Brevet FR2770021A1 — publié le 19990423

Appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple La présente invention concerne un appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple, pouvant être utilisé dans divers équipements, par exem- ple une tuyauterie d'un système de refroidissement dans laquelle est installé un puits d'un réacteur surrégé- nérateur rapide refroidi par un métal liquide, une cuve de réacteur nucléaire qui est entourée de sodium à l'intérieur d'une enceinte, divers équipements de contrôle et des installations qui utilisent un fluide conducteur de l'électricité. On utilise le sodium comme agent de refroidis- sement dans les réacteurs surrégénérateurs rapides refroidis par un métal liquide, dans des équipements de contrôle contenant du sodium, etc. . Pour mesurer la température dans la tuyauterie de sodium, un puits destiné à mesurer la température du sodium est installé directement sur la tuyauterie et un thermocouple est introduit dans le puits, mesurant ainsi la température du sodium. La figure 1 montre un système d'instrumentation d'un processus conventionnel caractéristique. Un puits 2 pour une mesure de température est soudé sur une tuyauterie 1 d'un système de refroidissement par sodium dans laquelle circule du sodium à température élevée. Un thermocouple gainé 3 est introduit dans une atmosphère de gaz inerte ou d'air dans le puits 2 et est raccordé à des fils conducteurs de compensation 5 à travers un bloc de bornes 4. Le signal détecté est envoyé à un système d'instrumentation de processus 30 de l'installation. La figure 2 est une vue à plus grande échelle montrant seulement la partie du puits de mesure de la température 2 dans la figure 1. Comme le montre la figure 3, qui est une vue en coupe horizontale selon les flèches A-A de la figure 2, le thermocouple gainé 3 a ses fils élémentaires 7 disposés dans un matériau isolant remplissant une gaine. Dans le bloc de bornes 4, les fils élémentaires 7 du thermocouple et les fils conducteurs de compensation 5 sont raccordés ensemble au niveau d'une partie de connexion 6 des fils. On doit noter que le repère 8 désigne une jonction chaude des fils élémentaires 7 du thermocouple. Le thermocouple gainé conventionnel du type décrit ci-dessus est un câble à isolation minérale MI dans lequel le matériau de la gaine est, par exemple, SUS316, les fils élémentaires du thermocouple sont une combinaison de fils d' " alumel " (marque déposée) et de fils de " chromel " (marque déposée), et le matériau isolant est l'oxyde de magnésium. Par ailleurs, le puits décrit ci-dessus est amené à vibrer au niveau d'une portion de celui-ci introduite dans la tuyauterie de sodium 1, ces vibra- tions étant causées par un tourbillon de Karman résul- tant du courant de sodium dans la canalisation 1. Si la structure du puits n'est pas très résistante, les vibrations peuvent provoquer la rupture du puits. Si le puits est rompu, le sodium dans la tuyauterie peut fuir à l'extérieur de la tuyauterie à travers le puits. Toutefois, dans le cas d'un puits tel que celui repré- senté sur les figures 1 à 3, lorsqu'une petite quantité de sodium fuit hors de la tuyauterie de sodium dans le puits, il est difficile de détecter la fuite de sodium à partir seulement d'un changement de température au niveau de la jonction chaude 8 des fils élémentaires du thermocouple isolée dans la gaine. Il est ainsi techniquement difficile actuelle- ment de découvrir une fuite de sodium à l'instant o une petite quantité de sodium a fui dans le puits et il n'existe aucun moyen efficace pour détecter une fuite de sodium à un stade précoce de la fuite lorsque le puits soudé à la tuyauterie de sodium est rompu par les vibrations du fluide ou l'analogue. En conséquence, il existe un besoin pour développer un appareil de détection destiné à découvrir une petite fuite de sodium dans le puits résultant d'une rupture de ce puits, et ce à un stade précoce de la fuite. La présente invention a été faite pour résoudre les problèmes décrits ci-dessus et un but de l'inven- tion est de procurer un appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple, grâce à quoi on peut détecter à un stade précoce de la fuite une fuite acci- dentelle de sodium (ou d'un fluide électriquement conducteur) résultant d'une rupture d'un puits de mesure de température, et une commande appropriée de l'installation peut être effectuée avant que l'accident ne devienne sérieux, minimisant ainsi l'influence sur les équipements du réacteur nucléaire ou de l'analogue, l'influence sur l'environnement extérieur et l'influence sur la société, et permettant ainsi de minimiser les dommages. L'appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple selon la présente invention se caracté- rise en ce qu'il comprend la combinaison d'un détecteur d'une fuite de sodium à gaine multiple ayant un thermocouple gainé et des fils élémentaires de détection d'une fuite de sodium qui sont disposés dans un matériau isolant remplissant une gaine multiple, d'un dispositif de jugement d'une fuite de sodium, qui évalue si oui ou non il y a une fuite de sodium par un signal en provenance du détecteur d'une fuite de sodium à gaine multiple, d'un dispositif d'alarme qui donne une alarme lorsqu'il est estimé qu'il y a une fuite de sodium et de lignes de signaux qui raccordent ces dispositifs. Les fils élémentaires de détection d'une fuite de sodium sont amenés à conduire un courant électrique par leur contact avec le sodium électriquement conducteur pénétrant à travers le matériau isolant depuis l'extrémité ouverte du détecteur d'une fuite de sodium à gaine multiple. Les fils élémentaires de détection d'une fuite de sodium sont des fils métalliques de différents types, par exemple des fils d'acier inoxydable, et, lorsqu'ils conduisent un courant électrique, ces fils métalliques forment un ou plusieurs thermocouples par contact avec le sodium électriquement conducteur. Le détecteur d'une fuite de sodium à gaine multiple est conçu en conformité du diamètre extérieur de la gaine de manière qu'il puisse être introduit dans un puits qui a déjà été installé sur une tuyauterie existante sans changer le puits. Ainsi, le sodium dans la tuyauterie peut être évacué dans un réservoir exclu- sif ou l'analogue avant qu'il fuie hors de la tuyaute- rie. En conséquence, il est possible d'empêcher un accident dû à une fuite à grande échelle dans une installation. D'autres buts et avantages de l'invention seront en partie évidents, en partie apparents, à la lecture de la spécification suivante. En conséquence, l'invention comprend les carac- téristiques de construction, des combinaisons d'élé- ments et l'agencement des parties, qui seront données à titre d'exemple dans la construction décrite ci-après, en liaison avec les dessins joints, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma montrant un système d'instrumentation d'un processus conventionnel caractéristique; - la figure 2 est une vue détaillée d'un puits conventionnel pour les mesures de température; - la figure 3 est une vue en coupe horizontale selon les flèches A-A du puits représenté sur la figure 2; - la figure 4 est une vue schématique d'une réalisa- tion de l'appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple selon la présente inven- tion; - la figure 5 est une vue détaillée de l'appareil représenté sur la figure 4; - la figure 6 est une vue en coupe horizontale selon les flèches B-B de la figure 5; - la figure 7 est un diagramme montrant la sortie du thermocouple; - la figure 8 est une vue schématique montrant une autre réalisation de l'appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple selon la présente invention; - la figure 9 est une vue en coupe horizontale selon les flèches C-C de la figure 8; - la figure 10 est un diagramme montrant la sortie du thermocouple; et - la figure 11 est une vue schématique montrant une autre réalisation de l'appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple selon la présente invention. On va décrire ci-après des réalisations de la présente invention. La figure 4 est une vue schématique montrant une réalisation de l'appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple selon la présente invention. La figure 5 est une vue détaillée de l'appareil repré- senté sur la figure 4. La figure 6 est une vue horizon- tale selon les flèches B-B de la figure 5. La figure 7 est un diagramme montrant la sortie du thermocouple. On doit noter que les mêmes repères que ceux des figures 1 et 2 désignent les mêmes parties composantes. Un puits 2 est soudé sur une tuyauterie d'un système de refroidissement par sodium comme on le voit sur la figure 1. Le puits 2 comprend une gaine multiple ayant un thermocouple gainé conventionnel et des fils élémentaires de détection d'une fuite de sodium, qui sont prévus à l'intérieur du thermocouple, de telle sorte que, lorsque du sodium fuyant de la tuyauterie pénètre dans le puits 2, il peut être détecté immédia- tement. Ainsi, le puits 2 est agencé pour pouvoir mesu- rer les températures en tant que fonction essentielle, mais également il est capable de détecter une fuite de sodium. Une gaine multiple 9 est un tube cylindrique, dont l'extrémité distale est ouverte. Le matériau constituant de la gaine multiple 9 est SUS316. Un thermocouple gainé 10 et des fils élémentaires de détection d'une fuite de sodium sont disposés dans la gaine multiple 9. Le thermocouple gainé 10 est un thermocouple conventionnel formé de fils élémentaires d'alumel et de chromel. Les fils élémentaires de détec- tion d'une fuite de sodium sont une combinaison d'un fil d'alumel 11 et d'un fil de chromel 12 qui sont des fils élémentaires d'un thermocouple. La gaine multiple 9 est remplie d'un matériau isolant 14 consistant essentiellement en oxyde de magnésium. Les extrémités distales des fils élémentaires 11 et 12 sont position- nées à l'intérieur de l'extrémité distale 13 de la gaine multiple 9 et ils sont électriquement isolés par le matériau isolant dans des circonstances normales. Comme on le voit sur la figure 5, si le puits 2 est brisé et que du sodium 15 fuit dans le puits 2, le sodium fuyant 15 pénètre dans le matériau isolant 14 (voir la portion hachurée sur la figure), car l'extré- mité distale 13 de la gaine multiple 9 est ouverte. En conséquence, les extrémités distales des fils d'alumel et de chromel 11 et 12, qui sont des fils élémentaires de détection d'une fuite, sont électriquement court- circuités par le sodium 15 pénétrant à travers le matériau isolant 14 pour former une jonction chaude. Comme résultat, le fil d'alumel 11 et le fil de chromel 12 fonctionnent en tant que thermocouple. Ainsi, on obtient une sortie de thermocouple proportionnelle à la température de l'atmosphère. Comme on le voit sur la figure 7, la sortie du thermocouple (une fuite a lieu à l'instant TO) montre des caractéristiques selon lesquelles la sortie diminue progressivement avec le temps. De façon plus spécifique, le sodium 15 pénètre à travers le matériau isolant 14 dans la gaine multiple avec le temps. Lorsque le sodium 15 pénètre à un degré tel que la gaine multiple atteint environ 100 C, le sodium 15 se solidifie et ne pénètre pas plus loin. A un certain stade avant la solidification du sodium 15, le fil d'alumel 11 et le fil de chromel 12 forment une jonction chaude à travers le sodium et la jonction chaude se déplace dans la gaine multiple 9 avec le temps en direction d'un côté o la température est plus basse. La sortie du thermocouple produite dans le détecteur d'une fuite de sodium à gaine multiple est entrée dans un dispositif de jugement de fuite de sodium 40, représenté sur la figure 4. En détectant la sortie, le dispositif de jugement de fuite de sodium 40 détecte que le sodium 15 a pénétré dans le puits 2 lors d'une rupture et actionne un dispositif d'alarme 50. Il est ainsi possible d'évacuer automatiquement le sodium de la tuyauterie de sodium en utilisant le signal détecté. En outre, en alertant un opérateur de l'installation lors de l'apparition d'une anomalie, l'installation peut être contrôlée à un stade précoce avant que le sodium fuie à l'extérieur