Brevet FR2582850A1 — publié le 19861205

L'invention concerne un dispositif modulaire d'ultrafiltration du liquide de refroidissement à haute température et à haute pression d'un réacteur nucléaire. Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent un circuit primaire dans lequel circule l'eau sous pression de refroidissement des assemblages combustibles du coeur du réacteur. Le circuit primaire est en communication avec le volume interne de la cuve renfermant le coeur et comporte des pompes de circula- tion du fluide primaire, des générateurs de vapeur et un pressuriseur reliés par des canalisations de grand diamètre et résistant à la pression. Le fluide primai- re du réacteur peut être également mis en circulation dans certains circuits auxiliaires permettant son traitement et la modification de ses caractéristiques physiques ou chimiques. Pendant sa circulation dans le circuit pri- maire ou dans les circuits auxiliaires, le fluide de refroidissement vient en contact avec de nombreux com- posants qui sont pour la plupart réalisés ou revêtus avec un alliage de nickel qui permet de limiter l'at- taque par le fluide primaire. Cependant, certains com- posants comme les sièges de vannes ou de robinets ou même certaines portions de tuyauteries connaissent une certaine usure si bien que le fluide primaire se char- ge en particules de très petite dimension arrachées à ces composants. Ces particules sont amenées à circuler avec le fluide primaire et donc a traverser le coeur du réacteur o elles sont soumises à un bombardement neutronique intense qui a pour effet de les activer. En particulier, les alliages résistant à l'usure qui renferment une certaine proportion de cobalt sont la cause de l'apparition de particules fortement acti- vées. Ces particules s'accumulent dans certaines parties des composants du réacteur ce qui pose des problèmes très difficiles à résoudre au cours des opérations de maintenance du réacteur. ces opérations nécessitant des phases préalables de décontamination très difficiles à mettre en oeuvre. D'autre part, l'eau d'appoint et les addi- tifs introduits dans le fluide primaire grâce à un circuit auxiliaire tel que le circuit de contrôle volumétrique et chimique contiennent également des particules solides d'origines diverses qui sont acti- vées lorsque le fluide primaire traverse le coeur du réacteur. Il est donc nécessaire de traiter le fluide primaire périodiquement ou en continu pour abaisser la teneur en particules activées ou activables dans ce fluide primaire. Ces particules ont un diamètre moyen de 0,5 micromètre avec une proportion notable de par- ticules d'un diamètre de l'ordre de 0.1 micromètre. Ces particules peuvent également se présenter sous forme colloidale c'està-dire sous la forme d'un gel non cristallisé. L'épuration du fluide doit donc être réali- sée par un procédé tel que l'ultrafiltration et plus particulièrement par ultrafiltration à chaud, puisque la solubilité des produits polluants est plus forte à froid qu'à chaud. On a donc envisagé d'utiliser des procédés d'ultrafiltration à chaud sur le fluide primaire à sa température et à sa pression de service dans le réac- teur. pour assurer son épuration pendant le fonction- nement du réacteur. Un tel procédé a été décrit dans le brevet français n' 83-15130 au nom de la Société FRAMATOME. On a également décrit, dans cette demande de brevet, un dispositif d'ultrafiltration qui peut être intercalé sur la circulation du fluide primaire, à l'intérieur de l'enceinte de sécurité du réacteur. Un tel dispositif d'ultrafiltration qui est traversé par un fluide à une température voisine de 320' et à une pression de l'ordre de 155.105 Pa comporte une enveloppe résistant à la pression de trés forte épais- seur en un matériau résistant à l'action corrosive du fluide primaire et de ses additifs. Cependant, un tel o ultrafiltre est conçu sous forme monobloc, la paroi d'ultrafiltration étant constituée par des tubes fixés à leurs extrémités sur des plaques tubulaires elles- mêmes soudées sur l'enveloppe résistant à la pression de l'ultrafiltre. Il en résulte des difficultés pour i5 assurer l'entretien et la réparation du filtre, par exemple lorsque les tubes constituant la paroi d'ul- trafiltration sont colmatés ou détériorés. D'autre part, l'installation de l'ultrafil- tre dans l'enceinte de sécurité du réacteur renfermant le