Brevet FR2537691A1 — publié le 19840615

Conduit de liaison entre deux appareils fixes L'invention concerne un conduit de liaison entre deux appareils fixes assurant la circulation d'un fluide à une température éloignée de la température ambiante. Dans le cas de tuyauteries ou conduits assurant la circulation de fluides à haute température entre deux appareils, le tracé et les calculs de résistance de ces conduits de liaison posent souvent des problèmes diffi- ciles en particulier lorsque la température du fluide véhiculé est variable au cours du temps. Pour réduire les contraintes résultant de ces phénomènes thermi- ques et pour absorber au mieux les dilatations, les conduits de liaison sont souvent de forme complexe et comportent de multiples branches, des lyres ou d'autres dispositifs d'absorption de dilatations entrainant une longueur élevée de la conduite et de nombreux coudes Très souvent, malgré ces précautions, les contraintes sont mal réparties dans le conduit. Dans le cas des réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis par du sodium ou un autre métal liquide, les températures du sodium primai- re venant en contact avec les assemblages combustibles ou la température du sodium secondaire échauffé par ce sodium primaire à l'intérieur d'échan- geurs de chaleur intermédiaires peuvent atteindre et même dépasser 540 'C. Le sodium secondaire échauffé dans les échangeurs intermédiaires est transporté à l'intérieur de conduits de grand diamètre jusqu'à des géné- rateurs de vapeur dans lesquels de l'eau alimentaire est vaporisée par la chaleur transportée par le sodium secondaire Des pompes secondaires sont intercalées sur ces conduits de transport du sodium, pour sa mise en circu- lation Le sodium secondaire refroidi est récupéré à la partie inférieure du générateur de vapeur et renvoyé par la pompe secondaire dans un conduit de retour à l'échangeur intermédiaire. Les conduits de liaison entre les échangeurs intermédiaires, les pompes secondaires et les générateurs de vapeur sont soumis à des contrain- tes thermiques importantes et à des dilatations de grande amplitude. On ne connaissait pas jusqu'ici de conduit de liaison entre des appareils tels que les échangeurs intermédiaires, les pompes secondaires et les générateurs de vapeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, desti- né au transport de sodium à haute température, qui permette d'éviter l'appa- rition de contraintes importantes et essentiellement variables d'un point à 253760 1 un autre du conduit, sans lyre de dilatation. Le but de l'invention est donc de proposer un conduit de liaison entre deux appareils fixes assurant la circulation d'un fluide à une tempé- rature éloignée de la température ambiante, qui permette de réduire à leur valeur minimale les contraintes, en particulier d'origine thermique, dans - ce conduit, tout en réduisant ce conduit à sa longueur minimale. Dans ce but, le conduit est constitué par trois tronçons de con- duit rectiligne sensiblement de même longueur, raccordés bout à bout et pla- cés de façon que l'axe de l'un quelconque de ces tronçons soit orthogonal aux axes des deux autres tronçons. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire plu- sieurs modes *de réalisation de conduits de liaison selon l'invention, dans le cas d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par du sodium li- quide. Sur la figure 1, on a représenté de façon schématique la disposi- tion géométrique des axes des trois tronçons constituant un conduit de liai- son suivant l'invention. Sur la figure 2, on a représenté de façon schématique la position géométrique des axes de trois tronçons constituant un conduit de liaison et des axes de tuyauteries de raccordement de ce conduit de liaison à deux ap- pareils. La figure 3 est une vue de dessus d'une partie d'un réacteur nu- cléaire à neutrons rapides et en particulier des conduits de liaison entre des échangeurs intermédiaires et un générateur de vapeur. La figure 4 est une vue en élévation d'un des deux circuits de so- dium représentés sur-la figure 3. Sur la figure 1, on a représenté en pointillés les trois tronçons 1, 2 et 3 constituant un conduit de liaison suivant l'invention Ce conduit de liaison relie un point A 1 d'un premier appareil à un point A 2 d'un se- cond appareil entre lesquels circule un fluide à haute température. On a représenté en traits pleins les axes respectifs Sî, 52, 53 des tronçons 1, 2 et 3. L'axe SI est perpendiculaire à l'axe 52 et ces deux axes définis- sent un plan Pl L'axe 53 est perpendiculaire au plan P 1 Il est donc per- pendiculaire à l'axe 52 et orthogonal à l'axe SI. De la même façon, l'axe Si est perpendiculaire à l'axe 52 et or- thogonal à l'axe 53 alors que l'axe 52 est perpendiculaire à la fois à l'axe Si et à l'axe 53. 