Brevet FR2570541A1 — publié le 19860321

Installation Pour séparer des liquides de solides, no- tamment radioactifs. La présente invention se rapporte à des instal- lations de séparation et elle concerne, plus particu- lièrement, des installations destinées à séparer des matières liquides de matières solides, telles que des déchets radioactifs produits, par exemple, en liaison avec le fonctionnement d'une centrale nucléaire. L'évacuation des déchets radioactifs présente des problèmes économiques et écologiques importants. Par exemple, l'évacuation des déchets de résine usée prove- nant d'une seule centrale nucléaire par la technologie de destruction actuelle peut coûter plus d'un million de dollars par an. Selon les règlements fédéraux américains actuels, il faut réduire la teneur en eau libre de dé- chets radioactifs de faible teneur en résine usée à moins d'un demi pour cent en poids, avant d'enfouir les déchets déshydratés pour les stocker, pour réduire le risque de contamination future de la terre ou de l'eau souterraine à l'emplacement d'enfouissement. L'une des techniques principales de préparation de déchets de faible teneur en résine aux fins d'élimi- nation par enfouissement utilise actuellement une tech- nologie de filtration à tambour dans laquelle une pompe extérieure aspire du liquide à partir du fond d'un tam- bour par l'intermédiaire de tuyaux perforés. D'autres technologies de préparation comprennent l'addition d'un agent de solidification à la suspension de résine usée en quantité suffisante pour fixer toute l'eau libre de la suspension de résine, et la déshydratation au moyen d'une centrifugeuse commerciale à cuve, dans laquelle le liquide est disposé à une extrémité de la cuve rotative et la résine déshydratée est déchargée par l'extrémité opposée de la cuve rotative, entraînée par un transpor- teur à hélice. Selon un premier aspect de l'invention, on pré- conise un récipient ou conteneur" d'évacuation destiné à éliminer les déchets radioactifs, ledit conteneur com- prenant des structures de paroi supérieure et de paroi inférieure ou de fond reliées entre elles par une struc- ture de paroi latérale circonférentielle pour délimiter un conteneur fermé. Une structure de séparation est dis- posée dans le conteneur au voisinage de la surface inté- rieure de la structure de paroi latérale, de façon à laisser passer le liquide et à retenir les matières so- lides. Une structure d'orifices d'admission est présente dans la paroi supérieure du conteneur et une structure d'orifices de décharge présente à la périphérie du con- teneur est en communication avec la surface extérieure de la structure de séparation pour recevoir du liquide qui passe à travers la structure de séparation. Un pre- mier ensemble de soupapes actionné parla force centri- fuge présente une position normale de fermeture de la structure d'orifices d'entrée et une position prise sous l'effet de la force centrifuge ouvrant la structure d'orifices d'admission, et un second ensemble de soupa- pes actionné par la force centrifuge présente une posi- tion normale fermant la structure d'orifices de décharge et une position prise sous l'action de la force centri- fuge ouvrant la structure d'orifices de décharge. Le conteneur comprend également une structure d'accouple- ment d'un seul tenant avec la structure de paroi du con- teneur, destinée à réaliser un accouplement amovible avec la structure d'entrainement centrifuge. Selon un autre aspect de l'invention, on préco- nise une installation de séparation destinée à déshydra- ter des déchets radioactifs, comprenant un récipient ou - "conteneur" d'évacuation, une structure d'entraînement devant recevoir le conteneur, et des moyens pour fixer de façon amovible le conteneur à la structure d'entrai- nement. Le conteneur comprend des structures de paroi supérieure et de paroi inférieure ou de fond reliées entre elles par une structure de paroi latérale circon- férentielle pour délimiter un conteneur fermé, et une structure de séparation disposée dans le conteneur au voisinage de la surface intérieure de la structure de paroi latérale permet le passage du liquide et retient les matières solides. Une structure d'orifices d'admis- sion située dans la paroi supérieure du conteneur est normalement fermée par un premier ensemble de soupapes actionné par la force centrifuge de façon à ouvrir la structure d'orifices d'admission et une structure d'ori- fices de décharge, présente à la périphérie du conte- neur, est en communication avec la surface extérieure de la structure de séparation pour recevoir du liquide qui passe à travers la structure de séparation, et elle est normalement fermée par un second ensemble de soupapes actionné par la force centrifuge de façon à ouvrir les orifices de décharge. Le conteneur contient également une structure d'accouplement destinée à réaliser un accouplement amovible avec la structure d'entraînement centrifuge. Une structure de passage d'écoulement, pré- sente dans la structure d'entraînement, est alignée avec les orifices de décharge du conteneur pour recevoir du liquide passant à travers la structure de séparation sous l'influence de la force centrifuge engendrée lors- que le conteneur est entraîné en rotation par la struc- ture d'entraînement pour faire subir au conteneur l'ac- tion de la force centrifuge et ouvrir les ensembles de soupapes. Les déchets radioactifs sont introduits dans le conteneur par les orifices d'admission ouverts aux fins de déshydratation, l'eau étant évacuée par les orifices de décharge, et les déchets sont tassés pendant la déshydratation. Les orifices sont fermés automatique- ment par les soupapes, lorsque le conteneur en forme de tambour n'est pas soumis à l'action de la force centri- fuge, de sorte que l'efficacité du confinement dans le conteneur est accrue et que l'exposition du personnel aux matériaux radioactifs est réduite au minimum. Selon un mode d'exécution particulier, la struc- ture d'entraînement comprend une structure de bottier dans laquelle le conteneur est susceptible d'être intro- duit, cette structure de boitiez comprenant des surfaces de paroi latérale internes destinées à renforcer l'ac- couplement avec la structure de paroi latérale du conte- neur. Les structures de paroi du conteneur sont en matière imperméable, les parois supérieure et inférieure du conteneur étant fixées de façon étanche à la paroi latérale, et le second ensemble de soupa- pes actionné par centrifugation comprend une pluralité d'éléments de soupapes (ou soupapes élémentaires) dispo- sés symétriquement à la périphérie du conteneur. La structure de séparation se trouvant dans le conteneur comprend des structures de tamisage qui s'étendent pra- tiquement sur toute la surface intérieure de la structu- re de paroi latérale et sont écartées vers l'intérieur de la surface de paroi latérale intérieure du conteneur en délimitant entre elles des passages d'écoulement de li- quide en communication avec les soupapes d'orifices de décharge situées à la périphérie du conteneur. Le conte- neur comprend également des moyens de fermeture herméti- que de ses structures d'orifices d'admission et de décharge. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui va suivre d'exemples d'exécution non limitatifs de l'invention, en regard du dessin annexé dont: la figure 1 est une vue en plan de dessus (avec arrachement partiel) de la structure de récipient ou conteneur selon l'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus d'une struc- ture d'entrainement centrifuge pour le conteneur repré- senté sur la figure 1; la figure 4 est une coupe transversale de la structure d'entraînement centrifuge de la figure 3; la figure 5 est une coupe montrant l'installa- tion de séparation en fonctionnement; la figure 6 est une vue latérale montrant le conteneur rempli de déchets de résine usée et fermé her- métiquement en préparation à l'élimination par enfouis- sement; la figure 7 et la figure 8 sont respectivement une vue latérale et une vue de dessus montrant une va- riante de structure de soupape de conteneur, de canal de transfert et de serrage. Le récipient ou "conteneur" d'évacuation 10 re- présenté sur les figures 1 et 2 est constitué par une matière imperméable appropriée (dépendant de la radioac- tivité de la matière résineuse à traiter), telle que de l'acier ou du polyéthylène de haute densité, et il a en- viron 122 cm (4 pieds) de diamètre et environ 152,5 cm (5 pieds) de hauteur. Sa paroi latérale circonféren- tielle 12 s'étend entre une base plane(paroi inférieure) 14 et un couvercle plan (paroi supérieure) 16 auxquels elle se raccorde hermétiquement. Dans ce mode d'exécu- tion, la paroi latérale 12 est inclinée d'un angle d'en- viron 5 degrés. La surface intérieure 18 de la paroi la- térale 12 comporte quatre nervures de centrage séparées qui comportent des rebords 22 qui reçoivent des en- sembles de tamis de fil métallique à section tronconique coulissants 24 qui s'étendent d'un joint à lèvre 26 si- tué dans la base 14 du conteneur 10 au couvercle 16 et délimitent des passages de