Brevet FR2570290A1 — publié le 19860321

1. L'invention concerne un dispositif de sépara- tion d'eau et de vapeur pour le séchage d'une vapeur humide et, en particulier, un dispositif sécheur disposé sur la sortie de la vapeur dans la partie supérieure d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Dans les centrales nucléaires comportant un réacteur à eau sous pression, la vapeur produite dans les générateurs de vapeur présente un taux d'humidité relativement faible mais cependant excessif pour que cette vapeur puisse être utilisée dans les turbines, sans séchage intermédiaire. Les générateurs de vapeur des réacteurs nu- cléaires à eau sous pression comportent donc, dans leur partie supérieure sur le trajet de sortie de la vapeur, des dispositifs de séchage qui sont de deux types et disposés successivement sur le trajet de la vapeur. Toute d'abord, la vapeur pénètre dans des séparateurs centrifuges o elle est entraînée en rotation dans une hélice, les gouttelettes d'eau contenues dans la vapeur se séparant de celle-ci par effet centrifuge avant d'être piégées sur une paroi cylindrique qui assure le retour de l'eau par gravité dans la zone d'alimentation du géné- rateur de vapeur. A la sortie des séparateurs centrifuges, la va- - peur subit un second séchage, appelé séchage fin, dans des séparateurs à chicanes qui produisent des modifica- tions successives brusques de la direction d'écoulement de la vapeur. Les séparateurs à chicanes connus, d'un très bon rendement, comportent des gouttières de direc- tion verticale associées aux chicanes pour la récupé- ration de l'eau séparée de la vapeur. Ces gouttières ont des sections droites dans des plans horizontaux de forme creuse, dont la concavité est dirigée vers le flux incident de la vapeur, si bien que les gouttelettes d'eau séparées de la vapeur sur les parois des chicanes 2. sont arrêtées par les gouttières, collectées et diri- gées par gravité vers la partie inférieure des sépa- rateurs, puis vers la zone d'alimentation du générateur de vapeur, par l'intermédiaire de conduits de drainage. Bien que ces gouttières augmentent de façon sensible l'efficacité des sécheurs à chicanes, elles présentent néanmoins des inconvénients qui en rendent l'utilisation plus difficile. Toute d'abord, ces gouttières interposées sur le trajet de la vapeur,augmentent la perte de charge dans le sécheur. D'autre part, elles créent une zone o la vapeur est en surpression, juste en amont du film liquide constitué par les gouttelettes collectées dans les gouttières. Dans cette zone en surpression, le courant de vapeur et les gouttelettes d'eau ont d'autre part une vitesse pratiquement nulle, si bien qu'on se trouve en présence de particules d'eau en équilibre avec une va- peur en surpression. Ces conditions particulières ne favorisent pas l'élimination de l'eau par écoulement gravitaire. En outre, le courant de vapeur est ascendant pendant toute la traversée des sécheurs qui sont dispo- sés successivement les uns au-dessus des autres. Ce courant ascendant entraîne les gouttelettes d'eau vers le haut, dans les zones situées en amont des gouttières, à contrecourant du film de liquide, ce qui freine son écoulement gravitaire. On a proposé de réaliser les sécheurs à chicanes sous la'forme d'ensembles constitués par un panneau vertical perforé avec lequel entre en contact le flux de vapeur incident qui débouche, après traversée du panneau perforé, dans une zone renfermant les chicanes et les gouttières de récupération de l'eau. Le panneau per- foré constituant la paroi d'entrée du sécheur créé une perte de charge sur l'écoulement de la vapeur et infléchit 3. ce courant de vapeur vers le bas. On utilise, par exemple, comme panneau perforé d'entrée de la vapeur, une tôle comportant des perçages ayant une dimension et une répartition choisies pour modifier sensiblement l'écou- lement de la vapeur sans augmenter trop la perte de char- ge. De tels dispositifs déflecteurs restent cependant d'une efficacité très limitée. On a également proposé d'utiliser des panneaux constitués par un cadre dans lequel on a placé des séries de bandes parallèles inclinées vers le bas dans le sens d'écoulement de la vapeur du type persienne. De tels panneaux peuvent avoir une grande efficacité en ce qui concerne la délfection du flux de vapeur, mais leur réa- lisation est délicate, lorsqu'ils sont destinés à venir en contact avec une vapeur à très haute température cir- culant à très grande vitesse. Quel que soit le procédé de fabrication de ces panneaux, on ne peut garantir une très -bonne résistance et une longue durée de vie. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de séparation d'eau et de vapeur pour le sé- chage d'une vapeur humide dont le courant d'arrivée au dispositif de séparation est ascendant, comprenant au moins un ensemble interposé sur le parcours de la vapeur constitué par des éléments de séchage et un panneau ver- tical perforé dont une face, ou face d'entrée, reçoit la vapeur humide qui débouche, après traversée du panneau perforé, dans une zone renfermant les éléments de séchage, comprenant des chicanes de déviation du flux de vapeur et des gouttières de récupération de l'eau séparée de la vapeur disposées verticalement et de façon que la section droite horizontale présente une partie creuse dirigée vers le flux incident de vapeur, disposizif qui soit d'une grande efficacité, simple de réalisation et d'une très grande résistance mécanique. 4. Dans ce but, le panneau vertical perforé est constitué par une grille en métal déployé dont les cel- lules permettant le passage de la vapeur sont limitées par des lamelles inclinées vers le bas dans le sens de traversée de la vapeur pour la déflection de cette va- peur, de façon que son parcours soit sensiblement hori- zontal ou légèrement incliné vers le bas au moment o elle entre en contact avec les éléments de séchage. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire; à titre d'exemple non limitatif, un dispositif de séparation d'eau et de vapeur suivant l'invention, utilisé pour le séchage de la vapeur humide produite par un générateur de vapeur d'un réacteur nuclé- aire à eau sous pression. La Fig. 1 est une vue en coupe par un plan ver- tical de la partie supérieure renfermant les dispositifs sécheurs, d'un générateur de vapeur d'un réacteur nuclé- aire à eau sous pression; - la Fig. 2 est une vue en coupe par un plan vertical d'un ensemble de séchage d'un sécheur à chicane du générateur de vapeur représenté à la Fig. 1; - la Fig. 3 est une vue de face d'une partie de grille en métal déployée constituant la paroi d'entrée de l'ensemble de séchage représenté à la Fig. 2; - la Fig. 3A est une vue en coupe suivant A-A de la Fig. 3; - la Fig. 4 est une vue en coupe par un plan horizontal, d'une partie de la zone renfermant les élé- ments de séchage de l'ensemble représenté à la Fig. 2; - - la Fig. 5 est une vue-analogue à la Fig. 4, d'une variante de réalisation de la zone renfermant les éléments de séchage. Sur la Fig. 1, on voit la partie supérieure d'un générateur de vapeur dont l'enveloppe externe 1 a un diamètre supérieur au diamètre de la partie infé- 5. rieure du générateur de vapeur renfermant le faisceau dont on voit la partie supérieure 2 sur la Fig. 1. Le faisceau 2 est constitué par un ensemble de tubes à l'intérieur desquels circule l'eau sous pres- sion venant de la cuve du réacteur nucléaire pour l'é- chauffement de l'eau d'alimentation du générateur de vapeur puis sa vaporisation, la vapeur produite péné- trant dans la partie supérieure 1 du générateur de va- peur suivant un parcours pratiquement vertical symbolisé par les flèches 3. L'enveloppe 1 de la partie supérieure du géné- rateur de vapeur renferme les séparateurs centrifuges tels que 4 et deux étages de sécheurs à chicanes Sa b, placés les uns au-dessus des autres. La vapeur sor- tant du faisceau pénètre tout d'abord dans les séparateurs centrifuges o son parcours devient hélicoïdal, une par- tie des gouttelettes d'eau transportées par la vapeur se déposant alors sur la paroi intérieure cylindrique des séparateurs centrifuges qui assure le retour de cette eau dans la zone 6 d'alimentation en eau du générateur de vapeur au niveau de laquelle est placé le tore d'alimen- tation 7 du générateur de vapeur assurant le retour de l'eau condensée à la sortie des turbines. Au-dessus des séparateurs centrifuges 4 sont disposés deux étages de séparateurs à chicane 5a et 5b constitué chacun par quatre ensembles de séchage 8 dis- posés suivant les faces verticales d'un parallélépipède dont la disposition est centrale, à l'intérieur de l'en- veloppe 1 de la partie supérieure des générateurs de vapeur. La vapeur partiellement séchée venant des sépa- rateurs centrifuges 4 arrive en contact avec la face d'entrée des éléments de séchage 8 en un courant ascen- dant de direction 9, traverse ces éléments de séchage 8 et