de la tuyauterie de sodium. En conséquence, on peut minimiser les domma- ges résultant de la fuite de sodium. On va maintenant décrire une autre réalisation de la présente invention en se référant aux figures 8 à 10. La figure 8 est une vue schématique montrant une autre réalisation de l'appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple selon la présente invention. La figure 9 est une vue en coupe horizontale prise selon les flèches C-C de la figure 8. La figure est un diagramme montrant la sortie du thermocouple. Sur la figure 8, on utilise l'acier inoxydable (SUS316) et le sodium en tant que matériaux métalliques constituant un thermocouple. Autrement dit, on utilise le fil élémentaire en acier inoxydable 16 en tant que l'un des fils élémentaires du thermocouple représenté sur les figures 4 et 5, et un fil élémentaire en acier inoxydable similaire 21 est utilisé en tant que l'autre fil élémentaire du thermocouple. Le fil élémentaire en acier inoxydable 21 est recouvert d'une gaine 17 du même matériau que celui du fil élémentaire 21. Le fil élémentaire 21 et la gaine 17 sont isolés par un maté- riau isolant 22. Les extrémités distales de la gaine 17 et du fil élémentaire en acier inoxydable 21 sont électriquement raccordées (à une jonction 18). Dans cette réalisation, si du sodium 15 pénètre dans le puits 2 et s'accumule dans le fond du puits, le sodium 15 pénètre dans le matériau isolant 14 depuis une portion ouverte de l'extrémité distale 19 de la gaine multiple. En conséquence, le fil élémentaire en acier inoxydable 16 et le sodium 15 constituent un thermocouple et une force thermoélectromotrice Vi est générée entre le sodium 15 et le fil élémentaire en acier inoxydable 16. L'autre fil élémentaire en acier inoxydable gainé 21 forme, au niveau de son extrémité distale, un thermocouple constitué par le sodium 15 et le fil élémentaire en acier inoxydable 21. Dans ce thermocouple également, une force thermoélectromotrice V2 est générée entre le sodium 15 et le fil élémentaire en acier inoxydable 21 dans la gaine. La sortie du thermocouple utilisé dans le détecteur d'une fuite de sodium est une différence de potentiel électrique entre la sortie d'un fil élémentaire en acier inoxydable et la sortie de l'autre fil élémentaire en acier inoxydable gainé (V2 - V1). Une fuite de sodium est détectée d'après la différence de potentiel (V2 - VI). La différence de potentiel se présente comme celle représentée sur la figure 10. La tension de sortie montre une tendance à augmenter progressivement avec le temps depuis l'instant o est formée une différence de potentiel (la fuite a lieu à l'instant TO). De façon plus spécifique, la position de la jonction chaude 20 entre le fil élémentaire en acier inoxydable 16 et le sodium 15 se déplace vers le côté o la température est plus faible au fur et à mesure que le sodium 15 pénètre à travers le matériau isolant 14. En conséquence, la force thermoélectromotrice V1 diminue progressivement et devient à la fin constante lorsque le sodium fuyant se déplaçant vers le côté à basse température se soli- difie. L'autre fil élémentaire en acier inoxydable 21, qui est introduit dans la gaine 17, est électriquement raccordé à la gaine 17 au niveau de l'extrémité distale 18 de la gaine 17. En conséquence, cette portion forme une jonction chaude et ceci est indépendant du sodium 15 pénétrant à travers la gaine multiple 9. Ainsi, on obtient une sortie de thermocouple constante V2, qui est proportionnelle à la température dans le voisinage de la jonction chaude. En conséquence, la sortie (V2 - V1) augmente progressivement et devient ensuite constante comme le montre la courbe caractéristique de la figure 10. La différence de potentiel est détectée par le dispositif de jugement d'une fuite de sodium décrit ci-dessus 40. Dans cette réalisation, la structure de l'appareil peut être telle que l'autre fil élémentaire en acier inoxydable 21 est introduit dans la gaine 17 du thermocouple avec le thermocouple 7, et l'extrémité distale de l'élément de fil 21 est électriquement raccordée à la gaine 17 du thermocouple. La figure 11 est une vue schématique montrant une autre réalisation de la présente invention. La configuration de l'extrémité distale de la gaine multiple n'est pas nécessairement limitée à celles représentées sur les figures 5 et 8, dans les- quelles l'extrémité distale est ouverte. La structure de la gaine multiple peut également être la suivante. Comme on le voit sur la figure 11, l'extrémité distale de la gaine multiple 9 est fermée par soudage en utili- sant le même matériau que le matériau métallique constituant le côté extérieur de la gaine multiple 9 et un trou 23 est alésé dans un côté de la gaine multiple 9 de telle sorte que le sodium fuyant pénètre à travers le trou 23 dans la gaine multiple 9. En outre, il est possible de combiner ensemble une multiplicité de structures réalisées comme décrit précédemment. Outre l'idée de former un thermocouple par le sodium, il est possible d'employer un procédé dans lequel une tension est appliquée entre un fil élé- mentaire et l'autre fil élémentaire en provenance du dispositif de jugement d'une fuite de sodium et, lorsque les deux fils élémentaires commencent à conduire un courant électrique, le dispositif de jugement d'une fuite de sodium juge qu'il y a une fuite et déclenche une alarme. Comme il a été considéré ci-dessus, selon la présente invention, lorsqu'une crique se développe dans un puits qui est entouré par du sodium utilisé comme agent de refroidissement et qu'une petite quantité de sodium pénètre dans le puits, la fuite peut être détec- tée précocement. En conséquence, il est possible d'effectuer une commande de l'installation, par exemple évacuation du sodium de la tuyauterie de refroidisse- ment, la fuite étant confinée à l'intérieur du puits. Il en résulte qu'il est possible de minimiser les dommages à l'équipement résultant d'une fuite de sodium de la tuyauterie. REVENDICATIONS 1.- Appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple, comprenant: - un détecteur d'une fuite de sodium à gaine multiple (2) mettant en oeuvre cette fonction avec un ther- momètre gainé (10) et des fils élémentaires de détection d'une fuite de sodium du type à contact (11, 12) qui sont amenés à conduire un courant électrique par contact avec du sodium fuyant, ledit thermomètre gainé et lesdits fils élémentaires de détection d'une fuite de sodium étant disposés dans un matériau isolant (14) remplissant une gaine multiple (9); - un dispositif de jugement d'une fuite de sodium (40) qui détecte un signal de fuite de sodium en provenance du détecteur d'une fuite de sodium à gaine multiple et qui juge si oui ou non il y a une fuite de sodium; et - un dispositif d'alarme (50) qui déclenche une alarme lorsqu'il est jugé qu'il y a une fuite de sodium, d'o il est possible de mesurer la tempéra- ture du sodium et de détecter une fuite de sodium. 2.- Appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils élémentaires de détec- tion d'une fuite de sodium (11, 12) sont amenés à conduire un courant électrique par contact avec du sodium électriquement conducteur pénétrant dans le matériau isolant (14) à partir d'une extrémité ouverte du détecteur d'une fuite de sodium à gaine multiple. 3.- Appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits fils élémentaires de détection d'une fuite de sodium (11, 12) sont des fils métalliques de différents types et, lorsqu'ils conduisent un courant électrique, lesdits fils métalliques de différents types forment un ou une pluralité de thermocouples. 4.- Appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits fils élémentaires de détection d'une fuite de sodium sont des fils d'acier inoxydable (16, 21) et en ce que lesdits fils en acier inoxydable forment un ou plusieurs thermocouples acier inoxydable-sodium par contact avec du sodium électri- quement conducteur. 5.- Appareil de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple comprenant la combinaison des appareils de détection d'une fuite de sodium à gaine multiple des revendications 3 et 4.