Brevet FR2805333A1 — publié le 20010824

Générateur de vapeur intégré pour réacteur à métal liquide Cette invention concerne de manière générale les réacteurs à métal liquide, et plus particulièrement des générateurs de vapeur pour réacteurs à métal liquide. La fonction première d'un générateur de vapeur pour réacteur à métal liquide est de recevoir du sodium secondaire provenant de l'échangeur de chaleur intermédiaire et d'utiliser la chaleur de ce so dium pour générer de la vapeur à haute pression, pour la génération d'électricité. Le sodium de jambe chaude entre par le sommet du géné rateur de vapeur et sort par le bas. L'eau entre par le bas du générateur de vapeur, circule à travers le générateur vapeur dans des faisceaux tubulaires qui isolent l'eau du sodium liquide, et sort par le haut du générateur de vapeur, sous forme de vapeur à haute pression. Dans le cas d'une fuite d'un tube dans laquelle une réaction sodium-eau génère une quantité importante de produits de réaction ga zeux qui provoquent une surpression du générateur de vapeur, une pla que de rupture est nécessaire pour réduire la pression et protéger l'in tégrité structurelle du générateur de vapeur. Dans un générateur de va peur connu, de technologie de pointe, pour réacteur à métal liquide, la plaque de rupture est située sur la tête de fond du générateur de vapeur et est tarée à une pression manométrique de sûreté d'environ 930 kPa (135 psig, livres par pouce carré). L'emplacement de la plaque de rup ture permet le vidage du sodium dans un réservoir de vidage de sodium lorsque la plaque de rupture cède. La pression de sûreté est suffisam ment élevée pour prévenir toute rupture accidentelle de la plaque de rupture, mais est suffisamment faible pour réduire la pression du sys- tème sans délai. Toutefois, la pression manométrique de 930 et l'impulsion de pression résultante traversant le système à sodium se condaire peuvent avoir des répercussions sur l'intégrité structurelle de l'échangeur de chaleur intermédiaire qui fait partie de la barrière du fluide de refroidissement du réacteur. L'intégrité structurelle du systè me de tuyauterie secondaire, qui est une extension de l'enveloppe de sécurité, peut aussi être atteinte. Le vidage du sodium peut également conduire à une interface sodium-vapeur entraînée dans l'échangeur de chaleur intermédiaire dans lequel les produits de corrosion peuvent rompre les tubes à paroi mince de l'échangeur de chaleur intermédiaire et résulter en une réaction sodium-eau avec du sodium radioactif dans le système primaire. Par conséquent, il serait souhaitable d'abaisser la pression de sûreté de la plaque de rupture afin de réduire la charge de pression l'échangeur de chaleur intermédiaire et sur le générateur de vapeur au cours d'une réaction sodium-eau. Il serait également souhaitable de proposer un générateur de vapeur qui ne nécessite pas le vidage du so dium dans le réservoir de vidage de sodium au cours d'une réaction so- dium-eau ayant provoqué une rupture de la plaque de rupture. Ces objets, ainsi que d'autres, peuvent être atteints par un gé nérateur de vapeur (GV) intégré comprenant une enveloppe comportant une tete supérieure, une tête inférieure, et une partie intermédiaire. La tête supérieure comprend une plaque de rupture pour réduire la pres sion du GV lorsque la pression dépasse un niveau établi de relâche ment de la pression. Le GV comprend en outre une coque extérieure située à l'intérieur de l'enveloppe et une coque intérieure située à l'in térieur de la coque extérieure. Un espace annulaire de débordement est situé entre l'enveloppe et la coque extérieure. Un grand volume de gaz de couverture est prévu dans le GV pour atténuer la montée en pres sion dans le GV en cas de réaction sodium-eau (RSE) importante. La plaque de rupture a une pression de sûreté relativement faible corres pondant à une pression manométrique d'environ 69 kPa (10 psig) pour tenir compte de la lente montée en pression dans le GV mais un ac- tionnement rapide du mécanisme de protection de la centrale pour ré duire pression du système sans délai. Dans l'éventualité d'une rup- turc de la plaque de rupture, une partie au moins du gaz de