253769 g 1 De plus les trois tronçons sont de longueurs sensiblement identi- ques si bien que les segments SI, 52 et 53 sont sensiblement égaux. Sur la figure 2, on voit un conduit de liaison identique au con- duit représenté à la figure 1 Le conduit a été représenté en pointillés et les axes de ces trois tronçons successifs SI, 52 et 53 en traits pleins. Le conduit de liaison est utilisé pour relier le point Bl d'un premier appareil au point B 2 d'un second appareil, avec une certaine orien- tation de chacune des extrémités du conduit assurant -la jonction avec cha- cun des deux appareils respectivement. Cette jonction est assurée par un tronçon de raccordement 4 de très faible longueur et deux autres tronçons 5 et 6 également de très fai- ble longueur, au voisinage de chacun des deux appareils respectivement On a également représenté les axes 54 et 55 et 56 des tronçons 4 et 5 et 6 res- pectivement. Le conduit de liaison, sur sa plus grande longueur, comporte donc les trois tronçons 1, 2 et 3 orthogonaux et sur une très faible longueur de jonction les tronçons de raccordement 4 et 5 et 6 ayant une orientation per- mettant un raccordement suivant l'angle voulu avec chacun des deux appa- reils. Il est à remarquer que les trois tronçons 1, 2 et 3 ramenés à une même origine (par exemple Al) constitueraient par leurs axes SI, 52 et 53 un trièdre trirectangle d'origine Aj. Les expériences et les calculs effectués par la demanderesse ont montré qu'un conduit de liaison tel que représenté sur la figure 1 ou sur la figure 2, entre deux appareils fixes, permettait de résoudre au mieux tous les problèmes liés à la dilatation et aux contraintes, lorsque les deux extrémités du conduit sont reliées à des appareils entre lesquels cir- cule un fluide à haute température. De plus les conditions géométriques définies pour le-conduit de liaison (tronçons orthogonaux et de longueurs sensiblement identiques) per- mettent d'optimiser la conception du conduit, c'est-à-dire de réduire au mi- nimum sa longueur et le nombre de coudes utilisés Il suffit en effet de deux coudes à 900 pour joindre les tronçons 1, 2 et 3 des conduits de liai- son. Les contraintes dans le conduit de liaison sont d'autre part fai- bles et pratiquement constantes le long du tronçon intermédiaire. Il est d'autre part relativement facile de concevoir un programme de calculs et des abaques permettant de déterminer la longueur optimale des tronçons et la disposition et la longueur des tronçons de raccordement éven- tuels tels que les tronçons 3 et 4 et 5 et 6 de la figure 2, en fonction de leur diamètre et de la contrainte admissible. Sur les figures 3 et 4, on voit l'enceinte 10 d'un réacteur nuclé- aire à neutrons rapides comportant une cuve 11 fermée par une dalle 12 com- portant des ouvertures permettant le passage d'éléments intégrés tels que des échangeurs intermédiaires 15 et des pompes primaires 16. On a représenté sur la figure 3, deux échangeurs intermédiaires et leur circuit de sodium les reliant à un générateur de vapeur 18 situé à l'extérieur de la cuve, dans l'enceinte de sécurité 10. La cuve 11 contenant le coeur du réacteur est remplie de sodium primaire qui permet d'échauffer le sodium secondaire dont l'entrée et la sortie dans l'échangeur intermédiaire 15 se font par la partie supérieure de celuici qui est reliée au circuit de sodium secondaire Ce circuit de so- dium secondaire comporte également une pompe secondaire de circulation 20 permettant de renvoyer le sodium refroidi récupéré à la partie inférieure du générateur de vapeur 18, à la partie supérieure de l'échangeur de cha- leur intermédiaire 15 La circulation du sodium secondaire est donc établie suivant la direction des flèches 21 et 22 des figures 3 et 4 respective- ment. Le conduit de liaison 25 entre l'échangeur intermédiaire 15 et la pompe secondaire 20 est réalisé sous la forme d'un conduit de liaison sui- vant l'invention. De même le conduit de liaison 26 entre l'échangeur intermédiaire 15 et la partie supérieure du générateur de vapeur 18 est réalisé sous la forme d'un conduit de liaison suivant l'invention. Le conduit 25 d'un diamètre de l'ordre de 750 mm est constitué par trois tronçons 25 a' 25 b et 25 c reliés