sort du générateur de vapeur par la tubulure 10 tra- 6. versant l'enveloppe 1 à sa partie supérieure. Sur la Fig. 2, on voit une section verticale, dans la direction de traversée de la vapeur, d'un élé- ment de séchage 8, à plus grande échelle que sur la Fig. 1. Cet élément 8 a une forme générale parallèlé- pipèdique et comporte une paroi d'entrée perforée 11, une zone de séchage 12 et une zone de récupération de l'eau 13. Comme il est visible sur les Figs. 3 et 3a, le panneau 11 est constitué par une grille en métal déployé dont les cellules 14 sont en forme de losange et sont limitées par des lamelles 15 inclinées vers le bas dans le sens traversée de la vapeur. Une telle grille en métal déployé est un pro- duit connu en lui-même et peut être obtenue par décou- page d'une tôle suivi d'un étirage au cours duquel les bandes de séparation des cellules découpées prennent une inclinaison identique par rapport au plan de la tôle, pour constituer des lamelles régulièrement réparties dans les plans de section droite de la tôle suivant les directions principales des cellules du réseau, comme il est visible sur la Fig. 3a. La grille en métal déployée présente donc une structure à lamelles inclinées 15 comparables à la struc- ture d'un panneau à lamelles inclinées du type persien- ne. Une telle structure produit une déflection d'un courant de fluide passant au travers de ces cellules 14, comme il est visible sur la Fig. 3a, pour le flux incident de vapeur 9 dont la direction de déplacement 16 après traversée de la grille 11 est pratiquement horizontale. La grille est évidemment disposée de façon que les la- melles 15 soient inclinées vers le bas dans le sens de traversée du flux de vapeur. 7. L'amplitude de la déflection provoquée par la grill 11 dépend de plusieurs paramètres et, en parti- culier, de la largeur 1 des bandes de métal comprises entre deux découpes de la tôle, appelées lanières, et de la dimension de la maille 14, aussi bien dans la di- rection longitudinale correspondant à la longueur des découpes de la tôle, que dans la direction transversale correspondant à la direction d'étirage de cette tôle pour constituer la grille. En jouant sur ces divers paramètres, on peut déterminer une déflection suffisante du flux incident de vapeur pour rendre son parcours horizontal (direction 16) ou même légèrement incliné vers le bas (direction 17) dans la zone 12 de séchage disposée au-delà de la grille 11. Cependant, la perte de charge du dispositif aug- mente lorsqu'on modifie les paramètres de la grille pour augmenter la déflection. Il faudra donc choisir des caractéristiques de structure de la grille permettant d'obtenir un flux de vapeur se déplaçant dans une direction proche de l'hori- zontale dans la zone 12, tout en limitant la perte de charge à une valeur acceptable. Sur la Fig. 4, on voit une partie de la section horizontale de la zone 12 dans laquelle sont disposées des chicanes 20 constituées par des tôles verticales pliées ou raccordées en constituant des angles dièdres successifs disposés dans un sens ou dans l'autre, voi- sins de 90 . Les chicanes 20 sont disposées les unes à la suite des autres parallèlement dans la direction longitudinale de l'ensemble de séchage, c'est-à-dire dans la direction horizontale parallèle au panneau 11 constituant la face d'entrée de cet ensemble de séchage. Les chicanes 20 sont disposées de façon à s'interposer sur le parcours de la vapeur 16 à l'intérieur de la zone 8. de séchage 12, suivant une direction pratiquement horizon- tale. Au niveau de chacun des angles dièdres à 90 des chicanes, est fixée une gouttière verticale 21, al- ternativement d'un côté et de l'autre de la chicane 20. Les sections droites des gouttières 21 sont en forme de rectangles, creuses et ouvertes vers le flux incident de la vapeur 16. Les gouttières 21 permettent d'arrêter les gouttelettes d'eau déposées par la vapeur sur les parois des chicanes et de faire parvenir l'eau ainsi collectée à la partie inférieure de l'ensemble de séchage, dans la zone de récupération 13. Les gouttières 21 sont également responsables de la constitution de zones 23 o la vapeur est en surpression, immédiatement en amont de l'eau 24 collectée par la gouttière 21. Dans cette zone 23, les gouttelettes de liquide et la vapeur ont une composante de vitesse nulle dans le plan hori- zontal. Ceci n'a cependant pas d'effet défavorable sur l'écoulement gravitaire du film de liquide 24, puisque le