traversée pour le liquide, tout en empêchant le passage des matières solides. Des canaux d'écoulement 28 s'étendent verticalement entre les surfaces de paroi latérale 18 et les fils métalli- ques à section en coin des ensembles de tamis 24. Des orifices 30 pratiqués dans le couvercle 16 communiquent avec des canaux d'écoulement 28, et ils sont chacun fermés par une structure de soupape 32 de type vanne-porte actionnée par la force centrifuge. Cha- que structure de type vanne-porte comprend une plaque coulissante 34 dans laquelle est formé un canal de transfert 36 et qui peut se déplacer entre une position intérieure dans laquelle l'orifice 30 est fermé et une position extérieure dans laquelle le canal de transfert 36 assure la communication entre l'orifice 30 et l'ori- fice de décharge 38 qui s'étend à travers le pourtour 40 du conteneur 10. Des ressorts 42 rappellent les plaques 34 dans leurs positions intérieures de fermeture des orifices. L'orifice d'admission 50 est placé centralement dans le couvercle 16 et il traverse la boite à soupape 52 dans laquelle sont disposés deux structures de sou- pape de type vanne-porte opposées 54A, 54B, comprenant chacune une plaque coulissante56 rappelée dans une po- sition de fermeture d'orifice par des ressorts 58 et s'ouvrant sous l'action de la force centrifuge. Des cannelures 60 sont alignées avec les nervu- res de centrage 20 de la surface extérieure de la paroi latérale 12 du conteneur. Des anneaux de levage 62 sont fixés au couvercle 16 du conteneur à ces emplacements. Le conteneur 10 est agencé pour être reçu dans un boîtier de centrifugation 70, dont d'autres détails sont indiqués sur les figures 3 et 4. Le boîtier 70 com- prend une paroi latérale intérieure convergente 72 adap- tée à la surface extérieure de la paroi latérale 12 du conteneur et comprenant des cannelures 74 qui reçoivent les cannelures extérieures 60 du conteneur 10. Des pas- sages d'écoulement en forme de canaux 75 s'étendent à travers le boîtier en descendant des orifices 76 (qui comprennent des joints coopérants) à une cuve collectri- ce 78 comportant une structure de rebord annulaire 80 à son extrémité supérieure entourant le bord inférieur du boitier 70, ainsi qu'un passage d'écoulement 82 par le- quel l'effluent évacué est recyclé dans le processus. Des trous 84 formes dans le pourtour 86 du boitier 70 reçoivent des boulons de blocage traversant des trous correspondants 88 formés dans le pourtour du conteneur pour bloquer le conteneur dans le boîtier, comme l'indique la figure 5. Le boîtier 70 est supporté par des ensembles de paliers 90, 92 appropriés, et il est entrainé en rotation par un moteur d'entrainement 94 approprié, relié à l'arbre 96 d'entraînement du boîtier par une courroie de transmission 98. En cours de fonctionnement, on introduit un con- teneur vide 10 dans le boîtier 70 et on le fixe au moyen d'organes de fixation 100. Dans la position assemblée, les orifices de décharge 38 du conteneur 10 sont alignés avec les orifices d'admission 76 des passages d'écoule- ment 75 du boîtier 70. Un tuyau d'admission 102 est fixé par vissage à l'orifice d'admission 50, et il communique par un joint rotatif 104 avec un tuyau d'alimentation fixe 106. L'ensemble du conteneur 10 et du boîtier 70 est entraîné en rotation à la vitesse. appropriée, par exemple à 400 tours/mn, pour soumettre les grains de ré- sine constituant des déchets radioactifs à environ 200g pour les déshydrater, et à 700 tours par minute, pour soumettre la poudre de résine constituant des déchets radioactifs à environ 450 g pour la déshydrater. Lorsque le système est entraîné en rotation, les plaques de soupape 34, 56 sont déplacées sous l'action de la force centrifuge contre la force de rappel des ressorts 42 et 58, les plaques 34 se déplaçant en posi- tionnant les canaux de transfert 36 de façon à assurer la communication entre les orifices 30 et 38 du conte- neur, et les plaques 56 se déplaçant en ouvrant le passage d'admission 50. La matière résineuse 110 à dés- hydrater est introduite par le tuyau d'alimentation 106 dans le conteneur 10 et elle s'écoule radialement vers l'extérieur, sous l'action de la force centrifuge, vers les fils métalliques de tamis 24. Les tamis 24 retien- nent la résine 110 à l'intérieur, tandis que l'eau pé- nètre à travers les tamis dans les canaux d'écoulement 28 et monte le long des surfaces 18 en passant par les orifices de décharge 30, les passages de transfert 36 et les orifices de décharge 38, et descend, par les canaux d'écoulement 75, dans la cuve