EP0077255A1 - Procédé et dispositif d'élimination des boues sur la plaque tubulaire des générateurs de vapeur - Google Patents
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- EP0077255A1 EP0077255A1 EP82401808A EP82401808A EP0077255A1 EP 0077255 A1 EP0077255 A1 EP 0077255A1 EP 82401808 A EP82401808 A EP 82401808A EP 82401808 A EP82401808 A EP 82401808A EP 0077255 A1 EP0077255 A1 EP 0077255A1
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- F22B37/48—Devices for removing water, salt, or sludge from boilers; Arrangements of cleaning apparatus in boilers; Combinations thereof with boilers
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- F22B37/483—Devices for removing water, salt, or sludge from boilers; Arrangements of cleaning apparatus in boilers; Combinations thereof with boilers specially adapted for nuclear steam generators
Definitions
- the subject of the invention is a method and a device for eliminating sludge on the tube plate of steam generators of the type comprising, in a cylindrical enclosure with vertical axis closed by the plate, a bundle of smooth parallel tubes connected to said plate. , distributed in layers and traversed by a primary fluid at high temperature.
- the invention finds a particularly important application in the field of recirculating steam generators, in which the water separated from the steam at the outlet of the secondary circuits is brought back to the inlet. which causes the accumulation on the plate of sludges containing especially magnetite, which form in the long run an adherent and compact layer.
- This sludge causes corrosion of the exchange tubes at the level of the tube plate and it is necessary to eliminate them to avoid degradation of the steam generator.
- the attempts made to evacuate the sludge before it forms a compact layer for example using purge ramps (FR-A-2 285 573) have proved insufficient to prevent accumulation.
- the lance can successively be introduced in one direction, to clean a first half of the tube plate, then in the other from a hole opposite the first to clean the second half.
- a water circulation is organized at the periphery of the plate between two holes of the enclosure placed face to face. The flow introduced on one side is divided into two fractions which circulate on the periphery on either side of the water street and meet to exit the enclosure.
- the jet which is directed upwards not only has no effect of pulling out sludge, but also causes runoff which can bring back towards the middle of the plate the sludge not immediately sucked in. the suburbs.
- Lance and sweeping streams of water can be antagonists in certain areas and cause a local redeposition of the sludge removed.
- this sludge takes, as soon as it is deposited, a consistency such that it becomes almost impossible to vacuum it without resuspending it.
- the water pressure must be moderate (practically of the order of 150 bars) to avoid damaging the tubes by too violent jets. This pressure is often insufficient for uprooting, that is to say for attacking a consolidated and very adherent sludge deposit.
- the invention aims to provide a method of eliminating sludge which meets the requirements of practice better than those previously known, in particular in that it ensures more complete cleaning thanks to an effective attack and an circulation organized so as to avoid sludge returns to already treated areas, using only simple means.
- the invention proposes in particular a method according to which: at least one lance is moved radially (and advantageously two lances symmetrically) from the center of the tube plate between two layers of tubes, parallel to the tube plate and close to it from this one directs towards the plate, from the terminal part of the lance and in fixed and symmetrical directions with respect to the direction of the sheets, two jets of cleaning liquid under high pressure which are interrupted in passing in front of the tubes; and the cleaning liquid, which will generally be water, is simultaneously discharged from the periphery of the bundle.
- the jets are interrupted when passing in front of the tubes, very high driving pressures can be used, allowing rapid stripping, without risking damaging the tubes:
- the latter can be very close to the lance, since there is no There is more to foresee the space necessary for the oscillation of this one and that they are not subjected any more to the action of the jets. They can even constitute guides for holding the lance.
- the current spacing between layers of tubes will be sufficient for the passage of the lance. will no longer be necessary to enter via the water street.
- the lances providing jets of fixed orientation used in the process according to the invention can be introduced by the holes of small diameter, called "eye holes", which are generally provided in the enclosure of the steam generator orthogonally to the fist holes or below, between the distribution plate and the tube plate.
- the cleaning will generally be carried out in several successive passes, using different lances directing jets which strike the plate in de's zones increasingly distant from the lance or lances.
- the sludge is gradually pushed back towards the periphery of the bundle where it is taken up and discharged.
- a first solution consists in using four sections of piping distributed in two pairs. Each pair is introduced through a hole located 90 ° from the direction of movement of the lance or lances and each section is arranged at the periphery of the beam on a 90 ° arc. The four sections thus cover the entire peripheral space of the tube bundle. They are each connected to a suction member, which can in particular be a hydro-ejector.
- a second solution is to create a one-way water circulation throughout the peripheral space, by injection and aspiration using tubes passing through the enclosure at two opposite points.
- a last solution which can moreover be used in combination with the first, consists in collecting the sludge using a vacuum device placed against the plate at the periphery thereof.
- the invention also aims to provide a device for eliminating sludge which is both simple and effective, making it possible to implement the process defined above.
- the invention proposes a device which comprises at least one lance of thickness sufficiently small to pass between two layers of tubes, having an end portion provided with orientation nozzles such that they direct oblique jets which are substantially symmetrical by relative to the direction of the sheets towards the plate during operation, means for supplying water under high pressure to the lance and interrupting the supply when the nozzles pass in front of the tubes, and a mechanism for radially moving said lance in a fixed orientation from the center of the enclosure to the outside, as well as means for collecting and discharging the liquid loaded with sludge at the periphery of the tube bundle.
- the terminal part of the lance will advantageously consist of a head having a straight section of flat shape with two superposed nozzles, of a thickness such that it is inserted between two layers of tubes and the height of which is chosen to have a rigidity avoiding any significant bending in the vertical direction while allowing passage through a hole made through the enclosure.
- the head can be pierced with a high hole directing a balancing jet upwards.
- the steam generators of nuclear boilers are frequently placed inside a casemate intended for protection against projectiles in the event of an incident inside the general enclosure of the boiler and / or for biological protection.
- the free space between the enclosure of the steam generator and the casemate is generally less than the length of lance to intro radially in the steam generator.
- the lance will be formed so as to be deformable in plan while being rigid in the vertical direction in order to tolerate the necessary overhang.
- the lance may include notches regularly distributed forming a set of teeth for receiving the teeth of a drive mechanism located outside the enclosure and which can be associated with displacement measurement means and with a tube proximity detector carried by the head allowing the precise positioning of the lance before putting into action.
- the steam generator comprises a pressure enclosure of cylindrical shape 1 closed at its lower part by a tubular plate 2 in which the end portions of U-shaped heat exchange tubes 7 are expanded and welded.
- the enclosure extends under the plate by a dome delimiting a water box 3 separated by a vertical partition 4 in a compartment where the hot primary water coming from the reactor arrives by a tube and an outlet compartment from where the primary water escapes towards the reactor by a tubing 6. Between the two compartments, the primary water circulates in the hot branch, then the cold branch of the U-shaped tubes 7.
- a secondary envelope 8 Between the bundle of U-shaped tubes 7 and the enclosure 1 is placed a secondary envelope 8.
- the secondary envelope 8 ends above the tubular plate, leaving a space allowing the secondary water and the water. recirculation which descend through the annular space between the enclosure 1 and the casing 8 to feed the area occupied by the beam, immediately above the tube plate.
- Spacer plates (not shown) pierced with holes for the passage of the tubes and the opening for the circulation of water and steam are arranged at regular intervals along the bundle and hold the tubes.
- a distribution plate 11 having a central opening 12 is disposed above the tubular plate.
- the hot and cold branches of the tubes are separated by a free diametrical zone 13, called "water street", the width of which is determined by the maximum bending that can be given to the tubes 7. In this water street are placed spacers 14 and a continuous bleed ramp 15.
- the cleaning device uses accesses provided in the envelope and which, in the steam generator illustrated, include two relatively large diameter holes 17, called “fist holes”, diametrically opposite, located opposite the water street and at the distribution plate 11.
- Two smaller holes 16, usually called “eye holes” and whose diameter is typically 50 mm, are aligned in a direction perpendicular to that of the fist holes, at a short distance from the tube plate 2 (typically 250 mm).
- the holes 17 and 16 closed in normal operation by tapes, correspond to openings made in the casing 8.
- the enclosure 1 is surrounded by a casemate (not shown) whose role is including stopping the projected parts and debris in the event of an incident.
- the sludge removal device shown as an exemplary embodiment in Figure 1 can be viewed as comprising a sludge attack and suspension system and a collection system.
- the attack system comprises, for the same operation, two lances 19 intended to be introduced each by an eye hole 16 and to be moved between two plies of tubes, that is to say in an interval whose width is typically of the order of 10 mm.
- the lance 19 shown by way of example in FIGS. 2 to 5 comprises a guide and supply part 23 and a head 24 fixed to the part 23 by means eliminating the risk of loss of the head inside the generator .
- the guide part designed so as to be flexible, comprises two superimposed tubes 27 and 28 (FIG. 3) connected by a central core pierced with holes and by two metal side walls 25 and 26.
- Each side wall 25 or 26 is constituted by a thin sheet of metal pierced with rectangular openings formed by cutting and folding inwards fins 32 and 33.
- the core and the fins are coated with a coating of thermo material plastic 31 which also drowns the tubes.
- the fins are of such length that they trap the central core 34.
- the guide part 23 thus has regularly distributed openings constituting meshes of the movement mechanism which will be described later.
- the head 24 is constituted by a metallic piece forming a water box, into which the tubes 27 and 28 open. In the rear part of this head are recesses for receiving tabs 42 and 43 secured to the side walls 25 and 26. Des pins allow to permanently secure the legs of the head.
- the water box is provided with two cleaning nozzles constituted by orifices 38 drilled obliquely in thickened portions of the head and designed so as to provide jets inclined downwards in a substantially symmetrical manner.
- a lance can be formed in this way having a thickness not exceeding 10 mm, that is to say the width of the ligament of the tubular plate between two layers of tubes 7, and a height of the order of 45 mm, smaller than the diameter of an eye hole. Due to its constitution, this lance, when it is supported by a fitting link outside the enclosure, has only an acceptable arrow when it is in its minimum projecting position inside . To reduce the bending forces exerted on it, one can provide, in the head, an orifice 40 directed upwards to give rise to a balancing jet.
- the lance can be used with a mechanism of the kind shown in FIGS. 4 and 5, which gives it, at the exit of the enclosure, a curvature limiting the radial size to a value compatible with the space which remains between the casemate and the enclosure.
- the lance can therefore remain very simple and be used without telescopic displacement or splicing of sections, which would moreover be difficult to implement given the small interval between two adjacent plies of tubes and the need to carry out these operations under control. of an operator in an area subject to significant radiation.
- the lance head shown in section in FIG. 2A differs from that shown in FIG. 2 in that it does not comprise a single set of cleaning nozzles each placed on one side and having the same orientation, but several sets of nozzles.
- the upper tube 27 feeds a first set of nozzles 38 whose orientation corresponds to that of the nozzles shown in FIG. 2.
- the lower tube 28 feeds two sets of nozzles, having an inclination of 40 ° and 70 ° respectively on the horizontal, therefore corresponding to shots at a shorter distance.
- the head shown in FIG. 2A can in particular be used to carry out sweeping of the loose sludge, under a lower pressure than during a preliminary stripping operation, carried out in several passes with heads with a single set of nozzles. But, as will be seen below, it is also possible to use a head of the kind shown in FIG. 2A to remove and expel the sludge by single passage of the lance, with an advance with mit steps, as will be seen below.
- the variant embodiment of the lance shown in FIGS. 2B and 2C differs in particular from FIG. 2 in. that it comprises three flexibles.d l food which are extended by corresponding tubes up to a chamber 80 provided with a balancing orifice 40 directed upwards. Partitions 81 provided in the chamber separate the flows coming from the tubes 27 and 28 until near the end of the head.
- the one shown in FIG. 2B intended for shooting at a short distance from the lance introduction plane, comprises two sets of nozzles 82, of the same orientation, the longitudinal spacing of which corresponds to the distance between two successive tubes of a same tablecloth.
- On the head and the body of the lance may be provided engraved marks 83 for locating, the spacing of two successive marks corresponding to the interval between two tubes.
- that of Figure 2B provides a flow more important for sludge removal.
- a last head, used for a third pass may include nozzles having the orientation indicated in phantom in Figure 2D.
- the mechanism shown in Figures 4 and 5, intended to push and pull the lance 19, is carried by a base 60.
- This base carries a guide assembly comprising two curved and parallel slides 61, entre.les which the guide portion 23 circulates in meshing on endless belts 62 notched on one side, the path of which is fixed by rollers 63.
- the drive mechanism.com carries two further drive assemblies placed on either side of the slides on the path of the lance 19. Each of these assemblies consists of a set of two belts 64 notched on both sides, meshing on one side with the guide portion 23, on the other side, with drive pinions 65 coupled to a gearmotor 66 by means of a torque limiter 67 and a displacement measurement member 68 of any type.
- the lance is rigid. It consists of several superimposed tubes, two in number in the illustrated case, connected from place to place by spacers 70.
- the lance passes, at the outlet of the enclosure, a bender which, in the case illustrated in FIG. 7 consists of a series of bending rollers 71 carried by the base 60.
- the drive means consist of a chain 72 fixed to the rear spacer 70 and driven on an endless path by a pinion 73.
- position sensor 68 may be insufficiently precise, it will frequently be supplemented by optical means, using for example reference points 74 distributed along the lance (FIG. 6) or by electrical means. These can be formed by an eddy current sensor 75 located at the base of the head ( Figure 4), detecting the proximity of a tube.
- the tubes are supplied with water by a flexible pipe 20 (FIG. 1) for connection with a remote pump unit (not shown).
- This group can have a conventional constitution, except that it is provided with means for stopping the arrival of water in response in particular to a signal. received from a device for detecting passage in front of the tubes, comprising the position sensor 68 and, optionally, an additional optical or .electric sensor.
- This group can moreover be provided to supply on demand one or the other of two pressures, one of which is very high (at least 200 bars and for example 300 bars) for the withdrawal and the other of which is lower for cleaning and suspending sludge.
- the sludge collection and evacuation system comprises, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 9, two low-pressure spraying ramps 21 introduced by the fist holes 17 above the plate. distribution 11. These ramps supply water to the central part of the bundle of tubes and cause a flow directed towards the periphery.
- the sludge is taken up by four sections of flexible tubing 22 pierced with suction holes 51 which each cover a quarter of the periphery. The four sections are each connected to a hydro-ejector 52, only one of which is shown in FIG. 9.
- This hydro-ejector which can use as a working fluid the water also used for cleaning, makes it possible to achieve a depression reaching 8 meters of water, exerting a suction effect sufficient to entrain suspended sludge.
- a stream of low pressure sweeping water can also be introduced into the water street using nozzles 53 placed in the fist hole 17.
- This arrangement makes it possible to organize the circulation of water in a coherent manner and to avoid dead zones and the return of sludge to the regions already cleaned.
- a set of lances is used, the nozzles of which are such that the water jets clean the zones A and repel the sludge towards the zone B.
- a lance is used which cleans up area B and delivers the sludge to area C and so on with a slight overlap of the areas.
- a pass is made with a last lance having nozzles providing a jet which covers almost the entire tubular bundle (zone D in FIG. 10) and ensures by training the cleaning of the sludge which could have been redeposited during the first three passes.
- the spears are first completely introduced. They are supplied with water under a pressure which can vary depending on whether one wishes to perform a stripping (which, in certain cases, may require a pressure of the order of 400 bars) or a simple cleaning. The lances are then moved so as to bring the nozzles 38 in front of the next ligament. During this translation, while the nozzles 38 pass in front of tubes, the jets are interrupted, which implies a stop of about 10 seconds in practice, the emission of jet in each intertubular space for about 30 seconds in general.
- an injection and suction system which creates a circulation of water in the same direction throughout the peripheral space.
- the sections are oriented so as to generate a circular flow in one direction and the pressures and flow rates used are chosen so that the current has a speed greater than 1.6 m per second. This avoids redeposition of suspended sludge.
- the collection system is completed by ramps 21 for supplying water at low pressure, as in the previous case.
- a return pipe laid flat on the periphery of the plate comprising a central suction chamber 54. of liquid loaded with sludge, connected to means of suction (pump or hydro-ejector) and two chambers 55 and 56 for supplying compressed air, opening on either side of the inlet slot of the central chamber 54 ( Figure 12).
- the chambers 55 and 56 communicate through calibrated orifices with the flat underside of the piping, intended to be applied to the tube plate.
- the compressed air leaving the chambers 55 and 56 resuspends the sludge which is entrained with the cleaning water by the central chamber 54.
- the compressed air jets constitute a cushion of air for supporting the piping and thereby facilitate the recovery of sludge.
- the operating sequence described above assumes that several successive passes are made using lances whose nozzles have an increasingly inclined orientation towards the vertical. It is also possible to carry out cleaning in a single pass, by using a lance comprising a head of the type shown in FIG. 2A. For this, we advance the lance following a progression in crawl steps such that each ligament receives the jets coming from the head following four successive feeding sequences of the heads.
- the progression can be represented by the following table where m represents the serial number of the ligament located closest to the water street, the columns correspond to the feeding sequences of the lance n ° 1 , 2, ... and the crosses indicate the ligaments that receive the jets.
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Abstract
Description
- L'invention a pour objet un procédé et un dispositif d'élimination des boues sur la plaque tubulaire des générateurs de vapeur du type comportant, dans une enceinte cylindrique à axe vertical fermée par la plaque, un faisceau de tubes parallèles lisses reliés à ladite plaque, répartis en nappes et parcourus par un fluide primaire à haute tempé- rature. L'invention trouve une application particulièrement importante dans le domaine des générateurs de vapeur à recirculation, dans lesquels l'eau séparée de la vapeur à la sortie des circuits secondaires est ramenée à l'entrée .en même temps que l'eau alimentaire, ce qui provoque l'accumulation sur la plaque de boues contenant surtout de la magnétite, qui forment-à la longue une couche adhérente et compacte. Ces boues provoquent.la corrosion des tubes d'échange au niveau de la plaque tubulaire et il est nécessaire de les éliminer pour éviter la dégradation du générateur de vapeur. En effet, les tentatives faites pour évacuer les boues avant qu'elles ne forment une couche compacte, par exemple à l'aide de rampes de purge (FR-A-2 285 573) se sont révélées insuffisantes pour éviter l'accumulation.
- Divers procédés et dispositifs ont déjà été proposés ou mis en oeuvre pour éliminer les boues. Ils sont spécifiquement destinés à être utilisés dans des générateurs de vapeur dont les tubes d'échange sont en forme de U renversé dont les deux extrémités sont reliées à la plaque tubulaire. La face de cette dernière opposée aux tubes s'ouvre dans une .chambre délimitée par un dôme inférieur et cloisonnée en deux compartiments, dont l'un communique avec une des branches, dite "chaude",de chacun des tubes, et dont l'autre communique avec l'autre branche, dite "froide". Dans les générateurs de vapeur de ce type utilisés dans les chaudières nucléaires à eau sous pression, cette dernière, qui constitue le caloporteur primaire du réacteur, arrive dans un des compartiments, circule successivement dans les branches chaude et froide, puis revient au second compartiment avant d'être renvoyée vers le réacteur. Dans ces générateurs de vapeur, il subsiste, entre les branches chaude et froide, un intervalle supérieur à celui qui sépare des nappes courantes de tubes, du fait que l'on ne peut dépasser une courbure déterminée des tubes en U.
- Tous les procédés d'élimination de boues proposés jusqu'à présent profitent de l'existence de cet intervalle plus important (habituellement dénommé "rue d'eau") : on introduit, par un trou prévu dans l'enceinte du générateur de vapeur, au-dessus de la plaque tubulaire et face à la rue d'eau, une lance qui permet d'envoyer des jets d'eau sous forte pression tangentiellement à la plaque tubulaire. On déplace ensuite la lance radialement pour balayer la plaque. On peut notamment utiliser une lance fournissant deux jets dirigés face à face et perpendiculairement à la direction d'introduction de la lance, que l'on anime d'un mouvement d'avance vers le centre du faisceau tubulaire et d'un mouvement d'oscillations (FR-A-2 352 269). La lance peut successivement être introduite dans un sens, pour nettoyer une première moitié de la plaque tubulaire, puis dans l'autre à partir d'un trou opposé au premier pour nettoyer la seconde moitié. Pour entraîner les boues décollées par les jets, on organise à la périphérie de la plaque une circulation d'eau entre deux trous de l'enceinte placés face à face. Le débit introduit d'un côté se partage en deux fractions qui circulent à la périphérie de part et d'autre de la rue d'eau et se réunissent pour sortir de l'enceinte.
- Une autre -solution déjà utilisée consiste à aspirer l'eau et la boue dans une rampe annulaire souple et percée de trous, introduite dans l'espace qui subsiste entre l'enceinte et les tubes périphériques du faisceau.
- Dans la pratique, cette approche, qui semble naturelle à l'homme de l'art puisqu'elle utilise l'intervalle de relativement large dimension constitué par la rue d'eau, s'est montrée imparfaite.
- _Lors de l'oscillation de la lance, le jet qui est dirigé vers le haut non seulement n'a aucun effet d'arrachement de boues, mais encore provoque des ruissellements qui peuvent ramener vers le milieu de la plaque les boues non immédiatement aspirées à la périphérie. Les courants d'eau d'attaque à la lance et de balayage peuvent être antagonistes dans certaines zones et provoquer un redépôt local des boues arrachées. Or, du fait notamment de leur composition, ces boues prennent, dès qu'elles se déposent, une consistance telle qu'il devient presque impossible de les aspirer sans les remettre en suspension. Enfin, la pression de l'eau doit être modérée (pratiquement de l'ordre de 150 bars) pour éviter d'endommager les tubes par des jets trop violents. Cette pression est souvent insuffisante pour le dérochage, c'est-à-dire pour l'attaque d'un dépôt de boues consolidé et très adhérent.
- L'invention vise à fournir un procédé d'élimination des boues répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il assure un nettoyage plus complet grâce à une attaque efficace et une circulation organisée de façon à éviter les retours de boues vers des zones déjà traitées, et ce en ne mettant en oeuvre que des moyens simples.
- Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé suivant lequel : on déplace radialement au moins une lance (et avantageusement deux lances symétriquement) à partir du centre de la plaque tubulaire entre deux nappes de tubes, parallèlement à la plaque tubulaire et à proximité de celle-ci on dirige vers la plaque, à partir de la partie terminale de la lance et dans des directions fixes et symétriques par rapport à la direction des nappes, deux jets de liquide de nettoyage sous haute pression que l'on interrompt au passage devant les tubes ; et on évacue simultanément le liquide de nettoyage, qui sera généralement de l'eau, depuis la périphérie du faisceau.
- Du fait que les jets sont interrompus au passage devant les tubes, on peut utiliser des pressions motrices très élevées, permettant un dérochage rapide, sans risquer d'endommager les tubes: Ces derniers peuvent être très rapprochés de la lance, puisqu'il n'y a plus a prévoir l'espace nécessaire à l'oscillation de celle-ci et qu'ils ne sont plus soumis à l'action des jets. Ils peuvent même constituer guides de maintien de la lance. Dans un générateur de vapeur à tubes en U, l'espacement courant entre nappes de tubes suffira au passage de la lance, qu'il ne sera donc plus nécessaire d'introduire par la rue d'eau.
- Cette liberté de choix a un intérêt particulier dans le cas des générateurs de vapeur existants qui comportent une plaque de répartition parallèle à la plaque tubulaire, située au-dessus et à proximité de cette dernière, percée d'une ouverture centrale de guidage de l'eau évitant la formation de zones mortes favorables au dépôt des boues. Cette plaque se trouve au droit des trous de grand diamètre, dits "trous de poing", ménagés à travers l'enceinte face à la rue d'eau. Dans ces générateurs de vapeur, les lances oscillantes ne peuvent être introduites par le trou de poing qu'au-dessus de la plaque de répartition, qui limite le champ d'action des jets.
- Au contraire, les lances fournissant des jets d'orientation fixe utilisées dans le procédé suivant l'invention, de faible épaisseur pour passer entre nappes adjacentes, peuvent être introduites par les trous de faible diamètre, dits "trous d'oeil", qui sont généralement prévus dans l'enceinte du générateur de vapeur orthogonalement aux trous de poing ou au-dessous, entre la plaque de répartition et la plaque tubulaire.
- Le nettoyage s'effectuera en général en plusieurs passes successives, à l'aidé de lances différentes dirigeant des jets qui frappent la plaque en de's zones de plus en plus éloignées de la lance ou des lances. Ainsi, on repousse progressivement les boues vers la périphérie du faisceau où elles sont reprises et évacuées.
- La reprise et l'évacuation sont faites de façon à éviter le redépôt des boues. Une première solution consiste à utiliser quatre tronçons de tuyauterie répartis en deux paires. Chaque paire est introduite par un trou situé à 90° de la direction de déplacement de la lance ou des lances et chaque tronçon est disposé à la périphérie du faisceau sur un arc de 90°. Les quatre tronçons couvrent.ainsi la totalité de l'espace périphérique du faisceau tubulaire. Ils sont reliés chacun à un organe d'aspiration, qui peut notamment être un hydro-éjecteur.
- Une seconde solution consiste à créer une circulation d'eau à sens unique dans tout l'espace périphérique, par injection et aspiration à l'aide de tubulures traversant l'enceinte en deux points opposés. Enfin, une dernière solution, qui peut d'ailleurs être utilisée en combinaison avec la première, consiste à collecter les boues à l'aide d'un dispositif aspirateur posé contre la plaque à la périphérie de celle-ci.
- L'invention vise également à fournir un dispositif d'élimination des boues qui, est tout à la fois simple et efficace, permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini.
- Dans ce but, l'invention propose un dispositif qui comprend au moins une lance d'épaisseur suffisamment faible pour passer entre deux nappes de tubes, présentant une partie terminale munie de buses d'orientation telle qu'elles dirigent des jets obliques sensiblement symétriques par rapport à la direction des nappes vers la plaque lors du fonctionnement, des moyens pour alimenter en eau sous haute pression la lance et interrompre l'alimentation lors du passage des buses devant les tubes, et un mécanisme pour déplacer radialement ladite lance dans une orientation fixe depuis le centre de l'enceinte vers l'extérieur, ainsi que des moyens de collecte et d'évacuation du liquide chargé en boues à la périphérie du faisceau tubulaire.
- La partie terminale de la lance sera avantageusement constituée par une tête ayant une section droite de forme plate avec deux buses superposées, d'épaisseur telle qu'elle s'insère entre deux nappes de tubes et dont la hauteur est choisie pour présenter une rigidité évitant toute flexion notable dans le sens vertical tout en autorisant le passage par un trou ménagé à travers l'enceinte. La tête peut être percée d'un trou haut dirigeant vers le haut un jet d'équilibrage.
- Les générateurs de vapeur des chaudières nucléaires sont fréquemment disposés à l'intérieur d'une casemate destinée à la protection contre les projectiles en cas d'incident à l'intérieur de l'enceinte générale de la chaudière et/ou à la protection biologique. L'espace libre entre l'enceinte du générateur de vapeur et la casemate est généralement inférieur à la longueur de lance à introduire radialement dans le générateur de vapeur. Pour s'adapter à cette situation, la lance sera constituée de façon à être déformable en plan tout en étant rigide en direction verticale afin de tolérer le porte- à-faux nécessaire. La lance pourra comporter des échancrures régulièrement réparties formant une denture de réception des dents d'un mécanisme d'entraînement situé hors de l'enceinte et qui peut être associé à des moyens de mesure de déplacement et à un détecteur de proximité de tube porté par la tête permettant le positionnement précis de la lance avant la mise en action.
- L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, destiné à l'élimination des boues déposées sur la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur à tubes en U du type qui est à l'heure actuelle largement utilisé dans les chaudières nucléaires à eau sous pression. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :
- La figure 1 est une vue en perspective simplifiée de la partie basse d'un générateur de vapeur dans lequel est inséré.un dispositif suivant l'invention,
- La figure 2 est une vue en perspective à grande échelle montrant une fraction d'une lance du dispositif de la figure 1,
- La figure 2A est uen vue en coupe d'une variante de la tête de lance montrée en figure 2, .
- La figure 2B, similaire à la figure 2, montre une variante de lance, à trois flexibles d'alimentation,
- La figure 2C est une vue en coupe longitudinale de la tête de la figure 2B,
- La figure 2D, similaire à la figure 2A, montre une disposition possible des buses constituant une variante de celle de la figure 2B,
- La figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la Fig. 2,
- La figure 4 est une vue en perspective à grande échelle montrant le mécanisme d'entraînement de la lance de la figure 2,
- La figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la figure 4,
- La figure 6 est une vue à grande échelle montrant une chaîne appartenant à un mécanisme d'entraînement constituant une variante de celui de la figure 4,
- La figure 7, similaire à la figure 4, montre une variante de réalisation,
- La figure 8 est une coupe suivant la ligne VIII-VIII de la Fig. 7,
- La figure 9 est une vue en plan schématique depuis le dessus de la plaque tubulaire, montrant la disposition des composants du dispositif, y compris ceux destinés au balayage des boues,
- La figure 10 est un schéma en coupe verticale montrant les zones successivement nettoyées,
- La figure 11, similaire à la figure 9, montre une variante de réalisation du dispositif,
- La figure 12 est une vue en coupe schématique montrant une variante de constitution des moyens de collecte des boues.
- On rappellera tout d'abord brièvement la disposition des parties concernées par l'invention du générateur de vapeur lui-même, dont on pourra trouver une description complète par exemple dans les documents FR-A- 2 285 573 et 2 352 269 déjà cités.
- Le générateur de vapeur comporte une enceinte sous pression de forme cylindrique 1 fermée à sa partie basse par une plaque tubulaire 2 dans laquelle sont dudgeonnées et soudées les parties terminales de tubes en U d'échange thermique 7. L'enceinte se prolonge sous la plaque par un dôme délimitant une boîte à eau 3 séparée par une cloison verticale 4 en un compartiment où l'eau primaire chaude provenant du réacteur arrive par une tubulure et un compartiment de sortie d'où l'eau primaire s'échappe vers le réacteur par une tubulure 6. Entre les deux compartiments, l'eau primaire circule dans la branche chaude, puis la branche froide des tubes en U 7.
- Entre le faisceau de tubes en U 7 et l'enceinte 1 est placée une enveloppe secondaire 8. L'enveloppe secondaire 8 se termine au-dessus de la plaque tubulaire en laissant subsister un espace permettant à l'eau secondaire et à l'eau de recirculation qui descendent par l'espace annulaire compris entre l'enceinte 1 et l'enveloppe 8 d'alimen- .ter la zone occupée par le faisceau, immédiatement au-dessus de la plaque tubulaire. Des plaques entretoises (non représentées) percées de trous de passage des tubes et d'ouverture de circulation d'eau et de vapeur sont disposés à intervalles réguliers le long du faisceau et maintiennent les tubes. Une plaque de répartition 11 comportant une ouverture centrale 12 est disposée au-dessus de la plaque tubulaire. Les branches chaudes et froides des tubes sont séparées par une zone diamétrale libre 13, dite "rue d'eau", dont la largeur est déterminée par le cintrage maximum que l'on peut donner aux tubes 7. Dans cette rue d'eau sont placées des entretoises 14 et une rampe de purge en continu 15.
- Le dispositif de nettoyage utilise des accès prévus dans l'enveloppe et qui, dans le générateur de vapeur illustré, comprennent deux trous de relativement grand diamètre 17, dits "trous de poing", diamètralement opposés, situés face à la rue d'eau et au niveau de la plaque de répartition 11. Deux trous plus petits 16, habituellement dénommés "trous d'oeil" et dont le diamètre est typiquement de 50 mm, sont alignés dans une direction perpendiculaire à celle des trous de poing, à distance faible de la plaque tubulaire 2 (typiquement 250 mm). Les trous 17 et.16,, obturés en fonctionnement normal par des tapes, correspondent à des ouvertures ménagées dans l'enveloppe 8. En règle générale, l'enceinte 1 e.st entourée par une casemate (non représentée) dont le rôle est notamment d'arrêter les pièces et débris projetés en cas d'incident.
- Le dispositif d'élimination des boues représenté à titre d'exemple de réalisation en figure 1 peut être regardé comme comprenant un système d'attaque et de mise en suspension des boues et un système de collecte.
- Le système d'attaque comporte, pour une même opération, deux lances 19 destinées à être introduites chacune par un trou d'oeil 16 et à être déplacées entre deux nappes de tubes, c'est-à-dire dans un intervalle dont la largeur est typiquement de l'ordre de 10 mm.
- La lance 19 montrée à titre d'exemple en figures 2 à 5 comprend une partie de guidage et d'amenée 23 et une tête 24 fixée à la partie 23 par des moyens supprimant le risque de perte de la tête à l'intérieur du générateur. La partie de guidage, conçue de façon à être flexible, comprend deux tubes superposés 27 et 28 (figure 3) reliés par une âme centrale percée de trous et par deux parois latérales métalliques 25 et 26. Chaque paroi latérale 25 ou 26 est constituée par une tôle mince percée d'ouvertures rectangulaires formées par découpe et repliement vers l'intérieur d'ailettes 32 et 33. L'âme et les ailettes sont revêtues d'un enrobage de matériau thermoplastique 31 qui noie également les tubes. Les ailettes sont de longueur telle qu'elles emprisonnent l'âme centrale 34. La partie de guidage 23 présente ainsi des ouvertures régulièrement réparties constituant des crans d'engrènement du mécanisme de déplacement qui sera décrit plus loin.
- La tête 24 est constituée par une pièce métallique formant boîte à eau, dans laquelle débouchent les tubes 27 et 28. Dans la partie arrière de cette tête sont ménagés des évidements de réception de pattes 42 et 43 solidaires des parois latérales 25 et 26. Des broches permettent de solidariser de façon définitive les pattes de la tête.
- La boîte à eau est munie de deux buses de nettoyage constituées par-des orifices 38 percés obliquement dans des portions épaissies de la tête et dessinés de façon à fournir des jets inclinés vers le bas de façon sensiblement symétrique. On peut constituer de cette façon une lance présentant une épaisseur ne dépassant pas 10 mm, c'est-à-dire la largeur du ligament de la plaque tubulaire entre deux nappes de tubes 7, et une hauteur de l'ordre de 45 mm, inférieure au diamètre d'un trou d'oeil. Du fait de sa constitution, cette lance, lorsqu'elle est soutenue par une liaison d'encastrement à l'extérieur de l'enceinte, ne présente qu'une flèche acceptable lorsqu'elle est dans sa position de saillie minimum à l'intérieur. Pour réduire les efforts de flexion qui s'exercent sur elle, on peut prévoir,dans la tête, un orifice 40 dirigé vers le haut pour donner naissance à un jet d'équilibrage.
- La lance peut être utilisée avec un mécanisme du genre montré en figures 4 et 5, qui lui donne, à la sortie de l'enceinte, une courbure limitant l'encombrement radial à une valeur compatible avec l'espace qui subsiste entre la casemate et l'enceinte. La lance peut donc rester très simple et être utilisée sans déplacement télescopique ou raboutage de tronçons, qui seraient d'ailleurs difficiles à mettre en oeuvre étant donné le faible intervalle entre deux nappes adjacentes de tubes et la nécessité d'effectuer ces opérations sous le contrôle d'un opérateur dans une zone soumise à un rayonnement important.
- On décrira maintenant, en faisant référence aux figures 2A à 2D, différentes variantes de réalisation de l'invention.
- La tête de lance montrée en coupe sur la figure 2A se différencie de celle montrée en figure 2 en ce qu'elle ne comporte pas un seul jeu de buses de nettoyage placées chacune d'un côté et ayant la même orientation, mais plusieurs jeux de buses. Le tube supérieur 27 alimente un premier jeu de buses 38 dont l'orientation correspond à celle des buses montrées en figure 2. Le tube inférieur 28 alimente de son côté deux jeux de buses, ayant respectivement une inclinaison de 40° et de 70° sur l'horizontale, correspondant donc à des tirs à plus courte distance. La tête montrée en figure 2A peut notamment être utilisée pour effectuer le balayage des boues décrochées, sous une pression plus faible qu'au cours d'une opération préliminaire de dérochage, effectué en plusieurs passes avec des têtes à un seul jeu de buses. Mais, comme on le verra plus loin, on peut également utiliser une tête du genre montré en figure 2A pour arracher et chasser les boues par passage unique de la lance, avec une avance à pas de pélerin, comme on le verra plus loin.
