PROCESS AND APPARATUS FOR THE PRETREATMENT OF LIQUID SODIUM CONTAINING DISSOLVED IMPURITIES

Abstract: 1. Method of pretreatment for liquid sodium containing dissolved impurities the initial temperature of which is less than 300 C, before purification or before determining the impurities content of these impurities, characterised in that the liquid sodium is brought to and maintained at a temperature of at least 500 C to ensure decomposition of the impurities which cannot be separated from the sodium by cooling or determined.

Description: L'invention concerne un procede de trans- ment prealable de sodium liquide contenant des impu- retés dissoutes avant epuration cru dosage de ces impuretés. Le fluide de refroidissement des chaudières nucléaires a neutrons rapides est tres souvent dû au so- i dium liquide dont il est nécessaire de surveiller et de maintenir a un niveau le plus bas possible. 1neur en Impuretés et plus particulierement en impure- tes dissoutes telles que des oxydes. des hydrures de l'hydrogene. Ces impuretés peuvent etre introduites la chaudiére nucléaire au moment de la mise en des composants lors du renouvellement du combustible ou bu remplissage en sodium ou bien encore lorsqu'il se produit des fuites d'eau ou de vapeur dan generateurs de vapeur. Ces impuretés continuent e ment a se former. au sein du sodium liquide de refroi- dissement, pendant le fonctionnement du reacteur, bien que la teneur de ce sodium liquide de refroidis- sement en impuretés peut devenir excessive. De nombreux phénomenes sont liés direct# au taux d'impuretés dans le sodium ou a la forme laquelle se trouvent ces impuretés. Par exemple, la corrosion apparait pour des valeurs excessives ci u de soude et le bouchage des tuyauteries pour des va- leurs importantes du taux d hydrure et d'oxyde par ailleurs la détection d'hydrogène par diffusion peut se faire que si 1 hydrogene est sous forme de gaz dissous. Il est donc extremement important do veiller la teneur en impuretés dissoutes du sodium quide de refroidissement du reacteur et d'épurer le sodium pour limiter cette teneur a une valeur acceur:- le ainsi que de transformer les corps chimiques non pieqeables ou non détectables en corps chimiques pie gâbles ou detectables. On connaît des dispositifs de purification du sodium dans lesquels on refroidit le sodium liquide avant de le faire passer dans une enceinte de precipistation ou sur un filtre en fibres metalliques. les impuretés dissoutes telles que les oxydes ou les hydrures se deposent dans 1 enceinte ou sur les fibres ou filtre. Cependant, certains composes chimiques qui se forment dans le sodium tels que la soude. ne peuvent etre pieges efficacement par solidification dans les conditions d utilisation du filtre et en particulier lorsque la temperature initiale du sodium est relativement basse. par exemple inférieure a 300-C, voire même a 250 C. Ces composes. en particulier la soude peuvent etre particulierement néfastes et enrainer des deteriorations sensibles des composants du reacteur en contact avec le sodium liquide. Le dosage de ces composes ne peut étre réalise en utilisant les appareils de dosage des hydru res des oxydes ou de 1 hydrogene connus actuellement. Ainsi. on ne peut effectuer une surveillance en continu du taux de soude contenu dans le sodium de refroipissement avec un appareil permettant le dosage des hydrures ou des oxydes. Dans le cas des dispositifs de detection de fuites dans les genérateurs de vapeur, par exemple utilisant une mesure de l evolutlon du taux d hydrogene dissous. 1. hydrogene present sous forme d hydrures n est pas pris en compte. ce qui reduit considérablement la fiabilité de la detection. Le but de 1. invention est donc de proposer un procede de traitement prealable de sodium liquici contenant des impuretés dissoutes dont la temperature Initiale est inférieure a 300-C, avant epuration ou dosage de ces impuretés. permettant la separatien #t/ou le dosage de toutes les impuretés. qu telles soient du type separables par refroidissement comme les oxydes ou les hydrures ou du type non separables comme la soude. Dans ce but. on porte et on maintient le sodium liquide a une temperature au moins égale 500 C pour assurer la decomposition des Impuretes telles que la soude ou les hydrures qui ne peuvent etre séparées du sodium par refroidissement ou dosees. Afin de bien faire comprendre 1 invention or va maintenant décrire. en se reférant aux figure pointes en annexe, un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé suivant 1. invention et son apDllca- tion a l'épuration du sodium liquide d un réacteur r cléaire a neutrons rapides et au dosage de composes chimiques dans ce sodium liquide. La figure 1 est une vue schematique C un dispositif de traitement prealable de sodium liquide contenant des impuretés. La figure 2 est une vue egalement schémati- que montrant 1 utilisation d un dispositif de traite mert préalable comme représente sur la figure 1 dans le cas de la purification de sodium liquide. La figure 3 est une vue schématique montrant 1. utilisation d un dispositif de traitement préalable comme represente sur la figure 1 dans le cas du dosage d'un compose. par exemple de la soude. dans du sow dium liquide. Sur la figure 1 on voit un dispositif Ce traitement préalable de sodium liquide désigné de fa çon genérale par le repere 1. Le sodium liquide a traiter dont la temperature est voisine de 250 C est amene en continu par une conduite 2 dans le dispositif 1 ou il penetre tout d'abord dans un echangeur economiseur 3 puis dans un rechauffeur 4 qui éleve la température de ce sodium liquide jusqu a une température superieure a 500 C. Le sodium liquide est maintenu a cette temperature superieure a 500 C dans un réservoir 5 pendant une durée variable en fonction du compose chimique a decomposer mais genéralement inférieure a 10 minutes et dans une canalisation 7 de retour du sodium liquide chaud dans 1 echangeur économiseur 3. Si le temps de transit dans cette canalisation 7 est suffisant. le reservoir 5 est inutile. Le reservoir 5 est eventuellement en communication avec un dispositif de pompage ou de balayage 9 permettant de récupérer et d éliminer les Impuretés volatiles se aegageant au dessus du niveau de sodium 8 dans le reservoir 5 pendant le maintien en temperature de ce sodium. A 1. intérieur de l échangeur économiseur 3, le sodium arrivant par la conduite 2 est réchauffe par le sodium venant du reservoir de maintien en temperature 5 par l lntermediaire de la canalisation 7. Ce sodium ayant rechauffé le sodium entrant par la cana irisation 2 sort de l echangeur economiseur 3 par la canalisation 12 de sortie du dispositif de traitement prealable 1. Dans le cas de sodium liquide utilise comme fluide de refroidissement d un reacteur nucleaire a neutrons rapides contenant des oxydes. des hydrures et de la soude comme impuretés dissoutes principales. le maintien du sodium a une temperature un peu superieure a 500 C pour avoir un temps de traitement assez court (par exemple 120 secondes) permet une decomposition de la soude en oxyde Na2O et en hydrure NaH. La proportion de soude dans le sodium liquide peut etre comprise par exemple entre 10 ppm (10-6) et quelques pourcents pour un sodium considere comme tres pollue. Dans les conditions mentionnees ci-dessus. la decomposition de cette soude est pratiquement totale. la quantité résiduelle représentant à peine quel- ques pourcents de la quantite initiale contenue dans le sodium liquide. Le réchauffeur 4 represente sur la figure i est un rechauffeur a résistance electrique cedant sa chaleur au sodium liquide par contact direct. On peut utiliser au lieu d un réchauffeur a résistance électrique. un rechauffeur a induction constitué par un inducteur entourant une partie du circuit de sodium liquide extérieur a 1. échangeur economiseur 3. Ce circuit constitue alors le secondaire d'un transformateur dans lequel le sodium est chauffé par effet Joule. Le sodium est alors chauffé dans 1. ensemble du circuit et l'on evite ainsi d avoir des parties de ce circuit a tres haute température en contact avec le metal liquide ce qui redut d autant la corrosion. Pendant son temps de sé#our dans le reser- voir 5. les impuretés volatiles du sodium liquide sont éliminees pendant que la decomposition des impuretés telles que la soude ou les hydrures se produit. Sur la figure 2. on voit un dispositif de traitement prealable 1 de sodium tel que représenté sur la figure 1 dont la canalisation de sortie 12 est reliee a l'entree d'un dispositif de purification 14 du type a piège froid par exemole. Un tel dispositif de purification 14 comporte des moyens de refroidissement 15 du sodium liquide et des elements de filtration 16 en fibres metalliques. Les moyens de refroidissement 15 comportent en particulier un echangeur economiseur dans lequel le sodium entrant dans le dispositif de purification est refroidi par du sodium epure recyclé dans 1. echangeur economiseur par la canalisation 17. Un tel dispositif de purification a piége froid connu permet de retenir les oxydes et les hydrures contenus dans le sodium entrant par la canalisation 12, par passage de ce sodium refroidi sur les filtres 16 ou dans les chambres de precipitation ou il se produit une séparation des impuretés du sodium. Dans le cas ou le sodium chaud entrant par la canalisation 12 a traversé préalablement un dispositif tel que represente a la figure 1, les impuretés dans leur ensemble, y compris la soude, sont sous une forme permettant leur elimination dans le dispositif de purification par refroidissement. Ces impuretés sont en effet sous forme d oxydes ou d hydrures qui peuvent etre séparés par un dispositif a refroidissement connu. Le sodium recupere par la canalisation 18 a la sortie du dispositif ae purification 14 est donc un sodium exempt a la fois d oxydes, d hydrures et de soude. Sur la figure 3. on voit un dispositif de traitement 1 tel que represente sur la figure 1 place en amont d un dispositif 20 permettant de determiner par mesure différentielle la teneur en impuretés d un courant de sodium llnulde preleve dans une lnstalla- tion nucléaire a neutrons rapides dont ce sodium con s- titue le fluide de refroidissement. Sur la canalisa tion d entree 2 du dispositif 1 est placee une vanne 21. Une canalisation 24 sur laquelle est placee une vanne 25 est mise en derivation par rapport a l ensem- ble constitue par le dispositif de traitement 1 et la vanne 21. Le dispositif 20 permet un dosage des composes tels que les oxydes et les hydrures par un lndlca- teur de bouchage. c est-a-dire un orifice calibre par lequel le sodium peut passer tant qu il n'est pas trop charge en impuretés. Cependant, ce dispositif de dosage ne permet pas de doser la soude. Dans le cas ou 1 on utilise un dispositif de dosage de 1. hydrogene dissous a la place de l'indicateur de bouchage. celuici ne permet pas de doser 1 hydrogene des hydrures. Le dispositif 20 realise des mesures électrochlmiques ou physicochimiques sur le sodium lui parvenant en continu par sa canalisation d'entrée 26. Ces mesures sont révélatrices de la teneur du sodium en impuretés dosables telles que les oxydes et les hydrures ou dans le second cas, de l hydrogene dissous. Dans le cas ou la vanne 25 est fermee et la vanne 21 ouverte, le sodium passe dans le dispositif de traitement 1 avant de parvenir au dispositif de mesure 20. L'ensemble des impuretés contenues dans le sodium se presente alors sous une forme telle qu'elles peuvent etre dosees. La mesure electrochimique ou physico chimique est alors representative de la teneur totale en impuretés. Si la vanne 21 est fermee et la vanne 25 ouverte, le sodium passe en derivation par rapport au dispositif de traitement 1. si bien que les resultats de mesure obtenus grace au dispositif 20 seront repré sentatifs uniquement de la teneur en impuretés dosables telles que les oxydes et les hydrures, dans le premier cas (indicateur de bouchage) ou l hydrogene dissous dans le second cas. Ces resultats ne sont pas representatifs de la teneur en soude dans le premier cas et de l hydrogene sous forme d'hydrures dans le second cas. On pourra obtenir ainsi successivement par manoeuvre des vannes 21 et 25 une mesure de la teneur totale en impuretes et une mesure de la teneur en l- mpuretes dosables dans le sodium liquide venant de l'installation nucléaire. Par difference, on obtiendra la teneur en impuretés non dosables telles que la soude ou les hydrures. Dans le cas du dosage d'impuretés, le sodium est generalement peu pollue. la teneur en soude est inférieure a 10 ppm (10-6) et il est necessaire d'éle- ver la temperature du sodium dans le rechauffeur 4 du dispositif de traitement 1 Jusqu'a 500 C au moins et de maintenir le sodium a cette temperature pendant une durée par exemple un peu superieure a 120 secondes, pour obtenir une décomposition a 987. de la soude et des hydrures contenus dans le sodium. Dans le cas d un dosage avec un indicateur de bouchage. on maintient de preference, le sodium a 500 C environ, pendant 300 secondes au plus et 10 secondes au moins alors que dans le cas du dosage de l hydrogene il est preférable de porter le sodium a 650 C pendant le meme temps. Dans ces conditions, les mesures sont tout-a-falt representatives de la teneur en soude et en hydrogene et permettent un controle efficace et en continu du sodium de refroidissement de la chaudière. La determination de la teneur en impuretés dans le dispositif de mesure 20 peut etre realisee par d'autres methodes que la mesure electrochimlque. On peut par exemple utiliser le phenomene de diffusion des impuretés a travers une membrane ou encore la precipitation des composes et leur dosage ultérieur. On voit que le principal avantage du procede suivant l'invention est de realiser de façon tres simple et tres rapide une decomposition complete des impuretés non piegeables et non dosables dans le sodium liquide. de façon a obtenir des produits de décomposition separables et dosables. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont ete decrits. C'est ainsi qu'on peut associer un dispositif de traitement préalable suivant l'invention a des dispositifs de purification ou a des dispositifs de mesure differents de ceux qui ont ete decrits. On peut egalement mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention dans des conditions un peu differentes, en particulier en ce qui concerne la temperature d'echauffement du sodium et le temps de maintien de ce sodium a la temperature d'échauffement. Cependant. pour pouvoir mettre en oeuvre le procede dans de bonnes conditions, en particulier pour obtenir une decomposition suffisante de la soude contenue dans le sodium, il est necessaire de porter ce sodium a une température au moins egale a 500'C. On peut egalement imaginer la mise en oeuvre de 1 invention avec des dispositifs d'un type différent de ceux qui ont ete decrits. avec des moyens dif férents a echauffement et de maintien en temperature du sodium liquide. En le plocede et le dispositif suivant l'invention peuvent etre utilises dans le cas du traitement de metaux liquides un peu differents du sodium, par exemple dans le cas de melange sodium-potassium ou de lithium. L'invention s'applique dans le cas de tout procédé ou toute industrie utilisant un métal liquide comparable au sodium dont il est necessaire de contrôler la teneur en impuretés et en particulier aux boucles d'essais.

Claims: REVENDi'ATIONS 1.- Procede ce traitement prealable de sodium liquide contenant des impuretés dissoutes dont la temoérature initiale est inférieure a 300'C, avant epuration ou dosage de ces lmpuretés,caracterlsé par le fait qu on porte et Qu on maintient le sodium ll- quide a une temperature au moins egale a 500 C pour assurer la decomposltlcn des impuretés telles que la soude ou les hydrures qui ne peuvent etre séparées du sodium par refroidissemer ou dosees 2. - Procede de traitement suivant la reven diction 1, dans le cas de la purification par refroidissement de sodium renfermant moins de 10 ppm d' impu- retes non separables par refroidissement, caractérisé par le fait qu'on maintien le sodium liquide a une temperature de 500 C environ pendant un temps compris entre 2 secondes et 120 secondes avant son refroidissement pour effectuer le piegeage des impuretés. 3.- Procede de traitement suivant la revendication 1 dans le cas ou le sodium est utilisé pour un dosage d'impuretés par un indicateur de bouchage avec dissociation de la soude. caracterise par le fait que le sodium est porte a une température d'environ 500 C pendant un temps compris entre 10 secondes et 300 secondes avant son irtroduction dans l'indicateur de bouchage. 4.- Procéde de traitement suivant la reven dlcation 1, dans le cas ou le sodium est utilisé pour un dosage d hydrogene avec dissociation des hydrures, caracterise par le fait sue le sodium est porté a une température d'environ 6-0 C pendant un temps compris entre 10 secondes et 300 secondes avant son lntroduc- tion dans l'appareil de mesure. 5.- Dispositif de traitement prealable de sodium liquide contenant des impuretés dissoutes, avant epuration ou dosage de ces impuretés, caractérise par le fait qu'il comporte un echangeur economiseur (3) , un rechauffeur (4) et un volume de maintien en température du sodium qui peut etre un réservoir (5) ou la tuyauterie de liaison (7), disposés en serie, l'échangeur economiseur (3) etant relié a la sortie du volume de maintien en temperature par une canalisation (7) pour échauffer le sodium entrant dans le dispositif grâce a la chaleur venant du sodium du volume de maintien. 6.- Dispositif de traitement suivant la revendication 5. caracterise par le fait que le réchauffeur (4) est du type a resistance. 7.- Dispositif de traitement suivant la revendication 5. caracterise par le fait que le réchauffeur (4) est constitué par un inducteur entourant une partie du circuit de rechauffage du sodium, a l'exté- rieur de l'échangeur economiseur. 8.- Dispositif de traitement suivant la revendication 5, caracterise par le fait que le dispositif (5) de maintien en temperature du sodium est un réservoir a niveau libre (9) associe a un dispositif de pompage et de balayage (10) place au-dessus de ce niveau libre (9). 9.- Dispositif de traitement suivant la re-vendicatlon 5. caractérise par le fait qu'il est place en amont d un dispositif ( 14 ) de purification de sodium a par refroidissement. 10.- Dispositif de traitement suivant la re vendication 5. caracterise par le fait qu'il est place en amont d un dispositif (20) de dosage d'impuretés dans le sodium. 11,- Dispositif de traitement suivant la revendication 10, caractérise par le fait qu'il comporte une canalisation d entrée (2) sur laquelle est placee une vanne (21 ) . une canalisation de sortie ( 12) le reliant au dispositif de mesure (20) et une canalisation (24) en dérivation entre un point de la canalisation d'entrée (2) en amont de la vanne (21) et un point de la canalisation de sortie (12), cette canalisation (24) en dérivation étant équipée d'une vanne de fermeture (25).

Inventors: LEBAUD, PATRICE
Applicants: NOVATOME
Application year: 1985
Main classification: C22B26
IPC codes: C22B26, G21C19, C22B9