Brevet FR2652192A1 — publié le 19910322

DESCRIPTION L'invention se rapporte à un système de régulation de pression dans une enveloppe siège d'une réaction chimique périodique de dissolution. Plus précisément, les réactions chimiques dont il est ici question ont pour caractéristique primordiale de libérer des gaz. A chaque introduction de matériau à dissoudre, la pression dans ltenveloppe augmente donc brusquement et dans des proportions très fortes. On constate ensuite que les gaz sont sujets à des réactions de recombinaison qui se traduisent par une baisse progressive de la pression, à une vitesse beaucoup moins importante, et qui est appelée une dérive. Dans le cas envisagé ici, où l'enveloppe est un dissolveur de tronçons de combustibles nucléaires irradiés dans de l'acide nitrique chaud, on cherche à maintenir l'atmosphère de L'enveloppe en dépression par rapport à la cellule dans laquelle elle se trouve pour éviter toute pollution externe tout en évitant les variations de pression trop brusques, car l'étanchéité de l'enveloppe est assurée normalement par des joints hydrauliques constitués par une chicane remplie d'eau qu'il importe de ne pas vider par une surpression brusque et excessive. On peut entreprendre de maîtriser les variations de pression par une foule de moyens classiques, mais qui échouent d'une façon générale car la montée en pression consécutive à l'introduction de matériau à dissoudre est treks violente et n'est pas identique å chaque cycle. Les variations de pression en sens alternés et à des vitesses très différentes constituent une autre difficulté. On a ainsi échoué avec des procédés consistant à injecter à chaque cycle de l'air en réponse aux indications d'un capteur de pression, ou encore en synchronisme avec l'introduction du matériau à dissoudre ou un peu auparavant, de même qu'avec des superpositions de tels procédés.Il en va de même pour des procédés d'injection de vapeur ou d'acide nitrique froid, ou de régulation automatique par respiration entre l'enveloppe et une capacité gazeuse attenante. L'invention concerne donc un système de régulation de la pression dans une enveloppe siège d'une réaction chimique périodique de dissolution libérant des gaz sujets à des réactions chimiques de recombinaison, l'enveloppe communiquant avec un circuit de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend deux dispositifs d'injection de gaz munis chacun d'une vanne à ouverture progressive, le second dispositif d'injection débouchant sur le circuit de gaz en un endroit plus éloigné de l'enveloppe que l'endroit où le premier dispositif d'injection débouche, ainsi qu'un dispositif d'asservissement des deux vannes comprenant des moyens de mesure de la pression dans l'enveloppe, de réglage d'ouverture des vannes, de mesure du degré d'ouverture d'une première des vannes associée au premier dispositif d'injection et de comparaison du degré d'ouverture de la première vanne aux deux valeurs déterminées. Un troisième dispositif d'injection à vanne peut être prévu sur le circuit d'évacuation entre l'enveloppe et le deuxième dispositif d'injection pour remplacer le premier dispositif d'injection. L'invention concerne également un procédé de régulation de la pression dans une enveloppe siège d'une réaction chimique périodique de dissolution libérant des gaz sujets à des réactions chimiques de recombinaison et communiquant avec un circuit de gaz, dans lequel un gaz est injecté par deux dispositifs d'injection, le second des dispositifs d'injection débouchant sur le circuit de gaz en un endroit plus éLoigné de l'enveloppe que l'endroit où le premier dispositif d'injection débouche, caractérisé en ce qu'il consiste à modifier le débit d'injection de gaz par le premier dispositif d'injection en fonction des variations de la pression dans L'enveloppe, et à modifier également le débit d'injection de gaz par le second dispositif d'injection quand le débit de gaz d'injection par le premier dispositif d'injection sort d'une plage déterminée, de manière à ramener ledit débit dans ladite plage. On va maintenant décrire l'invention plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif : - la figure 1 est une vue schématique d'un système dans lequel L'invention a été implantée ; et - la figure 2 est un organigramme montrant le schéma d'asservissement. La figure 1 représente donc schématiquement un système de dissolution de combustible nucléaire irradié, dont la pièce maîtresse est un dissolveur 1 à roue dont on a représenté l'enveloppe et qui est constitué conformément par exemple au brevet français nO 88 13931 ; diverses conduites se branchent sur le dissolveur 1 et le relient à divers systèmes un système d'alimentation en acide 2, un système de purification 3 des gaz produits par la dissolution et un circuit d'évacuation de la solution de dissolution 4. Ce dernier système comprend un réservoir 5 d'ou sort une conduite 6 d'évacuation des gaz et qui se joint à une autre conduite 7 provenant du système de purification 3.La conduite de jonction 8 aboutit à un condenseur 9 et successivement à deux colonnes de recombinaison 10 et 11, reliées chacune à un réservoir d'acide recombiné 12 et 13, et réunies par une première conduite intermédiaire 14. Les gaz passent ensuite dans une seconde conduite intermédiaire 15 et de Là dans une troisième colonne de traitement 16 au-dessus d'un réservoir de soude caustique 17. Les résidus gazeux quittent le sommet de la colonne 16 par une conduite de sortie 18 et passent dans d'autres installations de traitement ou sont rejetés. On a référencé par 19 une conduite d'injecté tion d'air qui entre dans le dissolveur 1 et alimente un élévateur à bulles 20 utilisé pour ramasser les tronçons de gaines tombés au fond du dissolveur 1 et les recycler. Une première vanne 21 est disposée sur cette conduite d'injection 19, une deuxième vanne 22 sur une conduite d'injection d'air 122 qui débouche sur la seconde conduite intermédiaire 15 tout près de la troisième colonne de traitement 16 et une troisième vanne 23 sur une conduite d'injection d'air 123 qui débouche entre les deux premières colonnes de recombinaison 10 et 11 sur la première conduite intermédiaire 14. Les débits que laissent passer les vannes 21, 22 et 23 dans leur position d'ouverture maximale sont croissants dans cet ordre (100, 190 et 300 Nm3/h dans une réalisation) ainsi que les constantes de temps (18, 27 et 35 s dans ce cas). On sait qu'une constante de temps correspond au temps nécessaire pour, à partir d'un état initial d'équilibre d'un système, défini ici par une pression initiale dans le dissolveur 1 et une position initiale de la vanne considérée, parvenir à un état intermédiaire distant de l'état initial de 63 Z de la distance entre l'état initial et un état final d'équilibre, par suite d'une variation en échelon de la position de la vanne et sans qu'aucune des autres grandeurs influant sur le système n'ait été modifiée pendant ce temps. Le mode habituel de fonctionnement fait intervenir les deux premières vannes 21 et 22. La figure 2 montre que la première vanne 21 est commandée par un premier régulateur 24 à l'aide des indications d'un manomètre 25 qui mesure la dépression dans le dissolveur 1. Le premier régulateur 24 compare cette dépression avec une dépression de consigne et modifie l'ouverture de la première vanne 21 tout en envoyant l'information d'ouverture à un comparateur 26.Si la valeur d'ouverture actuelle, est située dans une plage délimitée par un seuil haut d'ouverture et un seuil bas d'ouverture, le comparateur 26 reste inactif ; dans le cas contraire, il faut ramener la valeur d'ouverture à l'intérieur de cette plage car des variations rapides de pression risqueraient d'amener la première vanne 21 à un état de saturation (ouverture ou fermeture maximale) qui rendrait l'asser- vissement inopérant. Un intégrateur 27 qui commande la deuxième vanne 22 est aLors informé de cet état de fait et il modifie l'ouverture de la deuxième vanne 22 de façon à faire varier la pression à l'intérieur du dissolveur 1 dans le sens qui permet, par un pilotage proportionné de la première vanne 21, de retrouver la dépression de consigne tout en ramenant l'ouverture de cette première vanne 21 dans la plage admissible. La deuxième vanne 22 est donc une vanne de désaturation qui a comme propriété suppLémentaire, comme on l'a vu, d'avoir un débit variant plus fortement que celui de la première vanne 21 mais avec un effet plus lent car la deuxième vanne 22 est beaucoup plus éloignée du dissolveur 1. Ceci explique qu'en pratique l'action de la première vanne 21, dont les conséquences sont beaucoup plus rapides sur la pression dans le dissolveur 1, sera prépondérante pour compenser Les montées en pression consécutives aux dissolutions, alors que la seconde vanne 22 sera utilisée principalement pour compenser les dérives. Si donc le comparateur 26 détecte que le seuil haut d'ouverture de la première vanne 21 est atteint, le coefficient d'ouverture de la deuxième vanne 22 est modifié suivant la formule où Vg désigne le coefficient initial, V2 te coefficient corrigé et R est une constante. Si Le seuil bas d'ouverture est atteint, Dans les états intermédiaires, V2 reste égal à Vg. Tel est le mode normal d'utilisation du système. Mais la première vanne 21, dont l'action est rapide, est fort sollicitée et peut être sujette à des anomalies de fonctionnement (usure, blocage, ...) ; pour assurer la continuité du fonctionnement, on la remplace alors, instantanément, par la troisième vanne 23. Un premier commutateur 28 permet de piloter l'une ou l'autre de ces vannes 21 et 23 au moyen du premier régulateur 24, qui a bien entendu été chargé de deux séries de paramètres différents puisque les vannes 21 et 23 ne sont pas les mêmes. De même, les seuils haut et bas d'ouverture stockés dans le comparateur 26 sont alors modifiés. Le coefficient R fourni à l'intégrateur 27 reste cependant le même en général. Il existe cependant un état transitoire qui suit immédiatement la commutation : quand on passe d'un asservissement par la première vanne 21 à un asservissement par la troisième vanne 23, le coefficient R est remplacé temporairement, pendant une durée i\t, par un coefficient R1 beaucoup plus important. Ce remplacement est engendré systématiquement lors du basculement ; il convient cependant de préciser que son effet sur la deuxième vanne 22 n'a lieu que si le seuil haut de la troisième vanne 23 est atteint et que la durée At n'est pas écoulée. Dans le cas où la durée t est écoulée alors que le seuil haut de la vanne 23 est toujours atteint, c'est avec le coefficient initial R que l'action sur la deuxième vanne 22 continuera. Quand on passe à un asservissement par la première vanne 21, le coefficient R est remplacé temporairement par un coefficient R2 également plus important que R suivant le même principe que le coefficient R1, en considérant le dépassement du seuil bas de la première vanne 21 au lieu du seuil haut de la troisième vanne 23. En effet, la plage de fonctionnement normal de la troisième vanne 23 se situe à des débits plus importants que pour la première vanne 21.Si par exemple La troisième vanne 23 était réglée à un état d'ouverture proche du seuil haut juste avant la commutation, le seuil haut d'ouverture de la première vanne 21 pourrait ensuite être largement dépassé si le coefficient R était maintenu, et l'asservissement perdrait sa fiabilité. C'est pourquoi il importe de pouvoir actionner beaucoup plus rapidement la deuxième vanne 22 pour revenir à la plage de fonctionnement normal. Il faut cependant noter que Le coefficient R n'est pas modifié pour les deux autres seuils, et que les coefficients R1 et R2 sont de toute façon à nouveau remplacés par le coefficient normal R après un laps de temps déterminé. Une quatrième vanne 29 est branchée en série avec La première vanne 21 sur le circuit d'injection d'air. Il s'agit d'une électrovanne pouvant prendre un état d'ouverture et un état de fermeture totale, et qui permet de ramener le cas du blocage accidentel de la première vanne 21 en ouverture partielle ou totale à un cas de blocage en fermeture de cette dernière et permettant la commutation sur la troisième vanne 23. En effet, dans le cas d'un blocage de la première vanne 21, L'ordre de fermeture donné précisément par la commutation n'a aucun effet, l'air continuant à passer, et il est donc nécessaire d'avoir un système d'isolement