Brevet FR2582231A1 — publié le 19861128

1. Filtre pour liquides contenant des substances radioactives L'invention concerne un dispositif de filtrage de liquides radioactifs chargés de substances solides et qui comporte un boîtier chargé par une pression et muni d'un couvercle et d'une admission pour la boue et compor- te un espace de collecte prévu dans le fond du boîtier et une évacuation pour le filtrat, le bottier comportant une cartouche filtrante. Lors du retraitement de combustibles nucléaires irradiés, il apparaît des solutions de combustible qui sont troubles et contiennent quelques millièmes du poids du combustible sous la forme de particules insolubles en suspension. En ce qui concerne les substances solides qui doivent être séparées de la solution de combustible,. savoir des résidusde dissolution, il s'agit de particules de zircone et de boue insoluble possédant une composition variable. Pour la poursuite du traitement il est néces- saire de retirer ces parties de substances solides avant de passer à l'extraction. Ceci est réalisé soit par centrifugation, soit par filtration. Il est connu d'utiliser pour la filtration, ce qu'on appelle des filtres à sac comportant des milieux filtrants en matière plastique. Ces filtres à sac ne présentent cependant aucune action de retenue dans la - gamme des dimensions de l'ordre du micron et inférieure au micron et présentent seulement une faible surface filtrante par unité de volume, ce qui ne permet pas une utilisation économique. En outre,la stabilité mé- canique du filtre à sac n'est pas suffisante dans tous les cas. Une autre proposition de dispositifs de fil- trage pour le but d'utilisation indiqué concerne des filtres en forme de bougies en acier traité, pouvant être lavés à contre-courant. De même ces filtres en for- me de bougiesexercent une action insuffisante de retenue des substances solides dans la gamme des tailles inférieu- res au micron. En outre,un inconvénient des filtres en forme-de bougie doit être vu dans le fait qu'ils ne pos- sèdent qu'une durée de vie utile limitée,étant donné que les pores obstrués du filtre ne peuvent être nettoyés que partiellement par lavage à contre-courant. D'après DE-OS-31 36 905 on connaît un filtre- presse permettant la séparation de résidus formés à par- tir de l'obtention de cendres humides de déchets conte- nant du Pu, et qui comporte un bottier équipé d' un cou- vercle et une admission pour la solution. La séparation des substances solides et du filtrat s'effectue dans le bottier. Il est prévu un pot filtrant, dans lequel un panier tamisant est monté de façon étanche. Entre la pla- que de base en forme de tamis du panier tamisant et le fond du pot filtrant, il existe un espace de collecte pour le filtrat qui peut être évacué de manière étanche, par l'intermédiaire d'une tubulure d'évacuation du fil- trat, à travers le fond du boîtier, au moyen de la charge de pression appliquée à l'espace intérieur du bottier ou moyennant l'établissement d'une dépression dans la tubu- lure d'évacuation du filtrat. Ce filtre représente un filtre horizontal à un disque et possède un faible débit. Les dispositifs de filtrage décrits de l'état de latechnique posent des problèmes dans le cas du rem- placement d'une cartouche filtrante chargée étant donné que les substances solides radioactives concentrées peuvent conduire à un accroissement de la radioactivité. Etant donné que le remplacement d'une cartouche filtrante doit être réalisé par l'intermédiaire d'un appareil té- lécommandé au moyen de la technique de télémanipulation, le risque d'un entraînement des substances radioactives est particulièrement important. A l'aide des dispositifs de filtrage conformes à l'état de la technique, on obtient des substances solides extraites par filtrage, qui, pour leur traitement ulté- rieur, nécessitent la mise en oeuvre de phases opératoi- res et de dispositifs supplémentaires complexes. L'invention a pour but de réaliser un dispositif de filtrage du type décrit plus haut de manière qu'il convienne bien pour son utilisation dans des installations nucléaires, puisse être aisément remplacé par télémanipu- lation, réduise l'entraînement de particules radioacti- ves et permette un débit important, tout en retenant très bien les particules les plus fines de substances solides. Ce problème est résolu conformément à l'inven- tion grâce au fait que la cartouche filtrante est consti- tuée par une pluralité de plateaux horizontaux de filtre qui sont empilés les uns sur les autres et portent cha- cun un milieu filtrant en couche épaisse agissant jusque dans la gamme des dimensions inférieures au micron, que l'admission de la boue s'effectue en position centrale dans la pile des plateaux de filtre par l'intermédiaire d'un canal vertical central, quirelie entre eux les espa- ces intercalaires situés au dessus des couches respecti- ves du milieu filtrant, entre les plateaux de filtre, que ces plateaux sont étanchéifiés les uns par rapport aux autres sur leur pourtour extérieur et comportent des ou- vertures radiales d'évacuatioin dirigées vers l'extérieur, pour le filtrat, que le canal central est fermé de façon étanche par une plaque à son extrémité inférieure et que le filtrat peut être retiré, de façon connue en soi, par l'intermédiaire d'une canalisation de filtrat dans la base de l'enceinte. Le liquide radioactif chargé de substances so- lides arrive dans le bottier de filtre par le haut par l'intermédiaire de l'admission située dans le couvercle du bottier et se répartit, à partir du centre, par l'in- termédiaire du canal central, dans les espaces interca- laires situés entre les plateaux du filtre. Sur le mi- lieu filtrant des plateaux du filtre il se forme, sous l'effet d'une retenue des substances solides, un gâteau de filtre mince et grâce au choix du milieu filtrant on obtient une filtration en profondeur supplémentaire. Le filtrat traverse le milieu filtrant et est évacué radia- lement vers l'extérieur. Le filtrat se rassemble dans la partie inférieure du bottier du filtre et est envoyé à son lieu de destination par l'intermédiaire d'une canali- sation d'évacuaticndu filtrat. Si, après une durée de fonctionnement assez longue, le chargement de la cartou- che filtrante est signalé par un accroissement de la pression amont, la pile des plateaux de filtre doit être remplacée par une nouvelle cartouche filtrante. A cet effet,on ouvre de façon télécommandée le couvercle du boîtier du filtre et l'on retire du bottier du filtre la cartouche filtrante à l'aide d'un engin de levage. Les déchets radioactifs sont retenus de façon sûre dans la pile du filtre et peuvent être conditionnés dans des ré- cipients appropriés et être ensuite envoyés à un empla- cement de stockage définitif. On introduit, en sens in- verse, une nouvelle cartouche filtrante dans le bottier du filtre et on ferme à nouveau le dispositif de filtrage de sorte qu'il est prêt à fonctionner. Selon une variante avantageuse de l'invention, les plateaux de filtre empilés sont soudés entre eux de manière à former une unité. Le soudage est réalisé sur le pourtour extérieur et ferme de façon étanche la pile de plateaux du filtre, vers l'extérieur,à l'exception des ouvertures radiales d'évacuation pour le filtrat purifié. Ceci garantit que les substances solides rete- nues restent insérées de façon sure dans la pile du filtre. Le soudage confère à la pile du filtre une sta- bilité mécanique accrue qui s'avère avantageuse notamment dans le cas de la télémanipulation. Selon une autre réalisation de l'invention, la cartouche filtrante est constituée par plusieurs unités superposées formées de plateaux de filtre. Les différents plateaux de filtre ou plusieurs unités superposées for- mées de plateaux de filtre sont fixés entre deux plaques de serrage, au moyen d'un boulon de serrage disposé en position centrée. On obtient ainsi une cartouche filtran- te aisée à manipuler. La plaque de serrage inférieure peut servir avantageusement à fermer de façon étanche le canal central. Si la plaque de serrage inférieure est réunie de façon détachable au boulon de serrage, il est possible de réutiliser le support de filtre constitué par des plaques de serrage et des boulons de serrage. Selon une autre forme de réalisation, la plaque de serrage supérieure est munie d'un anneau de manipula- tion, ce qui simplifie la télémanipulation de la cartou- che filtrante. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, la plaque de serrage supérieure est suspen- due, de façon lâche, par son bord sur une partie sail- lante annulaire périphérique moyennant l'interposition d'une garniture d'étanchéité dans le bottier de filtre et est chargée par un ressort de pression prenant appui sur le couvercle et comporte au moins un perçage au voi- sinage du canal central traversant verticalement la car- touche filtrante. La cartouche filtrante suspendue de façon lâche peut être alors retirée de façon simple du boîtier du filtre au moyen de l'anneau de manipulation de la plaque de serrage supérieure. Grâce à l'organe saillant annulaire et à la surface annulaire de la pla- que de serrage supérieure, qui est en appui sur cette partie saillante, l'espace supérieur d'amenée du bottier est séparé de façon étanche du reste de l'espace du bol- tier. Selon une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, le couvercle du bottier est muni d'un logement, servant à loger selon une liaison par formes complémentaires, une tête de verrouillage d'une broche filetée de compression qui est guidée dans un étrier de serrage monté de façon à pouvoir tourenr latéralement sur le bottier et que l'étrier de serrage comporte des organes de serrage destinés à s'engager au-dessous d'une bride du bottier. Cette forme de réalisation permet, par télé- manipulation, un verrouillage et un déverrouillage simples et sûrs du couvercle sur le boîtier du filtre. Afin d'éviter des pertes de matériauxdissous dans le gâteau de filtre, comme par exemple de l'uranium ou du plutonium, on peut laver la cartouche filtrante à l'aide de solvants appropriés. Le liquide résiduel si- tué dans la cartouche filtrante peut être évacué par refoulement au moyen d'un gaz à travers une canalisation d'amenée correspondante, avant que le couvercle du boî- tier du filtre soit ouvert et que la cartouche filtran- te en soit retirée. Grâce à l'invention on obtient une cartouche filtrante compacte qui est traversée de l'intérieur vers l'extérieur par le liquide devant être filtré et re- tient en elle les substances solides. La radioactivité n'est pas accrue. Il n'y a aucune manipulation séparée de boues concentrées de substances solides. L'invention crée un dispositif de filtrage possédant une stabilité mécanique accrue et qui se carac- térise par une longue durée de vie utile. Le débit éle- vé moyennant simultanément un filtrage fin doit être considéré comme un avantage supplémentaire essentiel du dispositif conforme à l'invention. L'invention permet de résoudre globalement les différents problèmes techniques d'un dispositif de fil- trage pour le but d'utilisation indiqué, et ce dans une unité de construction. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prises en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'une cartouche filtrante utilisée dansun bottier de fil- tre et constituée par une multiplicité de plateaux de filtre superposés; la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle d'une partie d'une pile de plateaux de filtre superposés, dont l'admission s'effectue en position cen- trale et dont l'évacuation se situe au niveau du pourtour extérieur; et la figure 3 représente une forme de réalisation modifiée d'un dispositif comportant une cartouche fil- trante constituée par trois unités formées de plateaux de filtre. Sur la figure 1, on a représenté un boîtier de filtre 6 qui est fermé par un couvercle 7 au moyen de vis 8 montées sur des brides. Le couvercle 7 possède un anneau de manipulation 9 et est relié par l'intermédiai- re d'une admission 11 à une canalisation d'arrivée 12 pour la solution de combustible chargée de substances solides. La canalisation d'arrivée 12 comporte un mano- mètre 13 et est reliée à une conduite de dérivation 14 2582Z31 qui est raccordée à une source de gaz comprimé non re- présentée ici. Dans le bottier 6 se trouve disposée une cartou- che filtrante 15 qui est suspendue librement par l'in- termédiaire d'une plaque de serrage supérieure 16 dans le boîtier de filtre 6 et qui est en appui sur une par- tie saillante annulaire périphérique 17. A l'extrémité inférieure de la cartouche filtrante 15 se trouve dis- posée une plaque de serrage fermée 18 qui est reliée ri- gidement à un boulon de serrage 19. Les plateaux de la pile 15 du filtre sont retenues ensemble par l'intermé- diaire de ce boulon de serrage 19, entre les deux plaques de serrage 16 et 18. La plaque de serrage supérieure 16 comporte un anneau de manipulation 22 chargé par un ressort de pres- sion 21 et est munie de perçages 23 disposés concentri- quement par rapport au boulon de serrage 19 et reliés à un canal vertical d'amenée 24, qui est disposé en posi- tion centrée dans la pile 15 du filtre. Un espace de collecte.25 pour le filtrat est présent au-dessous de la plaque de serrage 18. Le fil- trat parvient à son lieu de destination en empruntant une canalisation 26 de sortie du filtrat. Sur la figure 2 on a représenté des plateaux de filtre 31 superposés de la cartouche filtrante 15, qui portent le milieu filtrant 32. Le milieu filtrant 32 est serré par blocage sur le pourtour extérieur et au voisinage de la canalisation d'amenée verticale 24. Entre cette canalisation d'amenée et le pourtour exté- rieur se trouvent disposés, au-dessous de chaque mi- lieu filtrant 32, un certain nombre de canaux d'éva- cuation 33 qui sont formés par unisage dans les plateaux de filtre 31. Ces canaux d'évacuation 33 débouchent dans des ouvertures radiales d'évacuation 34 disposées dans la surface périphérique extérieure de la cartouche fil- trante 15. Chaque plateau de filtre 31 situé au-dessus d'un milieu filtrant comporte des canaux d'amenée 35 réalisés par usinage sur la face inférieure 32 du plateau et qui sont reliés, au niveau de leur extrémité tournée vers le centre, au canal d'amenée 24. Le plateau de filtre supérieur 31 comporte deux bagues d'étanchéité concentriques 37 qui étanchéifient la cartouche filtrante 15 par rapport à la plaque de ser- rage supérieur 16. Le mode de fonctionnement du dispositif décrit précédemment est le suivant: la boue chargée de substances solides arrive au boitier de filtre 6, au-dessus de la plaque de serrage supérieure 16, traverse les perçages 23 ménagés dans cette plaque de serrage et parvient dans le canal cen- tral vertical d'amenée 24. A partir de là,la solution de combustible se répartit, à partir du centre, sur le milieu filtrant 32 des plateaux de filtre 31. Par suite d'une retenue des substances solides, il se forme sur ce milieu filtrant 32 un gâteau de filtre mince, tandis que le filtrat pénètre, après avoir traversé le milieu filtrant 32, dans les canaux d'évacuation 33 et est évacué radialement vers l'extérieur. Le filtrat se col- lecte dans l'espace de collecte inférieur 26 du bottier de filtre 6 et est évacué jusqu'à son lieu de destina- tion par l'intermédiaire de la canalisation 26 d'évacua- tion du filtrat. Le milieu filtrant 32 est constitué par un tis- su formé de fibres de verre. Si la pression d'arrivée augmente au niveau du manomètre 13 de la canalisation d'amenée 12 ceci indique une charge de la cartouche filtrante 15. Lorsqu'une pression limite prédéterminée est atteinte dans la cana- lisation d'amenée 12, l'admission est fermée et le liqui- de résiduel situé dans la cartouche filtrante 15 est refoulé par la canalisation de dérivation 14, par suite de l'envoi d'un gaz. Après ce processus de lavage ou de séchage, on ouvre par télémanipulation le couvercle 7 du bottier de filtre 6 et on retire complètement du bottier de fil- tre 6 la cartouche filtrante 15, suspendue librement, à l'aide d'un engin de levage saisissant l'anneau de mani- pulation 22. Les particules, constituées par de l'acier très résistant à la corrosion, du gâteau de filtre ainsi que les plaques de serrage 16 et 18 et le boulon de ser- rage 19 peuvent être retirés de façon télécommandée, dans un poste de travail séparé, et peuvent être montées dans une nouvelle pile formant filtre pour former une nouvelle cartouche filtrante 15. Après insertion d'une nouvelle cartouche filtran- te 15 dans le bottier de filtre 6, on ferme le couvercle 7, et le filtre est à nouveau prêt à fonctionner. Le dispositif de filtrage de la figure 3 compor- te un bottier 41 qui est fermé par un couvercle 43 pou- vant être verrouillé. Le verrouillage est réalisé par l'intermédiaire d'un mécanisme de verrouillage 45 monté de façon centrée au-dessus du couvercle 43 et qui possè - de un logement 46 en forme de T, dans lequel s'engage une tête de verrouillage 47 d'une broche filetée de com- pression 48 d'un étrier de serrage 49 monté de façon à pouvoir basculer sur le bottier 41. L'étrier de serrage 49 comporte deux organes saillants de serrage 51 et 53 qui, à l'état verrouillé, s'engagent au-dessous de la bride 55 située sur le boîtier de filtre 41. A la par- tie supérieure de-l'étrier de serrage 49 se trouve dis- posé un guide 59 qui a pour objet de guider le tournevis à frapper servant à actionner la broche filetée de com- pression 48. Le boîtier de filtre 41 comporte, latéralement, une griffe fixe 60 servant à son montage dans une structure et, dans sa partie supérieure, une tubulure d'admission 61 pour la boue devant être filtrée. Dans le bottier de filtre 41 il est prévu une partie sail- lante annulaire périphérique 63, sur laquelle le bord d'une plaque de serrage supérieure 65 prend appui moyen- nant l'interposition d'une bague d'étanchéité périphé- rique 67. La plaque de serrage 65 est reliée rigidement à un anneau de manipulation 69 et est repoussée vers le bas, par l'intermédiaire d'une tête de compression 71 chargée par un ressort, contre la partie saillante annulaire 63. L'anneau de manipulation 69 constitue l'extrémité d'un boulon de serrage 73 qui comporte, à son extrémité inférieure, un taraudage 75 dans lequel est vissé un boulon fileté 77 d'une plaque de serrage infé- rieure 79. Trois unités 81,83,85 constituées par des piles de plateaux de filtre sont montées fixes en étant comprimées entre les deux plaques de serrage 65 et 79, les différentes unités enserrant entre elles des bagues d'étanchéité respectives 87. Le boulon de serrage 73 traverse un canal cen- tral vertical d' admission 89 qui s'étend verticalement à travers la cartouche filtrante 91. La plaque de serrage supérieure 65 comporte, au voisinage du canal d'admis- sion 89, des perçages 93 qui relient l'espace d'admis- sion 95 au canal d'admission 89. La cartouche filtrante 91 est entourée, sur la majeure partie de sa longueur, par un boîtier 97 en forme de grille muni d'ouvertures, qui représente une protection mécanique supplémentaire. Un espace de collecte 99 pour le filtrat est prévu au-dessous de la cartouche filtrante 91. La ca- nalisation 101 d'évacuation du filtrat est disposée dans le fond du boîtier de filtre 41. Le mode de remplacement de la cartouche fil- trante 91 de la figure 3 est le suivant: Lorsque la pression d'arrivée augmente, on ferme l'admission. En introduisant un tournevis à frap- per, on fait tourner selon un mouvement ascendant la broche filetée de compression 48 en la saisissant au ni- veau de son contour de manoeuvre à six pans. La ten- sion de serrage du couvercle 43 est supprimée. On fait basculer l'étrier de serrage 49 sur le côté, ce qui a pour effet de supprimer l'engrènement des parties sail- lantes de serrage 51 et 53 avec la bride 55 et de dégager la tête de verrouillage 47, réalisant une liaison par formes complémentaires, de la broche filetée de compres- sion 48, hors de la gorge en T du mécanisme de verrouil- lage 45 situé sur le couvercle 43. Le couvercle 43 est libre et peut être retiré du bottier de filtre 41 en étant saisi par un engin de levage. De ce fait la cartou- che filtrante 91 se trouve libérée et est prête à être saisie. L'engin de levage s'accroche à l'anneau de ma- * nipulation 69, retire la cartouche filtrante 91 et pla- ce cette dernière dans un dispositif de conditionnement. L'insertion d'une nouvelle cartouche filtrante 91 s'ef- fectue en sens inverse. Le couvercle 43 du boîtier est posé par télé- manipulation sur le bottier de filtre 41. On fait bas- culer l'étrier de serrage 149 par-dessus le couvercle 43, de sorte que le tête de verrouillage 47, réalisant une liaison par formes complémentaires, de la broche filetée de la compression 48 s'engage dans la rainure en forme de T du mécanisme de verrouillage 45 et que les parties saillantes de serrage 51 et 53 s'engagent au-dessus de la bride 145 du bottier 41. Au moyen d'un tournevis à frapper, on serre la broche filetée de com- pression 48, selon un mouvement descendant de sorte que le couvercle 43 du boîtier est serré fermement. REVENDICATIONS 1. Dispositif-pour filtrer des liquides radio- actifs chargés de substances solides et qui comporte un boîtier chargé par une pression et muni d'un couvercle et d'une admission pour la boue et comporte un espace de collecte prévu dans le fond du bottier et une évacua- tion pour le filtrat, le bottier comportant une cartouche filtrante, caractérisé par le fait que la cartouche filtrante (15) est constituée par une pluralité de plateaux horizontaux de filtre (31) qui sont empilés les uns sur les autres et portent chacun un milieu filtrant en couche épaisse (32) agissant jusque dans la gamme des dimensions infé- rieures au micron, que l'admission de la boue s'effectue en position centrale dans la pile des plateaux de filtre (31) par l'intermédiaire d'un canal vertical central (24), qui relie entre eux les espaces intercalaires situés au dessus des couches respectives du milieu filtrant, entre les plateaux de filtre (31), que ces plateaux sont étan- chéifiés les uns par rapport aux autres sur leur pourtour extérieur et comportent des ouvertures radiales d'éva- cuation (34) dirigées vers l'extérieur, pour le filtrat, que le canal central (24) est fermé de façon étanche par une plaque à son extrémité inférieure et que le filtrat peut être retiré, de façon connue en soi, par l'intermé- diaire d'une canalisation de filtrat (26,101) dans la ba- se de l'enceinte (6). 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les plateaux de filtre empilés (31) sont soudés entre eux sous la forme d'une unité. 5. 3. Dispositif suivant la revendication 2, ca- ractérisé par le fait que la cartouche filtrante (15) est constituée par plusieurs unités superposées (81,83,- ) qui sont formées de plateaux de filtre et sont étan- chéifiées les unes par rapport aux autres. 4. Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé par le fait que la cartouche fil- trante (15) est disposée entre deux plaques de serrage (16,18) reliées entre elles par l'intermédiaire de bou- lons de serrage (19). 5. Dispositif suivant la revendication 4, ca- ractérisé par le fait que la plaque de serrage (16) est munie d'un anneau de manipulation (22). 6. Dispositif suivant la revendication 4, ca- ractérisé par le fait que la plaque de serrage supérieu- re (16) est suspendue, de façon lâche, par son bord sur une partie saillante annulaire périphérique (17) moyen- nant l'interposition d'une garniture d'étanchéité (67) dans le bottier de filtre (6) et est chargée par un res- sort de pression (21) prenant appui sur le couvercle (7) et comporte au moins un perçage (23,93) au voisina- ge du canal central (24) traversant verticalement la cartouche filtrante (15). 7. Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé par le fait que le couvercle (43) du bottier (41) est muni d'un logement (46), servant à loger selon une liaison par formes complémentaires une tête de verrouil- lage (47) d'une broche filetée de compression(47) qui est guidée dans un étrier de serrage (49) monté de façon à pouvoirpivoter latéralement sur le bottier (41) et que l'étrier de serrage (49) comporte des organes de ser- rage (51 à 53) destinés à s'engager au-dessous d'une bride (55) du bo1tier.