Brevet FR2700060A1 — publié le 19940701

La présente invention concerne la prévention des avaries dans les réacteurs nucléaires, plus particulièrement la prévention de la présence d'un vide de l'agent refroidissant au sommet de l'assemblage du combustible nucléaire par suite d'une perte brusque du niveau du stock du système du refroidissant du réacteur (RCS) provoqué par l'enlèvement du barrage de l'injecteur à la fin d'un cycle d'entretien. Il existe la possibilité d'une chute brusque, incontrôlée et importante du niveau du stock du système de l'agent refroidissant du réacteur lorsque l'on enlève un barrage d'un injecteur et, plus particulièrement, au moment o le joint entre le barrage de l'injecteur et l'injecteur est rompu, quand le barrage de l'injecteur a été en place pendant suffisamment de temps pour accomplir un cycle moyen d'entretien de plusieurs semaines ou plus. Si la chute est suffisamment grave, l'eau tombe en dessous du niveau de l'ouverture du côté chaud du réacteur vers le système d'élimination de chaleur résiduelle (RHR), épuisant le système et faisant caler la pompe de RHR Cela peut avoir pour résultat une surchauffe et le fait que l'eau n'atteint pas le sommet exposé du noyau Cela est une condition potentiellement dangereuse qu'il faut prévenir. Un phénomène qui peut être associé à cette condition potentielle est un bond, non contrôlé, vers le haut, du barrage de l'injecteur, qui peut être dangereux pour le personnel déboulonnant le barrage par rapport à l'injecteur. Cela doit également être empêché. Les indications de ces phénomènes et des diminutions du niveau du stock de RCS ont été observées, par exemple, dans les cas suivants, lorsque l'on a enlevé les barrages des injecteurs après processus industriel usuel d'abaissement du niveau de l'eau à la boucle centrale à partir du niveau de ravitaillement en combustible pendant une certaine période de temps Les données suivantes sont basées sur les données recueillies par les techniciens et le personnel d'entretien sur place Cependant, aucune collection coordonnée des données n'a été faite jusqu'à maintenant pour enregistrer spécifiquement les changements des niveaux de stock de RCS pendant l'enlèvement du barrage de l'injecteur. En été 1990 et au printemps 1991, à la centrale de Catawba, Unité 2, système à 4 boucles avec vidange commune sur le générateur de vapeur Le barrage de la branche froide a bondi Bien que l'un des incidents soit enregistré sur bande vidéo, on n'a pas enregistré les niveaux du stock de RCS. Au printemps 1992, à la centrale de Callaway, système à 4 boucles, vidange commune sur le générateur de vapeur Les barrages ont bondi dans les quatrième et huitième branches de froid La salle de contrôle a rapporté une chute sensible du niveau du stock du système du fluide de refroidissement dans le réacteur après enlèvement des quatrième et huitième branches de froid. A l'automne 1992, à la centrale de Diablo Canyon, 4 boucles, vidange individuelle sur le système du générateur de vapeur, un barrage sur branche froide a bondi. Dans la pratique actuelle, après avoir vidangé l'eau primaire en dessous de la cuve du générateur de vapeur, jusqu'à la boucle centrale, et avant restauration au niveau de réapprovisionnement en combustible, au dessus de la cuve du générateur de vapeur, toute précaution est prise pour obturer hermétiquement la cuve du générateur de vapeur par rapport aux injecteurs des branches chaude et froide par un barrage d'injecteur pour chaque injecteur et par un bouchon de vidange pour chaque conduit individuel de vidange entre la cuve, que l'on appelle également "tête de canal" et l'injecteur qui contourne le barrage. Quand l'eau a à nouveau atteint le niveau de ravitaillement en combustible, une fuite peut se produire autour du joint de certains barrages d'injecteurs Le processus typique, tel que décrit dans le brevet US N O 4 959 192 à Trundle et autres, accordé le 25 Septembre 1990, consiste à surveiller la fuite dans la cuve, la fuite étant acceptable à condition qu'une pompe de vidange de la cuve puisse tenir compte de la fuite. De nombreux barrages d'injecteurs, comprenant en particulier ceux ayant des joints gonflés comme le Barrage d'Injecteur BUSI, commercialisé par Brand Utility Services Inc, et généralement décrit dans le brevet US No 4 957 215 à Evans et autres, accordé le 18 Septembre 1990, sont conçus pour qu'il n'y ait pas de fuite à travers la barrière du joint entre l'injecteur et l'intérieur de la cuve après avoir boulonné le barrage en place Ayant une combinaison de joints passifs et gonflés, le Barrage d'Injecteur BUSI protège usuellement contre une fuite transversale même sans gonfler les joints gonflables. Des joints gonflables sont également révélés, par exemple, dans le brevet US N' 4 482 076 à Wentzell, accordé le 13 Novembre 1984, et dans le brevet US N O 4 690 172 à Everett, accordé le ler Septembre 1987. Lorsqu'on enlève un barrage d'injecteur, il est habituel dans l'industrie, comme cela est décrit dans le brevet US No 4 959 192 à Trundle, d'enlever ce barrage après avoir vidangé le système du fluide de refroidissement du réacteur jusqu'à la boucle centrale Trundle suggère qu'il est préférable d'enlever le barrage de la branche chaude avant le barrage de la branche froide Il suggère également, dans un système ayant un conduit individuel de vidange pour enlever le bouchon de vidange après avoir vidangé la cuve jusqu'en dessous du barrage de l'injecteur afin de confirmer que la boucle est bien vidangée, c'est-à- dire vidangée en dessous du niveau de l'injecteur comme cela est indiqué par l'absence d'une fuite d'eau par le conduit de vidange, avant d'enlever l'injecteur. Il suggère également de laisser passer plusieurs minutes avant d'enlever le bouchon de vidange après arrivée du niveau d'eau en dessous du barrage de l'injecteur et après avoir tenté d'enlever le barrage de l'injecteur lorsqu'on travaille dans la branche froide afin de permettre à toute 4 2700060 basse pression provoquée par la vidange de la boucle de se dissiper. Bien que les étapes et précautions qui sont caractéristiques dans ce domaine soient utiles et continuent à être raisonnables dans l'installation et l'enlèvement d'un barrage d'injecteur et d'un bouchon de vidange, cela n'empêche pas les risques du bond ci-dessus décrit ou d'une chute incontrôlée du système de l'agent refroidissant du réacteur et cela peut provoquer les conditions conduisant à ces événements. La présente invention a pour but d'empêcher les phénomènes ci-dessus de bond du barrage de l'injecteur et de chute brusque et excessive du niveau du stock du système de l'agent de refroidissement dans le réacteur lorsque l'on enlève un barrage d'un injecteur. Un barrage d'injecteur a un passage qui comprend un trou à travers une paroi du barrage qui scelle hermétiquement l'injecteur par rapport à une cuve d'un générateur de vapeur d'un système d'un agent de refroidissement primaire d'un réacteur nucléaire refroidi à l'eau Le passage est prévu pour libérer le gaz de l'injecteur dans la région en dessous du barrage, à travers le barrage, vers la cuve, quand le barrage est monté de façon étanche dans l'injecteur. Une vanne, connectée par un moyen formant tuyau comme un tuyau flexible ou connectée par un moyen direct de fixation, au trou, permet le contrôle des fluides à travers le passage Le moyen formant, tube tel qu'un tuyau flexible attaché à la vanne, est placé pour diriger les fluides hors de la cuve. Quand le niveau général de l'eau dans le système de l'agent refroidissant du réacteur a atteint un niveau qui est plus haut que le barrage de l'injecteur, et avant d'accomplir une étape ultérieure d'abaissement du niveau de l'eau à un niveau qui est en dessous du barrage, avant que l'eau ne soit en dessous du barrage, un passage est ouvert à la sortie de l'injecteur pour libérer les gaz piégés à travers le passage en provenance de l'injecteur et en provenance de la région immédiatement en dessous du barrage De préférence, le passage traverse la paroi du barrage de l'injecteur Il peut cependant traverser une paroi de la cuve. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un réacteur typique refroidi à l'eau, d'un système générateur de vapeur, montrant les divers niveaux d'eau pendant le ravitaillement en combustible; la figure 2 est une vue schématique, en coupe transversale, d'un barrage d'injecteur placé au-dessus d'un injecteur dans une cuve d'un générateur de vapeur; la figure 3 est une vue en coupe transversale faite à travers un joint gonflable pour barrage d'injecteur en contact d'étanchéité avec une paroi d'injecteur; la figure 4 est une vue en coupe transversale partielle d'un passage commandé par une vanne à travers la barrière du barrage entre la cuve et l'injecteur; et la figure 5 est une vue en coupe transversale partielle d'un passage commandé par une vanne à travers la barrière du barrage entre la cuve et l'injecteur. Afin de mieux comprendre la description qui suit de l'invention, la liste qui suit donne les niveaux typiques de l'eau et des composants du système pour un réacteur refroidi à l'eau et générateur de vapeur que l'on peut voir à la figure 1 Les valeurs ne se rapportant pas à l'explication de la présente invention sont désignées par NA (non applicable). Composant Plafond ravitaillement Niveau boucle moyenne Ligne d'aspiration du système d'élimination de la chaleur résiduelle RHR Sommet du combustible Evacuation RHR Vers réacteur (niveau boucle moyenne) Barrage injecteur Boucle RHR Niveau ravitaillement Moyen mise sous pression Générateur de vapeur Réacteur Pompe agent refroidissant réacteur, RCP Pompe RHR Désignation sur les figures Hauteur en mètres 624 N/A 613,7 613,5 601 N/A 614,8 623,2 N/A N/A En se référant aux figures 1 et 2, le barrage 20 de l'injecteur est installé au-dessus de l'injecteur 26 de la branche chaude 30 du côté chaud de la séparation 34 de la cuve 40 du générateur de vapeur 46. La vidange 50 de la cuve comporte un passage 54 qui relie l'injecteur 26 à la cuve 40, contournant le joint hermétique 56 qui est formé par le barrage de l'injecteur quand il est contact intime avec la paroi 60 de l'injecteur. La vidange 50 est obturée par un bouchon à visser 66. Quand le niveau général de l'eau du stock du système de refroidissement du réacteur "RCS" a diminué jusqu'au niveau de la boucle moyenne 70 de la boucle 74 du système d'élimination de chaleur résiduelle (RHR) et des branches chaude et froide d'entrée 30 et de sortie 32 du fluide de refroidissement primaire, respectivement, de la cuve du générateur de vapeur, les barrages sont installés dans les injecteurs des branches chaude et froide et des bouchons sont installés dans les vidanges individuelles de cuve. Quand tous les barrages sont installés, le niveau du stock de RCS est élevé au niveau de ravitaillement 80 ce qui provoque une pression d'environ 0,806 bars dirigée vers le haut contre le barrage 20 et une pression de 1,3 bars au niveau le plus bas de la branche du froid, en supposant que ce niveau le plus bas est à environ 4,87 m en dessous du milieu de la boucle dans la plupart des centrales. En se référant de plus à la figure 3, les joints gonflables 82 pour barrage sont maintenus aux environs de 4,48 bars L'anneau 84 entre les joints gonflables est maintenu à 0,34 bar et est surveillé afin d'être au courant d'une fuite dans le système des joints Une lente augmentation a été largement observée dans la pression dans l'anneau Cela peut indiquer qu'une très petite quantité d'air peut s'échapper des joints gonflables, soit par osmose ou par des fuites minuscules On pense maintenant que cet air peut également fuir du côté injecteur du joint. Les joints sous pression semblent actuellement être les plus efficaces et les plus sûrs pour sceller un injecteur de générateur de vapeur de réacteur nucléaire On pense également maintenant qu'une installation prolongée d'un barrage ayant un joint gonflable pourrait permettre une petite fuite osmotique suffisante d'air de la source à 4, 48 bars pour déplacer l'eau de 0,806 bar à 1,3 bars, occupant le volume de la branche froide en dessous du niveau de l'injecteur de la branche froide Après avoir déplacé l'eau, l'air continue à sortir en formant des bulles vers le stockage de RCS. Les barrages d'injecteurs restent en place alors que l'entretien est accompli sur le système du réacteur, quelquefois pendant 30 jours, ensuite on fait baisser le niveau de l'eau à partir du niveau 80 de ravitaillement en combustible jusqu'à mi boucle 70 afin d'enlever les barrages. Cela réduit la pression sur la colonne piégée d'air dans la branche froide à une valeur de 4,26 mètres L'air piégé exerce une pression d'environ 0,42 bar ce qui produit, au total, une pression de 34 N contre le dessous du barrage de l'injecteur de 101,6 cm. A cette pression, il peut se produire un bond vers le haut, provoqué par l'air piégé dès qu'une portion mobile d'un barrage est déboulonnée. Dans un système de barrage d'injecteur opposant uniquement sous des joints gonflables, plutôt qu'une combinaison d'un système passif et actif gonflable comme dans le Barrage d'Injecteur BUSI, l'air piégé est libéré autour du barrage quand les joints sont dégonflés et il n'y a pas de bond Néanmoins, la perte du niveau du stock de RCS peut encore se produire. Pour les générateurs de vapeur avec des lignes individuelles de vidange, le bond peut être réduit en retirant le bouchon de vidange après avoir déplacé le niveau général de l'eau du système de refroidissement du réacteur au niveau de la boucle moyenne et avoir attendu une certaine période de temps avant d'enlever le barrage Néanmoins, il peut toujours se produire une perte du niveau du stock de RCS. Dans les générateurs de vapeur ayant une vidange commune au lieu des lignes individuelles de vidange, il n'y a aucun accès à la région de l'injecteur en dessous de son barrage. La cause de la perte du niveau du stock de RCS est considérée comme étant la suivante Le volume de l'air piégé est calculé comme étant de l'ordre de 5,03 mètres de hauteur verticale sur 40 cm de rayon que l'on élève au carré et que l'on multiplie par X ce qui donne 2,525 m 3 ou 2532 e Quand le barrage de l'injecteur de la branche froide est enlevé, l'air piégé s'échappe et l'eau se précipite vers le haut, pour équilibrer le niveau général de l'eau dans le système de refroidissement du réacteur, alors le stock de RCS peut brusquement diminuer de 2532 e En supposant 4500 t pour 30 cm verticaux du stock de RCS, cet événement peut avoir pour résultat une diminution brusque du niveau du stock de RCS d'environ 18,3 cm. La ligne d'aspiration 90 du système d'élimination de la chaleur résiduelle RHR n'est qu'à environ 24,5 cm en dessous de la boucle moyenne 70 En tenant compte du calcul ci-dessus plus les coudes dans les branches froides, de l'augmentation de volume à proximité des injecteurs et des effets du mouvement de l'eau, il est concevable que cet événement se produisent une seule fois puisse provoquer la chute du niveau du stock localisé proche de la ligne d'aspiration de RHR, provoquant un risque de défaut par tourbillonnement/ cavitation de la pompe RHR, avec perte subséquente de l'efficacité de RHR Par ailleurs, à moins que le stock de RCS ne soit récupéré après suppression du premier barrage de branche froide d'un système, il existe un autre risque important lorsque l'on enlève un second barrage de branche froide, en supposant que le second barrage subisse un cas semblable. Si quatre branches froides dans un système subissent la même chose sans récupération du niveau de l'eau, le niveau de l'eau baisse aux environs de 53 cm à partir du sommet 94 du combustible dans le réacteur 96. Afin d'éviter le problème ci-dessus associé à l'utilisation de barrages d'injecteurs avec des joints gonflables, il est sage de purger l'air piégé de la branche froide avant de terminer le processus de vidange du stock de RCS de manière que le niveau de l'eau dans la branche froide cherche à atteindre le niveau général de l'eau du stock de RCS. Cette étape du procédé peut être accomplie, de préférence, par passage de l'air de la branche de l'injecteur dans la cuve par une vanne et un passage à travers le barrage Une autre façon consiste à faire passer l'air de la branche de l'injecteur, dans la cuve, par une vanne connectée au passage 54 à la place du bouchon actuellement utilisé. En se référant à la figure 4, l'assemblage 100 de la vanne passe par le passage 108 de la paroi 102 du corps du barrage 20 Si le barrage de l'injecteur est un Barrage d'Injecteur BUSI, la vanne est de préférence montée dans la section centrale des trois sections de barrage L'extrémité évasée 106 du raccord 104 est en engagement étanche avec une membrane en caoutchouc 110 qui couvre les trois sections A l'autre extrémité du raccord 104, il y a un moyen formant tuyau comme un tuyau flexible 112 renforcé de 6,35 mm qui est fixement attaché au raccord. Un adaptateur 114 permet la connexion du tuyau flexible 112 avant de devoir abaisser le niveau de l'eau La section de connecteur 116 obture le raccord 104 jusqu'à ce que le tuyau flexible 112 soit attaché pour l'utilisation du raccord. La vanne de commande 118, qui est connectée au passage 108 par le tuyau flexible 112 et le raccord 104, est de préférence placée en dehors de la cuve du générateur de façon à pouvoir facilement la contrôler par un opérateur Une vanne conductrice de gaz et arrêtant l'eau 130 libère l'air piégé qui s'écoule via le passage 108, de l'injecteur, dans la région immédiatement en dessous du barrage, restant ouverte jusqu'à ce qu'elle rencontre l'eau qu'elle bloque Cette conception de vanne peut être prise parmi celles actuellement utilisées pour purger automatiquement l'air des systèmes à circulation d'eau. Un assemblage d'une vanne 118, similaire à l'assemblage , peut être prévu dans le passage 54 en utilisant un raccord modifié de façon appropriée, comme le montre la figure 5. En fonctionnement, la vanne 18 est tournée ou ouverte peu avant ou pendant l'abaissement du niveau de l'eau vers le niveau de la boucle médiane, et l'air peut s'écouler du tuyau jusqu'à ce que l'eau atteigne la vanne On sait alors que l'air comprimé est enlevé et la vanne 118 est fermée Une vanne automatique 130 peut accomplir la même fonction. Le tuyau flexible est de préférence placé pour diriger l'air hors de la cuve Il peut, par exemple, passer vers l'extérieur de la cuve à travers un trou d'homme, ou bien être connecté à une vidange commune à la cuve. Le tuyau flexible peut également s'étendre jusqu'à une hauteur qui est plus haute que le niveau général de l'eau de RCS o a lieu la purge d'air Une indication visuelle ou par capteur peut alors être prévue à partir du tuyau flexible élevé pour déterminer le moment o le niveau hydrostatique de l'eau sous le barrage sera égal à celui du niveau général de l'eau de RCS. Quand l'air piégé est enlevé, et que le niveau général de l'eau est porté au milieu de la boucle en dessous de la hauteur du barrage, celui-ci peut alors être enlevé. il REVENDICATIONS 1 Barrage pour un injecteur pour scellement hermétique contre une paroi d'un injecteur de la cuve d'un générateur de vapeur d'un système de l'agent refroidissant primaire d'un réacteur nucléaire refroidi à l'eau contre le passage des fluides entre ledit injecteur et ladite cuve, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen formant passage ( 54) traversant complètement ledit barrage ( 20) pour libérer les gaz de l'injecteur ( 26) dans la région en dessous dudit barrage, à travers ledit barrage, vers ladite cuve ( 40) quand ledit barrage est monté de façon étanche dans ledit injecteur. 2 Barrage selon la revendication 1, caractérisé de plus en ce que le moyen formant passage comprend un trou à travers le barrage ( 20) et en ce que ledit barrage comprend de plus un moyen formant vanne connecté audit trou pour contrôler l'écoulement des fluides à travers ledit trou dans ledit barrage. 3 Barrage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un moyen formant tuyau ( 112) connecté audit moyen formant vanne qui est placé pour diriger lesdits fluides hors de ladite cuve ( 40). 4 Procédé, dans un système d'un agent refroidissant primaire d'un réacteur nucléaire refroidi à l'eau o un barrage d'injecteur est mis en place pour sceller hermétiquement un injecteur d'une cuve du générateur de vapeur, afin de réduire le risque d'une chute incontrôlée du niveau du stock du système de l'agent refroidissant en dessous du niveau de la boucle moyenne lorsqu'un joint hermétique entre l'injecteur et la cuve est rompu, caractérisé en ce qu'il consiste, après augmentation du niveau général de l'eau du système de refroidissement du réacteur à un niveau plus haut que le barrage et avant la fin d'une étape ultérieure d'abaissement du niveau général de l'eau du système de refroidissement du réacteur pour le reporter à un niveau en dessous du barrage au moment o l'atteinte du niveau général en dessous du barrage n'a pas encore été obtenue, à ouvrir un passage à la sortie de l'injecteur pour la libération des gaz piégés à travers ledit passage, de l'injecteur à partir de la région juste en dessous du barrage. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape intermédiaire précitée est effectuée avant la dernière étape d'abaissement du niveau général de l'eau du système de refroidissement du réacteur. 6 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le passage pour la libération des gaz de l'injecteur se fait à travers le barrage. 7 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le passage pour la libération des gaz de l'injecteur se fait à travers une paroi de la cuve. 8 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le passage pour la libération des gaz de l'injecteur se fait à travers le barrage. 9 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le passage pour la libération des gaz de l'injecteur se fait par une paroi de la cuve. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'ouverture du passage se fait par l'ouverture d'une vanne dans une tuyauterie du passage jusqu'à ce que l'écoulement de gaz cesse. 11 Procédé, dans un système de refroidissement primaire d'un réacteur nucléaire refroidi à l'eau o un barrage d'un injecteur est en place pour hermétiquement sceller un injecteur de la cuve du générateur de vapeur, afin de réduire le risque d'une chute incontrôlée du niveau du stock du système de refroidissement du réacteur en dessous du niveau de la boucle moyenne lorsqu'un joint hermétique entre l'injecteur et la cuve du générateur de vapeur est rompu, caractérisé en ce qu'il consiste à, avant d'enlever le barrage de l'injecteur et avant de terminer l'étape d'abaissement du niveau général de l'eau du système de refroidissement du réacteur pour le porter à un niveau qui 14 2700060 est dessous de celui du barrage, au moment o le niveau général en dessous du barrage n'a pas encore été atteint, à ouvrir un passage sortant de l'injecteur pour la libération des gaz piégés dans l'injecteur, dans une région5 immédiatement en dessous du barrage et à maintenir le passage ouvert jusqu'à ce que les gaz piégés soient libérés et que l'eau dans l'injecteur ait atteint le barrage.