Brevet FR2542908A1 — publié le 19840921

La présente invention se rapporte à la conception des structures et des équipements supportant et entourant la partie supérieure des réacteurs nucléaires à refroidissement par eau L'étude des accidents relatifs aux installations nucléaires, requise par la Commission de réglementation nu- cléaire (NRC), comprend les accidents provoquant une perte de fluide de re- froidissement Un tel accident est défini comme étant la rupture par cisail- lement instantané, et sur toute sa circonférence, de la tuyauterie de la boucle de refroidissement primaire, en des points sélectionnés de cette tuyauterie L'équipement de la boucle de refroidissement primaire doit être conçu pour rester opérationnel, au point de vue du refroidissement du coeur, à la suite d'un accident provoquant une perte de fluide de refroidissement. En particulier, en ce qui concerne les-éléments qui contribuent à l'injection de commande de sécurité, au déclenchement des barres/et au maintien de la configuration mécanique du coeur, il n'est pas permis de dépasser les limites de contrain- tes de rupture telles qu'elles ont été définies par la Commission de régle- mentation nucléaire (NRC) et le code de la Société américaine des ingénieurs mécaniciens (ASME) L'un des points de la tuyauterie de la boucle de refroi- dissement primaire à prendre en considération en ce qui concerne l'éventua- lité de pertes de fluide de refroidissement, est le joint soudé entre la tu- bulure de la cuve du réacteur et l'extrémité protégée de la tubulure L'ex- trémité protégée de la tubulure est une bague en acier inoxydable soudée sur la tubulure en acier au carbone dans l'atelier de construction des cuves. Elle a pour but d'éviter de devoir exécuter une soudure bimétallique sur place au moment de l'assemblage de la tuyauterie de fluide de refroidisse- ment primaire aux tubulures de la cuve du réacteur Une perte de fluide de refroidissement, à l'extrémité protégée de la tubulure,fait prévoir une mise sous pression de l'espace compris entre la cuve du réacteur et le blindage primaire, au voisinage de la tubulure dont la rupture est présumée Cette mise sous pression du puits du réacteur orovoque des efforts asymétriques contre la cuve du réacteur et ses systèmes de support Cette situation a pour consé- quence de faire naître, dans les patins d'appui de la cuve du réacteur, des contraintes qui pourraient dépasser les limites des contraintes de rupture. En conséquence, l'objet principal de la présente invention est de fournir une disposition du puits d'un réacteur qui réduise les effets de la mise sous pression et les efforts asymétriques résultants appliqués sur la cuve du réacteur au cours d'une rupture accidentelle. Afin de réaliser cet objet, la présente invention réside en un réac- teur nucléaire comprenant une cuve de réacteur destinée à contenir un fluide chaud sous pression et comportant des tubulures d'entrée et de sortie sur lesquelles sont soudées des tuyauteries d'entrée et de sortie, cette cuve étant placée dans un puits formé par une paroi de blindage entourant la cuve à une certaine distance de celle-ci; dans la région des tubulures et des tuyauteries d'entrée et de sortie, la paroi de blindage comprend des moyens pour éloigner de la cuve vers l'extérieur l'écoulement de fluide provenant d'une rupture des raccords soudés des tubulures, et un moyen pour empêcher l'écoulement de fluide vers la cuve Cette disposition sert à réduire les efforts asymétriques appliqués à la cuve du réacteur et résultant de la mise sous pression asymétrique du puits du réacteur à la suite d'une perte de fluide de refroidissement En conséquence, pendant une rupture de tuyauterie, l'effluent est évacué de la cuve du réacteur par des orifices tournés vers la cuve du réacteur et donnant accès à des passages libres qui s'éloignent de la cuve du réacteur - La présente invention sera bien comprise à la lecture de la descrip- tion suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe horizontale d'une conceptionde puits de réacteur suivant l'art antérieur; la figure 2 est une vue schématique en coupe verticale-d'une con- ception de puits de réacteur suivant l'art antérieur; la figure 3 est une vue schématique en coupe horizontale d'un nou- veau puits de réacteur; la figure 4 est une vue schématique en coupe verticale d'un nou- veau puits de réacteur dans la région d'une tubulure d'entrée; la figure 5 est une vue d'un détail de la fioure 4; la figure 6 est une vue schématique en coupe verticale d'un nou- veau puits de réacteur dans la région d'une tubulure de sortie; et la figure 7 est une vue d'un détail de la figure 6. -5 La disposition d'un puits actuel 4 de-réacteur suivant l'art anté- rieur est représentée aux figures 1 et 2 La cuve 1 du réacteur est entourée d'une paroi latérale en béton constituant le blindage primaire 2, tracée afin d'épouser étroitement la forme de la cuve 1 du réacteur Le blindage primaire 2 est traversé par huit manchons 3 dans lesquels sont montées les tuyauteries 9 et les tubulures de fluide de refroidissement primaire Il n'y a qu'un es- pace libre de 5 cm entre le manchon 3 et l'extérieur de l'isolement 5 de la tuyauterie Le blindage primaire 2 est traversé également par huit orifices 6 d'inspection en service(dont un est représenté), situés chacun au-dessus d'une tubulure afin de livrer un accès d'inspection en service Chacun de ces ori- fices 6 est fermé par un bouchon amovible 7 en bÉtop En cas de perte de pro egee fluide de refroidissement à la soudure 8 d'extrémité/de la tubulure, le man- chon 3, l'orifice 6 d'inspection en service et le puits 4 du réacteur seront mis sous pression en raison de la vapeur et de l'eau à haute énergie s'échap- pant de la tuyauterie cisaillée 9 L'échappement du mélange vapeur-eau s'ef- fectue vers l'extérieur à travers le manchon 3 et dans le puits 4 entre la paroi du blindage 2 et la cuve 1 du réacteur Par la suite, l'à-coup de pres- sion résultant de cette situation transitoire atteint un équilibre dans le puits 4 Dès la première seconde de l'établissement de cette situation tran- sitoire, cependant, il peut se former un pic de pression atteignant 70 kg/cm 2 dans le puits 4 du réacteur, au voisinage de la tubulure contenant la tuyau- terie présumée rompue Ce pic de pression a pour conséquence que des efforts asymétriques pouvant atteindre la valeur de 4 000 tonnes, sont appliqués sur la cuve 1. La nouvelle disposition du puits du réacteur, conçue pour résoudre le problème de la pression dans ce puits, est représentée aux figures 3 à 7. Cette nouvelle disposition du puits du réacteur diffère de la disposition actuelle par les points suivants: 1) un espace annulaire 10 d'insoection en service, de 94 cm de largeur, entoure la cuve du réacteur à la hauteur des tubulures; 2) les huit grands orifices 6 d'inspection en service, situés chacun au-dessus d'une tubulure, sont remplacés par huit orifices 6 de 75 cm i 542908 de diamètre situés entre chaque arouoe de tubulures Aucun bouchon 7 n'est prévu pour couvrir ces orifices 6; 3) le manchon 3 de la tuyauterie de fluide de refroidissement primaire, monté dans le blindage Drimaire, est agrandi et sa forme circulaire est transformée en une forme de section droite oblonoue; 4) une paroi 11 de blindage radial, de 35 cm d'éoaisseur, entoure la cuve 1 du réacteur afin de protéger le oersonnel Pendant l'inspection en service des soudures d'extrémité Drotéaée de la tubulure dans l'esoace annulaire 10 d'inspection; 5) une isolation antiécrasement 5 rem&lace l'isolation normale à l'emplacement des tubulures de la cuve 1 du réacteur et au-dessus de la partie de la tuyauterie 9 de fluide de refroidissement Primaire qui traverse le manchon 3; et 6) des dispositifs de retenue des tuyauteries sous forme d'entretoises 12 limitant leur déplacement, sont placés dans chaoue manchon agrandi 3 de tuyauterie. En cas de perte de fluide de refroidissement à la soudure 8 d'extré- mité protégée de la tubulure, l'extrémité rompue de la tuyauterie 9 de fluide de refroidissement primaire commencera à s'écarter de sa Position normale en ouvrant une section de passage par laquelle s'échappera le mélange vaneur-eau à haute énergie Après s'être déplacée dans l'espace libre prévu dans le dis- positif de retenue de la tuyauterie, l'extrémité de celle-ci sera arrêtée Dar les dispositifs 12 limitant le déplacement, ce qui réduira au minimum la sec- tion de passage ouverte dans la tuyauterie Le mélange vapeur-eau s'échappera alors dans l'espace 10 d'inspection en service, s'écoulera circonférentielle- ment dans cet espace 10, vers le haut par les orifices ouverts 6 d'inspection en service et vers l'extérieur par les manchons aarandis 3 de tuyauterie L'écoule- ment vers la cuve 1 est empêché en raison de l'intervalle très étroit exis- tant entre la paroi 11 de blindage radial de 35 cm d'énaisseur et l'isola- tion