Brevet FR2703180A1 — publié le 19940930

La présente invention concerne les réacteurs nucléaires à eau pressurisée Elle concerne, en particulier, la cons- truction de l'ensemble de virole de coeur et de plaque support supérieure utilisé dans un réacteur nucléaire à eau pressurisée. Une centrale à réacteurx nucléaire à eau pressurisée comprend une boucle fermée d'eau pressurisée qui évacue l'énergie thermique du coeur nucléaire et transfère cette énergie thermique à un système d'eau secondaire utilisé pour engendrer de la vapeur d'eau La vapeur d'eau, à son tour, entraîne un turbogénérateur conçu pour produire de l'énergie électrique Le système de réacteur nucléaire est constitué par une cuve sous pression contenant le combustible nucléai- re qui engendre de l'énergie thermique, un générateur de vapeur d'eau dans lequel l'énergie thermique du réacteur nucléaire est utilisée pour engendrer de la vapeur d'eau, une pompe de circulation qui fait circuler le fluide calo- porteur et un dispositif de pressurisation qui maintient et règle la pression à lrintérieur du système. L'ensemble de réacteur nucléaire est, en général, cons- titué par une cuve en acier sous pression comportant un corps et une calotte ou couvercle supérieur amovible, un bouclier thermique à l'intérieur du corps de la cuve sous pression, une plaque support supérieure, plusieurs plaques support de coeur, une virole de coeur, et des barres de commande ainsi que le combustible nucléaire formant le coeur. Certains composants de l'ensemble de réacteur nucléai- re, après des années de service, peuvent être le siège d'un fissurage dû à une corrosion sous contraintes par l'eau primaire Si un tel fissurage se produit dans les composants situés à la limite de la cuve sous pression, toutes les conditions sont réunies pour engendrer des trajets de fuites pour l'eau réfrigérante sous pression De tels trajets de fuites peuvent entraîner une fuite de l'eau réfrigérante à l'extérieur de la cuve sous pression et jusque dans la structure de confinement environnante, en créant de cette manière un danger potentiel. L'alliage 600 est un matériau utilisé dans de nombreux composants de réacteur La réduction de température du maté- riau structural est considérée comme étant l'un des procédés permettant de réduire la susceptibilité d'un matériau vis-à- vis du fissurage dû à une corrosion sous contraintes par l'eau primaire La calotte de la cuve du réacteur est munie de tubes de pénétration fabriqués en alliage 600 Les tubes de pénétration permettent l'accès à travers la calotte de la cuve du réacteur pour les mécanismes d'instrumentation et de commande. Avec les nouvelles structures, on peut incorporer des collecteurs-distributeurs de refroidissement et des passages de réfrigérant supplémentaires dans divers composants pour évacuer la chaleur supplémentaire et réduire la température des tubes de pénétration pendant le fonctionnement De telles modifications seraient extrêmement difficiles et coûteuses pour être utilisées avec les réacteurs nucléaires déjà en service, cela en raison du fait que l'intérieur du corps de la cuve sous pression du réacteur, la calotte supérieure amovible et autres composants internes sont radioactifs. C'est pourquoi, la présente invention a pour objet de fournir un système et un procédé de refroidissement perfec- tionnés pour un réacteur nucléaire à eau pressurisée dans la zone o les tubes de pénétration sont contenus dans la calotte supérieure amovible. La présente invention a encore pour objet de fournir un système et un procédé de refroidissement perfectionnés pour un réacteur nucléaire à eau pressurisée, ce système et ce procédé pouvant être facilement et de façon sûre utilisés sur des réacteurs nucléaires à eau pressurisée déjà en service. La présente invention a également pour objet de fournir un système et un procédé de refroidissement perfectionnés pour un réacteur nucléaire à eau pressurisée, ce système et ce procédé réduisant le risque d'un fissurage dû à une corrosion sous contrainte dans des composants du réacteur susceptibles d'une telle fissuration. D'autres objets de la présente invention apparaîtront à la lecture détaillée donnée ci-après pour laquelle on se référera aux dessins annexés. On s'est aperçu que l'on peut obtenir les objets men- tionnés précédemment en formant une chambre ou espace circonférentiel pour réfrigérant entre le rebord supérieur de la virole de coeur, la paroi intérieure du corps de la cuve sous pression et la plaque support circulaire supé- rieure et en formant une pluralité d'orifices pour réfrigé- rant dans le rebord supérieur de la virole de coeur et dans la plaque support circulaire supérieure, grâce à quoi le réfrigérant peut circuler à travers le rebord de la virole de coeur, la chambre circonférentielle et la plaque support et pénétrer dans l'espace enfermé dans le couvercle supé- rieur amovible. La figure 1 est une vue isométrique, partiellement en coupe, d'un ensemble typique de réacteur nucléaire