par deux coudes à 900 27 a et 27 b, chacun des tronçons étant orthogonal aux deux autres. Les tronçons 25 a et 25 b sont horizontaux et le tronçon 25 C verti- cal A l'extrémité du tronçon 25 ai un très court tronçon de raccordement 28 a constitué par un coude à 90 permet une arrivée verticale dans l'échan- geur de chaleur 15 alors qu'à l'extrémité du tronçon vertical 25 c, un très court tronçon de raccordement 28 b permet une arrivée horizontale du sodium dans la pompe secondaire. Chacun des tronçons 25 a, 25 b et 25 C a une longueur voisine de huit mètres. Le conduit de liaison 26 entre l'échangeur intermédiaire 15 a et la partie supérieure du générateur de vapeur 18 est constitué de trois tron- çons 26 a 3 26 b et 26 c, les tronçons 26 a et 26 b reliés par un coude à 90 29 a étant horizontaux et le tronçon 26 C relié au tronçon 26 b par un coude à 90 29 b étant vertical. Le tronçon 26 a se raccorde directement à l'échangeur de chaleur alors que le tronçon 26 C se raccorde à la partie supérieure du généra- teur de vapeur 18 par un très court tronçon 30 comportant deux coudes à 90 pour assurer une arrivée horizontale et latérale dans le générateur de va- peur. Chacun des tronçons 26 a' 26 b et 26 C d'un diamètre voisin de 750 mm a une longueur voisine de douze mètres. Lorsque le réacteur nucléaire est en fonctionnement, du sodium à une température comprise entre 340 et 525 "C circule dans les conduits de liaison 25 et 26 Les expériences de la demanderesse ont démontré que, mal- gré ces conditions très difficiles d'utilisation des conduits 25 et 26, le niveau de contraintes dues à la dilatation thermique reste faible D'autre part, les contraintes sont pratiquement constantes le long de l'ensemble des conduits. La longueur de ces conduits de liaison est également réduite de 10 % par rapport aux solutions utilisées précédemment o l'on devait prévoir des lyres de dilatation et de multiples renvois sur le circuit de sodium se- condaire D'autre part, le nombre de coudes est réduit d'un tiers par rap- port aux conceptions antérieures. Il en résulte une économie importante tant en ce qui concerne le coût des études de conception du circuit secondaire qu'en ce qui concerne sa réalisation. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits; elle en comporte toutes les variantes. C'est ainsi que la forme des conduits de raccordement décrits n'est pas limitative et qu'on peut envisager d'autres formes pour ces tron- çons suivant les appareils reliés par le conduit suivant l'invention Cepen- dant ces tronçons de raccordement ont toujours une longueur très faible par rapport à la longueur des trois tronçons principaux orthogonaux constituant le conduit de liaison. Les conduits de liaison suivant l'invention peuvent être utilisés pour constituer des circuits de fluides à haute température dans des réac- teurs d'un type différent des réacteurs à neutrons rapides. Ces conduits de liaison peuvent également être utilisés dans des 253 ?ê* t applications différentes de circuits de fluides à haute température des réacteurs nucléaires On peut envisager leur application dans l'industrie pétrolière, la pétrochimie ou l'industrie du gaz. On peut également imaginer l'utilisation de ces conduits pour la circulation de fluides à très basse température, tels que des gaz liquéfiés. De façon générale, le conduit de liaison suivant l'invention peut être utilisé dans toute application mettant en oeuvre des fluides à haute température ou encore dans le domaine de la cryogénie. 253769 i REVENDICATIONS 1. Conduit de liaison entre deux appareils fixes -assurant la cir- culation d'un fluide à une température éloignée de la température ambian- te, caractérisé par le fait qu'il est constitué par trois tronçons de conduit rectiligne ( 1, 2, 3) sensiblement de même longueur, raccordés bout à bout et placés de façon que-l'axe de l'un quelconque de ces tronçons, soit ortho- gonal aux axes des deux autres tronçons. 2. Conduit de liaison suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, à l'une au moins de ses ex- trémités, au moins un tronçon de raccordement ( 4, 5-6) de très faible lon- gueur par rapport à la longueur des tronçons principaux ( 1, 2, 3) décalé an- gulairement par rapport aux tronçons d'extrémité (l ou 2) auxquels il est relié. 3 Application d'un conduit de liaison suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 à la réalisation du circuit de circulation du so- dium secondaire d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides.