Brevet FR2735552A1 — publié le 19961220

SYSTEME D'ETANCHEITE POUR L'ACCOSTAGE D'UN CONTENEUR SOUS UN FOUR DE FUSION La présente invention concerne un système d'étanchéité pour l'accostage d'un conteneur sous un four de fusion. Elle s'applique notamment à la coulée de verre radioactif en fusion dans un conteneur. Le retraitement des combustibles nucléaires permet de séparer l'uranium, le plutonium et les produits de fission présents dans les éléments combustibles ayant séjourné dans un réacteur. Il a été développé un procédé connu sous le nom de "vitrification" pour inclure un certain nombre d'éléments radioactifs (et en particulier les produits de fission) dans une matrice vitreuse. Le four de fusion est constitué par un récipient métallique, appelé pot de fusion, chauffé par induction. On fond en même temps dans le pot de fusion une fritte de verre et les calcinats de produits de fission pour obtenir un verre. On coule ce verre dans des conteneurs en acier inoxydable. Ce procédé s'est imposé car il permet de stocker sur de longues durées avec une très grande sécurité des produits fortement radioactifs. Tout ce mode opératoire a été largement utilisé, décrit et montré, en particulier au centre nucléaire de Marcoule (atelier de vitrification) et plus récemment dans les usines de retraitement de La Hague. D'une manière générale, l'installation comporte deux niveaux séparés par une dalle. Au niveau supérieur le pot de fusion est disposé dans un four. Au niveau inférieur le conteneur est disposé à la verticale du trou de coulée du pot. Une ouverture dans la dalle permet la coulée. L'installation doit permettre de confiner strictement le verre fondu pour qu'il n'y ait pas de dissémination de la radioactivité, notamment au moment de la coulée, dans l'air ambiant et sur la paroi externe du conteneur. Elle doit permettre de recueillir tous les gaz, poussières et particules dégagés. Elle doit enfin permettre la dilatation du conteneur sous l'effet de l'augmentation de température qui se produit entre le moment où le conteneur est vide et le moment où il est rempli de verre très chaud. Dans ce but, le document FR-A-2 616 000 a proposé un dispositif permettant la coulée de verre radioactif en fusion dans un conteneur. Ce dispositif met en oeuvre une étanchéité statique (matérielle) entre les divers éléments du dispositif et un confinement dynamique par extraction d'air (ou de gaz) autour du verre fondu en train de couler. Ce dispositif, représenté ci-après à la figure 1, laisse, entre le col du conteneur et la buse de coulée, une zone annulaire s ouvrant sur l'extérieur et par laquelle les gaz de coulée et les poussières peuvent fuir vers l'extérieur. Cette fuite est en principe combattue par une extraction d'air. Cependant, si cette extraction d'air n'est pas suffisamment efficace, il peut se produire une fuite de gaz et de poussières radioactifs vers l'extérieur entraînant une contamination de la paroi externe du conteneur. Le dipositif d'étanchéité dynamique selon la présente invention permet de remédier à cet inconvénient. L'invention a donc pour objet un dispositif d'étanchéité dynamique pour l'accostage d'un conteneur sous un pot de fusion contenant un matériau fondu, comprenant une virole entourant une buse, la buse étant située dans l'axe du col du conteneur et permettant la coulée du matériau depuis le pot de fusion jusque dans le conteneur, caractérisé en ce que la virole comprend des moyens de liaison étanche avec la buse, une base comprenant une surface d'appui pour la réception d'une surface d'appui correspondante sur le col du conteneur, et au moins un soufflet entourant la buse et reliant les moyens de liaison étanche à ladite base, le soufflet permettant de rendre la virole rétractable selon l'axe de la buse, des moyens d'introduction d'un flux gazeux entre lesdites surfaces d'appui étant prévus pour permettre la circulation d'une partie de ce flux vers la buse. Les moyens d'introduction du flux gazeux peuvent comprendre au moins une rainure formant un joint à labyrinthe. Avantageusement, la perte de charge dans le labyrinthe du débit de fuite vers la buse crée dans le joint à labyrinthe une surpression qui s'oppose à la fuite des gaz de coulée vers l'extérieur. 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 représente une vue en coupe verticale selon l'axe de coulée d'un dispositif permettant la coulée de verre radioactif en fusion dans un conteneur, selon l'art antérieur - la figure 2 représente, selon la même coupe qu'à la figure 1, un système d'étanchéité dynamique pour l'accostage d'un conteneur sous un pot de fusion selon une première variante de l'invention - la figure 3 représente, selon la même coupe qu'à la figure 1, un système d'étanchéité dynamique pour l'accostage d'un conteneur sous un pot de fusion selon une deuxième variante de l'invention. La figure 1 est illustrative de l'art antérieur divulgué par le document FR-A-2 616 000. I1 permet le transfert du verre fondu entre deux cellules superposées séparées par un dôme démontable 13. La cellule supérieure 1 ou cellule de vitrification contient le pot de fusion 2. La cellule inférieure 3 ou cellule de coulée contient le conteneur 4 dans lequel on désire couler le verre radioactif en fusion en provenance dudit pot de fusion. Sous le pot de fusion, une dalle de béton 5 horizontale comporte une ouverture 6. L'ensemble pot de fusion 2, ouverture 6 et conteneur 4 est organisé autour d'un axe vertical 7 dit axe de coulée. Le verre radioactif est à l'état liquide dans le pot de fusion 2 et est maintenu dans ce pot par le verre figé qui obstrue le goulot 8 du pot. Un inducteur 9 est placé autour du goulot. I1 permet, au moment choisi, de ramollir le verre figé formant bouchon, de façon à laisser le verre -fondu, contenu dans le pot de fusion, s'écouler par le goulot. L'inducteur 9 est relié, par des connexions non représentées, à une source d'énergie moyenne fréquence permettant le chauffage du goulot 8 et du verre figé. Une assiette isolante 10 isole le pot de fusion 2 de la dalle de béton 5. Sous la dalle de béton, au droit de l'ouverture 6 de la dalle, on positionne le dispositif de coulée qui est constitué successivement de haut en bas par une virole rétractable 11, une virole démontable 12 et le dôme démontable 13. La virole rétractable 11 est constituée par deux boîtes qui, s'interpénétrant, coulissent l'une dans l'autre, la boîte inférieure entrant dans la boîte supérieure. Les deux boîtes sont reliées entre elles par un soufflet métallique qui leur est solidaire. Un système de tringlerie non représenté permet de rapprocher les deux boîtes et la virole rétractable est fixée, par sa boîte supérieure, sous la dalle de béton. La virole démontable 12 s'adapte à la face inférieure de la virole rétractable 11. Elle est mise en place et maintenue grâce à l'utilisation du dôme démontable 13. Elle est reliée à un système d'aspiration 14 des gaz de coulée. La partie centrale de la virole démontable se prolonge vers le bas pour constituer une buse d'écoulement du verre en fusion. Le dôme démontable est parcouru par une chambre interne formant serpentin destinée à recevoir une circulation d'eau en vue de son refroidissement. I1 comporte aussi une deuxième chambre pourvue d'une tubulure 44 permettant l'entrée d'air dans cette chambre. Ce dispositif permet d'assurer l'étanchéité entre le pot de fusion 2 et le bas de la virole démontable 12. Cependant, il existe entre le col 47 du conteneur 4, la virole démontable 12 et le dôme démontable 13 une zone annulaire par laquelle les gaz de coulée et les poussières peuvent diffuser vers l'extérieur. Si l'aspiration d'air par le système d'aspiration 14 n'est pas suffisamment efficace, il peut se produire une fuite de gaz et de poussières à cet endroit. Dans la figure 2, on reconnaît un conteneur 24 situé dans la cellule de coulée 23. On a représenté de manière schématique la partie inférieure de la virole rétractable 50 et le dôme démontable 60. Dans cet exemple d'application de l'invention, la buse 40 est une pièce métallique de révolution autour d'un axe qui est l'axe selon lequel s'effectue la coulée. Sa partie supérieure est constituée par un disque 43 qui repose sur un épaulement 41 de l'orifice central 61 du dôme démontable 60 et qui se prolonge par un tube 45. Le pot de fusion (non représenté) possède un tube de coulée qui communique avec la buse 40 par le conduit constitué par la virole rétractable 50. L'orifice supérieur de la buse 40 est évasé en forme de tronc de cône pour recevoir la face inférieure de la virole rétractable 50. La mise en contact de la portion de calotte sphérique formant la face inférieure de la virole rétractable 50 avec le tronc de cône présenté par l'orifice supérieur de la buse permet d'éviter les fuites avec la cellule de vitrification. Selon l'invention, le tube 45 de la buse 40 est entouré d'une virole 30 formée d'un disque supérieur 31, d'un disque inférieur 32 et de deux soufflets concentriques à la buse, un soufflet interne 33 et un soufflet externe 34. La virole 30 est reliée à la buse 40 de manière étanche par fixation du disque supérieur 31 sous le disque 43 de la buse. Le disque supérieur 31 se trouve donc logé dans le trou 61. Le disque inférieur 32 entoure le tube 45 de la buse avec un certain jeu. La face inférieure de ce disque 32 est mise en contact avec le rebord 28 du col du conteneur 24. Le contact se fait selon un plan. La face inférieure du disque 32 est rainurée pour constituer un joint à labyrinthe 35 s'étendant sur toute la surface de cette face. L'insufflation de gaz, par exemple de l'air, se fait grâce à différents trous percés dans le disque 43 de la buse 40, dans le disque supérieur 31 et dans le disque inférieur 32 de la virole. Comme le montre la figure 2, le trou 46 du disque 43 communique avec le trou 36 du disque 31, ce trou 36 débouchant dans l'espace annulaire compris entre les soufflets 33 et 34. Au moins un trou 37, percé dans le disque inférieur 32 à peu près à mi-chemin entre le rayon interne et le rayon externe du disque et entre les deux soufflets 33 et 34, communique avec la ou les rainures constituant le joint à labyrinthe 35. De l'air comprimé insufflé à partir du trou 46, circule alors entre les deux soufflets 33 et 34, traverse le trou 37 du disque inférieur 32 pour arriver dans le joint à labyrinthe 35.Une partie du flux d'air insufflé se dirige vers l'axe de coulée et remonte par l'intérieur de la buse où elle est extraite avec les gaz de coulée grâce au conduit 53 branché sur la buse 40 et relié à un appareillage d'extraction de gaz. L'autre partie du flux d'air s'échappe vers l'extérieur. La légère surpression, due aux pertes de charge dans le joint à labyrinthe, existant dans la chambre annulaire où le flux se partage empêche les gaz de coulée de fuir vers l'extérieur. De l'air comprimé (ou un autre gaz) de balayage peut aussi être insufflé entre le soufflet interne 33 et la buse afin d'éviter les remontées de contamination dans cette zone. Comme le montre la figure 2, le trou 48 percé dans le disque 43 de la buse, près du tube 45, permet l'injection de cet air comprimé. I1 communique avec le trou 38 percé dans le disque supérieur 31 de la virole 30. L'air insufflé passe ensuite dans la zone annulaire située entre le soufflet interne 33 et la buse puis pénètre dans le col du conteneur 24 grâce au jeu existant entre le disque inférieur 32 de la virole et le tube 45 de la buse. Les gaz de coulée, l'air insufflé pour l'alimentation du joint à labyrinthe et éventuellement l'air de balayage autour de la buse 40 sont aspirés grâce au conduit 53, filtrés et traités par un équipement approprié. Selon la variante de réalisation de la figure 3, la virole 30' ne comporte qu'un seul soufflet, le soufflet interne 33. L'air insufflé sur le plan d'appui entre le disque inférieur 32 et le rebord 28 du col du conteneur 24 est alors amené par un tuyau flexible 55 connecté au trou 37 percé dans le disque inférieur 32. Le système d'étanchéité selon l'invention assure donc de manière efficace les trois fonctions suivantes - constitution d'une surface d'appui du conteneur sous le pot de fusion, - étanchéité dynamique au niveau de la zone d'appui du conteneur, - extraction des gaz de coulée vers l'unité de traitement de gaz. REVENDICATIONS 1. Système d'étanchéité pour l'accostage d'un conteneur (24) sous un pot de fusion contenant un matériau fondu, comprenant une virole (30) entourant une buse (40), la buse étant située dans l'axe du col du conteneur et permettant la coulée du matériau depuis le pot de fusion jusque dans le conteneur, caractérisé en ce que la virole (30) comprend des moyens de liaison étanche avec la buse (40), une base (32) comprenant une surface d'appui pour la réception d'une surface d'appui correspondante sur le col du conteneur, et au moins un soufflet (33, 34)entourant la buse et reliant les moyens de liaison étanche à ladite base, le soufflet permettant de rendre la virole rétractable selon l'axe de la buse, des moyens d'introduction d'un flux gazeux entre lesdites surfaces d'appui étant prévus pour permettre la circulation d'une partie de ce flux vers la buse. 2. Système d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'introduction du flux gazeux comprennent au moins une rainure formant un joint à labyrinthe (35). 3. Système d'étanchéité selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'introduction d'un flux gazeux comprennent au moins un trou (37) percé au travers de la base (32) pour l'amenée du flux gazeux. 4. Système d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de liaison étanche comportent un disque (31) entourant la buse. 5. Sytème d'étanchéité selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la virole (30') ne comprenant qu'un seul soufflet (33), l'amenée du flux gazeux se fait grâce à un tuyau flexible (55) connecté à un trou (37) percé au travers de la base (32). 6. Système d'étanchéité selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la virole (30) comprenant deux soufflets (33, 34) concentriques, l'amenée du flux gazeux se fait par passage entre les deux soufflets. 7. Système d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'injection (48) d'un deuxième flux gazeux entre la buse (40) et le soufflet voisin (33), permettant de balayer l'espace situé entre la buse et le col du conteneur.