à eau pressurisée; les figures 2 et 3 sont des vues en coupe agrandies de deux parties situées à la circonférence d'un ensemble clas- sique de réacteur nucléaire à eau pressurisée dans la zone o le corps de la cuve sous pression et le couvercle supé- rieur amovible sont boulonnés l'un à l'autre; et les figures 4 et 5 sont des vues en coupe agrandies des deux parties, similaires à celles représentées sur les figures 2 et 3, situées sur la circonférence d'un ensemble de réacteur nucléaire à eau pressurisée utilisant le système de refroidissement perfectionné de la présente invention dans la zone o le corps de la cuve sous pression et le couvercle supérieur amovible sont boulonnés l'un à l'autre. La figure 1 montre les divers composants d'un ensemble typique de réacteur nucléaire à eau pressurisée auquel la présente invention peut être appliquée L'ensemble de réacteur est constitué, d'une façon générale, d'un corps cylindrique 1 de cuve sous pression en acier comportant l'ensemble de couvercle supérieur amovible 2, ce corps et ce couvercle étant pourvus chacun de rebords ou brides coopérants qui peuvent être boulonnés de façon serrée l'un à l'autre à l'aide d'une pluralité de boulons 3 quand le réacteur est en service L'ensemble de couvercle supé- rieur amovible 2 est pourvu d'oreilles de levage 4 pour permettre son enlèvement en vue d'une recharge du réacteur en combustible et d'une pluralité de tubes de pénétration 5 destinés à loger le mécanisme 6 d'entraînement de barres de commande ou à agir comme orifices d'instrumentation pour l'introduction de thermocouples ou d'autres instruments de commande. Le corps 1 de la cuve sous pression est pourvu de tubulure 7 d'entrée d'eau de refroidissement, d'une tubulure 8 de sortie d'eau de refroidissement et d'une virole cylin- drique 9 de coeur L'eau de refroidissement pénètre dans le corps 1 de la cuve sous pression par la tubulure d'entrée 7 et s'écoule vers le bas dans l'espace annulaire compris entre la virole 9 de coeur et la paroi intérieure du corps 1 de la cuve sous pression Le réfrigérant est ensuite dirigé vers le haut à la base du corps 1 de cuve sous pression et s'écoule vers le haut à travers les éléments combustibles , une plaque 12 de coeur et sort du corps 1 de la cuve par la tubulure de sortie 8 jusqu'au générateur de vapeur d'eau (non représenté) Une partie du réfrigérant peut également circuler autour d'autres composants de l'ensemble du réac- teur, comprenant l'intérieur du couvercle supérieur amovible 2. L'intérieur du corps 1 de la cuve est également pourvu d'une plaque support supérieure 11 dans la zone o l'ensem- ble de couvercle supérieur 2 est fixé au corps 1 de la cuve La plaque support supérieure 11 et une plaque de coeur 12 comportent une pluralité d'ouvertures espacées et ali- gnées destinées à recevoir les assemblages combustibles et les barres de commande qui constituent le coeur et pour loger les mécanismes 6 d'entraînement de barres de commande, espacés au-dessus du coeur et utilisés pour soulever ou abaisser les barres de commande qui commandent le fonction- nement du réacteur Des colonnes structurales de support 13 sont utilisées pour supporter la plaque support supérieure 11 et pour la maintenir en alignement avec la plaque de coeur 12. Les composants décrits ci-dessus, se trouvant à l'inté- rieur du corps 1 de la cuve, et l'ensemble de couvercle supérieur 2 sont formés d'acier inoxydable austénitique, d'Inconel ou d'un des alliages de zirconium Le corps même 1 de la cuve et l'ensemble de couvercle supérieur 2 sont habituellement formés d'un revêtement en acier au carbone faiblement allié avec un acier inoxydable austénitique ou de l'Inconel et sont réalisés en accord avec les spécifica- tions ASME relatives aux cuves sous pression. Les figures 2 et 3 montrent deux parties différentes se trouvant sur la circonférence d'un ensemble classique de réacteur nucléaire à eau pressurisée dans la zone o le corps 1 de la cuve sous pression et l'ensemble amovible de couvercle supérieur 2 sont boulonnés l'un à l'autre Comme on peut le voir sur la figure 2, la virole 9 de coeur était pourvue à son extrémité supérieure d'un rebord horizontal circonférentiel 16 qui supportait la virole 9 de coeur sur un épaulement circonférentiel 17 de la paroi intérieure du corps 1 de la cuve La plaque support supérieure 11 était disposée au sommet du corps 1 de la cuve en étant écartée du dessus du rebord circonférentiel 16 de la virole 9 de coeur par un ressort 18 Une pluralité de trous 19 étaient percés dans le rebord 16 de virole de coeur en étant espacés sur la circonférence de ce dernier pour recevoir des bouchons ou obturateurs témoins 20 formés de métal On pouvait enlever les bouchons témoins 20 quand le couvercle supérieur 2 était déboulonné et quand ce couvercle et la plaque support supérieure 11 étaient soulevés pour un réap- provisionnement en combustible Quand les bouchons témoins étaient enlevés, le personnel d'entretien pouvait retirer des capsules témoins montées sur l'extérieur de la virole 9 de coeur Les bouchons témoins 20 étaient remis en place lorsque l'on réassemblait l'ensemble de réacteur après un réapprovisionnement en combustible. La figure 3 montre une seconde partie se trouvant sur la circonférence du rebord 16 de virole de coeur d'un réac- teur classique à eau pressurisée dans lequel une pluralité de trous équidistants 21 avaient été percés dans le rebord 16 de virole de coeur pour recevoir une pluralité de buses de pulvérisation qui projetaient de l'eau de refroidis- sement à travers des trous ou orifices coopérants 22 percés dans la partie extérieure de la plaque support supérieure 11 pour transporter l'eau de refroidissement jusque dans la zone située au- dessus de la plaque support supérieure 11 lorsqu'elle était enfermée par l'ensemble de couvercle supé- rieur 2. Les figures 4 et 5 montrent des parties de l'ensemble du réacteur similaires à celles représentées sur les figures 2 et 3, qui représentent un réacteur de la technique anté- rieure, mais les figures 4 et 5 représentent un mode de réalisation préféré de la présente invention Comme on peut le voir sur les figures 4 et 5, les bouchons témoins 20 et les buses de pulvérisation 25 sont, dans celmode de réali- sation, retirés en permanence en laissant uniquement les trous ou orifices 19, 21 et 22 et en créant une chambre 23 entre le rebord 16 de virole de coeur, le ressort 18, la paroi intérieure du corps 1 de la cuve et la plaque support supérieure Il qui s'étend tout autour de la périphérie intérieure du corps 1 de la cuve Les trous ou orifices 19, 21 et 22 et la chambre 23 constituent un moyen grâce auquel une quantité accrue du réfrigérant peut circuler à travers le rebord 16 de virole de coeur, la chambre 23 et la plaque support supérieure 11 et pénétrer dans l'espace enfermé dans l'ensemble de couvercle supérieur amovible Du fait que les orifices ménagés dans le rebord 16 de virole de coeur ne sont pas alignés axialement avec les orifices correspondants ménagés dans la plaque support supérieure 11, l'eau de refroidissement doit s'écouler circonférentiellement dans la chambre jusqu'à ce qu'elle atteigne un orifice de sortie 22 formé dans la plaque support supérieure 11, en augmentant de cette manière considérablement le refroidissement des composants se trouvant dans cette zone Si besoin est, on peut augmenter le diamètre de certains des trous ou orifices 19, 21 et 22 pour obtenir un écoulement supplémentaire de réfrigérant dans cette zone. L'invention permet de modifier facilement, pendant une opération courante de réapprovisionnement en combustible, les réacteurs nucléaires à eau pressurisée existants, d'une manière réduisant considérablement le risque du fissurage ultérieur par corrosion sous contraintes dans divers compo- sants d'importance capitale de l'ensemble de réacteur. REVENDICATIONS 1 Ensemble de virole de coeur et de plaque support desti- né à être utilisé dans un réacteur nucléaire à eau pressuri- sée comportant un couvercle supérieur amovible ( 2) fixé au corps ( 1) de la cuve du réacteur comprenant: une virole cylindrique ( 9) de coeur espacée, vers l'intérieur, de la paroi intérieure dudit corps de la cuve du réacteur et comportant, à son extrémité supérieure, un rebord horizontal circonférentiel ( 16) qui supporte ladite virole de coeur sur un épaulement circonférentiel ( 17) se trouvant sur la paroi intérieure dudit corps de cuve de réacteur et une plaque support circulaire ( 11) destinée à supporter des ensembles de barres de commande dans le corps de la cuve du réacteur et disposés au sommet dudit corps de cuve de réacteur en étant espacés du dessus dudit rebord circonférentiel ( 16) de la virole de coeur précitée pour constituer une chambre circonférentielle ( 23) entre le re- bord ( 16) de la virole de coeur, la paroi intérieure du corps ( 1) de la cuve de réacteur et la plaque support circu- laire ( 11), ledit ensemble de virole de coeur et de plaque support étant caractérisé par une pluralité d'orifices ( 19, 21, 23) ménagés dans le rebord ( 16) de la virole de coeur et dans la plaque support ( 11), grâce à quoi le réfrigérant peut circuler à travers le rebord ( 16) de virole de coeur, la chambre circonférentielle ( 23) et la plaque support ( 11) et pénétrer dans l'espace enfermé par le couvercle supérieur amovible ( 2). 2 Ensemble de virole de coeur et de plaque support selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits orifices sont espacés sur la circonférence dudit rebord de virole de coeur. 3 Ensemble de virole de coeur et de plaque support selon la revendication 1, caractérisé en ce que certains des ori- fices du rebord de virole de coeur ne sont pas alignés axialement avec les orifices de la plaque support circulaire. 4 Ensemble de virole de coeur et de plaque support selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque support comportant une pluralité d'orifices est maintenue espacée de ladite virole de coeur par un ressort ( 18).