Brevet FR2641574A1 — publié le 19900713

Procédé et dispositif de protection contre l'érosion-corrosion Le conduits de transport de vapeur à partir de l'étage à haute pression d'une turbine. La présente invention concerne un procédé de protection contre l'érosioncorrosion de conduits de transport de vapeur de l'étage à haute pression d'une turbine à vapeur saturée de centrale de production d'énergie et/ou de vapeur, d'une part à des corps de son étage à basse pression, d'autre part à des réchauffeurs de vapeur de l'installation d'échange de chaleur de la centrale de production d'énergie et/ou de vapeur, dans lequel on sépare par centrifugation la majeure partie de l'eau contenue dans les soutirages et les sorties de vapeur humide de l'étage à haute presion, on soumet à une surchauffe et/ou un séchage final une première fraction de la vapeur ainsi partiellement séchée, puis l'introduit dans les corps de l'étage à basse pression de la turbine, et on transmet une fraction complémentaire de la vapeur ainsi partiellement séchée aux réchauffeurs de vapeur. Elle s'étend en outre à un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. On sait que la vapeur issue des soutirages ou de la sortie sur l'étage à haute pression d'une turbine à vapeur saturée est humide (teneur en eau de 10 à 20 % environ). Du fait de sa circulation à vitesse relativement élevée dans les conduites de transport de la vapeur, soit à l'étage à basse pression de la turbine, soit aux réchauffeurs de vapeur de l'installation d'échange de chaleur de la centrale, les particules d'eau entraînées provoquent une érosion-corrosion assez rapide de ces conduites. On a déjà proposé de réduire la teneur en eau de cette vapeur à une valeur suffisamment faible pour qu'elle ne produise plus d'érosion- corrosion importante des conduites de transport. On peut utiliser à cet effet des séparateurs par centrifugation à grande vitesse à éléments tubulaires coaxiaux, fournissant en aval un courant axial de vapeur appauvrie en eau et un courant périphérique d'eau ou de vapeur très enrichie en eau, du genre décrit notamment dans les documents EP-A- 0002235, EP-A-0005493 et FR-A-2558741, - 2 - aux noms de la demanderesse et d'Electricité de France. On peut réduire ainsi l'humidité de la vapeur admise dans les tuyauteries en aval à moins de 1 %. En aval du corps de l'étage à basse pression, on assure une surchauffe et/ou un séchage plus poussé de la vapeur à l'entrée de l'étage à basse pression de la turbine à vapeur à l'aide de surchauffeurs comprenant des échangeurs tubulaires à faisceaux de tubes parcourus par de la vapeur d'eau plus chaude sous pression plus élevée et/ou des séparateurs comprenant des paquets de tôles ondulées parallèles, les séparateurs-surchauffeurs notamment pouvant être verticaux, du genre décrit dans le document au nom de la demanderesse EP-A-0010261, ou horizontaux, du genre décrit dans le document EP-A-0005225. Un dispositif de protection de ce genre est représenté schémati- quement dans la figure 1 du dessin annexé. Le corps à haute pression 1 de la turbine de détente de vapeur est disposé sur le même arbre 1A que ses corps à basse pression 34, 36, 38. Le corps à haute pression comporte deux séries de sortie de vapeur humide 2, 4 d'une part, 3, 5 d'autre part, destinés à rejoindre les corps à basse pression par les conduites principales 20 d'une part, 21 d'autre part. Par ailleurs des soutirages 6 d'une part, 7 d'autre part, sont destinés à alimenter des réchauffeurs 22A et 23A respectivement de l'installation d'échange de chaleur de la centrale, assurant par exemple le réchauffage d'eau d'alimentation de la centrale de production d'énergie et/ou de vapeur. Sur les conduits de soutirage sont disposés respectivement des séparateurs centrifuges à grande vitesse 8, 10, 12 d'une part, 9, 11, 13 d'autre part. En aval des séparateurs centrifuges à grande vitesse, les conduits 14 et 16 d'une part, 15 et 17 d'autre part, débouchent dans les conduites principales d'alimentation de l'étage à basse pression 20 et 21. Les conduits 18 et 19 amènent la vapeur aux réchauffeurs 22A et 23A déjà mentionnés. Les conduites principales 20 et 21 alimentent les trois corps à basse