Brevet FR2671225A1 — publié le 19920703

L'invention concerne un procédé et un disposi- tif de mesure de la température du fluide de refroidis- sement primaire d'un réacteur nucléaire. Les réacteurs nucléaires tels que les réac- teurs nucléaires refroidis par de l'eau sous pression comportent une cuve dans laquelle est disposé le coeur du réacteur constitué par des assemblages combustibles et un circuit primaire comportant au moins une boucle sur laquelle est disposé un générateur de vapeur, à 1 'intérieur duquel le fluide de refroidissement primaire du réacteur assure l'échauffement et la vaporisation d'eau d'alimentation Chacune des boucles du circuit primaire comporte des tuyauteries de grand diamètre et de forte épaisseur dans lesquelles circule le fluide de refroidissement primaire L'une des tuyauteries, ou branche chaude, relie la cuve au générateur de vapeur et assure le transfert du fluide primaire échauffé au contact du coeur dans la partie primaire du générateur de vapeur. Une autre tuyauterie, ou branche froide, assure le retour du fluide de refroidissement dans la cuve, après son passage dans le générateur de vapeur. Pour assurer la conduite et le contrôle de fonctionnement des réacteurs nucléaires, il est néces- saire de mesurer la température du fluide primaire qui doit être maintenue impérativement dans un intervalle prédéterminé, pour assurer un fonctionnement satisfai- sant du réacteur nucléaire. L'un des procédés les plus couramment utilisés consiste à prélever du fluide de refroidissement dans différentes branches du circuit primaire, à mélanger les prélèvements obtenus et à effectuer des mesures de température sur les prélèvements de fluide après leur mélange Ces mesures de température sont effectuées sur les conduites de prélèvement ou dans des collecteurs situés, en des points éloignés des tuyauteries primai- res. Le circuit de prélèvement comporte des tuyau- teries de petit diamètre dont la longueur totale peut être de l'ordre de 60 m En outre, le circuit de prélè- vement est complexe et comporte de nombreuses vannes et clapets au niveau desquels peuvent se produire des fuites entraînant une contamination de l'environnement du réacteur nucléaire On doit alors mettre en oeuvre des procédures de décontamination qui peuvent s'avérer longues et coûteuses. En outre, les opérateurs de maintenance qui interviennent sur le circuit de prélèvement peuvent être soumis à un taux d'irradiation élevé. On connaît également des dispositifs de mesure de la température d'un fluide de refroidissement à l'intérieur des tuyauteries primaires qui comportent une sonde dont le corps de support traverse la paroi de la tuyauterie primaire Ces dispositifs appelés écopes peuvent comporter un élément en forme de doigt de gant pénétrant à l'intérieur de la canalisation primaire à l'intérieur duquel est placée la sonde de mesure de température Le doigt de gant est percé dans sa partie disposée à l'intérieur de la tuyauterie primaire, de manière que le fluide de refroidissement puisse circuler au contact de la sonde. La température du fluide de refroidissement d'un réacteur nucléaire n'est pas homogène dans les différentes sections des tuyauteries primaires et en particulier dans les branches chaudes o il se produit une stratification de ce fluide de refroidissement. Les procédés de mesure de la température du fluide de refroidissement doivent tenir compte de ces phénomènes pour que les mesures obtenues soient réelle- ment représentatives et permettent d'effectuer un contrôle et une conduite efficaces du réacteur nucléai- re. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de mesure de la température du fluide de refroi- dissement primaire d'un réacteur nucléaire comportant une cuve renfermant le coeur du réacteur et un circuit primaire comportant au moins une boucle sur laquelle est disposé un générateur de vapeur et qui comporte des tuyauteries dans lesquelles circule le fluide de refroi- dissement primaire du réacteur, l'une des tuyauteries, ou branche chaude, reliant la cuve au générateur de vapeur et une autre tuyauterie, ou branche froide, assurant le retour du fluide de refroidissement prove- nant du générateur de vapeur, dans la cuve, ce procédé