Brevet FR2692965A1 — publié le 19931231

GENERATEUR DE VAPEUR EQUIPE D'UN DISPOSITIF DE PURGE DE LA FACE SECONDAIRE DE LA PLAQUE A TUBES. DESCRIPTION L'invention concerne un générateur de vapeur conçu pour être utilisé dans un réacteur nucléaire à eau pressurisée, ce générateur de vapeur étant équipé d'un dispositif permettant de purger une zone située à proximité immédiate de la plaque à tubes, du côté secondaire. Comme l'illustre notamment le document FR-A2 333 200, un générateur de vapeur équipant une centrale nucléaire comprend habituellement une enveloppe extérieure, d'axe vertical, dont l'espace intérieur est divisé en deux parties, dans le sens de la hauteur, par une plaque horizontale appelée "plaque à tubes" (en anglais, "tube sheet"). Les extrémités des tubes d'un faisceau de tubes en U inversé sont fixées sur la plaque à tubes et débouchent en dessous de celle-ci respectivement dans un collecteur d'admission et dans un collecteur d'évacuation de l'eau circulant dans le circuit primaire du réacteur, appelée "eau primaire". L'eau circulant dans le circuit secondaire du générateur de vapeur, appelée "eau secondaire" est un mélange d'eau dite "eau alimentaire" provenant de l'extérieur du générateur de vapeur et d'eau dite "eau recirculée" provenant de la partie supérieure du générateur de vapeur. L'eau alimentaire est injectée dans la partie du générateur de vapeur située au-dessus de la plaque à tubes par un distributeur d'alimentation, généralement de forme torique ou semi-torique. Dans un tel générateur de vapeur, il est essentiel d'empêcher autant que possible la stagnation de l'eau secondaire dans certaines zones adjacentes à la plaque à tubes. En effet, cette eau peut contenir des boues dont le dépôt sur la plaque à tubes, autour des tubes du faisceau, peut conduire à une corrosion rapide de ces tubes nécessitant leur obturation. Lorsqu'un trop grand nombre de tubes du générateur de vapeur devient ainsi inopérant, il s'avère nécessaire de remplacer le générateur de vapeur dans son ensemble. Cela n'est évidemment pas souhaitable en raison du coût d'un tel remplacement et du temps d'immobilisation de la centrale nucléaire qui en découle. Ce problème est généralement résolu, au moins partiellement, en disposant dans la partie basse de l'enveloppe intérieure entourant le faisceau de tubes une plaque inférieure horizontale de répartition de débit comportant une ouverture dans sa partie centrale. Par ailleurs, afin de contrôler l'efficacité de cette plaque de répartition de débit, il est également souhaitable de prévoir un dispositif de purge permettant de prélever du fluide secondaire dans une zone située immédiatement au-dessus de la plaque à tubes, principalement à proximité du centre de cette dernière où l'écoulement du fluide secondaire s'effectue à plus faible vitesse. Pour remplir cette fonction, on dispose habituellement dans l'espace appelé "rue d'eau" formé entre la plaque à tubes, la plaque de répartition de débit et les branches chaudes et froides des tubes, une ou plusieurs tuyauteries percées de trous en partie inférieure reliées à un circuit de purge situé à l'extérieur du générateur de vapeur. Ce circuit de purge permet d'évacuer une partie du fluide secondaire, afin d'en maintenir les concentrations chimiques à des valeurs acceptables. I1 permet également de prélever les matières en suspension contenues dans le fluide secondaire à proximité de la plaque à tubes. A titre d'exemple, le document US-A-4 664 178 décrit un générateur de vapeur équipé d'une tuyauterie de purge située dans la rue d' eau, immédiatement au-dessus de la plaque à tubes. Dans ces générateurs de vapeur existants, les tuyauteries de purge situées dans la rue d'eau constituent des obstacles qui rendent délicates les opérations d'inspection et de maintenance effectuées périodiquement dans la partie inférieure du faisceau de tubes. L'invention a précisément pour objet un générateur de vapeur comprenant des moyens de purge d'un type nouveau, permettant de supprimer tout obstacle dans la rue d'eau afin de faciliter les opérations d'inspection et de maintenance de la partie inférieure du faisceau de tubes tout en préservant l'efficacité de la purge. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un générateur de vapeur comportant - une enveloppe extérieure, d'axe vertical - une plaque à tubes horizontale fixée de façon étanche à l'intérieur de l'enveloppe extérieure - un faisceau de tubes en U inversé comprenant des bran ches chaudes et des branches froides ayant des extrémi tés fixées sur la plaque à tubes et débouchant en des sous de cette dernière, respectivement dans un collec teur d'admission et dans un collecteur d'évacuation de fluide primaire - des moyens d'alimentation en eau secondaire débouchant dans l'enveloppe extérieure, au-dessus de la plaque à tubes - des moyens d'extraction de vapeur secondaire au travers d'une partie haute de l'enveloppe extérieure ; et - des moyens de purge d'une zone secondaire située immé diatement au-dessus de la plaque à tubes caractérisé par le fait que les moyens de purge comprennent au moins un passage traversant la plaque à tubes et par lequel au moins une ouverture débouchant sur une face supérieure de la plaque à tubes, dans une région centrale de cette face, communique avec des moyens de drainage situés à l'extérieur de l'enveloppe extérieure. Grâce à l'intégration du dispositif de purge dans la plaque à tubes, la rue d'eau se trouve complètement dégagée de tout obstacle. Les opérations d'inspection et de maintenance de la partie inférieure du faisceau de tubes s'en trouvent facilitées sans que l'efficacité de la purge en soit affectée. De plus, l'invention permet de récupérer des matières telles que des boues, des corps étrangers, etc. déposées dans l'ouverture située dans la région centrale de la plaque à tubes, ce qui évite le dépôt de ces matières dans les zones périphériques de la plaque à tubes, dans lesquelles se trouvent les tubes du faisceau. Enfin, la présence de l'ou- verture dans la région centrale de la plaque à tubes, associée au passage intégré à cette plaque, permet le drainage de cette dernière sans qu'il soit nécessaire de prévoir des orifices de drainage à la périphérie de la plaque à tubes. De préférence, le passage qui relie l'ouverture aux moyens de drainage traverse la plaque à tubes selon une direction radiale, entre les branches chaudes et les branches froides des tubes, et il comprend au moins une partie sensiblement horizontale. Selon le cas, l'ouverture débouchant sur la face supérieure de la plaque à tubes peut être tronconique, cylindrique, ou de toute autre forme. On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue de côté illustrant schématiquement, en coupe verticale partielle, un générateur de vapeur de type bouilleur réalisé conformément à l'invention ; et - la figure 2 est une vue en perspective et en coupe verticale représentant la partie basse du générateur de vapeur de la figure 1, et notamment la plaque à tubes dans laquelle sont prévus les moyens de purge conformes à l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un générateur de vapeur de type bouilleur équipé, conformément à l'invention, de moyens de purge intégrés à la plaque à tubes. Ce générateur de vapeur est prévu pour assurer le transfert de chaleur entre le circuit d'eau primaire et le circuit secondaire eau/vapeur d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée. Sur la figure 1, la référence 10 désigne l'enveloppe extérieure de révolution, d'axe vertical, du générateur de vapeur. Cette enveloppe 10 délimite un espace intérieur clos qui est séparé en une zone inférieure primaire et une zone supérieure secondaire par une plaque à tubes horizontale 12 raccordée de façon étanche sur l'enveloppe 10. Une cloison verticale 14 divise la zone inférieure primaire, habituellement appelée boîte à eau, en un collecteur d'admission 16 et un collecteur d'évacuation 18 de l'eau circulant dans le circuit primaire du réacteur. Des tubulures 20 et 22, soudées sur l'enveloppe extérieure 10 du générateur de vapeur, raccordent respectivement les collecteurs 16 et 18 à ce circuit primaire. Un faisceau de