pression de la turbine. Elles se subdivisent en conduits 22, 24, 26 d'une part, 23, 25, 27 d'autre part, sur lesquels sont - 3 - disposés des séparateurs-surchauffeurs 28, 30, 32 d'une part, 29, 31, 33 d'autre part. Les différents flux de vapeur surchauffée et/ou séchée débouchent alors dans les corps à basse pression 34, 36, 38. Ce dispositif permet d'éviter dans une large mesure l'érosion-cor- rosion des conduits d'alimentation des corps de détente sous basse pression et des réchauffeurs, mais nécessite l'installation sur chaque conduit de vapeur d'un séparateur à grande vitesse. L'appareil- lage nécessaire est donc assez complexe et coûteux. L'invention a pour but de procurer un procédé et un dispositif de protection contre l'érosion-corrosion des conduits de soutirage et de sortie de vapeur issue de l'étage à haute pression de la turbine et des conduits de liaison avec les corps de l'étage à basse pression et avec les réchauffeurs de l'installation d'échange de chaleur de la centrale, qui ne nécessite qu'un appareillage plus simple et moins coûteux, tout en assurant un séchage aussi efficace de la vapeur soutirée de l'étage à haute pression. Le procédé de l'invention est caractérisé en ce que l'on soumet en commun au séchage par centrifugation la première fraction et la fraction complémentaire de la vapeur, et en ce que l'on soumet la fraction complémentaire issue du séchage en commun à un séchage final par centrifugation. Selon une première variante, on prélève la fraction complé- mentalre de vapeur destinée à être envoyée aux réchauffeurs de vapeur sur les sorties de vapeur humide de soutirage des séparateurs par centrifugation traitant l'ensemble de la vapeur humide issue de l'étage à haute pression de la turbine, et on soumet cette fraction complémentaire à un séchage final par centrifugation après son prélèvement. Selon une autre variante, plus avantageuse, on prélève cette mime fraction complémentaire de vapeur sur les sorties de vapeur de soutirage des séparateurs par centrifugation traitant l'ensemble de la vapeur humide issue de l'étage à haute pression de la turbine, cette fraction de vapeur complémentaire étant séchée par centrifugation avant son prélèvement. Le dispositif de l'invention, comprenant des séparateurs -4- par centrifugation de la majeure partie de l'eau contenue dans les soutirages et les sorties de vapeur humide de l'étage à haute pression de la turbine à vapeur saturée de la centrale de production d'énergie et/ou de vapeur, des conduits de transport d'une première fraction de la vapeur partiellement séchée dans de tels séparateurs par centrifugation vers l'étage à basse pression, des surchauffeurs et/ou séparateurs sur des tuyauteries d'introduction de la vapeur issue de ces conduits de transport à des corps de l'étage à basse pression, et des conduits de transport d'une fraction complémentaire de la vapeur partiellement séchée dans les séparateurs par centrifuga- tion aux réchauffeurs de vapeurs de l'installation d'échange de chaleur de la centrale, est caractérisé en ce que les séparateurs par centrifugation de la vapeur destinée à être transmise à l'étage à basse pression sont regroupés sur des groupes d'au moins deux conduits de sortie de cette vapeur et sont également reliés aux soutirages de la vapeur destinée à être envoyée aux réchauffeurs de vapeur, et en ce que les conduits de transport de la vapeur séchée aux réchauffeurs de vapeur sont reliés à des sorties de ces séparateurs par centrifugation. Selon une première variante, les conduits de transport le vapeur aux réchauffeurs de vapeur sont reliés aux sorties de vapeur de soutirage des séparateurs par centrifugation et sont munis de séparateurs par centrifugation auxiliaires. Selon la seconde variante, préférée, ces mêmes conduits de transport sont reliés à des sorties de vapeur séchée des sépara- teurs par centrifugation communs alimentant aussi les conduits de transport de la vapeur destinée à être transmise aux corps de l'étage à basse pression de la turbine, et ne comportent pas de séparateurs par centrifugation auxiliaires. L'appareillage nécessaire au séchage de la vapeur est ainsi encore réduit. Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en référence aux figures 2 à 5 du dessin annexé, des dispositifs selon les deux variantes ci-dessus de l'invention. La figure 2 représente une dispositif selon la première variante, comportant des séparateurs par centrifugation auxiliaires sur les - 5 - conduits d'alimentation des réchauffeurs. La figure 3 représente plus en détail en coupe verticale les séparateurs par centrifugation du dispositif de la figure 5 avec leurs liaisons. La figure 4 représente une coupe par un plan perpendiculaire A celui de la figure 3, selon l'axe IV-IV de cette dernière. La figure 5 représente un dispositif selon la variante préférée, ob les conduits d'alimentation des réchauffeurs reçoivent de la vapeur déjà séchée dans les séparateurs à grande vitesse principaux, disposés sur les conduits d'alimentation des corps à basse pression de la turbine. Dans la figure 2, les séparateurs centrifuges à grande vitesse et 41 reçoivent respectivement les échappements du corps à haute pression 1 de la turbine correspondant aux conduits de soutirage et de sortie de la vapeur 2, 4 et 6 d'une part, 3, 5 et 7 d'autre part. De la vapeur d'eau humide est soutirée latéralement sur ces séparateurs et envoyée par les conduits 6 et 7 à des séparateurs à grande vitesse auxiliaires 6A et 7A pour y subir un séchage comme décrit dans la publication "Moisture separation helps eliminate erosion-corrosion", Nuclear Engineering International, mars 1988, p 43-44, puis de ceux-ci par les conduits 18 et 19 aux réchauffeurs 22A et 23A. Comme dans le dispositif représenté en figure 1, la vapeur séchée dans les séparateurs 40, 41 est envoyée par les conduites principales 20 et 21 aux séparateurs surchauffeurs 28, 30, 32 d'une part, 29, 31, 33 d'autre part, puis aux corps à basse pression 34, 36, 38 de la turbine. Dans les figures 3 et 4, la vapeur humide Qp + Qs provenant de l'étage à haute pression de la turbine passe à l'étage de sépara- tion d'eau contenu dans un réservoir cylindrique d'axe horizontal 49 par les piètements 50, 51 disposés sur sa génératrice supérieure. Sur les mêmes axes que ces piètements, mais sur la génératrice inférieure du réservoir, sont disposés des piètements de sortie de vapeur sèche 52, 53. Sur les axes communs de piètements 50, 52 d'une part, 51, -6- 53 d'autre part, sont disposés dans le réservoir deux groupes 40, 41 de cellules cylindriques de séparation par centrifugation qui traitent le débit des deux circuits de vapeur à sécher. Par assurer un bon fonctionnement de ces cellules une certaine quantité Qs de vapeur humide est prélevée avec l'eau séparée dans les cellules 40, 41 au niveau des lèvres circulaires 42, 43, des tubes des cellules 40, 41. L'eau séparée dans les cellules 40, 41 s'écoule vers le bas à l'intérieur de l'enveloppe 45 vers une tubulure d'évacuation des purges 44 (figure 4). Une quantité Qs de vapeur humide s'écoule vers le haut à l'intérieur de cette même enveloppe 45 autour des groupes de cellules auxiliaires de séparation par centrifugation, dont seul le groupe 46, relié au groupe de cellules de séparation principales 41, est représenté. La vapeur humide pénètre ensuite dans ce groupe de cellules auxiliaires. L'eau séparée dans les cellules 46 est évacuée vers les purges par le conduit 47. La vapeur séchée sort par la tubulure 48 pour aller aux réchauffeurs de vapeur. La vapeur Qp séchée dans les groupes principaux de cellules de séparation 40, 41 est envoyée par les piètements de sortie 52, 53 vers les corps à basse pression de la turbine de détente. Le dispositif représenté en figure 5 est en grande partie similaire à celui de la figure 2, et les éléments communs ne seront pas décrits à nouveau. Mais la vapeur de soutirage alimentant les réchauffeurs 22A et 23A par l'intermédiaire des circuits 6 et 7 de vapeur est séchée à l'intérieur des séparateurs 40 et 41 identiques à ceux décrits précédemment et sur les figures 3 et 4, et non dans des séparateurs auxiliaires. Ce dispositif est donc encore plus simple puisqu'il ne comporte que deux groupes de cellules de séparation par centrifugation à grande vitesse pour l'ensemble des conduits de transport de vapeur issue de l'étage à haute pression de la turbine. -7 - REVENDICATIONS: i/ Procédé de protection contre l'érosion-corrosion de conduits de transport de vapeur de l'étage à haute pression (1) d'une turbine à vapeur saturée de centrale de production d'énergie et/ou de vapeur, d'une part à des corps (34, 36, 38) de son étage à basse pression, d'autre part à des réchauffeurs de vapeur (22A, 23A) de l'installation d'échange de chaleur de la centrale de production d'énergie et/ou de vapeur, dans lequel on sépare par centrifugation (40, 41) la majeure partie de l'eau contenue dans les soutirages et les sorties de vapeur humide de l'étage à haute pression, on soumet à une surchauffe et/ou un séchage final (28, 30, 31, 32, 33) une première fraction de la vapeur ainsi partiellement séchée, puis l'introduit dans les corps (34, 36, 38) de l'étage à basse pression de la turbine, et on transmet une fraction complémentaire de la vapeur ainsi partiel- lement séchée aux réchauffeurs de vapeur (22A, 23A), caractérisé en ce que l'on soumet en commun au séchage par centrifu- gation (40, 41, figure 2) la première fraction et la fraction complémen- taire de la vapeur, et en ce que l'on soumet la fraction complémentaire issue du séchage en commun à un séchage final par centrifugation (6A, 7A). 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prélève la fraction complémentaire de vapeur destinée à être envoyée aux réchauffeurs de vapeur sur les sorties de vapeur de soutirage des séparateurs par centrifugation (40, 41) traitant l'ensemble de la vapeur humide issue de l'étage à haute pression de la turbine, et en ce que l'on soumet cette fraction complémentaire à un séchage final par centrifugation (6A, 7A) après son prélèvement. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prélève la fraction complémentaire de vapeur destinée à être envoyée aux réchauffeurs de vapeur sur les sorties de vapeur humide de soutirage des séparateurs par centrifugation traitant l'ensemble de la vapeur issue de l'étage à haute pression de la turbine, et en ce que l'on effectue le séchage final avant son prélèvement. 4/ Dlspositif de protection contre l'érosion-corrosion de conduits de transport de vapeur de l'étage à haute pression (1) d'une turbine - 8 - à vapeur de centrale de production d'énergie et/ou de vapeur, d'une part à des corps (34, 36, 38) de son étage à basse pression, d'autre part à des réchauffeurs de vapeur (22A, 23A) de l'installation d'échange de chaleur de la centrale de production d'énergie et/ou de vapeur, comprenant des séparateurs par centrifugation de la majeure partie de l'eau contenue dans les soutirages et les sorties de vapeur humide de l'étage à haute pression, des conduits de transport de la vapeur partiellement séchée dans de tels séparateurs par centrifugation aux réchauffeurs de vapeur, des conduites communes de transport de la vapeur séchée dans de tels séparateurs vers l'étage à basse pression de la turbine, et des surchauffeurs et/ou séparateurs sur des tuyauteries d'introduction de la vapeur issue des conduites communes à des corps de l'étage à basse pression, caractérisé en ce que les séparateurs par centrifugation de la vapeur destinée à être transmise à l'étage à basse pression sont regroupés (40, 41) sur des groupes (2, 3; 4, 5) d'au moins deux conduits de soutirage de cette vapeur et sont également reliés aux échappements de la vapeur destinée à être envoyée aux réchauf- feurs de vapeur (22A, 23A), et en ce que les conduits (6, 18; 7, 19) de transport de la vapeur séchée aux réchauffeurs de vapeur sont reliées à des sorties de ces séparateurs par centrifugation. / Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les conduits (6, 18; 7, 19) de transport de vapeur aux réchauffeurs de vapeur (22A, 23A) sont reliés à des sorties de vapeur humide de soutirage des séparateurs par centrifugation (40, 41) et sont munis de séparateurs par centrifugation auxiliaires (6A, lA). 6/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les conduits (6, 7) de transport de vapeur aux réchauffeurs de vapeur (22A, 23A) sont reliés aux sorties de vapeur de soutirage séchée des séparateurs par centrifugation (40, 41) et ne comportent pas de séparateurs par centrifugation auxiliaires distincts.