d'une mise en oeuvre simple permettant d'obtenir des mesures de température représentatives en évitant, dans une très large mesure, des risques d'irradiation par le fluide de refroidissement. Dans ce but, on prélève du fluide de refroi- dissement dans une partie sensiblement horizontale de la branche chaude, en au moins trois points répartis à la périphérie d'une section droite de la branche chaude, de manière que l'un au moins des points de prélèvement ou point de prélèvement inférieur soit situé en-dessous de l'axe de la tuyauterie, on mesure la température de l'eau de refroidissement prélevée en chacun des points de prélèvement à sa sortie de la branche chaude et on réintroduit le fluide de refroidissement dans la branche chaude, en un point situé dans une position sensiblement opposée diamétralement, par rapport à un point de prélè- vement inférieur, sur la section droite de la branche chaude. L'invention est également relative à un dispo- sitif de mesure permettant de mettre en oeuvre le procé- dé suivant l'invention. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, dans le cas d'un réac- teur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression. La figure 1 est une vue en perspective schéma- tique d'un circuit de prélèvement et de mesure de tempé- rature du fluide primaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, selon l'art antérieur. La figure 2 est une vue schématique en éléva- tion latérale d'une partie d'un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention située sur une branche chaude du réacteur. La figure 3 est une vue en coupe suivant 3-3 de la figure 2. La figure 3 A est une vue en coupe analogue à la figure 3 d'une partie du dispositif située sur une branche froide du réacteur. La figure 4 est une vue en coupe axiale d'un élément de mesure de la température du fluide de refroi- dissement utilisé dans le dispositif suivant l'inven- tion. La figure 5 est une vue en coupe axiale d'un élément permettant la réintroduction du fluide de re- froidissement dans une tuyauterie primaire, dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé suivant l'inven tion. Sur la figure 1, on voit un circuit de prélè- vement et de mesure de la température du fluide primaire de refroidissement d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, désigné de manière générale par le repère 1. Le circuit de prélèvement et de mesure compor- te des tuyauteries 2 de petit diamètre qui sont reliées à une branche chaude 3, à une branche froide 4, et à une branche intermédiaire 5, appelée branche en U, d'une boucle du circuit primaire du réacteur. La branche intermédiaire d'un réacteur nuclé- aire à eau sous pression relie la sortie de la partie primaire du générateur de vapeur à une pompe primaire de circulation du fluide de refroidissement dans la boucle dont la partie de refoulement est reliée à la branche froide 4. Les tuyauteries 2 du circuit de prélèvement et de mesure sont reliées aux branches 3, 4 et 5, par l'intermédiaire de dispositifs de prélèvement ou de réintroduction du fluide de refroidissement dans le circuit primaire traversant la paroi de la tuyauterie primaire correspondante et généralement désignés sous le nom d'écopes. Les tuyauteries 2 du circuit de prélèvement 1 sont reliées à la branche chaude par l'intermédiaire de trois écopes 6 réparties autour de la tuyauterie consti- tuant la branche chaude 3. Les canalisations 2 sont également reliées à la branche froide 4 et à la branche intermédiaire 5, par l'intermédiaire d'écopes 7 et 8 respectivement. Le circuit de prélèvement et de mesure 1 comporte également des raccords 10, des vannes et cla- pets 11, des collecteurs 12 et des sondes de mesure 13. Le circuit de prélèvement et de mesure 1 présente une structure complexe et la longueur totale des canalisations 2, dans le cas d'un réacteur nucléaire à eau sous pression de type connu, peut être de l'ordre de 60 m. Il en résulte des risques de fuite, de conta- mination radio-active de l'environnement et d'irradia- tion des opérateurs chargés de la maintenance du cir- cuit. Sur la figure 2, on voit un dispositif de mesure suivant l'invention désigné de manière générale par le repère 15 et disposé sur une partie