couverture sera libérée par la tête supérieure de l'enveloppe. L'espace annulaire de débordement entre l'enveloppe et la coque extérieure du GV favori se la circulation naturelle du sodium au cours d'un transitoire de mon tée en température du réacteur. Le GV intégré est une amélioration du GV connu pour réac teur à. métal liquide de technologie de pointe (RMLP) concernant le re froidissement â l'arrêt du réacteur, l'atténuation de la RSE, et la réduc tion des coûts. Le sodium liquide n'est relâché dans un réservoir de vidage de sodium à la rupture de la plaque de rupture, ce qui élimi ne le besoin d'un réservoir de vidage de sodium. La présente invention sera mieux comprise â la lecture de la description détaillée suivante, faite en référence aux dessins d'accom pagnement dans lesquels la figure 1 est une illustration schématique d'un générateur de vapeur connu à enroulement hélicoïdal; la figure 2 est une illustration schématique d'un mode de réa- lisation d'un générateur de vapeur intégre. La figure 1 est une illustration schématique d'un générateur de vapeur (GV) connu 100 à enroulement hélicoïdal. Le GV 100 contient du sodium liquide 102 et comprend une enveloppe 104 com portant une tête supérieure 106, une tête inférieure 108, et une partie intermédiaire 110. Le GV 100 comprend en outre une coque extérieure 112 située à l'intérieur de l'enveloppe 104 et une coque intérieure 114 située à l'intérieur de la coque extérieure 112. La tête inférieure 108 comprend une plaque de rupture 116 pour réduire la pression en cas de réaction sodium-eau (RSE). La plaque de rupture 116 est bien connue dans le métier et est prévue pour rompre à une pression de sûreté pré déterminée. Typiquement, cette pression est d'environ 930 kPa (135 psig). Etant donné que la plaque de rupture 116 est située sur la tête inférieure 108, le vidage du sodium 102 dans un réservoir (non repré senté) de vidage de sodium se produit lorsque la pression au sein du GV 100 atteint le niveau établi de relâchement de la pression et que la plaque de rupture 116 cède. La tête inférieure 108 comprend également deux sorties 118 de sodium et quatre buses 120 d'eau d'alimentation (une seule est re présentée). Les sorties 118 de sodium sont utilisées pour retirer du GV 100 le sodium 102 refroidi afin de faire recirculer le sodium 102 chaud dans le GV 100. La tête inférieure 108 comprend de plus une embase support 122 servant à soutenir le GV 100. Le sodium 102 de jambe chaude entre dans le GV 100 par une entrée 124 de sodium parmi quatre entrées (une seule est représentée) situées sur la tête supérieure 106. Les entrées 124 de sodium compren nent une extension 126 et un distributeur 128 de sodium situé à l'inté rieur du GV 100. Un plein 130 de gaz de couverture est contenu dans la tête supérieure 106 et est constitué, au moins en partie, de gaz de couverture 132 situé au-dessus du sodium 102. L'eau entre dans le GV 100 par les buses 120 d'eau d'alimen tation. Cette eau circule à travers le GV 100 via au moins un faisceau 134 de tubes. L'eau sort ensuite du GV 100 par une sortie 136 de va peur parmi quatre sorties (une seule est représentée) situées sur la tête supérieure 106. Le faisceau 134 de tubes est maintenu par au moins un support 138 de faisceau et est situé entre la coque intérieure 114 et une coque extérieure 112. La surface de l'enveloppe 104 est utilisée dans un système de refroidissement auxiliaire (SRA) (non représenté) pour rejeter la cha leur dans l'air, soit par convection forcée soit par circulation naturelle. En cas de RSE importante, toutefois, le sodium 102 est vidé dans le réservoir de vidage de sodium qui stoppe la fonction de rejet de cha leur du SRA pendant un arrêt du réacteur. La figure 2 est une illustration schématique d'un générateur de vapeur (GV) intégré 200 contenant du sodium liquide 202. Le GV 200 comprend une enveloppe 204 comportant une tête supérieure 206, une tête inférieure 208, et une partie intermédiaire 210. Le GV 200 comprend également une coque extérieure 212 située à l'intérieur de l'enveloppe 204 et une coque intérieure 214 située à l'intérieur de la coque extérieure 212. Un espace annulaire de débordement 216, situé entre l'enveloppe 204 et la coque extérieure 212, favorise la circula tion naturelle du sodium 202 au cours d'un transitoire de montée en température du réacteur. La tête inférieure 208 comprend des sorties 218 de sodium servant à retirer le sodium 202 refroidi du GV 200. La tête inférieure 208 comprend également des buses 220 d'eau d'alimentation (une seule est représentée) et une embase support 222 servant à soutenir le GV 200. Dans un mode de réalisation, le GV 200 comprend deux sorties 218 de sodium et quatre buses 220 d'eau d'alimentation. Les sorties 218 de sodium sont situées une paroi latérale d'une partie supé rieure de la tête inférieure 208. La tête supérieure 206 comprend un mécanisme de détente pour réduire la pression en cas de RSE lorsque la pression atteint un niveau établi présélectionné. Le mécanisme de détente comprend une plaque de rupture 224. Le niveau établi de pression de sûreté de la pla que de rupture 224 est établi à une pression bien inférieure à celle du niveau établi décrit plus haut pour le GV 100. La plaque de rupture 224 a un niveau établi de pression de sûreté d'environ 69 kPa (10 psig). Cette réduction du niveau de pression de sûreté réduit les char ges de pression sur un échangeur de chaleur interne (non représenté) ainsi que sur le GV 200 au cours d'un transitoire de RSE. La tête supérieure 206 comprend également des entrées 226 de sodium et un gaz de couverture 228 situé au-dessus du sodium 202. Les entrées 226 de sodium comprennent une extension 230 et un distri buteur 232 de sodium. Dans un mode de réalisation, la tête supérieure 206 comprend quatre entrées 226 de sodium, chacune avec un distribu teur 232 de sodium situé à l'intérieur de la coque extérieure 212 et sous le gaz de couverture 228. De plus, le niveau de sodium 202 dans le GV 200 est proche du sommet (ou extrémité supérieure) de la coque extérieure 212 et par conséquent le gaz de couverture 228 descend à peu près jusqu'au sommet de la coque extérieure 212. En cas de rup ture de la plaque de rupture 224, ce sont principalement le gaz de cou verture 228 et les produits de réaction gazeux qui seront relâchés par la tête supérieure 206, ce qui rendra plus facile la séparation des pro duits de réaction liquides et gazeux. Etant donné que la plaque de rup ture 224 est située sur la tête supérieure 206, le réservoir (non repré senté) de vidage de sodium, nécessaire pour le GV 100, peut être retiré du GV 200 ce qui réduit les coûts. L'eau (non représentée) entre dans le GV 200 par la buse 220 d'eau d'alimentation et circule à travers le GV 200 via au moins un faisceau 234 de tubes. L'eau sort ensuite du GV 200 par une sortie de vapeur parmi quatre sorties 236 (une seule est représentée) situées sur la tête supérieure 206. Le faisceau 234 de tubes est soutenu et mainte nu par au moins un support 238 de faisceau et est situé entre la coque intérieure 214 et une coque extérieure 212. Le faisceau 234 de tubes et le support 238 de faisceau sont donc situés à l'intérieur de la coque ex térieure 212 et à l'extérieur de la coque intérieure 214. La capacité de rejet de chaleur du SRA est toujours mainte nue, même pendant l'arrêt du réacteur, puisque le sodium 202 du GV 200 n'est pas vidé lorsque la plaque de rupture 224 cède. La rétention du sodium 202 améliore la fiabilité d'ensemble des capacités de retrait de chaleur d'arrêt de la centrale. Pendant que la température du sodium augmente et que le sodium se dilate pendant le transitoire de montée en température du réacteur, le sodium 202 déborde dans l'espace annu laire 216, ce qui favorise le processus de circulation naturelle et amé liore les performances de rejet de chaleur SRA. Le générateur de vapeur intégré décrit ci-dessus résulte en une configuration de GV compacte présentant des avantages significa tifs en termes de performances et de coûts par rapport aux générateurs de vapeur connus. Le grand réservoir de vidage de sodium requis pour le GV 100 peut être supprimé pour réduire les coûts. De même, étant donné que la charge de pression maximale est réduite pendant une RSE, il est possible d'utiliser une enveloppe à parois plus minces, ce qui réduit encore les coûts. En outre, étant donné que l'échangeur de chaleur intermédiaire n'est pas susceptible d'être exposé aux produits de corrosion dans une RSE et que la charge de pression est faible, l'in tégrité structurelle de l'échangeur de chaleur intermédiaire est effecti vement découplée de toute RSE. D'après la description qui précède modes de réalisation variés de la présente invention, il apparaît clairement que les objets de l'invention sont atteints. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Générateur de vapeur (200) pour réacteur à métal liquide, ledit générateur de vapeur étant caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe (204) comprenant une tête supérieure (206), une tête inférieure (208), et une partie intermédiaire (210); une plaque de rupture (224) située sur ladite tête supérieure, ladite plaque de rupture étant conçue de façon à libérer la pression du- dit générateur de vapeur lorsque la pression à l'intérieur dudit généra teur de vapeur dépasse un niveau prédéterminé de pression de relâche ment. 2. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 1, carac térisé en ce qu comprend de plus une coque extérieure (212) située à l'intérieur de ladite enve loppe (204); une coque intérieure (214) située à l'intérieur de ladite coque extérieure (21 , et un espace annulaire de débordement (216) situé entre ladite enveloppe (204) et ladite coque extérieure (212), ledit espace annulai re de débordement étant destiné à favoriser la circulation naturelle de sodium (202) cours d'un transitoire de montée en température du ré acteur. 3. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 2, carac térisé en ce qu'il comprend de plus des sorties (218) de sodium situées sur une partie supérieure de ladite tête inférieure (208) de ladite enve loppe (204). 4. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 1, carac térisé en ce qu'il comprend de plus un gaz de couverture (228) dans une partie supérieure dudit générateur de vapeur, ledit gaz de couver ture (228) descendant à peu près jusqu'à une extrémité supérieure de ladite coque extérieure (212), dans lequel lorsque ladite plaque de rup ture (224) relâche la pression, au moins une partie dudit gaz de cou verture (228) est relâchée par ladite tête supérieure (206). 5. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 4, carac térisé en ce qu'il comprend de plus au moins une entrée (226) de so- dium située sur ladite tête supérieure (206) de ladite enveloppe (204), chaque entrée (226) de sodium comprenant une extension (230) et un distributeur (232) de sodium, dans lequel ledit distributeur (232) de sodium est situé à l'intérieur de ladite coque extérieure (212) et sous ledit gaz de couverture (228). 6. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 1, carac térisé en ce qu'il comprend de plus au moins un faisceau (234) de tu bes et un support (238) de faisceau, ledit support (238) de faisceau soutenant et maintenant ledit faisceau (234) de tubes, ledit faisceau (234) de tubes et ledit support (238) de faisceau étant situés à l'inté rieur de ladite coque extérieure (212) et à l'extérieur de ladite coque intérieure (214). 7. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 1, carac térisé en ce qu'il comprend de plus au moins une sortie de vapeur (236) située sur ladite tête supérieure (206) de ladite enveloppe (204), et au moins buse (220) d'eau d'alimentation située sur ladite tête inférieure (208) de ladite enveloppe (204). 8. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 1, carac térisé en ce que le niveau prédéterminé de pression de relâchement correspond à une pression manométrique d'environ 69 kPa. 9. Générateur de vapeur (200) conçu pour être utilisé avec un réacteur à métal liquide, ledit générateur de vapeur étant caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe (204) comprenant une tête supérieure (206), une tête inférieure (208), et une partie intermédiaire (210); et des sorties (218) de sodium situées sur une partie supérieure de ladite tête inférieure (208) de ladite enveloppe (204). 10. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 9, ca ractérisé en qu'il comprend de plus une plaque de rupture (224) si tuée sur ladite tête supérieure, ladite plaque de rupture étant conçue de façon à libérer la pression dudit générateur de vapeur lorsque la pres sion à l'intérieur dudit générateur de vapeur correspond à une pression manométrique d'environ 69 kPa. 11. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 10, ca ractérisé en ce qu'il comprend de plus une coque intérieure (214) située à l'intérieur de ladite enve loppe (204); une coque extérieure (212) entourant ladite coque intérieure (214), ladite coque extérieure étant espacée de ladite enveloppe; un espace annulaire de débordement (216) situé entre ladite enveloppe (204) et ladite coque extérieure (212), ledit espace annulai re de débordement étant destiné à favoriser la circulation naturelle de sodium (202) au cours d'un transitoire de montée en température du réacteur. 12. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 11, ca ractérisé en ce qu'il comprend de plus un gaz de couverture (228) situé dans une partie supérieure dudit générateur de vapeur, ledit gaz de couverture (228) descendant peu près jusqu'à une extrémité supérieu re de ladite coque extérieure (212), dans lequel lorsque ladite plaque de rupture (224) relâche la pression, ledit gaz de couverture (228) est relâché par ladite tête supérieure (206). 13. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 11, ca ractérisé en ce qu'il comprend de plus au moins une entrée (226) de sodium située sur ladite tête supérieure (206) de ladite enveloppe (204), chaque entrée (226) de sodium comprenant une extension (230) et un distributeur (232) de sodium, dans lequel ledit distributeur (232) de sodium est situé à l'intérieur de ladite coque extérieure (212) et sous ledit gaz de couverture (228). 14. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 11, ca ractérisé en ce qu'il comprend de plus au moins un faisceau (234) de tubes et un support (238) faisceau, ledit support (238) de faisceau soutenant et maintenant ledit faisceau (234) de tubes, ledit faisceau (234) de tubes et ledit support (238) de faisceau étant situés à l'inté rieur de ladite coque extérieure (212) et à l'extérieur de ladite coque intérieure (214). 15. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 11, ca ractérisé en ce qu'il comprend de plus au moins une sortie de vapeur (236) située sur ladite tête supérieure (206) de ladite enveloppe (204), et au moins une buse (220) d'eau d'alimentation située sur ladite tête inférieure (208) de ladite enveloppe (204). 16. Générateur de vapeur (200) conçu pour être utilisé avec un réacteur à métal liquide, ledit générateur de vapeur étant caractéri sé en ce qu'il comprend . une enveloppe (204) comprenant une tête supérieure (206), une tête inférieure (208), et une partie intermédiaire (210), ladite tête supérieure comprenant un mécanisme de détente. 17. Générateur vapeur (200) selon la revendication 16, ca ractérisé en ce que ledit mécanisme de détente comprend une plaque de rupture (224). 18. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 16, ca ractérisé en ce qu'il comprend de plus une coque extérieure (212) située à l'intérieur de ladite enve loppe (204); une coque intérieure (214) située à l'intérieur de ladite coque extérieure; un espace annulaire de débordement (216) situé entre ladite enveloppe (204) et ladite coque extérieure (212), ledit espace annulai re de débordement étant destiné à favoriser la circulation naturelle de sodium (202) au cours d'un transitoire de montée en température du réacteur. 19. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 18, ca ractérisé en ce qu'il comprend de plus un gaz de couverture (132) situé dans une partie supérieure dudit générateur de vapeur, ledit gaz de couverture (228) descendant à peu près jusqu'à une extrémité supérieu re de ladite coque extérieure (212). 20. Générateur de vapeur (200) selon la revendication 18, ca ractérisé en ce qu'il comprend de plus au moins une entrée (226) de sodium située sur ladite tête supérieure (206) de ladite enveloppe (204), chaque entrée (226) de sodium comprenant une extension (230) et un distributeur (232) de sodium, dans lequel ledit distributeur (232) de sodium est situé à l'intérieur de ladite coque extérieure (212).