Brevet FR2713310A1 — publié le 19950609

GENERATEUR DE VAPEUR EQUIPE D'UN DISPOSITIF DE PURGE PERFECTIONNE DE LA FACE SECONDAIRE DE LA PLAQUE A TUBES 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". 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 recirculéeW 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. Cette plaque force l'eau secondaire à mieux pénétrer au centre du faisceau. 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 (jambe chaude et jambe froide du faisceau de 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. Il 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 et séparant le générateur en une zone inférieure primaire et une zone supérieure secondaire - un faisceau de tubes en U inversé comprenant des branches chaudes et des branches froides ayant des extrémités fixées sur la plaque à tubes de part et d'autre d'un espace intermédiaire appelé rue d'eau et débouchant en dessous de cette plaque à tubes, respectivement dans un collecteur 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 de purge de la zone supérieure secondaire située immédiatement au-dessus de la plaque à tubes caractérisé en ce que les moyens de purge comprennent au moins une rainure, dite rainure principale, faite sur la face supérieure de la plaque à tubes et communiquant avec des moyens de drainage situés à l'extérieur du générateur de vapeur. 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 la ou les rainures 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 cette rainure ou de ces rainures commmuniquant avec l'extérieur permet le drainage de la plaque à tubes sans qu'il soit nécessaire de prévoir des orifices de drainage à la périphérie de la plaque à tubes. Les moyens de purge peuvent comporter au moins une autre rainure débouchant dans la rainure principale. Si le générateur de vapeur est du type bouilleur, la rainure principale est de préférence située dans la rue d'eau. Dans ce cas, la rainure peut être unique et située dans l'axe de la rue d'eau. Les moyens de purge peuvent comporter en outre deux petites rainures situées de part et d'autre de la rainure principale et y débouchant en une zone située au centre de la plaque à tubes. Ceci permet d'assurer le prélèvement de fluide secondaire essentiellement dans la zone centrale ou l'écoulement du fluide s'effectue aux vitesses les plus faibles. Avantageusement, la communication avec les moyens de drainage se fait par au moins l'une des extrémités de la rainure principale, cette extrémité étant située à proximité de l'enveloppe extérieure, grâce à un conduit reliant ladite extrémité de rainure principale à l'extérieur de l'enveloppe extérieure, ce conduit traversant la plaque à tubes. Si le générateur de vapeur est du type à préchauffeur axial, c'est-à-dire comportant une cloison de séparation des branches chaudes et des branches froides du faisceau de tubes en U disposée sur la plaque à tubes, les moyens de purge comprennent deux rainures principales situées dans la rue d'eau, de part et d'autre de la cloison de séparation. Les moyens de purge peuvent alors comporter en outre deux petites rainures, chacune débouchant dans l'une des rainures principales en une zone située au centre de la plaque à tubes. Avantageusement, la communication avec les moyens de drainage se fait par au moins l'une des extrémités de chaque rainure principale, cette extrémité étant située à proximité de l'enveloppe extérieure, grâce à deux conduits reliant chacun ladite extrémité de rainure principale à l'extérieur de l'enveloppe extérieure en traversant la plaque à tubes. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 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 est une vue de côté illustrant schématiquement, en coupe verticale partielle, un générateur de vapeur de type bouilleur et équipé d'un système de purge selon l'art antérieur, - la figure 2 est une vue correspondant à celle de la figure 1 et montrant une partie d'un générateur de vapeur du type bouilleur modifié selon la présente invention, - les figures 3 et 4 sont des vues de détail du générateur de vapeur selon la figure 2, - la figure 5 est une vue correspondant à celle de la figure 2 et illustrant l'application de l'invention pour un générateur de vapeur du type à préchauffeur axial, - la figure 6 représente un détail du générateur de vapeur de la figure 5. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un générateur de vapeur de type bouilleur équipé d'un dispositif de purge. 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 boite 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, de 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 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'espace 27 à l'intérieur de 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. L'espace 11 formé entre la plaque à tubes 12, la plaque de répartition de débit 41 et les jambes chaude et froide du faisceau de tubes est appelé rue d'eau. Ce générateur de vapeur 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 une conduite 21 disposée juste au-dessus de la plaque à tubes 12 et dont une extrémité est recourbée au-dessus de la plaque à tubes. La conduite 21 se prolonge vers l'extérieur du générateur de vapeur pour être raccordée à un appareil de drainage 48. On constate que la rue d'eau 11 est encombrée par la conduite 21. En outre, la conduite 21 est gênante par sa présence, qu'on la fasse passer entre les tubes d'une jambe du faisceau de tubes (comme c'est le cas pour la figure 1) ou dans l'axe de la rue d'eau. La figure 2 est une vue en perspective et en coupe de la partie inférieure d'un générateur de vapeur selon l'invention. La coupe a été faite selon l'axe vertical du générateur et de façon à montrer la cloison 14 selon l'une de ses faces principales, c'est-à-dire selon l'axe de la rue d'eau. La plaque à tubes 12 a été usinée, sur sa face supérieure, d'une rainure 13 selon l'axe de la rue d'eau et sur presque toute sa longueur. Elle peut être de profil droit ou arrondi. Deux rainures secondaires, perpendiculaires à la rue d'eau et de petite longueur sont usinées de part et d'autre de la rainure principale 13 au centre du générateur de vapeur. Seule la rainure secondaire 15 est visible sur la figure 2. Les rainures secondaires permettent d'accroître les possibilités de purge au centre de la plaque à tubes où cela est le plus nécessaire. C'est en effet une zone où les vitesses d'écoulement sont les plus faibles. Les différentes rainures peuvent être obtenues par usinage de la face supérieure de la plaque à tubes, pendant la fabrication du générateur de vapeur. Les rainures sont ensuite recouvertes au moyen d'une ou de plusieurs plaques perforées servant de couvercle. La fixation de ce couvercle 17 se fait au moyen d'éléments de préférence imperdables ou par soudage. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 2, la rainure principale 13 est reliée vers l'extérieur du générateur de vapeur par chacune de ses extrémités. On peut ainsi prélever le fluide secondaire selon une configuration connue grâce à un appareil de drainage 48. La figure 3 montre à plus grande échelle comment s'effectue cette liaison. On reconnaît le couvercle 17 fixé par des vis 19 dans un évidement 25 de la face supérieure de la plaque à tubes 12. Cet évidement, dont la profondeur correspond à l'épaisseur du couvercle 17, est aménagé autour des rainures afin d'obtenir une surface plane complète pour la face supérieure de la plaque à tubes. On aperçoit également l'un des trous 31 que comporte le couvercle 17. L'extrémité 33 de la rainure 13 est raccordée à l'extérieur par un conduit traversant la plaque à tubes 12 et formé par exemple de deux trous communicants 35 et 37 d'axes orthogonaux. Le trou 35 est percé à partir de la paroi latérale de la plaque à tubes et le trou 37 à partir de l'extrémité 33 de la rainure 13. A la place d'une liaison à deux trous communicants, il est possible de pratiquer un perçage en biais pour relier la rainure 13 à l'extérieur. La figure 4 est une vue agrandie et partielle de la plaque à tubes 12, vue de dessus. On y reconnaît tous les éléments précédemment décrits. Cette figure offre l'avantage de montrer plus spécialement la distribution des trous 31 du couvercle et des vis de fixation 19. Les figures 5 et 6 se rapportent à un générateur de vapeur du type à préchauffeur axial. Dans ce cas, la plaque à tubes 12 est pourvue d'une cloison de séparation 39 des jambes chaude et froide du faisceau de tubes en U 24, disposée dans l'axe de la rue d'eau. Cette cloison repose sur un rail de séparation 43 fixé dans l'axe de la rue d'eau grâce à une pièce intermédiaire 44 de section en forme de U inversé et chevauchant le rail de séparation 43. La plaque à tubes 12 comporte deux rainures principales 45 et 46 parallèles à l'axe de la rue d'eau et situées de part et d'autre de cet axe. Chacune de ces rainures principales peut être pourvue, au centre de la plaque à tubes, d'une petite rainure qui débouche dans cette rainure principale. La figure 5 montre l'une de ces petites rainures 47 débouchant dans la rainure principale 45. Les rainures sont fermées par un couvercle 49 constitué d'une ou de plusieurs plaques. Ce couvercle comprend, dans l'exemple représenté, une plaque unique fermant les deux rainures 45 et 46, logée dans un évidement 50 de la plaque à tubes. Comme précédemment, le couvercle 49 est percé de trous 51 et est fixé à la plaque à tubes 12 par des vis 52. A chaque extrémité de la rue d'eau, les extrémités des deux rainures 45 et 46 sont reliées à l'extérieur par des trous percés en biais débouchant dans un même trou horizontal, ces trous étant percés dans 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 et séparant le générateur en une zone inférieure primaire et une zone supérieure secondaire - 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 de part et d'autre d'un espace intermédiaire appelé rue d'eau et débouchant en dessous de cette plaque à tubes, respectivement dans un collecteur d'admission (16) et dans un collecteur d'évacuation (18) de fluide primaire - des moyens d'alimentation en eau secondaire débouchant dans l'enveloppe extérieure (10), au-dessus de la plaque à tubes (12) - des moyens de purge de la zone supérieure secondaire située immédiatement au-dessus de la plaque à tubes (12) ; caractérisé en ce que les moyens de purge comprennent au moins une rainure (13, 45, 46), dite rainure principale, faite sur la face supérieure de la plaque à tubes (12) et communiquant avec des moyens de drainage (48) situés à l'extérieur du générateur de vapeur. 2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de purge comportent au moins une autre rainure débouchant dans la rainure principale. 3. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur étant du type bouilleur, la rainure principale (13) est située dans la rue d'eau. 4. Générateur de vapeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de purge comportent une rainure unique (13) située dans l'axe de la rue d'eau. 5. Générateur de vapeur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de purge comportent en outre deux petites rainures (15) situées de part et d'autre de la rainure principale (13) et y débouchant en une zone située au centre de la plaque à tubes. 6. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la communication avec les moyens de drainage (48) se fait par au moins l'une (33) des extrémités de la rainure principale (13), cette extrémité étant située à proximité de l'enveloppe extérieure, grâce à un conduit (35, 37) reliant ladite extrémité de rainure principale à l'extérieur de l'enveloppe extérieure, ce conduit traversant la plaque à tubes. 7. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur étant du type à préchauffeur axial, c'est-à-dire comportant une cloison de séparation (39) des branches chaudes et des branches froides du faisceau de tubes en U disposée sur la plaque à tubes (12), les moyens de purge comprennent deux rainures principales (45, 46) situées dans la rue d'eau (11), de part et d'autre de la cloison de séparation. 8. Générateur de vapeur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de purge comportent en outre deux petites rainures (47), chacune débouchant dans l'une des rainures principales en une zone située au centre de la plaque à tubes. 9. Générateur de vapeur selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la communication avec les moyens de drainage se fait par au moins l'une des extrémités de chaque rainure principale (45, 46), cette extrémité étant située à proximité de l'enveloppe extérieure, grâce à deux conduits reliant chacun ladite extrémité de rainure principale à l'extérieur de l'enveloppe extérieure en traversant la plaque à tubes. 10. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les rainures (13, 15, 45, 46, 47)sont fermées par au moins un couvercle (17, 49) pourvu de trous de communication avec la zone supérieure secondaire. 11. Générateur de vapeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le couvercle (17, 49) est logé dans un évidement (25, 50) de la plaque à tubes (12) pour que sa face supérieure soit située dans le même plan que la face supérieure de la plaque à tubes.