d'une branche chaude 16 du circuit primaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression ayant un axe 17 sensiblement horizon- tal. Comme il est visible sur les figures 2 et 3, le dispositif de mesure 15 comporte trois écopes de prélèvement de fluide de refroidissement 19, 20, 21 et un élément de réintroduction 22 du fluide de refroidis- sement prélevé dans la tuyauterie primaire 16. Les écopes de prélèvement 19, 20 et 21 sont disposées à 120 autour de l'axe 17 de la tuyauterie 16, dans une section droite sensiblement verticale de cette tuyauterie. Les écopes 20 et 21 sont disposées en-dessous de l'axe 17 de la tuyauterie 16 et l'écope 19, à la partie supérieure de la section droite de la tuyauterie 16. Les écopes 19, 20 et 21 sont équipées de sondes de mesure de température, comme il sera expliqué plus loin-. Le dispositif de réintroduction 22 est placé dans une position diamétralement opposée par rapport à l'écope 21 située en-dessous de l'axe de la tuyauterie 16 et au voisinage de sa partie inférieure. Chacune des écopes 19, 20, 21 est reliée à l'élément de réintroduction 22 par l'intermédiaire d'une tuyauterie de petit diamètre, respectivement 24, 25 et 26. L'eau prélevée au niveau des écopes 19, 20 et 21 circule à l'extérieur de la canalisation 16 dans les tuyauteries 24, 25 et 26, pour être réintroduite dans la tuyauterie 16 par l'élément 22, comme indiqué par les flèches 27 représentées sur la figure 3. L'ensemble du dispositif 15 présentant la forme d'une portion d'anneau est disposé autour de la tuyauterie 16. Sur la figure 4, on voit une écope telle que 19 fixée dans une ouverture 28 traversant la paroi de la tuyauterie 16 L'écope 19 en forme de doigt de gant est fixée par une soudure 30 dans la paroi de la tuyauterie 16. L'écope 19 est percée, dans sa partie située à l'intérieur de la tuyauterie 16, par des ouvertures 31 débouchant dans le canal central 32 de direction axiale. -Un bossage 34 est fixé sur la surface externe de la tuyauterie 16, par une soudure 35, de manière que l'alésage interne 36 du bossage 34 se trouve dans le prolongement de l'alésage 32 de l'écope 19. L'alésage du bossage 34 et la partie supérieu- re de l'alésage 32 sont usinés de manière à recevoir le support 38 d'une sonde de mesure de température 39. La partie supérieure 36 a de l'alésage 36 est taraudée de manière à recevoir une partie filetée du support 38 qui est vissée à l'intérieur de la partie taraudée 36 a de l'alésage 36. Une soudure 40 permet d'assurer l'étanchéité entre le support 38 et le bossage 34. Le bossage 34 est également percé pour consti- tuer un canal 41 débouchant dans l'alésage 36 et un logement recevant l'extrémité de la tuyauterie 24 du dispositif 15 qui est fixée par une soudure 43 sur le bossage 34 et qui est mise en communication par le canal 41 avec l'alésage 36. Les écopes 20 et 21 sont constituées de la même manière que l'écope 19 et comportent une partie en forme de doigt de gant traversant la paroi de la canali- sation 16 et un bossage de raccordement sur lequel sont fixées respectivement la tuyauterie 25 et la tuyauterie 26. Sur la figure 5, on voit l'élément 22 de réintroduction de l'eau de refroidissement dans la tuyauterie primaire 16 constituant la branche chaude La paroi de la tuyauterie 16 est traversée par une ouver- ture 45 et l'élément 22 de réintroduction de l'eau de refroidissement est constitué par un bossage 46 fixé par une soudure 47 sur la surface externe de la tuyauterie 16 et comportant un alésage 48 disposé dans le prolonge- ment de l'alésage 45 traversant la paroi de la tuyaute- rie 16. L'alésage 48 est usiné à un diamètre supérieur au diamètre de l'ouverture 45 et comporte une partie taraudée 48 a, de manière à pouvoir recevoir un support de sonde 50 disposé suivant toute la longueur de l'alé- sage 48 et comportant une partie d'extrémité à diamètre réduit sur laquelle est fixée une sonde de température 51 légèrement saillante à l'intérieur de l'ouverture 45. Le support de sonde 50 comporte une partie d'extrémité filetée qui est engagée par vissage dans l'ouverture taraudée 48 a et deux parties tronconiques Joignant sa partie d'extrémité filetée à son extrémité à diamètre réduit. Le support 50 