Brevet FR2645330A1 — publié le 19901005

1i 2645330 Cuve annulaire de réception de solutions radioactives conte- nant des matières solides. L'invention concerne une cuve annulaire de récep- tion de solutions radioactives contenant des matières soli- des, comprenant un fond incliné et un organe d'extraction disposé à l'emplacement le plus bas. Dans le retraitement chimique de matières combus- tibles nucléaires irradiées, il est connu, après la dissolu- tion de la matière combustible nucléaire dans de l'acide nitrique bouillant, de stocker intermédiairement la solution nitrique ainsi obtenue, avant l'extraction-des matières ayant de la valeur, dans des cuves annulaires géométriquement sûres du point de vue de la criticité. Mais la solution de matière combustible contient encore des résidus en solution ou des copeaux non dissous, provenant de la fragmentation des assem- blages combustibles, et des produits de corrosion qui, en tant que matières solides, tendent à se sédimenter sur le fond de la cuve annulaire. Lorsque l'on vide des cuves annu- laires, on constate des dépôts de matières solides dont on ne peut se rendre maitre en insufflant de l'air de brassage habituel. Par la demande de brevet publiée en République Fédérale d'Allemagne sous le No 37 17 289, on connaît une cuve annulaire qui comporte une chambre annulaire destinée à recevoir la suspension contenant des matières solides. Le fond de la cuve annulaire est incliné suivant un certain an- 2 2645330 gle. A l'emplacement le plus bas du fond, est prévu un orifice de sortie qui communique avec un conduit d'extraction pour vider la cuve. Habituellement, le liquide est évacué de la cuve annulaire verticalement vers le haut, afin de pouvoir conformer le fond et les parois sans traversée. Dans la partie supérieure de la chambre annulaire, est prévu un dispositif de projection annulaire muni d'orifices à buses. Avec ce dispositif de projection, on enlève, après avoir vidé la cuve, des matières solides de la paroi de la cuve, et on les envoie à l'emplacement le plus bas du fond de la cuve. Si l'on doit transvaser la solution de matières -combustibles, stockée intermédiairement dans les cuves annu- laires, à d'autres endroits de traitement, il est souhaitable que les matières solides non dissoutes soient entraînées com- plètement et uniformément à l'aide d'un dispositif de sépara- tion solide-liquide, par exemple d'une centrifugeuse et/ou d'un filtre. Pour obtenir cet entraînement quantitatif, il est nécessaire de répartir le mieux possible la matière solide dans la solution de matières combustibles extraites, afin d'obtenir un courant de matières solides uniforme menant au dispositif de séparation en aval. Il serait possible de faire tourbillonner la matière solide dans les cuves annulaires, à l'aide d'un con- duit annulaire pour de l'air de brassage disposé à proximité du fond. On pourrait, à cet effet, insuffler de l'air par le conduit annulaire pour de l'air de brassage et faire tour- billonner la matière solide dans le liquide. Mais en utili- sant de l'air de brassage, lors du mélange, on entraine des quantités considérables d'aérosols radioactifs dans le sys- tème de l'effluent gazeux de la cuve. En outre, les besoins d'air comprimé sont très grands pour effectuer le mélange par de l'air de brassage. A cela s'ajoute l'inconvénient que, lors du mélange par &.'air de brassage, des particules lourdes pourraient s'accumuler jusqu'à un certain degré dans des zones déterminées d'écoulement. Ceci tient au fait que le 3 2645330 mélange de matières solides à de l'air de brassage n'est qu'insuffisamment efficace pour des particules grossières et lourdes. On connaît un dispositif pour supprimer les mouve- ments vers le bas dans des solutions radioactives de produits de fission, dans des cuves de stockage, par le brevet de la République Fédérale d'Allemagne 21 49 425. Un tube plongeur communique avec un piston qui peut être alimenté hydraulique- ment ou pneumatiquement. Entre le piston et l'extrémité du tube plongeur, une colonne de gaz est enfermée dans le tube plongeur de manière à obtenir une colonne de liquide pulsé. L'extrémité du tube plongeur possède un élargissement auquel fait face, sur le fond de la cuve de stockage! un cône de départ. La cuve ainsi décrite est une cuve de stockage habi- tuelle et non une cuve annulaire. Il n'est pas prévu d'aspi- ration ni de dispositif de vidange. Pour un transvasement à partir de cette cuve de stockage, il se poserait les problè- mes déjà décrits précédemment. L'invention vise à perfectionner une cuve annulaire du type indiqué au présent mémoire, de façon que les matière solides non dissoutes soient transportées complètement et uniformément avec le courant de la solution de matières com- bustibles. La cuve annulaire suivant l'invention est caracté- risée en ce qu'à l'intérieur de forme annulaire de la cuve sont répartis des pulsateurs qui peuvent être alimentés en air, qui font saillie dans le liquide de la cuve et qui com- portent des buses de sortie à leur extrémité inférieure,et en ce que les buses de sortie sont disposées parallèlement au fond de la cuve et sont dirigées sur l'emplacement le plus bas du fond de la cuve. En introduisant de l'air pulsé dans les pulsateurs répartis dans la chambre annulaire, on refoule pour partie le liquide se trouvant dans le pulsateur hors des buses de sor- tie. On obtient ainsi, d'une part, un bon mélange du liquide et de la matière solide dans la cuve annulaire et, d'autre 4 2645330 part, on produit en même temps un bon écoulement dans la cuve annulaire qui est à même de maintenir en suspension quantita- tivement des matières solides grossières et lourdes, de les remettre en suspension dans le cas d'une sédimentation et de les diriger dans la cuve annulaire de manière à assurer une extraction continue et sans engorgement des matières solides. Grâce à l'orientation des pulsateurs, on obtient à l'inté- rieur de la cuve annulaire un écoulement dirigé et, ainsi, un transport adéquat des matières solides en vue de les extrai- re. La disposition des pulsateurs, suivant l'invention, produit deux courants de sens opposés. Les fronts de l'écou- lement se heurtent au point le plus bas de la cuve annulaire.- Il se produit une augmentation locale de la concentration des matières solides en ce point d'accumulation. Les buses de sortie des pulsateurs d'une moitié annulaire sont dirigées dans le sens opposé à celui des aiguilles d'une montre, vers l'extraction, et les buses de sortie des pulsateurs de l'au- tre moitié annulaire sont dirigées dans le sens des aiguilles d'une montre, vers l'extraction. Suivant un mode de réalisation avantageux, l'organe d'extraction est un conduit d'aspiration, disposé verticale- ment,et des chicanes en forme d'entonnoir sont montées à l'extrémité inférieure du conduit d'aspiration. Il est habi- tuel de vider des cuves annulaires par le haut, par un con- duit vertical d'aspiration. Les chicanes, disposées dans la partie du point d'accumulation des deux courants dirigés en sens opposés sont orientées, par rapport au courant, de manière que le courant de liquide soit dévié dans le plan d'aspiration et que des particules qui sédimentent et qui proviennent de couches plus élevées du liquide tombent dans une mesure notable dans la zone d'aspiration du conduit d'ex- traction. Cet effet d'entonnoir des chicanes favorise l'ex- traction uniforme des matières solides. Cet effet d'entonnoir est mis à profit dans l'intervalle entre les pulsations. 2645330 Comme les intervalles entre les pulsations, qui-sont décalées dans le temps, permettent un dépôt, les matières solides sont envoyées, lorsqu'elles descendent, devant l'orifice d'aspira- tion. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, au point le plus élevé du fond de la cuve est prévu un pulsateur qui comporte deux buses de sortie dirigées en sens opposé. On est sûr ainsi qu'à partir du point le plus élevé du fond de la cuve, sont constitués deux courants en forme de pulsation, dirigés en sens opposés dans la direction de l'emplacement le plus bas du fond de la cuve o a lieu l'extraction. On minimise ainsi les zones mortes d'écoule- ment. Suivant un autre mode de réalisation avantageux, le pulsateur, entre les deux buses de sortie, comporte un ori- fice en forme de fente dirigé vers le bas. Cet orifice en forme de fente et dirigé vers le bas donne une composante supplémentaire à la veine liquide venant heurter le fond de la cuve, ce qui permet d'être sûr qu'il ne se forme pas de zones mortes en-dessous des buses de sortie. Suivant un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, l'amenée de l'air de pulsation aux divers pulsa- teurs peut être réglée indépendamment d'un pulsateur à l'autre. Grâce à ce réglage individuel de chaque pulsateur, on peut empêcher toute, insufflation excédentaire de la région d'extraction, dans la zone du point d'accumulation., Suivant un mode de réalisation, les pulsateurs sont reliés a un conduit pour de l'air pulsé et à un conduit d'évacuation de l'air, des électrovannes étant montées res- pectivement dans le conduit pour l'air pulsé et dans le conduit d'évacuation de l'air, et les deux électrovannes sont commandées en opposition. Cette commande des pulsateurs entraîne une mise au repos des pulsateurs entre les impul- sions individuelles, grâce à la vanne commandée pour l'air évacué. Lorsque les électrovannes s'ouvrent de manière retar- - 6 2645330 dée dans le temps, dans le sens opposé -à leur commande en opposition, on obtient une fermeture définie lors de la pul- sation. On est sûr que, par exemple, le conduit pour l'air à évacuer ne s'ouvre pas trop tôt et que la pression ne se relâche pas trop tôt. Suivant un mode de réalisation avantageux, l'élec- trovanne du conduit pour l'air pulsé reçoit des impulsions d'un générateur d'impulsions électriques dont les longueurs des impulsions sont commandées en fonction du niveau et de la masse volumique. La commande de l'électrovanne dans le con- duit d'amenée de l'air s'effectue en fonction du niveau de remplissage et de la masse volumique du liquide dans la cuve annulaire. Lorsque le niveau s'élève et/ou lorsque la masse volumique augmente, la durée d'ouverture de l'électrovanne du conduit pour l'air pulsé augmente. La durée- des pulsations est prolongée. Inversement, la durée des pulsations est plus courte si le niveau de remplissage et/ou la masse volumique diminuent. Grâce à l'invention on obtient, lors d'un transfert de solution radioactive contenant des matières solides à par- tir d'une cuve annulaire, une répartition uniforme des matières solides dans le courant de liquide, la suspension de matières solides étant transportée horizontalement dans la région du fond, vers l'emplacement d'extraction. On empêche ainsi, d'une manière efficace, des dépôts de matières solides. Les besoins d'air pour le tourbillonnement des matières solides, qui sont rendus minimum, diminuent la charge en aérosols du système de l'air à évacuer. Des exemples de réalisation de l'invention sont explicités dans ce qui suit, d'une manière plus précise, au moyen du dessin schématique, dans lequel: la figure 1 est une vue en plan d'une cuve annu- laire ayant plusieurs pulsateurs répartis dans la chambre annulaire, 7 2645330 la figure 2 est une vue développée de la cuve annu- laire de la figure 1, avec un conduit pour de l'air pulsé et un conduit pour de l'air évacué qui y sont raccordés, la figure 3 représente la cuve annulaire avec une commande pour la pulsation d'air comprimé, qui est représen- tée en schéma synoptique, la figure 4 est un diagramme d'impulsions pour la commande de l'air pulsé et de l'air évacué, la figure 5 illustre la constitution d'un pulsateur muni de deux buses de sortie et monté dans la partie la plus élevée du fond de la cuve, la figure 6 illustre un mode de réalisation pos- sible d'une buse de sortie d'un pulsateur. La cuve annulaire 11, représentée à la figure 1, comporte une chambre annulaire 13 d'une largeur de 40 cm. Dans le langage des spécialistes du génie nucléaire, on appelle également cette chambre annulaire 13 "ringslab". Six pulsateurs, 15 à 20, sont montés dans la chambre annulaire 13, à une distance angulaire de 60 . Ces six pulsateurs 15 à 20 sont munis d'une buse de sortie 21 (figure 2) dirigée d'un seul côté et ont chacun un raccord de buse 22 à venturi. Entre les pulsateurs 17 et 20 se trouve l'emplacement le plus bas 23 du fond de la cuve 25, dans lequel pénètre un conduit d'aspiration 27 vertical menant vers le haut. L'emplacement le plus élevé 29 du fond de la cuve 25 est diamétralement opposé. A l'emplacement le plus élevé 29 est prévu, en outre, un autre pulsateur 31 qui est muni de buses de sortie 33, 35 (figure 2) dirigées des deux côtés. Trois pulsateurs 15, 16, 17 sont dirigés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (flèche I) vers l'emplacement le plus bas 23, et trois pulsateurs 18, 19, 20 sont dirigés dans le sens des aiguilles d'une montre (flèche II) vers l'emplacement le plus bas 23. Dans la représentation développée de la cuve annu- laire 11, à la figure 2, on peut voir que, grâce aux pulsa- 8 2645330- teurs, on obtient deux courants de sens opposés à proximité du fond. Les six pulsateurs 15 à 20 comportent à leur extré- mité inférieure des buses de sortie 21 qui sont montées parallèlement au fond de la cuve 25. Les buses dé sortie 21 des pulsateurs 15 à 20 sont dirigées sur l'emplacement le plus bas 23 du fond de la cuve 25, emplacement dans lequel le conduit d'aspiration 27 pénètre par le haut, en passant à travers un couvercle de la cuve 37. Autour de l'extrémité inférieure du conduit d'aspiration 27, sont montées des chicanes 38 en forme d'entonnoir. Les chicanes 38 inclinées sont dirigées de telle -manière, par rapport au courant proche du fond, que le cou- rant de liquide est dévié vers l'orifice du conduit d'aspira- tion 27. Les particules de matières solides mises en tourbil- lonnement intense par la pulsation tombent pendant les inter- valles entre les pulsations et sont envoyées, dans une proportion considérable, grâce à la constitution en forme d'entonnoir des chicanes 38, devant l'orifice du conduit d'aspiration 27. Le pulsateur 31 monté au point le plus élevé 29 possède deux buses à jets plats 33 et 35 dirigées en sens opposés. Il est en outre prévu, à l'extrémité inférieure, une fente 39 par laquelle un jet est envoyé sur le fond du réci- pient 25. Les buses de sortie 21, 33, 35 sont prévues à une distance du fond de 1 cm environ. Les pulsateurs sont plongés dans le liquide de la cuve et sont emplis d'une colonne de liquide. A leur extré- mité supérieure, les pulsateurs communiquent, par un conduit 41, avec un conduit pour l'air pulsé 43 qui est alimenté par une source d'air comprimé et avec un conduit pour l'air à évacuer 45. Grâce à la disposition décrite des pulsateurs, on produit deux courants de sens opposés à proximité du fond. Au point le plus bas 23 de la cuve, les fronts des courants se rencontrent. Dans ce que l'on appelle un point d'accumula- 9 2645330 tion, il se produit des augmentations locales de concentra- tion des matières solides qui peuvent être aspirées de maniè- re optimale, l'aspiration étant facilitée par les chicanes 38. Pour la commande des pulsateurs (figure 3), le conduit 41 des pulsateurs, dont seul le pulsateur 31 a été indiqué à la figure 3, communique avec le conduit pour l'air pulsé 43 sur lequel est montée une électrovanne 46. Cette électrovanne 46 est commandée électriquement par un généra- teur d'impulsions 47. Dans le conduit pour l'air évacué 45 est montée également une électrovanne 49. Cette électrovanne 49 reçoit, pour le fonctionnement, des signaux en opposition de phases de l'électrovanne 46 de l'air pulsé et s'ouvre.et se ferme ainsi en opposition. Par 51, on désigne un appareil de mesure du niveau et par 53 un appareil de mesure de la masse volumique, qui sont couplés électriquement au généra- teur d'impulsions 47 par une calculatrice 54. Comme le montre le diagramme de la commande des électrovannes de la figure 4, il est utile de commander la pulsation en fonction du niveau de la cuve. Les impulsions et les intervalles entre les impulsions sont d'autant plus courts que le niveau est plus bas. Les électrovannes 46 et 49 s'ouvrent de manière retardée dans le temps pour fermer l'autre électrovanne. Les durées de fermeture de la vanne donnant des impulsions sont déterminées par la durée du retour du liquide dans les pulsateurs. Cette durée de retour dépend à son tour, en premier lieu, de la section transversale libre des buses de sortie, de la section transversale libre du conduit pour