circuit primaire et son branchement en dérivation sur le circuit primaire ou sur un circuit auxiliaire du réacteur nécessite des opérations complexes et mo- difie le programme de construction du réacteur nuclé- aire. De même, le remplacement de l'ultrafiltre d'un réacteur ayant fonctionné nécessite des opérations longues et délicates aussi bien lors du démontage du filtre à remplacer dont les matériaux sont activés que lors du montage du filtre neuf. Ces opérations sont d'autant plus complexes que l'ultrafiltre est intercalé sur un circuit d'ul- trafiltration comportant des composants tels que des pompes, des échangeurs de chaleur, des dépressuriseurs et des vannes. Ces composants, ainsi que les tuyaute- ries de jonction doivent être calorifugés soigneuse- ment et placés dans des espaces protégés à l'intérieur de l'enceinte de sécurité, puisqu'ils sont destinés à recevoir un liquide à très haute température et à très haute pression transportant des particules activées. En particulier, la partie du circuit d'ultrafiltration recevant le concentrat qui comporte généralement une pompe et un échangeur de chaleur pour le refroidisse- ment du concentrat requiert de grandes précautions en ce qui concerne sa conception et son montage. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif modulaire d'ultrafiltration du liquide de refroidissement à haute température et à haute pression d'un réacteur nucléaire qui puisse être monté et démonté facilement, qui présente une très bonne protection thermique et biologique et qui permette un entretien facilité de sa partie d'ultrafiltration pro- prement dite. Dans ce but, le dispositif d'ultrafiltration suivant l'invention comporte: - une enceinte dont les parois de grande épaisseur sont en un matériau absorbant les radiations compor- tant un couvercle amovible, - un ultrafiltre placé à l'intérieur de l'enceinte et comportant une ouverture à l'une de ses extrémités mu- nie d'une bride de raccordement et renfermant un en- semble d'ultrafiltration qui peut être introduit ou enlevé par l'ouverture de l'enveloppe ainsi qu'une tu- bulure d'entrée de liquide à épurer, une tubulure de sortie de filtrat et une tubulure de sortie de concen- trat traversant l'enveloppe résistant à la pression. - une pompe de circulation du concentrat fixée sur le couvercle amovible de l'enceinte et comportant une bride de raccordement complémentaire de la bride de raccordement de l'enveloppe résistant à la pression, pour constituer avec cette enveloppe, lorsque le cou- vercle amovible et la pompe sont en position de servi- ce, un volume fermé et étanche dans lequel le concen- trat est mis en circulation par la pompe, - un échangeur de chaleur placé dans l'enceinte et relié à la tubulure de sortie du concentrat qui pénè- tre dans l'échangeur de chaleur assurant son refroi- dissement ainsi qu'à une tubulure d'évacuation du concentrat refroidi, à une tubulure d'entrée et à une tubulure de sortie de fluide de refroidissement, - des moyens de raccordement fixes respectivement sur la tubulure d'entrée du liquide à épurer, sur la tubu- lure de sortie du filtrat, sur la tubulure d'évacua- tion de concentrat et sur les tubulures d'entrée et de sortie du fluide de refroidissement, à l'extérieur de l'enceinte, ces tubulures traversant la paroi de l'en- ceinte de façon étanche, - et un matériau calorifuge sous forme divisée rem- plissant le volume libre de l'enceinte. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limi- tatif, un mode de réalisation d'un dispositif modulai- re d'ultrafiltration de l'eau de refroidissement d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. La figure unique est une vue en coupe par un plan vertical du dispositif modulaire d'ultrafiltra- tion suivant l'invention. Sur la figure unique, on voit l'enceinte 1 du dispositif modulaire constitué par des parois 2 de forte épaisseur en plomb revêtues, sur leurs faces in- térieures, par une tôle d'acier 3. L'enceinte 1 com- porte une paroi latérale 2a et un fond 2b reliés entre eux de façon à constituer un puits d'axe vertical ZZ' dont le fond est fermé de façon étanche par les tôles de revêtement 3 des parois 2a et 2b. Des cornières 5 renforcées sont fixées sur les bords du fond 2b pour constituer les supports du dispositif modulaire d'ul- trafiltration. Ces cornières sont percées de trous permettant la fixation du dispositif par