Brevet FR2584379A1 — publié le 19870109

L'invention concerne une citerne de trans- port pour métaux liquides réactifs tels que les métaux alcalins. On utilise dans l'industrie certains métaux alcalins tels que le sodium, le potassium, le calcium ou le lithium qui sont très oxydables et qui réagis- sent donc de façon très violente au contact d'un mi- lieu oxydant tel que l'air. Ces métaux sont très sou- vent inflammables par simple contact avec l'air, même sans élévation de température. Ils sont généralement à très bas point de fusion, ces points de fusion étant pour la plupart compris entre 90' et 200'C, si bien qu'ils sont généralement utilisés et transportés sous forme liquide. Le transport entre l'usine de produc- tion et le lieu d'utilisation ou entre deux lieux d'u- tilisation successifs est assuré par des citernes de transport comportant une enveloppe en acier d'une ca- pacité de l'ordre d'une dizaine de mètres cubes. Pour éviter le contact.des métaux liquides avec l'air am- biant, pendant leur transport ou pendant leur utilisa- tion, on maintient constamment au-dessus de ces métaux à l'état liquide, une atmosphère de gaz neutre. En particulier, pendant le remplissage et la vidange des citernes de transport, on doit assurer une protection constante du métal liquide par un gaz neutre. Pour la vidange, du gaz neutre à l'état com- primé est injecté dans la citerne pour chasser le mé- tal liquide dans un conduit relié.à l'installation dont on effectue l'approvisionnement. L'enveloppe mé- tallique de la citerne comporte une ouverture à sa partie supérieure dans laquelle on fixe de façon étan- che l'ensemble du dispositif de vidange comportant le conduit d'injection de gaz sous pression et le conduit de vidange du métal liquide. Ce procédé présente des inconvénients, en particulier, en ce qu il ne permet pas de garantir un fonctionnement d'une parfaite sécurité. Des fausses manoeuvres peuvent entrainer des surpressions dans l'enveloppe de la citerne et des fuites de métal li- quide accompagnées ou non d'une inflammation. Même en prenant des précautions, les opéra- tions de vidange d'une citerne de métal liquide réac- tif restent dangereuses pour le personnel d'exécution. Des dispositifs particuliers permettent de réduire les risques mais ils sont extrêmement comple- xes et rendent difficile l'amorçage de la circulation du métal liquide dans le conduit de vidange. Enfin, il subsiste malgré tout des risques d'accident lorsque la vidange est effectuée par surpression gazeuse. Le but de l'invention est donc de proposer une citerne de transport pour métaux liquides réactifs comportant une enveloppe métallique ayant une ouvertu- re à sa partie supérieure, qui permette d'éviter les risques d'accident au moment de la vidange de la ci- terne, cette vidange ne nécessitant pas l'utilisation d'une surpression gazeuse. Dans ce but, la citerne de transport suivant l'invention comporte en outre un conduit de vidange du métal liquide fixé sur l'enveloppe métallique et tra- versant l'ouverture de façon que l'une de ses extrémi- tés soit située au voisinage du fond de l'enveloppe et son autre extrémité soit située à l'extérieur de l'en- veloppe, une vanne de fermeture et un raccord fixés sur le conduit de vidange à son extrémité située à l'extérieur de l'enveloppe, un inducteur placé autour du conduit au voisinage du fond de l'enveloppe et as- socié à une alimentation électrique pour la création d'un champ glissant produisant un pompage électroma- gnétique de métal liquide dans le conduit, des moyens associés à l'ouverture de l'enveloppe pour permettre le passage du conduit de vidange tout en maintenant l'isolation du volume interne de l'enveloppe renfer- mant le métal liquide de l'atmosphère extérieure et un dispositif d'introduction de gaz neutre dans l'enve- loppe en remplacement du métal liquide prélevé. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemples non limi- tatifs, deux modes de réalisation d'une citerne sui- vant l'invention. Dans ces figures, la figure 1 est une vue en coupe par un plan vertical d'un premier mode'de réali- sation d'une citerne suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe par un plan vertical d'un second mode de réalisation d'une citerne suivant l'invention. Sur la figure 1, on voit une citerne de transport de sodium liquide comportant une enveloppe 1 en acier inoxydable de forme cylindrique à fond bombé disposée avec son axe horizontal et comportant une ou- verture 2 à sa partie supérieure. Autour de l'ouvertu- re 2, l'enveloppe métallique 1 constitue une bride d'appui 3 sur laquelle vient s'appliquer une plaque de fermeture 4 avec interposition d'un joint d'étanchéité , pour éviter toute entrée d'air dans l'enveloppe 1. Un conduit de vidange 7 est fixé par soudage sur la plaque de fermeture 4 et comporte une partie verticale dont l'extrémité inférieure 8, légérement évasée, débouche à l'intérieur de l'enveloppe 1 de la citerne, au voisinage du fond de cette citerne. Le conduit 7 qui traverse la plaque 4 comporte une partie verticale à l'intérieur de l'enveloppe, sur toute la hauteur de celle-ci, ainsi qu'un coude à angle droit et une partie horizontale à l'extérieur de l'enveloppe 1. A l'extrémité de la partie horizontale du conduit 7, à l'extérieur de l'enveloppe 1, sont fixes une van- ne 10 constituant un robinet d'arrêt sur le conduit 7 et un raccord 11 permettant de relier le conduit 7 à l'installation dont on assure l'approvisionnement en sodium liquide. Autour du conduit 7, dans sa partie infé- rieure située au voisinage du fond de la citerne, une enveloppe 12 en acier inoxydable est fixée de façon étanche. Cette enveloppe 12 renferme un inducteur 14 constitué par une armature en matériau magnétique et des bobinages fixés sur cette armature. L'enveloppe 12 est prolongée par un conduit 13 dont la partie supé- rieure traverse de façon étanche la plaque de ferme- ture 4. Le conduit 13 renferme l'ensemble des fils d'alimentation électrique de l'inducteur 14 et compor- te à son extrémité située à l'extérieur de l'enveloppe 1 un élément de raccordement électrique 16 permettant le branchement de l'inducteur et son alimentation par un dispositif d'alimentation électrique 18 situé à l'extérieur de l'enveloppe de la citerne. L'alimenta- tion de l'inducteur 14 permet de créer un champ glis- sant du type moteur linéaire, à l'intérieur du conduit 7. Lorsque l'enveloppe 1 de la citerne renferme du so- dium liquide.20, le champ glissant met ce sodium li- quide en circulation à l'intérieur du conduit 7, dans la direction verticale et de bas en haut, en effec- tuant ainsi un pompage du métal liquide dans le conduit de vidange 7. L'inducteur 14 constitue le sta- tor d'une pompe électromagnétique du type moteur li- néaire, le métal liquide constituant la partie mobile du dispositif électromagnétique. A la partie supérieure de l'enveloppe 1 est fixée une soupape 22 reliée par une tuyauterie 23 à une réserve de gaz neutre 24, permettant l'admission de gaz neutre à la pression atmosphérique dans l'enve- loppe 1 de la citerne. Un ensemble de résistances chauffantes 25 est disposé autour de l'enveloppe 1, en contact avec sa surface externe. Après remplissage de la citerne, par exemple à l'usine de production de sodium liquide, le sodium 20 contenu dans la citerne se solidifie par refroidis- sement à travers la paroi de l'enveloppe métallique de la citerne. Le sodium est donc transporté à l'état so- lide jusqu'à son lieu d'utilisation, la citerne étant placée sur un moyen de transport tel qu'un camion. Pour réaliser la vidange de tout ou partie du sodium contenu dans la citerne, on réalise la fusion de ce sodium en alimentant les résistances chauffantes 25 en courant électrique. On relie le conduit de vidange 7 à l'installation utilisatrice, par l'intermédiaire du raccord 11 et l'on met l'inducteur 14 sous tension. Les pertes électriques dans l'inducteur 14 permettent un échauffement du sodium à l'intérieur du conduit 7, largement suffisant pour assurer sa liquéfaction. L'alimentation de l'inducteur 14 permet de réaliser un pompage du métal liquide qui parvient ainsi à l'ins- tallation utilisatrice. Simultanément, la soupape d'admission 22 permet d'introduire dans l'enveloppe 1 de la citerne, du gaz neutre provenant du réservoir 24. On voit donc que la vidange de la citerne est réalisée sans utiliser de surpression gazeuse à l'intérieur de l'enveloppe 1, ce qui réduit considé- rablement les risques d'accident pendant les opéra- tions de vidange. En effet, il suffit de couper l'a- limentation électrique de la pompe pour que le débit s'arrête immédiatement, par exemple dès l'apparition d'une fuite sur le circuit de vidange, ce qui n'est pas le cas d'une vidange par surpression qui demande un très long temps (temps de dépressurisation). La citerne telle que décrite comporte tous les éléments nécessaires pour réaliser les opérations de vidange, l'alimentation électrique 18 et le réser- voir de gaz neutre 24 pouvant être fixés à demeure sur une partie de la citerne ou sur son camion transpor- teur. Sur la figure 2, on voit un second mode de réalisation