l'air évacué et de la différence de pression. L'électrovanne 49 du conduit pour l'air évacué 45 sert à égaliser la pres- sion lors de l'ouverture, de manière à obtenir un retour aussi rapide que possible, dans le temps de fermeture de la vanne donnant les impulsions 46. -2645330 La figure 5 montre le pulsateur 31 disposé à l'emplacement le plus élevé 29 du fond de la cuve 25. Le pul- sateur 31 comporte deux buses de sortie 33 et 35, en forme de fentes, qui sont dirigées parallèlement au fond de la cuve 25. Un orifice 39, en forme de fente, est dirigé vers le bas et est disposé symétriquement entre ces deux buses de sortie 33 et 35. Le tube constituant le pulsateur 61 se termine en haut, en une bride annulaire 63 destinée à fixer le pulsateur 31. Une partie rétrécie 64 mène vers le bas aux buses de sor- tie. La figure 6 représente la constitution des buses de sortie 21 pour les six pulsateurs 15 à 20 munis d'une buse de sortie 21 dirigée d'un seul côté. La buse de sortie 21 est fixée parallèlement au fond de la cuve 25, à l'extrémité d'un coude 65 monté sur le pulsateur 15. Le raccord à venturi 22 est fixé au corps de la buse 67 par des nervures 69. Grâce à- ce raccord à venturi 22, du liquide se trouvant au voisinage est entraîné dans le courant sortant par les buses. Grâce aux modes de réalisation, décrits précédem- ment, d'une cuve annulaire, ayant un dispositif de pulsation, des solutions contenant des matières solides et se trouvant dans la cuve annulaire sont mises en tourbillonnement dans une couche de quelques 100 mm au-dessus du fond de la cuve et, en même temps, sont envoyées vers l'aspiration disposée à l'endroit le plus bas, 23, du fond de la cuve. 11 2645330 REVENDICATIONS 1. Cuve annulaire de réception de solutions radio- actives contenant des matières solides, comprenant un fond incliné et un organe d'extraction disposé à l'emplacement le plus bas, caractérisée, en ce qu'à l'intérieur, de forme annulaire, de la cuve (13) sont répartis des pulsateurs (15 à 20, 31) qui peu- vent être alimentés en air, qui pénètrent dans le liquide de la cuve et qui comportent des buses de sortie (21, 33, 35) à leur extrémité inférieure, en ce que les buses de sortie (21, 33, 35) sont disposées parallèlement au fond de la cuve (25) et sont diri- gées sur l'emplacement le plus bas (23) du fond de la cuve (25). 2. Cuve annulaire suivant la revendication 1, caractérisée, en ce que l'organe d'extraction- est un conduit d'aspiration (27), disposé verticalement, en ce que des chicanes (38) en forme d'entonnoir sont montées: à l'extrémité inférieure du conduit d'aspiration (27). 3. Cuve annulaire suivant la revendication 1, caractérisée, en ce qu'au point le plus élevé (29) du fond de la cuve (25) est prévu un pulsateur (31) qui comporte deux buses 12 2645330 de sortie (33, 35) dirigées en sens opposé. 4. Cuve annulaire suivant la revendication 3;, caractérisée, en ce que le pulsateur (31), entre les deux buses de sortie (33, 35), comporte un orifice (29) en forme -de fente dirigé vers le bas. 5. Cuve annulaire suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée, en ce que l'amenée de l'air de pulsation aux divers pulsateurs peut être réglée indépendamment d'un pulsateur à l'autre. 6. Cuve annulaire suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée, en ce que les pulsateurs (15 à 20, 31) sont reliés à un conduit pour de l'air pulsé (43) et à un conduit d'éva- cuation de l'air (45), des électrovannes (46 et 49) étant montées respectivement dans le conduit pour l'air pulsé (43) et dans le conduit d'évacuation de l'air (45), et en ce que les deux électrovannes (46, 49) sont commandées en oppo- sition. 7. Cuve annulaire suivant la revendication 6, caractérisée, en ce cue les électrovannes (46, 49) s'ouvrent de manière retardée dans le temps, dans le sens de leur commande en opposition. 8. Cuve annulaire suivant l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée, en ce que l'électrovanne (46) du conduit pour l'air pulsé (43) reçoit des impulsions d'un générateur d'impulsions électriques (47), dont les longueurs des impulsions sont com- mandées en fonction du niveau et de la masse volumique.