des vis sur une surface de support 6. L'ouverture de l'enceinte 1 placée à sa par- tie supérieure est fermée par un couvercle 7. A l'intérieur de l'enceinte 1, l'ultrafiltre 15 est maintenu grâce à un ensemble de poutres 50 dis- posées radialement et fixées d'une part sur la paroi extérieure de l'enveloppe 8 de l'ultrafiltre et d'au- tre part sur la tôle d'acier 3 revêtant intérieurement l'enceinte I; ces poutres sont dimensionnées pour permettre la reprise d'efforts tes que ceux engendrés par une secousse sismique ou lors d'un accident d'un type quelconque. L'enveloppe 8 symétrique de révolu- tion, placée dans l'enceinte 1 avec son axe confondu avec l'axe ZZ' comporte une partie centrale cylindri- que, solidaire d'une bride de raccordement 9 de forte épaisseur et un fond bombé. L'enveloppe 8 renferme un ensemble d'ultrafiltration 10 qui peut être introduit dans cette enceinte 8 ou enlevé par son ouverture su- périeure 8a. Trois tubulures traversent la paroi de l'enveloppe 8; une tubulure 12 d'entrée d'eau à épu- rer et une tubulure 14 de sortie de concentrat, à la partie supérieure de l'enveloppe et une tubulure 16 de sortie de filtrat à la partie inférieure de l'envelop- pe 8. Les tubulures 12 et 16 traversent la paroi laté- rale 2a de l enceinte 1, de façon étanche grâce à une membrane métallique 51 soudée d'une part à la paroi intérieure 3 de l'enceinte et d'autre part à la tubu- lure correspondante et sont solidaires, à l'extérieur de l'enceinte 1, de brides de raccordement 13 et 17 respectivement. On va décrire brièvement l'ensemble d'ultra- filtration 10 et sa disposition à l'intérieur de l'en- veloppe 8, l'ultrafiltre 15 constitué par l'enveloppe 8, ses tubulures de jonction et les éléments disposés à l'intérieur de l'enveloppe 8 étant d'un type-nouveau décrit dans une demande de brevet déposée le même jour que la présente demande. L'ensemble d'ultrafiltration 10 est consti- tué par une enveloppe 11 cylindrique à fond bombé à l'intérieur de laquelle est placée la paroi d'ultra- filtration constituée par un ensemble de tubes verti- caux 18 dont les extrémités sont fixées à l'intérieur de deux plaques tubulaires respectives 19 et 20. La plaque tubulaire supérieure 20 est usinée sur sa partie périphérique, pour constituer une gorge recevant un joint torique 52 coopérant avec une portée de joint 53 rapportée sur la surface interne de l'en- veloppe 8. Des pièces de centrage 54 solidaires de la surface interne de l'enveloppe 8 assurent le maintien transversal de l'enveloppe 11. Le fond bombé de l'en- veloppe 11 est en appui, par l'intermédiaire d'un ressort 55 sur le fond de J'enveloppe 8. Au-dessus de la plaque 20 est disposé un cloisonnement 21 permettant de délimiter plusieurs compartiments dans le volume intérieur de l'enveloppe 8, au-dessus de la plaque 20. De la même façon, un cloisonnement 22 permet de délimiter plusieurs compar- timents dans la partie de l'enveloppe 11 située en- dessous de la plaque tubulaire 19. Le fonctionnement de l'ultrafiltre 15 est le suivant: l'eau à épurer est introduite dans l'enve- loppe 8 par la tubulure 12, à l'intérieur d'un des compartiments délimités par le cloisonnement 21. L'eau à épurer pénètre dans les tubes d'ultrafiltration puis circule dans un sens puis dans l'autre à l'intérieur de ces tubes 18, gràce à la disposition relative des cloisonnements 21 et 22. Le liquide circulant dans les tubes 18 constitue le concentrat dont la teneur en impuretés augmente, du filtrat constitué par de l'eau pure traversant les parois des tubes pour venir dans le volume intérieur de l'enveloppe 11, entre les pla- ques tubulaires 19 et 20. Un cloisonnement non repré- senté permet également la circulation dp filtrat dans cet espace de l'ensemble d'ultrafiltration. Le dernier compartiment sur la circulation du filtrat est en com- munication par une ouverture traversant l'enveloppe 11, avec l'espace ménagé entre les enveloppes 8 et 11. Le filtrat est évacué par la tubulure 16 qui communi- que avec cet espace. Le dernier compartiment situé sur la circu- lation du concentrat et au-dessus de la plaque 20 est en communication avec la tubulure de sortie du concen- trat 14. Une pompe 25 de circulation de l'eau à épu- rer et du concentrat est fixée sur le couvercle amovi- ble 7 de l'enceinte 1. Cette pompe comporte une bride de raccordement 2B complémentaire de la bride 9 de l'ultrafiltre 