flux de vapeur de direction 16 est, soit horizontal, soit légèrement incliné vers le bas, grâce à la déflec- tion de la tôle en métal déployée 11. On voit donc qu'un des avantages du dispositif suivant l'invention est de permettre une utilisation d'éléments de séchage comportant des chicanes et des gouttières verticales, dans de très bonnes conditions d'efficacité. Ces avantages sont obtenus grâce à un élé- ment de déflection d'une très grande facilité de réalisa- tion et d'une très bonne résistance, puisqu'il est obtenu à partir d'une tôle par une opération de poinçonnage suivie d'un étirage, sans nécessiterde soudage. Cet élé- ment monobloc présente donc une bien meilleure résis- tance et une bien meilleure fiabilité qu'un élément as- semblé tel qu'un panneau du type persienne à ailettes rapportées. 9. Sur la Fig. 5, on voit une variante de réali- sation de la zone de séchage, les chicanes et les gout- tières étant réalisées à partir des mêmes éléments 26 en forme de portions de cylindres à axes verticaux fixés sur des plaques planes verticales 25. Le flux incident de vapeur 16 est dévié par les éléments 26 successifs dont les sections en demi-cercles sont ouvertes vers le flux incident de vapeur. Les éléments 26 constituent également des gouttières de récupération du film d'eau 27 constitué à partir des gouttelettes déposées sur leur surface in- terne. De la même façon que précédemment, l'écoulement gravitaire du film 27 n'est que très peu gêné ou même facilité par le flux de vapeur 16 dont la direction de déplacement est horizontale ou légèrement inclinée vers le bas. L'invention ne se limite pas au mode de réalisa- tion qui vient d'être décrit. C'est ainsi qu'on peut ima- giner un dispositif de séparation comportant un panneau d'entrée en métal déployé et des dispositifs de séchage *' (chicanes et gouttières) d'un type différent de ceux qui ont été décrits, les chicanes et les gouttières étant constituées soit par des éléments différents, soit par les mêmes éléments. On peut imaginer l'utilisation d'une grille en métal déployé ayant des cellules d'une forme différente de la forme en losange qui a été décrite. Les dimensions de la grille seront définies en fonction de la déflection souhaitable du flux de vapeur et de la perte de charge acceptable dans les conditions d'utilisation du dispositif. Enfin, le dispositif suivant l'invention s'ap- plique non seulement aux générateurs de vapeur des réac- teurs nucléaires à eau sous pression, mais également à d'autres types de générateurs de vapeur, même à des ins- tallations différentes de générateurs de vapeur dans les- 10. quelles on obtient une vapeur humide dont le courant de sortie est ascendant. 11. REVENDICATIONS 1. Dispositif de séparation d'eau et de vapeur pour le séchage d'une vapeur humide dont le courant d'ar- rivée au dispositif de séparation est ascendant, compre- nant au moins un ensemble (8) interposé sur le parcours de la vapeur constitué par des éléments de séchage (20, 21, 26) et un panneau vertical perforé (11) dont une face, ou face d'entrée, reçoit la vapeur humide qui débouche, après traversée du panneau perforé (11) dans une zone (12),renfermant les éléments de séchage compre- nant des chicanes (20, 26) de déviation du flux de vapeur et des gouttières (21, 26) de récupération de l'eau sépa- rée de la vapeur disposées verticalement et de façon que leur section droite horizontale présente une partie creuse dirigée vers le flux incident de vapeur (16), carac- térisé par le fait que le panneau vertical perforé (11) est constitué par une grille en métal déployé dont les cellules (14) permettant le passage de la-vapeur sont li- mitées par des lamelles (15) inclinées vers le bas dans le sens de traversée de la vapeur pour la déflection de cette vapeur, de façon que son parcours soit sensible- ment horizontal ou légèrement incliné vers le bas au moment o elle entre en contact avec les éléments de sé- chage (20, 21, 26). 2. Dispositif de séparation d'eau et de vapeur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la grille en métal déployé (11) comporte des cellules (14) en forme de losanges dont les grandes diagonales sont horizontales. 3. Dispositif de séparation d'eau et de vapeur suivant l'une quelconque des revendication 1 ou 2, carac- térisé par le fait qu'il est disposé sur le trajet de sortie de la vapeur humide,dans la partie supérieure (1) d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression.