Brevet FR2707733A1 — publié le 19950120

GENERATEUR DE VAPEUR A CYCLONES DEMONTABLES La présente invention concerne un générateur de vapeur à cyclones démontables du type à recirculation utilisé dans les centrales nucléaires. Dans un réacteur nucléaire à eau sous pression, l'eau chaude sortant du réacteur (eau du circuit primaire) est envoyée dans un échangeur de chaleur, le générateur de vapeur, o elle transfère sa chaleur à un autre circuit d'eau (circuit secondaire) sans contact direct avec l'eau du réacteur. L'eau du circuit secondaire se vaporise au cours de l'échange de chaleur et va alimenter une turbine. Un tel générateur de vapeur est généralement constitué par une enveloppe externe résistant à la pression, de grande hauteur et à l'intérieur de laquelle est disposée une enceinte secondaire (ou enceinte de vaporisation) coiffant un faisceau de tubes parcourus par l'eau primaire sous pression. Le circuit secondaire est alimenté en eau dans le générateur de vapeur habituellement dans la partie supérieure du générateur de vapeur. Cette eau alimentaire circule vers le bas du générateur de vapeur, à l'extérieur de l'enceinte de vaporisation avant d'y pénétrer par sa partie inférieure pour entrer en contact avec le faisceau tubulaire et être vaporisée. Un mélange d'eau et de vapeur, de plus en plus riche en vapeur, circule à l'intérieur de l'enceinte de vaporisation vers le haut et sort par la partie supérieure de cette enceinte pour pénétrer dans le dôme de vapeur du générateur, ce dôme étant compris entre la partie supérieure de l'enceinte de vaporisation et la partie supérieure de l'enveloppe externe. Le dôme de vapeur est pourvu de dispositifs de séparation de l'eau et de la vapeur, permettant de sécher la vapeur avant sa sortie du générateur. Ces dispositifs comprennent généralement un premier étage disposé en sortie de l'enceinte de vaporisation et constitué de séparateurs à cyclones o une grande partie de l'eau est éliminée par centrifugation. Ils comprennent aussi un second étage situé au-dessus du premier et formé par exemple de tôles à chevrons. Les cyclones sont des tubes cylindriques à déflecteur en spirale fixés aux extrémités de colonnes tubulaires elles-mêmes fixées sur le toit de l'enceinte de vaporisation et communiquant avec cette enceinte. Le mélange d'eau et de vapeur venant de l'enceinte de vaporisation transite donc par les colonnes tubulaires avant de subir une premiere séparation dans les cyclones. En marche normale, les colonnes tubulaires sont partiellement noyées par l'eau secondaire. Pour accroître les performances du séparateur et mieux utiliser le volume disponible dans le dôme de vapeur, il est avantageux d'utiliser des séparateurs à cyclones de faible diamètre. Cette diminution du diamètre des cyclones s'accompagne cependant d'une augmentation de leur nombre. Par exemple, pour un générateur de vapeur de 1000 MW de puissance thermique fonctionnant à 75 bars, il faut environ 120 à 140 séparateurs de 200 mm de diamètre. Par ailleurs, pour des considérations de charge motrice dans la boucle de recirculation ou de réserve d'eau dans les générateurs de vapeur, on peut être amené à fixer le niveau libre de l'eau secondaire dans le dôme de vapeur à environ 2 ou 3 mètres au-dessus du faisceau tubulaire. Les cyclones devant être situés au-dessus de ce niveau, les colonnes tubulaires reliant les cyclones au toit de l'enceinte de vaporisation doivent être de grande hauteur. Les séparateurs à cyclones, qu'ils soient formés chacun d'un cyclone fixé à l'extrémité d'une colonne tubulaire soudée sur le toit de l'enceinte de vaporisation ou de plusieurs cyclones fixés à l'extrémité d'une colonne tubulaire de plus gros diamètre soudée sur le toit de cette enceinte (voir le document FR-A-2 480 905) posent des problèmes de maintenance. En effet, un tel ensemble de séparateurs ne permet pas un accès facile aux différents cyclones pour les réparer ou simplement les inspecter. L'invention permet de remédier à cet inconvénient en proposant des séparateurs à cyclones démontables. Un autre aspect de l'invention est de permettre, grâce à la démontabilité des séparateurs cylones, l'accès au toit de l'enceinte de vaporisation. Ceci permet l'installation d'une trappe de visite de grande dimension pour accéder au chignon (c'est-à-dire la partie cintrée des tubes) du faisceau tubulaire. L'invention a donc pour objet un générateur de vapeur du type à recirculation assurant un transfert de chaleur entre un fluide circulant dans un circuit primaire et un fluide circulant dans un circuit secondaire, constitué d'une enveloppe de pression contenant une enceinte de vaporisation pourvue d'un toit et coiffant un faisceau de tubes parcourus par le fluide primaire, le générateur comprenant des moyens permettant l'introduction du fluide secondaire, sa circulation dans l'enceinte de vaporisation et l'extraction de la vapeur générée par le fluide secondaire lors de cette circulation, des moyens de séchage de la vapeur étant disposés entre le toit de l'enceinte de vaporisation et les moyens d'extraction de la vapeur, ces moyens de séchage comprenant des séparateurs à cyclones constitués de cyclones fixés à des premières extrémités de colonnes tubulaires dont les secondes extrémités sont fixées sur le toit de l'enceinte de vaporisation en communiquant avec l'enceinte de vaporisation, caractérisé en ce que les séparateurs à cyclones sont fixés de manière démontable sur le toit de l'enceinte de vaporisation. Chaque colonne tubulaire comprend O10 avantageusement un pied solidaire du toit de l'enceinte de vaporisation et un tube entretoise fixé par l'une de ses extrémités et de manière démontable audit pied, l'autre extrémité du tube entretoise étant fixée à au moins un cyclone. Ledit pied peut être d'une longueur très faible et même être réduit à une simple bride solidaire du toit de l'enveloppe de faisceau. De préférence les cyclones sont fixés de manière démontable sur les colonnes tubulaires. Les fixations démontables peuvent être réalisées par des colliers de serrage. Ceci permet un montage et un démontage rapide. Le générateur de vapeur peut comprendre des moyens de supportage des séparateurs à cyclones, ces moyens de supportage étant fixés sur le toit de l'enceinte de vaporisation. Les moyens de supportage et les séparateurs à cyclones peuvent posséder des éléments complémentaires permettant le guidage des séparateurs à cyclones lors de leur installation. Ils peuvent comporter un mât de réception d'un outil de manutention des séparateurs à cyclones. Le toit de l'enceinte de vaporisation peut avantageusement être pourvu d'une trappe d'accès permettant le passage d'une personne. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 représente une vue en coupe verticale d'un générateur de vapeur selon l'art antérieur; - la figure 2 est une vue en perspective d'un séparateur à cyclone pris isolément et conforme à l'invention; - la figure 3 illustre une fixation démontable pour séparateur à cyclone selon l'invention; - la figure 4 est une vue en coupe verticale de la partie supérieure d'un générateur de vapeur selon l'invention; - la figure 5 correspond à la vue de la figure 4 mais au cours d'une opération de montage ou de démontage des opérateurs à cyclone; - la figure 6 est une vue en perspective d'une structure de supportage de l'ensemble des séparateurs à cyclones, utilisée dans le générateur de vapeur selon l'invention; - la figure 7 représente, vue de dessus, une partie du toit de l'enceinte de vaporisation du générateur de vapeur selon l'invention. Sur la figure 1, qui est une vue en coupe axiale, on voit un générateur de vapeur dont l'enveloppe externe 1, résistant à la pression, renferme dans sa partie inférieure de plus faible diamètre un faisceau tubulaire 2 comportant un ensemble de tubes coudés en forme de U renversé. Ces tubes sont parcourus par de l'eau sous pression faisant partie du circuit primaire et introduite dans le générateur de vapeur sous la plaque tubulaire 3 par un orifice d'entrée 4. L'eau sous pression parcourt les tubes du faisceau tubulaire 2 puis revient sous la plaque tubulaire 3 pour sortir par l'orifice 5. Le faisceau tubulaire 2 est entouré, jusqu'au voisinage de sa partie inférieure, par une enveloppe secondaire 6 constituant l'enceinte de vaporisation à l'intérieur de laquelle le mélange d'eau secondaire et d'eau alimentaire en contact avec le faisceau tubulaire 2, parcouru par de l'eau à haute température venant du coeur du réacteur, se vaporise progressivement en s'élevant à l'intérieur de l'enceinte 6. La partie la plus haute du dôme de vapeur est pourvue d'un orifice 7 de sortie de la vapeur vers la turbine. Un dispositif d'amenée d'eau alimentaire non représenté permet de maintenir le niveau 8 de l'eau secondaire dans le générateur de vapeur à une certaine distance au-dessus du faisceau tubulaire 2 et en dessous des cyclones 10 communiquant avec le haut de l'enceinte de vaporisation 6 par l'intermédiaire des colonnes tubulaires 11. Ces colonnes tubulaires sont soudées sur le toit 9 de l'enceinte de vaporisation 6 et permettent la communication avec l'intérieur de cette enceinte. Un mélange d'eau secondaire et d'eau alimentaire passe d'abord dans l'espace existant entre l'enveloppe externe 1 et l'enceinte 6 pour atteindre l'extrémité inférieure de cette enceinte. A la sortie des cyclones 10, la vapeur, qui a abandonné la plus grande partie de l'eau entraînée, passe dans les séparateurs secondaires 12 constitués par des chicanes permettant un séchage plus complet de la vapeur avant sa sortie par l'orifice 7. Sur la figure 1, il apparaît tout à fait clairement que l'accessibilité des colonnes tubulaires 11 disposées en très grand nombre les unes au voisinage des autres est mauvaise et qu'en conséquence les opérations de montage, d'entretien et de réparation de ces colonnes tubulaires sont assez difficiles. De même, la construction de cette partie du générateur de vapeur suppose un grand nombre d'opérations de mise en place et de fixation par soudage. Le séparateur à cyclone représenté à la figure 2, et portant la référence générale 20, comprend un cyclone 21, un tube entretoise 22 et un pied 23. Des colliers de serrage 24 et 25 permettent d'assurer la fixation démontable respectivement entre le cyclone 21 et le tube entretoise 22 d'une part, le tube entretoise 22 et le pied tubulaire 23 d'autre part. La partie inférieure du cyclone 21 possède quatre pions 26 soudés sur le corps du cyclone et disposés à 90 les uns des autres par rapport à l'axe du cyclone. La figure 3 montre, en coupe, la partie basse de la colonne tubulaire reliant un cyclone au toit 9 de l'enceinte de vaporisation. On voit le pied tubulaire 23 pénétrant dans le toit 9 et soudé à ce toit par un cordon de soudure 27 effectué côté interne à l'enceinte de vaporisation. Le pied 23 est fixé de manière démontable au tube entretoise 22 par le collier de serrage 25. Ce collier de serrage peut être une liaison démontable du type commercialisé sous la marque CEFILAC . Il est alors composé de deux embouts coniques 28 et 29, respectivement soudés au tube entretoise 22 et au pied 23, d'un joint et d'un collier articulé représentés sous la référence commune 30. La figure 4 permet de voir les séparateurs à cyclones 20 installés sur le toit 9 de l'enceinte de vaporisation 6. Cette figure permet de montrer l'orifice d'arrivée 13 d'eau alimentaire auquel est relié le tore alimentaire 14. Deux trous 15 et 16 dans l'enveloppe externe 1 permettent le passage d'une personne dans la zone située entre les deux dispositifs de séparation de l'eau et de la vapeur. Pour assurer le bon maintien des séparateurs à cyclones 20 qui font plusieurs mètres de haut, il est prévu une structure de supportage comprenant une grille 31 elle-même maintenue à une certaine distance du toit 9 par des montants 32 solidaires de ce toit. Comme on peut le voir sur la figure 4, la grille de supportage 31 est disposée en partie basse des cyclones, au niveau des pions 26. Cette structure de supportage peut comprendre également un mât central 33 et des échelles 34 permettant à une personne s'engageant dans l'un des trous 15 ou 16 de descendre jusqu'à la grille de supportage 31 et jusqu'au toit 9 de l'enceinte de vaporisation. La figure 5 illustre une opération de montage ou de démontage des séparateurs à cyclones après vidange partielle ou totale de l'enveloppe externe 1. Le desserrage du collier 24 juste en-dessous de la grille de supportage 31 permet l'enlèvement d'un cyclone 21 par l'opérateur 17 placé sur cette grille. L'enlèvement du cyclone est effectué grâce à un outil de manutention porté par le mât central. En descendant ensuite jusqu'au toit 9 de l'enceinte de vaporisation, l'opérateur peut desserrer le collier inférieur 25 et retirer le tube entretoise 22. La figure 6 montre la structure de supportage dans son intégralité. On reconnaît les éléments déjà présentés dans les figures précédentes: la grille 31, les montants 32, le mât central 33 et les échelles 34. La grille de supportage 31 a une structure alvéolée. Elle est constituée d'alvéoles 35 de réception des parties basses des cyclones, ces alvéoles étant reliées mécaniquement entre elles pour constituer la grille 31. Les pions 26 (voir la figure 4) permettent le centrage des séparateurs à cyclones dans les alvéoles. Des butées 36, tournées vers l'extérieur de la structure de supportage, assurent le maintien radial de la structure dans l'enveloppe externe du générateur de vapeur. La grille 31 supporte également des montants supérieurs 37, placés approximativement dans l'alignement des montants 32, auxquels est fixée une couronne 38. Cette couronne se situe en dessous du niveau des trous d'homme 15 et 16 (voir la figure 4) et permet la fixation des échelles 34 et la mise en place éventuelle de planchers autorisant le déplacement d'un opérateur pour l'inspection des têtes de séparateur à cyclones. Elle supporte également des butées 39 de maintien radial de la structure dans l'enveloppe externe du générateur de vapeur. La figure 7 correspond à la coupe VII-VII de la figure 4. On voit donc les tubes entretoises 22 en coupe transversale et les colliers de serrage inférieurs 25. Ces colliers de serrage ont été représentés de façon plus détaillée dans plusieurs cas. La partie du toit 9 de l'enceinte de vaporisation représentée à la figure 7 comporte une trappe 40 permettant à une personne d'avoir accès à l'intérieur de l'enceinte de vaporisation. Cette trappe 40 supporte dans cet exemple de réalisation douze pieds de colonnes tubulaires et a une superficie d'environ 1 m2. Elle peut être fixée par liaison vissée sur le toit 9. Il suffit donc de démonter les douze tubes entretoises, et éventuellement les cyclones, correspondant à la trappe 40, laquelle est prévue en bordure du toit 9 et près d'une échelle 34, pour pouvoir ôter la trappe. L'outil de manutention (palan, bras) porté par le mât central permet de soulever la trappe. Grâce à l'invention, il est possible d'abaisser la masse d'un tube entretoise en deçà de 20 kg afin de permettre la manutention manuelle. Cet avantage est très important pour le démontage, car il permet un démontage partiel. I1 se peut que, lors du démontage du ou des premiers cyclones, il n'y ait pas assez d'espace pour assurer leur basculement en vue de leur sortie du générateur. Dans ce cas la structure de supportage peut comporter une aire de stockage provisoire de cyclones afin de libérer suffisamment d'espace à l'endroit du basculement. La possibilité de manutention manuelle des tubes entretoises autorise le démontage et le remontage de ces tubes indépendamment de celui des cyclones. Ceux-ci peuvent alors rester en appui sur la grille de supportage. Dans ce cas, les tubes entretoises sont translatés manuellement sur le toit de l'enceinte de vaporisation et dans les zones des échelles avant d'être retournés et sortis par les trous d'homme. Ceci permet de démonter les tubes entretoises sans extraire les cyclones qui peuvent rester en position. REVENDICATIONS 1. Générateur de vapeur du type a recirculation assurant un transfert de chaleur entre un fluide circulant dans un circuit primaire et un fluide circulant dans un circuit secondaire, constitué d'une enveloppe de pression (1) contenant une enceinte de vaporisation (6) pourvue d'un toit (9) et coiffant un faisceau de tubes (2) parcourus par le fluide primaire, le générateur comprenant des moyens permettant l'introduction du fluide secondaire, sa circulation dans l'enceinte de vaporisation et l'extraction de la vapeur générée par le fluide secondaire lors de cette circulation, des moyens de séchage de la vapeur étant disposés entre le toit (9) de l'enceinte de vaporisation (6) et les moyens d'extraction de la vapeur (7), ces moyens de séchage comprenant des séparateurs à cyclones constitués de cyclones fixés à des premières extrémités de colonnes tubulaires dont les secondes extrémités sont fixées sur le toit de l'enceinte de vaporisation en communiquant avec l'enceinte de vaporisation, caractérisé en ce que les séparateurs à cyclones (20) sont fixés de manière démontable sur le toit de l'enceinte de vaporisation. 2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque colonne tubulaire comprend un pied (23) solidaire du toit (9) de l'enceinte de vaporisation et un tube entretoise (22) fixé par l'une de ses extrémités et de manière démontable audit pied, l'autre extrémité du tube entretoise étant fixée à au moins un cyclone (21). 3. Générateur de vapeur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les cyclones (21) sont fixés de manière démontable sur les colonnes tubulaires (22). 4. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fixations démontables sont réalisées par des colliers de serrage (24, 25). 5. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de supportage des séparateurs à cyclones, ces moyens de supportage étant fixés sur le toit de l'enceinte de vaporisation. 6. Générateur de vapeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de supportage et les séparateurs à cyclones possèdent des éléments complémentaires (35, 26) permettant le guidage des séparateurs à cyclones lors de leur installation. 7. Générateur de vapeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de supportage des séparateurs cyclones comportent une couronne (38) et des butées (36) permettant le maintien radial de la structure dans l'enveloppe externe du générateur de vapeur. 8. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens de supportage comportent un mât de réception (33) d'un outil de manutention des séparateurs à cyclones. 9. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le toit de l'enceinte de vaporisation est pourvu d'une trappe d'accès (40) permettant le passage d'une personne.