est engagé par vissage dans l'alésage 48 et fixé de manière étanche sur l'extrémité du bossage 46 par un cordon de soudure L'étanchéité entre le support de sonde 50 et le bossage 46 pourrait être également assurée grâce à un joint. Le bossage 46 est également traversé par trois canaux disposés sensiblement à 1200 autour de son axe, tel que le canal 52, débouchant dans l'alésage 48, dans un espace ménagé dans cet alésage, à la périphérie d'une partie tronconique du support 50. Au niveau de chacun des canaux 52 est fixée l'extrémité d'une tuyauterie telle que 24 ou 25 ou 26 joignant l'une des écopes à l'élément 22 de réintroduc- tion de l'eau de refroidissement dans la canalisation primaire. Chacune des tuyauteries telles que 24 est fixée de manière étanche sur le bossage 46 par une soudure telle que 54. Le support de sonde 50 pourrait être éventuel- lement remplacé par un bouchon de fermeture de la partie de l'alésage 48 situé au-dessus du canal 52 fixé par vissage et par soudage sur le bossage 46. Les sondes de température telles que 39 dispo- sées dans les écopes 19, 20 et 21 et la sonde de tempé- rature 51 associée au bossage de réintroduction d'eau sous pression 46 sont reliées par l'intermédiaire de conducteurs électriques traversant les corps de sonde correspondants, à un module de traitement des signaux des sondes disposé dans la salle de commande du réac- teur Les signaux provenant des sondes et représentatifs de la température de l'eau prélevée au niveau des écopes 19, 20 et 21 ou de la température de l'eau de refroidis- sement réintroduite dans la tuyauterie primaire 16 au niveau de l'élément de réintroduction 22 sont recueillis par le module de traitement qui permet d'obtenir des valeurs représentatives de la température de l'eau de refroidissement du circuit primaire. On calcule la moyenne des trois valeurs obte- nues à partir des sondes 39, ce qui permet d'obtenir et d'afficher une valeur de la température de l'eau de refroidissement dans la branche chaude, en éliminant une partie des effets de stratification de l'eau de refroi- dissement dans la branche chaude, susceptibles d'entrai- ner des erreurs et des perturbations des mesures. La température moyenne obtenue par les moyens de calcul électroniques du module peut être comparée à la température obtenue à partir de la sonde 51 qui correspond à la température moyenne réelle du fluide réintroduit dans la tuyauterie primaire 16 par l'inter- médiaire des tuyauteries 24, 25 et 26 et du bossage 46. En effet, dans l'alésage 48 du bossage 46, se produit un certain mélange des quantités d'eau prélevée au niveau de chacune des écopes 19, 20 et 21 La température mesurée par la sonde 51 correspond donc à la température moyenne de l'eau de refroidissement réintroduite dans la canalisation 16. Cette comparaison permet en particulier -de déceler toute anomalie de fonctionnement du dispositif 15, dans le cas o un écart important existe entre les deux valeurs moyennes obtenues. Des débitmètres tels que le débitmètre 29 disposés sur chacune des canalisations 24, 25 et 26 permettent de vérifier que le fluide circule correcte- ment dans les canalisations du dispositif de mesure 15. Le dispositif 15 permet donc de réaliser un certain mélange et une certaine homogénéisation du fluide de refroidissement, de manière à obtenir une valeur représentative de la température du fluide pri- maire Ce mélange et cette homogénéisation sont néces- saires, dans la mesure o il se produit une stratifica- tion importante du fluide de refroidissement dans la branche chaude 16 du circuit primaire. Dans le cas d'une branche froide ou d'une branche intermédiaire telle que la branche 55 représen- tée sur la figure 3 A, la mesure de température de l'eau de refroidissement du circuit primaire peut être effec- tuée en utilisant une seule sonde de température dispo- sée dans une écope 56 présentant des ouvertures de passage de l'eau de refroidissement dans sa partie il disposée à l'intérieur de la tuyauterie 55 ou éventuel- lement plusieurs sondes alignées à la partie supérieure de la tuyauterie. Les valeurs fournies par cette ou ces sondes sont également traitées, affichées et prises en compte dans la salle de commande du réacteur. En