15. Les brides 9 et 26 comportent des trous pour le passage de boulons ou de vis de fixa- tion, dans des positions correspondantes, Un joint d'étanchéité 27 est intercalé au montage entre les deux brides si bien que la pompe 25 et sa bride 26 as- surent la fermeture étanche de la partie supérieure de l'enveloppe 8. Le pompage et la circulation du concen- trat sont assurés par la pompe 25 dont les jonctions nécessaires sont prévues avec les compartiments cor- respondants délimités par le cloisonnement 21. Des trous 29 traversent le couvercle 7 au droit des vis de fixation des brides 9 et 26 pour per- mettre le montage et le démontage de ces brides. La pompe 25 est refroidie par un fluide de refroidisse- ment pénétrant dans le carter de la pompe par une ca- nalisation 30. Des anneaux de levage 31 et 32 respec- tivement sont fixés sur l'enceinte 1 et sur la pompe , permettant soit par les anneaux 31 le transport de l'ensemble moulé soit par 32 le transport de la pompe 25 et l'accès au faisceau. A l'intérieur de l'enceinte 1 est monté un échangeur de chaleur 32 cylindrique à fond bombé per- mettant le refroidissement du concentrat. La tubulure de sortie 14 du concentrat pénètre de façon étanche à l'intérieur de l'enveloppe de l'échangeur de chaleur 32 o elle est reliée à un tube d'échange dont l'autre extrémité est reliée à une tubulure 35 d'évacuation du concentrat. La tubulure 35 traverse l'enceinte 1 pour être reliée à l'extérieur de cette enceinte 1 à une bride de raccordement 36. Du fluide de refroidissement est introduit dans l'enveloppe de l'échangeur 32 par une tubulure 37 et récupéré par une tubulure 39, les tubulures 37 et 39 traversant de façon étanche, grâce à des membranes d'étanchéité soudées 51, la paroi la- térale 2a de l'enceinte 1 pour être reliées à l'exté- rieur de cette enceinte, à des brides de raccordement 38 et 40 respectivement. Un matériau calorifuge sous forme divisée 41 remplit le volume libre de l'enceinte 1, à- l'extérieur des éléments contenus par cette enceinte 1. Le dispositif modulaire d'ultrafiltration qui vient d'être décrit peut être très facilement mon- té à l'intérieur de l'enceinte de sécurité d'un réac- teur nucléaire, par exemple pour être placé sur une boucle d'ultrafiltration placée en dérivation sur un circuit auxiliaire de traitement du fluide primaire, pour constituer un circuit d'ultrafiltration d'une structure nouvelle tel que décrit dans une demande de brevet déposée le même jour que la présente demande. Il suffit en effet de venir placer à l'endroit voulu, le dispositif modulaire d'ultrafiltration, grâce à un moyen de levage accroché aux anneaux 31. Le module est ensuite fixé en place par l'intermédiaire de ses sup- ports 5. On effectue alors le raccordement des tubu- lures aux tuyauteries correspondantes maintenues en attente, grâce aux brides de raccordement correspon- dantes. Le module monté comme représenté sur la figure comporte tous les éléments actifs nécessaires de la boucle d'ultrafiltration et peut être relié au circuit auxiliaire de traitement du fluide primaire par des éléments passifs uniquement. Il est bien évident que le démontage du dispositif modulaire peut être effec- tué de façon très simple et très rapide, l'ensemble du module fournissant une protection biologique grâce aux parois de plomb 2 de forte épaisseur. De plus, le dispositif modulaire présente en lui-même une bonne isolation thermique de ses éléments dans lesquels circule l'eau primaire, grâce au maté- riau sous forme divisée 41. L'un des avantages essentiels du dispositif modulaire suivant l'invention est d'autre part qu'il permet une séparation et une extraction aisée de l'en- semble d'ultrafiltration, pour son entretien, pour sa réparation ou pour le remplacement de sa paroi tubu- laire d'ultrafiltration. Il suffit en effet pour cela de séparer les brides 9 et 26 depuis l'extérieur de l'enceinte 1 puis de soulever le couvercle 7 et la bride 26 par l'intermédiaire de l'anneau 32 de la po- ll pe 25, pour accéder à la partie intérieure de l'enve- loppe 8 comportant le cloisonnement 21 et l'ensemble d'ultrafiltration 10. Le filtre peut être remonté, par exemple après le remplacement de l'ensemble d'ultra- filtration 10, de façon très facile et très rapide, par des opérations inverses des opérations de démonta- ge. L'invention ne se limite pas au mode de réa- lisation qui a été décrit. On peut réaliser l'enceinte à paroi épaisse sous une forme différente et placer les composants constituant le module dans des disposi- tions respectives différentes. On peut par exemple inverser totalement la disposition de l'ultrafiltre 15, le liquide à épurer arrivant à sa partie inférieure et le filtrat étant évacué à sa partie supérieure. Enfin, le dispositif modulaire d'ultrafil- tration suivant l'invention peut être utilisé dans tout réacteur nucléaire dont le liquide de refroidis- sement est à haute température et à haute pression. REVENDICATIONS 1.