d'une citerne suivant l'invention, les éléments équivalents représentés aux figures 1 et 2 portant les mêmes repères. L'ouverture 2 ménagée dans la partie supérieure de l'enveloppe 1 est prolongée à l'intérieur de cette enveloppe par un tube 28 dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre de l'ou- verture 2 et dont la longueur est un peu inférieure à la hauteur de la citerne. Ce tube 28 est fermé à sa partie inférieure par une plaque annulaire 29 soudée suivant son bord intérieur à la partie inférieure du conduit de vidange 27. Sur la bride 3 de l'ouverture 2 repose une plaque 34 de forme annulaire. Suivant le bord intérieur de cette plaque annulaire 34 est fixé un tube 30 portant l'inducteur 14 à sa partie infé- rieure. L'inducteur 14 est alimenté en courant élec- trique par l'intermédiaire de fils 33 passant dans l'espace existant entre les tubes 28 et 30. traversant la plaque annulaire 34 et reliés à leur extrémité à un élément de raccordement électrique 35. Le conduit de vidange 27 comporte une partie inférieure à grand diamètre 27a qui est reliée à la plaque de fermeture 29 du tube 28 et une partie supé- rieure tronconique 27b raccordée à une partie cylin- drique d extrémité 27c sur laquelle sont disposés une vanne de fermeture 40 et un raccord 41. Le diamètre extérieur maximum de la vanne 40 et du raccord 41 sont inférieurs au diamètre intérieur du tube 30 qui est égal au diamètre du contour intérieur de la plaque annulaire 34. Ce diamètre est également équivalent au diamètre intérieur de l'inducteur 14. Le diamètre ex- térieur de cet inducteur 14 est lui-même inférieur au diamètre de l'ouverture 2. On peut ainsi effectuer facilement le démontage et la mise en place de l'in- ducteur 14 relié au tube 30 et à la plaque annulaire 34, dans le cas de la citerne représentée à la figure 2. Le tube 28 et le conduit de vidange 27 restent en position sur la citerne et assurent la fermeture de l'ouverture 2 pour éviter toute introduction d'air dans la citerne. Pendant le transport du métal liquide, la citerne n'est pas équipée d'un inducteur 14, un seul inducteur pouvant être utilisé au poste de vidange des citernes pour assurer le pompage du métal liquide dans chacune des citernes se présentant à ce poste de vi- dange. On réalise ainsi une économie substantielle sur le coût de construction d'une citerne, l'inducteur de la pompe électromagnétique intervenant pour une part importante dans le coût de cette citerne. Un seul in- ducteur au poste de vidange est alors nécessaire pour toute les citernes s.e présentant à ce poste. De la même façon, le réservoir de gaz neutre 24 peut faire partie du poste de vidange, ce réservoir étant relié successivement à chacune des soupapes d'admission 22 des citernes se présentant au poste de vidange. La citerne de transport selon l'invention présente donc l'avantage d'être d'une grande sûreté d'utilisation, aucun gaz neutre sous pression n'étant nécessaire pour la vidange du métal liquide; une bon- ne fiabilité et une grande régularité de fonctionne- ment sont obtenues grâce à-un dispositif électromagné- tique et enfin une grande simplicité de réalisation de la citerne permet d'en réduire le coût. La citerne de transport peut être réalisée de façon à comporter l'ensemble des moyens nécessaires pour la vidange du métal liquide et dans ce cas son autonomie est complète ou, de façon alternative, cette citerne peut nécessiter l'utilisation de moyens de pompage et/ou d'alimentation en gaz neutre indépen- dants et communs au parc de citernes de transport uti- lisées, dans un but d'économie. Dans tous les cas, l'inducteur de la pompe électromagnétique est parfaitement protégé et fonc- tionne à une température modérée, qui dans le cas du sodium liquide ne dépasse pas 200'. En particulier, dans le cas du mode de réa- lisation représenté à la figure 2, l'inducteur est in- troduit dans un puits séparé du métal liquide par des parois métalliques. La plaque de support de cet induc- teur vient simplement reposer sur la bride entourant l'ouverture de la citerne. Dans le cas du mode de réa- lisation représenté à la figure 1, l'inducteur est protégé par une enveloppe immergée dans le métal. Dans les deux cas, on peut prévoir une isolation thermique supplémentaire et un refroidissement de l'inducteur pour le faire fonctionner à température modérée. Dans le cas des deux modes de réalisation, le dispositif de pompage peut être facilement démonté et remis en place dans la citerne. La citerne de transport suivant l'invention est donc d une grande sûreté de fonctionnement