collectrice 78 en rejoi- gnant le passage d'évacuation 82. L'alimentation en ré- sine 110 se poursuit, jusqu'à ce que le conteneur en forme de tambour 10 soit pratiquement complètement plein de résine qui a été tassée sous l'effet de la force cen- trifuge. La centrifugation est alors terminée, et les soupapes 32, 54 se ferment automatiquement. On débloque alors les boulons de fixation 100 ou organes de blocage appropriés, ce qui permet de retirer le tambour 10 plein du boitier 70, grâce aux anneaux de levage 62 et d'in- troduire un tambour 10 vide. On peut augmenter l'étan- chéité des orifices de tambour 38, 50 au moyen de bou- chons 110, 112, comme on l'a indiqué, lorsqu'on le désire. L'installation de séparation assure une déshy- dratation et un tassement des déchets radioactifs ef- ficaces dans un ensemble de conteneur qui permet une manipulation commode et plus sûre des conteneurs remplis et réduit au minimum l'exposition du personnel à la ra- dioactivité. On peut utiliser d'autres configurations de con- teneurs et d'autres types de soupapes et de fixations. Par exemple, le conteneur peut comporter une paroi laté- rale cylindrique ou présenter une forme tronconique ren- versée, et, dans de tels conteneurs, les orifices de déchargesont dans laparoi inférieure (de fond) ou & côté. On a représenté sur les figures 7 et 8 une variante de structure de conteneur, de soupapes et de canaux de transfert. Dans cet agencement, un élément de soupape de type vanne-porte 120 est monté de façon & pouvoir pivo- ter autour d'un pivot 122 et il est rappelé dans une position fermée par un ressort à lame 124. Une structure de serrage à genouillère 126 appuie le pourtour 40' du conteneur contre le pourtour 86' du boîtier de centrifu- gation. Sous l'action de la force centrifuge, l'élément de soupape 120 rejoint en pivotant la position en poin- tillés, ce qui ouvre le canal ou passage de transfert 36' qui s'étend entre les orifices 30' et 38' et permet au liquide de s'écouler du conteneur 10' au passage d'écoulement 75'. Le passage de transfert 36' est refer- mé automatiquement par la plaque de soupape 120, lorsque la centrifugation est terminée. Il va de soi que l'on peut apporter à la des- cription précédente et au dessin annexé de nombreuses modifications de détail sans, pour cela, sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Récipient ou conteneur" d'évacuation destiné à l'évacuation des déchets radioactifs, caractérisé en ce qu'il comprend une structure de paroi supérieure(16), une structure de paroi inférieure (14) et une structure de paroi latérale circonférentielle (12) reliant les structures de paroi supérieure et de paroi inférieure en délimitant un conteneur fermé, une structure de sépa- ration (24) située dans ledit conteneur au voisinage de la surface intérieure de la structure de paroi latérale devant laisser passer le liquide et retenir les matières solides, une structure d'orifices d'admission (50) dans la structure de paroi supérieure, une structure d'orifi- ces de décharge (30) située à la périphérie du conte- neur, en communication avec la surface extérieure de la structure de séparation pour recevoir le liquide qui passe à travers ladite structure de séparation, une pre- mière structure de soupape (54A, 54B) actionnée par la force centrifuge, présentant une position normale fer- mant la structure d'orifices d'admission et une position prise sous l'action de la force centrifuge ouvrant la structure d'orifices d'admission, une seconde structure de soupape (32) actionnée par la force centrifuge pré- sentant une position normale fermant la structure d'ori- fices de décharge et une position prise sous l'action de la force centrifuge ouvrant ladite structure d'orifices de décharge, et une structure d'accouplement faisant corps avec la structure de paroi (12) du conteneur, de- vant réaliser un accouplement amovible avec la structure d'entraînement centrifuge. 2. Conteneur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que sa structure de paroi (12) a une confi- guration tronconique, et en ce que le haut dudit conte- neur a un plus grand diamètre que le bas de celui-ci. 3. Conteneur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la structure d'accouplement comprend des nervures de cannelure (60) qui s'étendent axialement le long de la surface extérieure de la structure de paroi latérale circonférentielle. 4. Conteneur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'une au moins des structures de soupape actionnées par la force centrifuge présente un mode de passage alternatif entre la position normale et la po- sition prise sous l'action de la force centrifuge. 5. Conteneur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'une au moins des structures de soupape actionnées par la force centrifuge présente un mode de passage angulaire entre la position normale et la posi- tion prise sous l'action de la force centrifuge. 6. Conteneur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la structure de séparation (24) est du type à tamis de fil à section en coin. 7. Conteneur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la structure de séparation s'étend prati- quement sur toute la surface intérieure de la structure de paroi latérale et est séparée vers l'intérieur de la- dite surface intérieure, cel]es-ci délimitant entre elles des passages d'écoulement de liquide en communication avec la structure d'orifices de décharge. 8. Installation de séparation, caractérisée en ce qu'elle comprend un récipient ou "conteneur" d'évacu- ation (10) destiné à évacuer des matières radioactives, qui comprend luimême une structure de paroi supérieure (16), une structure de paroi inférieure (14) et une structure de paroi latérale circonférentielle (12) re- liant entre elles les structures de paroi supérieure et de paroi inférieure en délimitant un conteneur fermé, une structure de séparation (24) disposée dans ledit conteneur au voisinage de la surface intérieure de la structure de paroi latérale devant retenir les matières solides et laisser passer le liquide, une structure d'orifices d'admission (50) située dans ladite structure de paroi supérieure, une structure d'orifices de déchar- ge (30) située à la périphérie du conteneur, en communi- cation avec la surface extérieure de la structure de sé- paration, devant recevoir le liquide qui passe à travers ladite structure de séparation, une première structure de soupape (54A, 54B) actionnée par la force centrifuge présentant une position normale fermant la structure d'orifices d'admission et une position prise sous l'ac- tion de la force centrifuge ouvrant la structure d'ori- fices d'admission, une seconde structure de soupape (32) actionnée par la force centrifuge, présentant une posi- tion normale fermant la structure d'orifices de décharge et une position, prise sous l'action de la force centri- fuge, ouvrant la structure d'orifice de décharge et une structure d'accouplement faisant corps avec la structure de paroi (12) du conteneur destinée à réaliser un accou- plement amovible avec la structure d'entraînement cen- trifuge, et en ce qu'elle comprend une structure d'en- trainement (70) devant recevoir le conteneur, une struc- ture de passage d'écoulement (75) dans la structure d'entraînement devant être alignée avec la structure d'orifices de décharge du conteneur pour recevoir le li- quide passant à travers la structure de séparation sous l'effet de la force centrifuge, ainsi que des moyens(94, 96,98) pour entraîner la structure d'entraînement en rotation, pour soumettre le conteneur à l'action de la force centrifuge de façon à ouvrir les structures de soupape, et des moyens pour fixer de façon amovible le conteneur à la structure d'entraînement. 9. Installation selon la revendication 8, carac- térisée en ce que la structure d'entraînement comprend une structure de boîtier dans laquelle le conteneur est susceptible d'être introduit, ladite structure de boî- tier comprenant des surfaces de paroi latérale inté- rieures devant renforcer l'accouplement avec la structu- re de paroi latérale du conteneur. 10. Installation selon la revendication 9, ca- ractérisée en ce que la structure de séparation s'étend pratiquement sur toute la surface intérieure de la structure de paroi latérale et est écartée vers l'inté- rieur de ladite surface intérieure pour délimiter entre elles des passages d'écoulement de liquide en communica- tion avec la structure d'orifices de décharge. 11. Installation selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que les structures de paroi du conteneur sont en matière imper- méable, en ce que les structures de paroi supérieure et inférieure sont fixées de façon hermétique à la structu- re de paroi latérale, et en ce que la seconde structure de soupape actionnée par la force centrifuge comprend une pluralité d'éléments de soupape disposés symétrique- ment à la périphérie du conteneur. 12. Installation selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour fermer hermétiquement les structures d'orifices d'admission et de décharge du con- teneur.