Brevet FR2800504A1 — publié le 20010504

L'invention concerne un procédé et un dispositif d'injection d'une so lution aqueuse renfermant un élément absorbeur de neutrons, depuis un réservoir de stockage, dans une canalisation d'un circuit primaire réac teur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression. Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent cuve renfermant cceur du réacteur nucléaire et un circuit primaire assurant la circulation et refroidissement de l'eau sous pression qui vient en contact à l'intérieur de cuve, avec le coeur du réacteur nucléaire. Le circuit primaire du réacteur nucléaire comporte au moins une bou cle sur laquelle est disposé un générateur de vapeur qui est relié à cuve, directement par une première canalisation, ou branche chaude assurant l'alimentation d'une partie primaire du générateur de vapeur en sous pression échauffée au contact des assemblages du coeur. La partie primaire du générateur de vapeur est également reliée à la cuve, avec interposition d'une pompe primaire, par l'intermédiaire de canalisations de liaison com portant en particulier une seconde canalisation ou branche froide la bou cle du circuit primaire reliée à la cuve. L'eau de refroidissement sous pression du réacteur nucléaire assure, à l'intérieur des générateurs de vapeur, l'échauffement et la vaporisation d'eau d'alimentation, pour produire de la vapeur assurant l'entrainement d'une turbine. Sur la branche chaude de l'une au moins des boucles du cir cuit primaire est disposé un pressuriseur permettant de maintenir pres sion de service dans le circuit primaire telle qu'on maintienne l'eau refroi dissement à l'état liquide, compte tenu de sa température qui est générale ment voisine de 310 C. Le pressuriseur est constitué par une enceinte résistant à la pression dans laquelle on assure la mise en équilibre de l'eau du circuit primaire avec de la vapeur, à une pression qui est réglée par des cannes électriques chauffantes pénétrant dans le pressuriseur et par un dispositif d'aspersion du pressuriseur. Le réglage de la réactivité du coeur du réacteur nucléaire, est-à-dire le réglage de la densité de neutrons produits dans le c#ur du réacteur nu cléaire en fonctionnement, peut être effectué en particulier par injection dans circuit primaire d'une solution aqueuse renfermant un élément absorbeur neutrons tel que le bore 10. On peut utiliser par exemple solution renfermant du bore telle qu'une solution d'acide borique qui est stockée dans accumulateurs ou des réservoirs sous pression reliés à l'une moins branches chaudes du circuit primaire du réacteur nucléaire par ca nalisation d'injection sur laquelle sont disposés des moyens commande ou réglage tels que des vannes et un moyen d'injection tel 'une ou plu sieurs pompes volumétriques. Le système de borication est utilisé pour assurer la fonction de bori- cation d'urgence, dans des circonstances accidentelles se traduisant par augmentation excessive de la réactivité du coeur du réacteur nucléaire. Cette fonction doit être assurée même dans le cas où les alimentations électriques de la centrale nucléaire sont indisponibles. Une utilisation de pompes volumétriques présente certains inconvé nients - l'installation d'injection du système de borication est encombrante et coûteuse, - il est nécessaire de prévoir une source électrique de secours pour le dispositif d'injection puisse fonctionner dans tous les cas, cette source electrique pouvant être constituée par un ou plusieurs groupes électrogènes comportant des moteurs Diesel, - il est nécessaire de prévoir sur la canalisation d'injection des amor tisseurs hydrauliques pour atténuer les vibrations, - enfin, on envoie dans le circuit primaire une solution aqueuse qui est prélevée dans le réservoir de stockage à une température très inférieure à la température du circuit primaire du réacteur nucléaire, ce qui produit des chocs thermiques. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé d'injection d'une solution aqueuse renfermant un élément absorbeur de neutrons, de puis un réservoir de stockage, dans une canalisation d'un circuit primaire d'un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression, comportant une cuve, au moins un générateur de vapeur, au moins deux canalisations pour relier la cuve au générateur de vapeur et un pressuriseur disposé sur l'une des canalisations du circuit primaire pour maintenir une pression de service dans le circuit primaire, ce procédé permettant de limiter l'encombrement et le coût des moyens nécessaires à l'injection, de s'affranchir de la nécessite de disposer d'une source électrique de secours et de réaliser, préalablement à l'injection, le chauffage de la solution aqueuse renfermant l'élément absor beur de neutrons. Dans ce but, on réalise l'entraînement de la solution aqueuse l'élément absorbeur de neutrons, depuis le réservoir de stockage, et l'injec tion la solution dans la canalisation du circuit primaire, par de la vapeur d'eau sous pression prélevée dans le pressuriseur. L'invention concerne également un dispositif d'injection d'une solution aqueuse renfermant un élément absorbeur de neutrons dans le circuit pri maire réacteur nucléaire comportant un injecteur condenseur de vapeur relié par première et par une seconde entrées, à un réservoir de stock age la solution aqueuse renfermant un élément absorbeur de neutrons et au pressuriseur du réacteur nucléaire et, par une sortie, à au moins une branche chaude du circuit primaire du réacteur nucléaire. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, en se référant à la figure jointe en annexe, la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention pour réaliser une injection d'urgence dans le circuit primaire d'un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression et le dispositif d'injection utilisé. figure unique est une vue schématique d'une partie du circuit pri maire du réacteur nucléaire et du dispositif d'injection d'une solution aqueuse renfermant du bore dans le circuit primaire. Sur la figure, on a représenté de manière schématique, dans la partie de droite, le circuit primaire désigné de manière générale par le repère 1, le circuit primaire étant délimité de manière conventionnelle par la ligne en traits mixtes 2. On a également représenté une partie de l'enceinte de sécurité 3 du réacteur nucléaire renfermant le circuit primaire. Le dispositif d'injection d'une solution aqueuse d'acide borique, selon l'invention, désigné de manière générale par le repère 4, est disposé par- tiellement à l'intérieur du bâtiment du réacteur, de manière à réaliser l'injec tion dans branches chaudes du circuit primaire 1. Le reacteur nucléaire comporte une cuve 5 contenant coeur du réacteur dans lequel de la chaleur est produite par des réactions nucléaires pendant le fonctionnement du réacteur nucléaire. De l'eau de refroidisse ment sous pression est mise en circulation dans le circuit primaire 1, de ma nière que l'eau de refroidissement pénètre dans la cuve et circule contact des assemblages du coeur du réacteur nucléaire. Le circuit primaire comporte plusieurs boucles, par exemple trois ou quatre boucles sur chacune desquelles est disposé un générateur de va peur. la figure, on a représenté de manière partielle, deux boucles comportant chacune un générateur de vapeur respectif 6a, 6b. La cuve 5 est reliée a chacun des générateurs de vapeur par une canalisation respective 7a, 7b constitue la branche chaude de l'une des boucles du circuit pri maire. pressuriseur 8 est relié par une conduite de pressurisation à l'une des branches chaudes du circuit primaire 1. L'eau de refroidissement sous pression du réacteur nucléaire, qui a été échauffée au contact du coeur pénètre dans la partie primaire des géné rateurs de vapeur et assure l'échauffement et la vaporisation d'eau d'ali mentation, vapeur produite étant envoyée à la turbine de la centrale nu cléaire. Le pressuriseur 8 comporte une enceinte résistant à la pression dont le volume interne est relié, à sa partie inférieure, à une branche chaude du circuit primaire 1. L'enveloppe du pressuriseur 8 renferme, dans sa partie inferieure, de l'eau sous pression du circuit primaire et, dans sa partie supérieure, de la vapeur, manière que l'équilibre de pression entre la vapeur l'eau as sure pressurisation du circuit primaire du réacteur nucléaire, pour assu rer le maintien de l'eau de refroidissement à l'état liquide. Le dispositif d'injection, ou système de borication, 4 comporte des conduites d'injection 9a, 9b, qui sont reliées chacune à une branche chaude respective 7b. Sur chacune des conduites d'injection 9a, 9b sont dispo- sés une vanne d'arrêt respective 11 a, 11 b et un clapet anti-retour respectif 12a, système de borication 4 comporte, à l'extérieur du bâtiment réac Leur delimité par l'enceinte de sécurité 3, un réservoir de stockage 10 ren fermant une solution d'acide borique à 7000 ppm de bore. La solution d'acide borique est maintenue sous pression à l'intérieur du réservoir 10 un gaz de pressurisation, qui est constitué par un gaz neutre tel que l'azote sous pression, de telle sorte que le liquide dans le réservoir de stock age 10 soit à une pression au plus égale à 30 bars en début d'injection dans le circuit primaire et à une pression au moins égale à 5 bars en fin d'injec tion. Des conduites telles que 13 permettent de réaliser le remplissage réservoir 10 en solution d'acide borique et la pressurisation du réservoir le gaz neutre. Selon l'invention, le système de borication 4 comporte un injecteur de vapeur 14 qui est relié, par une première entrée, à une conduite 15 d'ali mentation en solution d'acide borique, par une seconde entrée, à une don duite 16 d'alimentation en vapeur à haute pression et à haute température et, par une conduite d'injection 17 reliée à une sortie de l'injecteur, aux li gnes d'injection 9a et 9b. L'injecteur de vapeur est un appareil qui permet, à partir d'une ali mentation en vapeur sous pression, d'obtenir à la sortie un débit d'eau à une pression supérieure à celle de la vapeur. la ligne d'alimentation 15 sont disposées, à l'extérieur de ceinte sécurité 3 du bâtiment du réacteur nucléaire, des vannes de re glage d'arrêt, respectivement 18a et 18b. Sur la conduite 15, à l'intérieur du bâtiment du réacteur, est également disposé un clapet anti-retour 19. la conduite 16 d'alimentation en vapeur, est disposée une vanne d'arrêt Une seconde sortie de l'injecteur de vapeur 14 est reliée à une conduite 21 sur laquelle est disposée une vanne d'arrêt 22 permettant d'évacuer du liquide entraîné vers les sorties de l'injecteur condenseur de vapeur14, dans un dispositif de drainage 23. La conduite 16 d'alimentation en vapeur de l'injecteur de vapeur 14 est reliée à la partie supérieure du volume intérieur de l'enceinte du pressu- riseur 8 contenant de la vapeur à haute température et à haute pression. La pression et la température de l'eau et de la vapeur à l'intérieur du pressuri- seur sont réglées par des cannes électriques (non représentées) pénétrant dans le volume intérieur du pressuriseur, par sa partie inférieure, et par un dispositif d'aspersion (non représenté) disposé dans la partie supérieure de l'enceinte du pressuriseur, de manière à pouvoir abaisser la pression et la température dans le pressuriseur. On obtient ainsi un reglage précis des conditions pression dans le circuit primaire du réacteur nucléaire, Lorsqu'on désire réaliser une injection d'urgence solution d'acide borique dans le circuit primaire du réacteur nucléaire, exemple dans le cas où l'on décelé une augmentation anormale de la reactivité du coeur du réacteur nucléaire, on réalise, successivement, les étapes qui seront indi quées ci-dessous. Dans un premier temps, on ouvre la vanne d'isolation 18b de la cana lisation d'alimentation 15, de manière que la solution aqueuse d'acide bori que à 7000 ppm de bore puisse parvenir dans la première voie d'entrée de l'injecteur 14. On ouvre ensuite la vanne d'admission de vapeur de la conduite de liaison 16, de manière que la vapeur à haute pression à haute tempé rature parvienne à la seconde entrée de l'injecteur condenseur de vapeur 14. La vapeur pénétrant dans la seconde voie d'entrée de l'injecteur 14 rencontre flux de la solution aqueuse d'acide borique qui est introduite dans l'injecteur, du fait de la mise en pression du réservoir de stockage 10. La vapeur acquiert une grande vitesse par détente dans l'injecteur de vapeur 14 mélange avec le flux de solution aqueuse d'acide borique, de manière à réaliser l'entraînement de la solution d'acide borique vers la voie de sortie de l'injecteur de vapeur reliée à la conduite d'injection 17, si bien que le mélange de vapeur et de solution aqueuse d'acide borique est entraî né dans les lignes d'injection 9a et 9b reliées aux branches chaudes, par l'intermédiaire de la conduite d'injection 17 et injecté dans les branches chaudes 7a et 7b. Le courant de vapeur qui se mélange avec la solution d'acide borique échauffe fortement la solution et se condense totalement du fait du refroidis sement provoqué par la solution et de la détente de la vapeur dans l'injec teur. ferme alors la vanne 22 et l'injecteur peut débiter vers le circuit pri maire. pression et la température de la vapeur dans partie supérieure du pressuriseur 8 sont telles que la pression du courant fluide à la sortie de l'injecteur 14 est au moins égale à la pression dans circuit primaire 1 du générateur de vapeur, cette pression étant généralement de l'ordre de 155 bars et, dans tous les cas, inférieure à 176 bars. prélèvement de vapeur dans la partie supérieure du pressuriseur permet réaliser par l'intermédiaire des conduites d'injection 9a et 9b, dans les branches chaudes 7a et 7b du circuit primaire 1, injection à une pression pouvant aller jusqu'à 176 bars, c'est-à-dire jusqu'à la pression maximale du circuit primaire. Le courant de fluide constitué par le mélange de la vapeur condensée et de la solution d'acide borique provenant du ré servoir stockage 10 est injecté à grande vitesse dans le circuit primaire, et se melange avec l'eau de refroidissement du circuit primaire. L'eau de refroidissement, qui est amenée à circuler en contact avec le coeur du réac teur nucléaire, a donc une teneur en bore qui s'élève très rapidement jusqu'à un niveau permettant une forte absorption des neutrons dans le coeur du réacteur nucléaire. On obtient ainsi une baisse très rapide de la réactivité du coeur. Le débit d'injection de l'injecteur condenseur de vapeur 14 reste constant, quelle que soit la pression dans le circuit primaire, cette pression variant d'une valeur maximale de 176 bars à une valeur d'environ 30 bars en fin d'injection. On peut ainsi obtenir un débit constant de solution renfermant du bore, pendant toute la durée de l'injection, au cours de laquelle il se pro duit un refroidissement et une contraction du fluide primaire. Dans le cas d'un réacteur nucléaire d'une puissance de 1500 MWe, on choisit des condi tions d'injection telles que le débit de solution contenant du bore soit d'envi ron 10 tonnes/h. On réalise l'injection, à partir du réservoir de stockage dont la capa cité est d'environ 38 m3 jusqu'à obtenir, en fin d'injection, une pression de bars dans le circuit primaire 1. La température dans le circuit primaire alors voisine de 180 C. On peut alors terminer le refroidissement du circuit primaire du réac teur nucléaire jusqu'aux conditions ambiantes (température de l'ordre 20 C et pression atmosphérique) en utilisant un circuit de refroidissement réacteur nucléaire relié au circuit primaire, appelé circuit de refroidissement du réacteur à l'arrêt, ou circuit RRA. A la fin de l'injection, la pression dans le réservoir 10 de stockage de la solution contenant du bore est tombée à une valeur voisine de 5 bars. La pression dans le circuit primaire est de l'ordre de 30 bars. Le réchauffement de la solution aqueuse renfermant du bore par vapeur prélevée dans le pressuriseur permet de réchauffer le fluide injecte dans circuit primaire par l'intermédiaire des conduites d'injection 9a et et donc de limiter les chocs thermiques et d'améliorer la tenue des tuyaute ries et piquages des lignes d'injection. manière à améliorer la sûreté de fonctionnement du dispositif d'injection de la solution contenant du bore, on utilise généralement deux circuits d'injection identiques et indépendants comportant chacun un injec teur et réservoir de stockage, chacun des injecteurs étant relié indépen damment de l'autre injecteur au réservoir de stockage de la solution aqueuse renfermant du bore du circuit d'injection correspondant, au pressu- riseur et aux branches chaudes du circuit primaire, par l'intermédiaire de conduites d'injection indépendantes. Dans le cas d'un réacteur nucléaire d'une puissance de 1300 MWe, dont circuit primaire comporte quatre boucles, on peut utiliser un premier circuit réalisant l'injection de la solution aqueuse renfermant du bore dans deux branches chaudes de deux boucles du circuit primaire et un deuxième circuit réalisant l'injection de la solution aqueuse renfermant du bore dans les deux branches chaudes des deux autres boucles du circuit primaire. Dans tous les cas, l'encombrement de l'injecteur ou injecteurs est faible, chacun des injecteurs ayant environ 1,5 m de haut un diamètre de 30 cm. Les avantages du dispositif suivant l'invention sont donc un encom brement réduit du dispositif d'injection, une disponibilité constante du dispo sitif d'injection qui n'utilise, comme élément moteur, que la vapeur contenue dans pressuriseur, le réchauffement de la solution aqueuse contenant du bore la vapeur prélevée dans le pressuriseur et le fait que le dispositif d'injection qui comporte uniquement un injecteur de vapeur comme élément moteur entièrement statique et donc peu sujet à une défaillance. Lorsqu'on arrête l'injection, après fermeture des vannes d'isolation des conduites d'injection 9a et 9b, on peut réaliser une purge de l'injecteur et de la conduite d'alimentation dont on ferme 1a vanne d'isolation 18b, en ou vrant vanne 22 de la conduite d'évacuation 21, de maniere à évacuer le fluide entraîné par la vapeur dans le dispositif de drainage On ferme en suite vanne 20 d'isolation de la conduite 16 d'alimentation en vapeur pro venant du pressuriseur. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi qu'on peut utiliser un réservoir de stockage de tout type ayant capacité quelconque, cette capacité devant être suffisante pour abaisser la réactivité du coeur dans toute condition accidentelle et pour réali ser le refroidissement et la dépressurisation du coeur jusqu'à un niveau per mettant de mettre en fonctionnement le circuit de refroidissement à l'arrêt du réacteur nucléaire. Bien que le procédé suivant l'invention soit habituellement mis en oeuvre en injectant dans le circuit primaire une solution contenant du bore, il est possible d'imaginer l'utilisation d'une solution aqueuse renfermant un autre élément d'absorption des neutrons que le bore. L'invention s'applique à tout réacteur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression dont le circuit primaire comporte un pressuriseur. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'injection d'une solution aqueuse renfermant un élément absorbeur de neutrons depuis un réservoir de stockage (10), dans une ca nalisation 7b) d'un circuit primaire (1) d'un réacteur nucléaire refroidi de l'eau sous pression, comportant une cuve (5), au moins un générateur vapeur 6b), au moins deux canalisations (7a, 7b) pour relier la cuve au génerateur de vapeur (6a, 6b) et un pressuriseur (8) relié à l'une des ca nalisations circuit primaire, pour maintenir une pression de service dans le circuit primaire, caractérisé par le fait qu'on réalise l'entraînement de solution de l'elément absorbeur de neutrons depuis le réservoir de stockage (10) et l'injection de la solution contenant l'élément absorbeur de neutrons dans au moins une canalisation (7a, 7b) du circuit primaire (1), par de la peur d'eau sous pression prélevée dans le pressuriseur (8). 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait réalise l'entraînement et l'injection de la solution de l'élément absorbeur neutrons en utilisant un injecteur de vapeur (14). 3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, ca ractérisé par le fait que la solution aqueuse renferme du bore. 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que la solution aqueuse renfermant un élément absorbeur de neutrons est une so lution aqueuse d'acide borique. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, ca ractérisé par le fait que le réservoir de stockage (10) de la solution aqueuse renfermant un élément absorbeur de neutrons est pressurisé par un neutre tel l'azote, à une pression d'environ 30 bars avant le début l'injection, pression dans le réservoir de stockage pouvant descendre qu'à 5 bars a la fin de l'injection. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, ca ractérisé par le fait que l'entraînement et l'injection de la solution aqueuse renfermant l'élément absorbeur de neutrons permet une injection dans circuit primaire (1) jusqu'à une pression de l'ordre de 176 bars. 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, ractérisé par le fait qu'on réalise l'injection dans le circuit primaire (1) jusqu'à atteindre une pression dans le circuit primaire de l'ordre de bars et une temperature de l'ordre de 180 C, un refroidissement et une depressurisation du circuit primaire pouvant être réalisés ensuite par l'intermediaire d'un cir cuit refroidissement du réacteur à l'arrêt. 8.- Dispositif d'injection d'une solution aqueuse renfermant un élément absorbeur de neutrons, dans une canalisation (7a, 7b) d'un circuit primaire d'un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression comportant une cuve (5), au moins un générateur de vapeur (6a, 6b), au moins deux canali sations (7a, 7b) pour relier la cuve (5) au générateur de vapeur(6a, 6b) et un pressuriseur (8) disposé sur l'une des canalisations du circuit primaire (1) pour maintenir une pression de service dans le circuit primaire, caractérisé par le fait qu'il comporte, à l'extérieur de l'enceinte de sécurité (3) du bâti ment du réacteur nucléaire, un réservoir (10) de stockage la solution aqueuse renfermant un élément absorbant les neutrons et a l'intérieur de l'enceinte de sécurité (3) du bâtiment du réacteur nucléaire au moins un injecteur condenseur de vapeur (14), une conduite d'alimentation (15) reliant une première entrée de l'injecteur condenseur (14) au réservoir de stockage (10), une conduite (16) d'alimentation en vapeur reliant une partie supérieure du volume interne du pressuriseur (8) remplie de vapeur pendant le fonc tionnement du réacteur, à une seconde entrée de l'injecteur 4), une con duite d'injection (17) reliant une sortie de l'injecteur condenseur de vapeur (14) à au moins une ligne d'injection (9a, 9b) dans au moins canalisation (7a, du circuit primaire (1) du réacteur nucléaire, ainsi que des vannes d'isolation (11a, 11b, 18b, 20) disposées respectivement sur l'au moins une conduite d'injection (9a, 9b) sur la conduite (16) d'alimentation vapeur de la seconde entrée de l'injecteur condenseur de vapeur(14) et la conduite d'alimentation (15). - Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus une conduite d'évacuation (21) reliée à une seconde sortie de l'injecteur condenseur de vapeur (14) à l'une de ses extrémités et débou chant, à son autre extrémité, dans un dispositif de drainage (23), une vanne d'isolation (22) étant disposée sur la conduite d'évacuation (21). 10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications et 9, ca ractérisé par fait qu'il comporte deux injecteurs condenseurs vapeur (14) reliés, manière indépendante, à deux réservoirs de stockage indé pendants (10) et au pressuriseur (8) et à au moins une canalisation circuit primaire (7a, 7b) chacun par une conduite d'injection (17).