effet, dans le cas des branches froide et intermédiaire, il ne se produit pas une stratification importante du fluide, de sorte qu'une mesure de tempéra- ture dans la partie supérieure de la tuyauterie est suffisante pour obtenir une valeur représentative. La sonde 51 de l'élément de réintroduction 22 de l'eau de refroidissement peut être utilisée comme sonde de secours, dans le cas o l'une des sondes asso- ciée à une écope 19, 20 ou 21 mesurant la température de sortie du fluide de refroidissement serait défaillante. Dans le cas o le bossage 46 de l'élément de réintroduction 22 de l'eau de refroidissement est fermé par un bouchon, l'élément 22 ne comportant pas alors de sonde de température, le circuit constitué par les tuyauteries 24, 25 et 26 sert uniquement à assurer un bon mélange du fluide au niveau des trois sondes dispo- sées dans les écopes 19, 20 et 21, sur la sortie de l'eau de refroidissement. Dans tous les cas, le dispositif suivant l'invention permet de réaliser de manière simple, au voisinage des tuyauteries primaires, la mesure de la température de l'eau de refroidissement du réacteur, en utilisant un dispositif de faible encombrement avec des risques réduits de fuite de liquide de refroidissement et de contamination de l'environnement du réacteur et du personnel de maintenance. L'invention ne se limite pas au mode de réali- sation qui a été décrit. La disposition des écopes munies de sondes de température et de l'élément de réintroduction du fluide dans la tuyauterie primaire peut être différente de celle qui a été décrite et représentée - Les écopes et l'élément de réintroduction du fluide peuvent également présenter une structure diffé- rente de celle qui a été décrite et représentée. Les signaux de mesure provenant des sondes disposées sur la branche chaude, sur la branche froide ou sur la branche intermédiaire peuvent être traités de toute manière connue de l'état de la technique, pour être affichés ou pour donner lieu au déclenchement d'alarmes. L'invention s'applique non seulement aux réac- teurs nucléaires à eau sous pression mais encore à tout réacteur nucléaire comportant un fluide de refroidisse- ment primaire circulant dans des tuyauteries de grand diamètre dont certaines parties au moins présentent une disposition sensiblement horizontale. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la température du fluide de refroidissement primaire d'un réacteur nuclé- aire comportant une cuve dans laquelle est disposé le coeur du réacteur et un circuit primaire ayant au moins une boucle sur laquelle est disposé un générateur de vapeur, et qui comporte des tuyauteries ( 16, 55) dans lesquelles circule le fluide de refroidissement primaire du réacteur, l'une de ces tuyauteries ( 16), ou branche chaude, reliant la cuve au générateur de vapeur et une autre tuyauterie, ou branche froide, ( 55) assurant le retour du fluide de refroidissement provenant du généra- teur de vapeur dans la cuve, caractérisé par le fait qu'on prélève du fluide de refroidissement dans une partie sensiblement horizontale de la branche chaude ( 16), en au moins trois points ( 19, 20, 21) répartis à la périphérie d'une section droite de la branche chaude ( 16), de manière que l'un au moins des points de prélè- vement ( 20, 21) ou point de prélèvement inférieur soit situé en- dessous de l'axe ( 17) de la branche chaude ( 16), qu'on mesure la température de l'eau de refroidis- sement prélevée en chacun des points de prélèvement ( 19, , 21) à sa sortie de la branche chaude ( 16) et qu'on réintroduit le fluide de refroidissement dans la branche chaude ( 16), en un point ( 22) situé dans une position sensiblement opposée diamétralement, par rapport à un des -points de prélèvement inférieur ( 20, 21), sur la section droite de la branche chaude ( 16). 2. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé par le fait qu'on prélève le fluide de refroidis- sement en trois points ( 19, 20, 21) disposés à 1200 les uns des autres autour de l'axe ( 17) de la branche chaude ( 16), dans une section droite de cette branche chaude ( 16). 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on mesure de plus la température du fluide de refroidisse- ment en un point ( 56) situé au voisinage de la partie supérieure de la branche froide ( 55) du circuit primai- re. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé par le fait qu'on calcule par des moyens électroniques la moyenne des températures mesurées en chacun des points de prélève- ment ( 19, 20, 21) de la branche chaude ( 16). 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'-on mesure de plus la température de l'eau de refroidisse- ment réintroduite dans la branche chaude ( 16), au point situé dans une position sensiblement diamétralement opposée par rapport à l'un des points de prélèvement inférieur ( 20, 21) et qu'on compare la température de l'eau de refroidissement réintroduite au point de réin- traduction ( 22), avec la moyenne des températures mesu- rées aux points de prélèvement ( 19, 20, 21). 6. Dispositif de mesure de la température du fluide de refroidissement primaire d'un réacteur nuclé- aire comportant une cuve dans laquelle est disposé le coeur du réacteur et un circuit primaire ayant au moins une boucle sur laquelle est disposé un générateur de vapeur, et qui comporte des tuyauteries ( 16, 55) dans lesquelles circule le fluide de refroidissement primaire du réacteur, l'une des tuyauteries ou branche chaude ( 16) reliant la cuve au générateur de vapeur et une autre tuyauterie ou branche froide ( 55) assurant le retour du fluide de refroidissement provenant du généra- teur de vapeur, dans la cuve, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins trois dispositifs de prélèvement de fluide de refroidissement traversant la paroi d'une partie sensiblement horizontale de la branche chaude ( 16), répartis à la périphérie de cette section droite, de manière que l'un au moins des dispositifs de prélève- ment ( 20, 21) soit situé en-dessous de l'axe ( 17) de la branche chaude ( 16) et un élément ( 22) de réintroduction de fluide de refroidissement dans la branche chaude ( 16) disposé dans une position sensiblement opposée diamétra- lement par rapport à l'un des dispositifs de prélèvement situés endessous de l'axe ( 17) de la branche chaude ( 16) ainsi que des tuyauteries ( 24, 25, 26) reliant chacun des dispositifs de prélèvement ( 19, 20, 21) à l'élément de réintroduction ( 22). 7. Dispositif suivant la revendication -6, caractérisé par le fait que chacun des dispositifs de prélèvement ( 19, 20, 21) est constitué sous la forme d'une écope comportant une partie en forme de doigt de gant fixée dans une ouverture ( 28) traversant la paroi de la branche chaude ( 16) et présentant dans sa partie située à l'intérieur de la branche chaude ( 16), des ouvertures ( 31) traversant sa paroi et débouchant dans un canal central ( 32) ainsi qu'un bossage ( 34) compor- tant un alésage intérieur ( 36) communiquant avec le canal central ( 32) de la partie en forme de doigt de gant dans lequel est fixée une sonde de mesure de tempé- rature ( 39) portée par un support ( 38) assurant la fermeture étanche de l'alésage du bossage ( 34) fixé sur la surface extérieure de la branche chaude ( 16), le bossage comportant de plus un canal ( 41) débouchant dans son alésage ( 36) et mis en communication avec une tuyau- terie ( 24) reliée à son autre extrémité à l'élément de réintroduction ( 22). 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que l'élément de réintroduction ( 22) est constitué par un bossage ( 46) fixé sur la surface extérieure de la bran- che chaude ( 16) au niveau d'une ouverture ( 45) traver- sant la paroi de la branche chaude ( 16) et comportant un alésage ( 48) communiquant avec l'ouverture ( 45) dans laquelle est fixée une sonde de température ( 51) sur un support ( 50) assurant la fermeture étanche vers l'exté- rieur de l'alésage ( 48) du bossage ( 46), le bossage ( 46) comportant de plus au moins trois canaux ( 52) de direc- tion radiale débouchant dans l'alésage ( 48) du bossage ( 46) en communication chacun avec une tuyauterie ( 24, 25, 26) reliée à un dispositif de prélèvement ( 19, 20, 21). 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que le support de sonde ( 50) disposé dans l'alésage ( 48) du bossage ( 46) de l'élément de réintroduction ( 22) est remplacé par un bouchon de fermeture de l'alésage ( 48) du bossage ( 46).