tubes en U inversé 24 est raccordé de façon étanche sur la plaque à tubes 12, dans la zone supérieure secondaire délimitée par cette dernière, de telle sorte que les deux extrémités de chacun des tubes débouchent respectivement dans le collecteur d'admission 16 et dans le collecteur d'évacuation 18. Les branches verticales 24a des tubes 24 qui débouchent dans le collecteur d'admission 16 sont appelées branches chaudes et les branches verticales 24b des tubes 24 qui débouchent dans le collecteur d'évacuation 18 sont appelées branches froides. Le faisceau de tubes 24 est entouré et coiffé par une enveloppe intérieure 26, disposée coaxialement dans l'enveloppe extérieure 10. La paroi supérieure de cette enveloppe intérieure 26 est reliée à des séparateurs eau/vapeur 28 surmontés par des sécheurs 29. L'espace 27 ménagé à l'intérieur de l'enveloppe 26 communique ainsi au travers des séparateurs 28 et des sécheurs 29 avec une tubulure d'évacuation de vapeur 30 située au sommet de l'enveloppe extérieure 10. Le bord inférieur de l'enveloppe intérieure 26 est placé à une distance déterminée au-dessus de la plaque à tubes 12, de façon à former un passage entre un espace annulaire de recirculation 32 délimité entre les enveloppes 10 et 26 et l'espace 27 délimité dans l'enveloppe intérieure 26. Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 1, l'alimentation du générateur de vapeur en eau secondaire est effectuée par un distributeur d'alimentation torique 38 situé immédiatement au-dessus de l'espace annulaire de recirculation 32. Une tubulure d'alimentation 34 traverse de façon étanche l'enveloppe extérieure 10 du générateur de vapeur et débouche dans le distributeur d'alimentation 38. Ce dernier peut notamment être relié à l'espace annulaire de recirculation 32 par des tubes 36 en forme de J inversé. Des plaques horizontales de répartition de débit 40, régulièrement espacées, sont montées dans l'enveloppe intérieure 26. Ces plaques comportent des perforations permettant d'assurer le supportage des tubes 24 du faisceau sur toute leur hauteur et de réaliser une répartition radiale aussi homogène que possible du débit d'eau secondaire qui remonte dans l'enveloppe 26. La plaque inférieure de répartition de débit, désignée par la référence 41 sur la figure 1, est située légèrement au-dessus du bord inférieur de l'enveloppe intérieure 26. Elle se distingue des autres plaques 40 par le fait qu'elle comporte une ouverture centrale 42 de relativement grande section. Cette plaque inférieure 41 permet ainsi d'éviter que l'eau secondaire descendant par l'espace annulaire de recirculation 32 ne remonte immédiatement dès qu'elle a franchi le bord inférieur de l'enveloppe intérieure 26, ce qui aurait notamment pour conséquence de créer au-dessus de la partie centrale de la plaque à tubes 12 une zone statique. Conformément à l'invention et comme l'illustre plus en détail la figure 2, le générateur de vapeur conforme à l'invention est équipé de moyens de purge permettant de prélever du fluide secondaire dans une zone située immédiatement au-dessus de la plaque à tubes 12, dans une région centrale de celle-ci. Ces moyens de purge comprennent un passage 44 qui traverse la plaque à tubes 14 selon une direction sensiblement radiale par rapport à l'axe vertical du générateur de vapeur. Plus précisément, le passage 44 est formé entre les branches chaudes et les branches froides des tubes 24, en dessous de la rue d'eau du générateur de vapeur. Le passage 44 fait communiquer une ouverture 46, débouchant au centre de la face supérieure de la plaque à tubes 14, avec des moyens de drainage 48 situés à l'extérieur de l'enveloppe extérieure 10 du générateur de vapeur. Les moyens de drainage 48 permettent de pomper hors du générateur de vapeur une faible quantité de fluide secondaire, afin de maintenir les concentrations chimiques de ce fluide à un niveau acceptable, et afin de prélever les matières en suspension qui ont tendance à se déposer sur la face supérieure de la plaque à tubes 12, notamment dans sa partie centrale. Comme l'illustre la figure 2, le passage 44 est de préférence droit et sensiblement horizontal sur la majeure partie de sa longueur. Seule son extrémité proche de l'axe vertical du générateur de vapeur est coudée vers le haut pour déboucher dans le fond de l'ouverture 46. En variante, le passage 46 peut cependant ne pas être droit et présenter une faible pente vers l'extérieur, de façon à faciliter l'écoulement du fluide secondaire vers les moyens de drainage 48. Par ailleurs, il est à noter que le passage 44 peut être gainé intérieurement ou non, sans sortir du cadre de l'invention. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 2, l'ouverture 46 présente une forme tronconique, sensiblement en forme d'entonnoir. Cette forme ne doit cependant pas être considérée comme limitative, l'ouver- ture 46 pouvant également être cylindrique ou présenter toute autre forme permettant de remplir la fonction désirée. En outre, bien qu'une seule ouverture 46 ait été illustrée sur la figure 2, il est à noter qu'un même passage 44 peut déboucher sur la face supérieure de la plaque à tubes 12 par plusieurs ouvertures comparables à l'ouverture 46 et situées dans une région centrale de cette face. On observera également que, bien qu'un seul passage 44 ait été illustré sur la figure 2, la purge peut aussi être assurée par au moins deux passages, afin notamment de faciliter la circulation du fluide secondaire et de réduire les risques de bouchage. Ces passages peuvent alors être juxtaposés ou disposés symétriquement par rapport à l'axe vertical du générateur de vapeur. Grâce aux moyens de purge conformes à l'invention, la rue d'eau du générateur de vapeur est totalement dégagée de tout obstacle, de telle sorte que les opérations d'inspection et de maintenance de la partie basse du faisceau de tubes 24 s'en trouvent facilitées. Par ailleurs, la ou les ouvertures centrales 46 permettent de récupérer des boues ou des corps étrangers déposés dans cette ouverture, ce qui évite que ces matières ne puissent se déposer sur les zones de la plaque à tubes comportant le faisceau de tubes 24. En outre, l'ouverture centrale 46 associée au passage 44 permet le drainage de la face supérieure de la plaque à tubes, ce qui évite d'avoir à prévoir des orifices de drainage à la périphérie de la plaque à tubes. REVENDICATIONS 1. Générateur de vapeur comportant - une enveloppe extérieure (10), d'axe vertical - une plaque à tubes horizontale (12) fixée de façon étanche à l'intérieur de l'enveloppe extérieure - un faisceau de tubes en U inversé (24) comprenant des branches chaudes (24a) et des branches froides (24b) ayant des extrémités fixées sur la plaque à tubes et débouchant en dessous de cette dernière, respectivement dans un collecteur d'admission (16) et dans un collec teur d'évacuation (18) de fluide primaire ; - des moyens d'alimentation en eau secondaire débouchant dans l'enveloppe extérieure (10), au-dessus de la pla que à tubes (12) - des moyens (28,30) d'extraction de vapeur secondaire au travers d'une partie haute de l'enveloppe extérieu re ; et - des moyens de purge d'une zone secondaire située immé diatement au-dessus de la plaque à tubes (12) caractérisé par le fait que les moyens de purge comprennent au moins un passage (44) traversant la plaque à tubes (12) et par lequel au moins une ouverture (46) débouchant sur une face supérieure de la plaque à tubes, dans une région centrale de cette face, communique avec des moyens de drainage (48) situés à l'extérieur de llen- veloppe extérieure (10). 2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le passage (44) traverse la plaque à tubes (12) selon une direction radiale, entre les branches chaudes et les branches froides des tubes (24). 3. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le passage (44) comprend au moins une partie sensiblement horizontale. 4. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite ouverture (46) est tronconique. 5. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite ouverture (46) est cylindrique. 6. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le passage (44) est gainé intérieurement.