe- ment entre eux par une tuyauterie souple ( 40, 156) véhi- culant le métal liquide. Circuit de refroidissement primaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant l 1 une cuve ( 110) contenant le coeur du réacteur, au moins un échangeur de chaleur ( 118) externe à ladite cuve et au moins une pompe de circulation ( 120) externe à ladite cuve, caractérisé en ce que la cuve est fixe et en ce que l'échangeur de chaleur et la pompe sont supportés de façon mobile. 6 Circuit de refroidissement secondaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 d compre nant au moins un échangeur de chaleur ( 18)0 au moins un générateur de vapeur ( 32) et au moins une pompe de cir= culation ( 34), caractérisé en ce que lóéchaigeur de cha- leur est fixe et en ce que le générateur de vapeur et la pompe sont supportés de façon mobile.