antiécrasement 5 de la tubulure. La combinaison de la limitation de la section deru Dture de la tuyau- terie, de l'augmentation de l'écoulement du fluide loin de la cuve et de l'empêchement de l'écoulement du fluide vers la cuve, permet de réduire d'un facteur de 3 à 4 la pression dans le puits 4 du réacteur et de réduire en conséquence d'un facteur 10 les efforts asymétriques sur la cuve 1 du réac- teur. Plusieurs autres caractéristiques de la présente conception sont également à noter 1) Afin de limiter la section de rupture de la tuyauterie et réduire l'écoulement d'effluent vers la cuve 1, une isolation spéciale est nécessaire dans le dispositif de retenue et sur la tubulure de la cuve du ré- acteur On utilise pour cette application un matériau Drésentant une bonne conductibilité thermique et une résistance élevée à l'écrasement 2) En lais- sant les orifices 6 d'inspection en service ouverts pour augmenter l'écoule- ment de l'effluent venant de la rupture de la tuyauterie, on augmente l'effet de canalisation des rayonnements pendant le fonctionnement du réacteur La réduction du diamètre de ces orifices à 75 cm et leur localisation entre les tubulures plutôt que juste au-dessus de celles-ci, servent à réduire de ma- nière appropriée ces effets de canalisation des rayonnements 3) La forme oblongue de la section droite du manchon agrandi 3 de tuyauterie fournit également un trajet supplémentaire de canalisation des rayonnements La loca- lisation de la tuyauterie 9 de fluide de refroidissement primaire vers le fond du manchon 3 fournit un blindage supplémentaire sous la forme de la tuyauterie 9 remplie d'eau, de manière à atténuer cet effet supplémentaire de canalisa- tion. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. R E V E N D I C A T I O N S 1 Réacteur nucléaire comprenant une cuve ( 1) de réacteur destinée à contenir un fluide chaud sous pression, cette cuve comportant des tubulures d'entrée et de sortie sur lesquelles sont soudées des tuyauteries ( 9) d'entrée et de sortie, cette cuve ( 1) étant placée dans un puits ( 4) formé par une pa- roi ( 2 j de blindage entourant la cuve ( 1) à une certaine distance de celle-ci, caractérisé en ce que, dans la région des tubulures et des tuyauteries ( 9) d'entrée et de sortie, la paroi ( 2) de blindage comprend des moyens ( 10, 6) pour éloigner de la cuve ( 1) vers l'extérieur l'écoulement du fluide nrovenant d'une rupture des raccords soudés des tubulures, et un moyen ( 11) pour empê- cher l'écoulement du fluide vers la cuve ( 1). 2 Réacteur nucléaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un manchon ( 3) de tuyauterie, de forme verticalement oblongue en section droite, entoure chacune des tuyauteries ( 9) d'entrée et de sortie dans la paroi ( 2) de blindage, les tuyauteries ( 9) étant disposées au voisinage de la partie inférieure du manchon ( 3). 3 Réacteur nucléaire suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les tuyauteries ( 9) sont maintenues par des dispositifs de retenue en forme d'entretoises ( 12) limitant leur déplacement et localisées à l'inté- rieur du manchon oblique ( 3) de tuyauterie. 4 Réacteur nucléaire suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une isolation du type antiécrasement est disno- sée autour des tuyauteries ( 9) dans les longueurs de tuyauteries ( 9) qui sont à l'intérieur du manchon ( 3). 5 Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, ca- ractérisé en ce que les moyens pour éloigner de la cuve l'écoulement du flui- de, comprennent un large espace annulaire ( 10) entourant la cuve ( 1) à l'in- térieur de la paroi ( 2) de blindage à la hauteur des tuyauteries ( 9) d'entrée et de sortie, des orifices ( 6) ouverts d'inspection se prolongeant à travers la paroi ( 2) de blindage jusqu'à cet espace annulaire ( 10). 6 Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, ca- ractérisé en ce que les moyens pour éloigner de la cuve l'écoulement du flui- de, comprennent un large espace entre la tuyauterie ( 9) et le manchon ( 3) de tuyauterie. 7 Réacteur suivant l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le moyen pour empêcher l'écoulement du fluide vers la cuve ( 1) comprend une paroi ( 11) de blindage dont des parties entourent de nrès la cuve ( 1) et en particulier les tuyauteries ( 9) et les tubulures entre la cuve ( 1) et l'espace annulaire ( 10) afin de limiter l'écoulement du fluide de l'espace annulaire ( 10) au puits ( 4) du réacteur.