- Dispositif modulaire d'ultrafiltration du liquide de refroidissement à haute température et à haute pression d'un réacteur nucléaire caractérisé par le fait qu'il comporte: - une enceinte (1) dont les parois (2) de grande épaisseur sont en un matériau absorbant les radiations comportant un couvercle (7) amovible, - un ultrafiltre (15) placé à l'intérieur de l'encein- te (1) et comportant une enveloppe (8) résistant à la pression ouverte à l'une de ses extrémités (8a) munie d une bride de raccordement (9) et renfermant un en- semble d'ultrafiltration (10) amovible qui peut être introduit ou enlevé par l'ouverture de l'enveloppe (8) ainsi qu'une tubulure d'entrée (12) de liquide à épu- rer, une tubulure de sortie (16) de filtrat et une tu- bulure (14) de sortie de concentrat traversant l'enve- loppe (8) résistant à la pression, - une pompe de circulation (25) du concentrat fixée sur le couvercle (7) amovible de l'enceinte (1) et comportant une bride de raccordement (26) complémen- taire de la bride de raccordement (9) de l'enveloppe (8) résistant à la pression, pour constituer avec cette enveloppe (8), lorsque le couvercle amovible (7) et la pompe (25) sont en position de service, un vo- lume fermé et étanche dans lequel le concentrat est mis en circulation par la pompe (25), - un échangeur de chaleur (32) placé dans l'enceinte (1) et relié à la tubulure de sortie (14) du concen- trat qui pénètre dans l'échangeur de chaleur (32) as- surant son refroidissement ainsi qu'à une tubulure (35) d'évacuation du concentrat refroidi, à une tubu- lure d'entrée (37) et à une tubulure de sortie (39) de fluide de refroidissement, - des moyens de raccordement (13, 17, 36, 38, 40) fixés respectivement sur la tubulure (12) d'entrée de liquide à épurer, sur la tubulure (16) de sortie du filtrat, sur la tubulure (35) d'évacuation de concen- trat et sur les tubulures (37, 39) d'entrée et de sor- tie de fluide de refroidissement, à l'extérieur de l'enceinte (1), ces tubulures traversant les parois (2) de l'enceinte de façon étanche. - et un matériau calorifuge (41) sous forme divisée remplissant le volume libre de l'enceinte (1). 2.- Dispositif modulaire suivant la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que des poutres (50) sont disposées radialement entre l'enveloppe (8) de l'ultrafiltre (15) et la paroi interne de l'enceinte (1) pour la reprise des efforts pouvant apparaître dans des conditions accidentelles. 3.- Dispositif modulaire suivant l'une quel- conque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'enveloppe (8) de l'ultrafiltre (15) est de forme globalement cylindrique à axe vertical ZZ' et ouverte à sa partie supérieure, l'ensemble du couver- cle amovible (7) de la pompe (25) et sa bride (26) venant reposer sur la bride de raccordement (9) de l'enveloppe (8). 4.- Dispositif modulaire suivant la revendi- cation 3 caractérisé par le fait que la pompe (25) comporte un anneau de levage (32) pour le levage ou la dépose de l'ensemble reposant sur la bride (9) de l'enveloppe (8) de l'ultrafiltre (15). 5.- Dispositif modulaire suivant l'une quel- conque des revendications 3 et 4 caractérisé par le fait que le couvercle amovible (7) de l'enceinte (1) comporte des trous (29) à la verticale de moyens de fixation des brides (26 et 9) l'une par rapport à 1' autre. 6.- Dispositif modulaire suivant la revendi- cation 1 caractérisé par le fait que l'enceinte (1) comporte des anneaux de levage (31) pour son transport et sa mise en place dans le réacteur dans son ensem- ble. 7.- Dispositif modulaire suivant la revendi- cation 1 caractérisé par le fait que l'ultrafiltre (15) comporte des cloisonnements (21, 22) de guidage du concentrat et du filtrat à l'intérieur de l'enve- loppe (8) et à l'intérieur de l'ensemble d'ultrafil- tration (10) respectivement.