et d'u- tilisation, l'entretien et la réparation du dispositif de pompage sont particulièrement aisés et sa construc- tion est simple et peu couteuse. VL'invention ne se limite pas aux modes de réalisations qui ont été décrits; elle en comporte au contraire toutes les variantes. On peut prévoir en particulier un montage et un support de l'ensemble de pompage et du conduit de vidange différents de ceux qui ont été décrits. Enfin, la citerne de transport suivant l'in- vention s'applique non seulement au transport du so- dium, par exemple utilisé comme fluide de refroidisse- ment dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides, mais encore au transport de potassium, d'alliages de sodium et de potassium, de calcium ou de lithium. Cette citerne peut également être utilisée pour le transport de métaux réactifs différents des métaux alcalins. REVENDICATIONS 1.- Citerne de transport pour métaux liqui- des réactifs comportant une enveloppe métallique (1) ayant une ouverture (2) à sa partie supérieure carac- térisée par le fait qu'elle comporte en outre un conduit (7) de vidange du métal liquide fixé sur l'en- veloppe métallique (1) et traversant l'ouverture (2) de façon que l'une de ses extrémités (8) soit située au voisinage du fond de l'enveloppe et que son autre extrémité soit située à l'extérieur de l'enveloppe, une vanne de fermeture (10) et un raccord (11) fixés sur le conduit de vidange (7) à son extrémité située à l'extérieur de l'enveloppe (1), un inducteur (14) pla- cè autour du conduit (7) au voisinage du fond de l'en- veloppe (1) et associé à une alimentation électrique (18) pour la création d'un champ glissant produisant un pompage électromagnétique de métal liquide dans le conduit (7), des moyens (4, 5, 34) associés à l'ouver- ture (2) de l'enveloppe pour permettre le passage du conduit (7) de vidange tout en maintenant l'isolation du volume interne de l'enveloppe renfermant le métal liquide de l'atmosphère extérieure et un dispositif (22, 23, 24) d'introduction de gaz neutre dans l'en- veloppe en remplacement du métal liquide prélevé. 2.- Citerne de transport selon la revendica- tion 1, caractérisée par le fait que les moyens (4, 5) associés à l'ouverture (2) de l'enveloppe sont consti- tués par une plaque (4) reposant sur une bride d'appui (3) entourant l'ouverture (2) avec interposition d'un joint (5), sur laquelle est fixé de façon étanche, au voisinage de sa partie centrale, le conduit (7) qui porte l'inducteur (14) placé à l'intérieur d'une enve- loppe de protection (12). 1 1 3.- Citerne de transport suivant la revendi- cation 1, caractérisée par le fait que les moyens as- sociés à l'ouverture (2) de l'enveloppe sont consti- tués par un tube vertical (28) solidaire de l'envelop- pe (1) au niveau de son ouverture (2) et prolongeant celle-ci à l'intérieur de l'enveloppe (1) de la citer- ne, fermé à sa partie inférieure par un fond annulaire (29) suivant l'ouverture intérieure duquel est fixé le conduit de vidange (27), une plaque (34) de forme an- nulaire reposant sur une bride (3) entourant l'ouver- ture (2) suivant le contour intérieur de laquelle est fixé un tube vertical (30) portant l'inducteur (14) à sa partie inférieure, le tube (30) et l'inducteur (14) étant disposés dans l'espace annulaire ménagé entre le tube (28) et le conduit de vidange (27) qui comporte une partie inférieure (27a) à grand diamètre, une par- tie intermédiaire (27b) de forme tronconique et une partie supérieure à faible diamètre portant la vanne (40) et le raccord (41) de façon que cette vanne et ce raccord aient un diamètre extérieur maximal inférieur au diamètre du tube (30) et au diamètre intérieur de l'inducteur (14), l'ensemble comportant la plaque an- nulaire (34), le tube (30) et l'inducteur (14) étant ainsi facilement démonté et mis en place sur la ci- terne. 4.- Citerne de transport suivant l'une quel- conque des revendications 1, 2 et 3, caractérisée par le fait que l'inducteur (14) de pompage électromagné- tique est commun à tout un parc de citernes de trans- port. 5.- Citerne de transport suivant l'une quel- conque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait qu'elle comporte une réserve de gaz neutre (24) destinée à alimenter le dispositif (22) d'intro- duction de gaz neutre dans l'enveloppe (1). 6.- Application d'une citerne de transport e suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 et 5 au transport ou au stockage d'un métal liquide de type alcalin faisant partie du groupe: sodium, potas- sium. alliages de sodium et de potassium, calcium et lithium.