en amont de la première vanne 21. IL est tenu compte des temps de réaction dus aux commutations entre la première vanne 21 et la troisième vanne 23 provenant de ce que celle-là est plus proche du dissolveur 1 que celle-ci.Si l'on passe à un asservissement de la première vanne 21 à la troisième vanne 23, la quatrième vanne 29 est fermée après une temporisation de deux secondes, équivalant au temps de parcours nécessaire à la fermeture de la première vanne 21. Dans le cas contraire, la quatrième vanne 29 est ouverte simultanément à la commutation. La commande de la dépression par une double vanne est toutefois inutile en dehors des périodes de dissolution. C'est pourquoi on a prévu un second commutateur 30 qui permet d'inhiber le fonctionnement des première et troisième vannes 21 et 23 et de ne piloter que la deuxième vanne 22. On n'utilise alors plus L'intégrateur 27, mais un second régulateur 31 capable de lire les informations du manomètre 25 et de les comparer à un état de consigne pour l'ouverture de la deuxième vanne 22. Ce mode de fonctionnement est justifié par la faible vitesse d'évolution de la dépression dans ce cas. Il est encore nécessaire d'y recourir comme fonctionnement de secours lorsqu'au- cune des première et troisième vannes 21 et 23 ne marche correctement. REVENDICATIONS 1. Système de régulation de la pression dans une enveloppe (1) siège d'une réaction chimique périodique de dissolution libérant des gaz sujets à des réactions chimiques de recombinaison, l'enveloppe communiquant avec un circuit de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend deux dispositifs d'injection (19, 122) de gaz munis chacun d'une vanne (21, 22) à ouverture progressive, le second dispositif d'injection (122) débouchant sur le circuit de gaz en un endroit plus éloigné de l'enveloppe (1) que l'endroit où Le premier dispositif d'injection débouche, ainsi qu'un dispositif d'asservissement des deux vannes comprenant des moyens de mesure de la pression (25) dans l'en- veloppe (1), de réglage d'ouverture (24, 27) des vannes, de mesure du degré d'ouverture (26) d'une première des vannes (21, 22) associée au premier dispositif d'injection (19) et de comparaison du degré d'ouverture de la première vanne avec deux valeurs déterminées. 2. Système de régulation de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un trosième dispositif d'injection (123) muni d'une troisième vanne (23) qui débouche sur le circuit de gaz en un endroit plus proche de l'enveloppe que l'endroit où le second dispositif d'injection débouche, le dispositif d'asservissement comprenant en outre des moyens de réglage d'ouverture (24) de la troisième vanne, de mesure du degré d'ouverture (26) de la troisième vanne, de comparaison du degré d'ouverture de la troisième vanne avec deux valeurs déterminées, et de commutation (28) de réglage d'ouverture de la première et de La troisième vannes pour ne régler que séparément l'ouverture de ces vannes. 3. Système de régulation de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier dispositif d'injection débouche dans l'enveloppe. 4. Système de régulation de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier dispositif d'injection comporte une quatrième vanne (29) en série avec la première vanne. 5. Procédé de régulation de la pression dans une enveloppe (1) siège d'une réaction chimique périodique de dissolution libérant des gaz sujets à des réactions chimiques de recombinaison et communiquant avec un circuit de gaz, dans lequel un gaz est injecté par deux dispositifs d'injection, le second des dispositifs d'injection débouchant sur le circuit de gaz en un endroit plus éloigné de l'enveloppe que l'endroit où le premier dispositif d'injection débouche, caractérisé en ce qu'il consiste à modifier le débit d'injection de gaz par le premier dispositif d'injection en fonction des variations de la pression dans l'enveloppe, et à modifier également le débit d'injection de gaz par le second dispositif d'injection quand le débit de gaz d'injection par le premier dispositif d'injection sort d'une plage déterminée, de manière à ramener ledit débit dans ladite plage.