- La variante de réalisation de la lance montrée en figures 2B et 2C (où les éléments correspondant à ceux déjà montrés en figure 2 portent le même numéro de référence) se différencie notamment de la figure 2 en. ce qu'elle comporte trois flexibles.dlalimentation qui se prolongent par des tubes correspondant jusqu'à une chambre 80 munie d'un orifice d'équilibrage 40 dirigé vers le haut. Des cloisons 81 prévues dans la chambre séparent les écoulements provenant des tubes 27 et 28 jusqu'à proximité de l'extrémité de la tête. Celle qui est montrée en figure 2B, destinée au tir à courte distance du plan d'introduction de la lance, comporte deux jeux de buses 82, de même orientation, dont l'espacement longitudinal correspond à la distance entre deux tubes successifs d'une même nappe. Sur la tête et le corps de la lance pourront être prévus des repères gravés 83 de repérage, l'espacement de deux repères successifs correspondant à l'intervalle entre deux tubes. Comparé au mode de réalisation de la figure 2, celui de la figure 2B permet de fournir un débit plus important d'enlèvement des boues.
- Une fois la tête montrée en figure 2B utilisée au cours d'une première passe, on peut utiliser, en particulier pour chasser la boue des espaces entre les tubes de la partie centrale de l'échangeur, des têtes projetant des jets plus loin. En particulier, on peut utiliser, au cours d'une seconde passe, une tête dont les buses présentent la disposition montrée en figure 2D. Une dernière tête, utilisée pour une troisième passe, peut comporter des buses ayant l'orientation indiquée en traits mixtes sur la figure 2D.
- Le mécanisme montré en figures 4 et 5, destiné à pousser et tirer la lance 19, est porté par un socle 60. Ce socle porte un ensemble de guidage comprenant deux glissières 61 courbes et parallèles, entre.lesquelles la partie de guidage 23 circule en s'engrenant sur des courroies sans fin 62 crantées sur une seule face, dont le trajet est fixé par des galets 63. Le mécanisme d'entraînement.comporte encore deux ensembles d'entraînement placés de part et d'autre des glissières sur le trajet de la lance 19. Chacun de ces ensembles est constitué par un jeu de deux courroies 64 crantées sur les deux faces, engrenant d'un côté avec la partie de guidage 23, de l'autre côté, avec des pignons d'entraînement 65 couplés à un motoréducteur 66 par l'intermédiaire d'un limiteur de couple 67 et d'un organe de mesure de déplacement 68 de type quelconque.
- Dans la variante de réalisation montrée en figures 6 et 7, la lance est rigide. Elle est constituée de plusieurs tubes superposés, au nombre de deux dans le cas illustré, reliés de place en place par des entretoises 70. La lance traverse, à la sortie de l'enceinte, une cintreuse qui, dans le cas illustré en figure 7, est constituée par une série de galets de cintrage 71 portés par le socle 60. Les moyens d'entraînement sont constitués par une chaîne 72 fixée à l'entretoise 70 arrière et entraînée sur un tra- .jet sans fin par un pignon 73.
- Le capteur de position 68 pouvant être insuffisamment précis, il sera fréquemment complété par des moyens optiques, utilisant par exemple des points de référence 74 répartis le long de la lance (figure 6) ou par des moyens électriques. Ces derniers peuvent être constitués par un capteur à courant de Foucault 75 situé à la base de la tête (figure 4), décelant la proximité d'un tube.
- Les tubes sont alimentés en eau par une conduite souple 20 (Fig. 1) de liaison avec un groupe motopompe placé à distance (non représenté). Ce groupe peut avoir une constitution classique, si ce n'est qu'il est muni de moyens d'arrêt de l'arrivée d'eau en réponse notamment à un signal reçu d'un dispositif de détection du passage devant les tubes, comportant le capteur de position 68 et, éventuellement, un capteur supplémentaire optique ou .électrique. Ce groupe peut de plus être prévu pour fournir à la demande l'une ou l'autre de deux pressions, dont l'une est très élevée (au moins 200 bars et par exemple 300 bars) pour le dérochage et dont l'autre est plus faible pour le nettoyage et la mise en suspension des boues.
- Le système de collecte et d'évacuation des boues comporte, dans le mode de réalisation montré en figures 1 et 9, deux rampes d'arrosage à basse pression 21 introduites par les trous de poing 17 au-dessus de la plaque de. répartition 11. Ces rampes alimentent en eau la partie centrale du faisceau de tubes et provoquent un écoulement dirigé vers la périphérie. La reprise des boues s'effectue par quatre tronçons de tuyauterie souple 22 percés de trous d'aspiration 51 qui couvrent chacun un quart de la périphérie. Les quatre tronçons sont reliés chacun à un hydro-éjecteur 52, dont un seul est représenté sur la figure 9. Cet hydro-éjecteur, qui peut utiliser comme fluide moteur l'eau également employée pour le nettoyage, permet de réaliser une dépression atteignant 8 mètres d'eau, exerçant un effet de succion suffisant pour entraîner lés boues en suspension.
- Un courant d'eau de balayage à basse pression peut de plus être introduit dans la rue d'eau à l'aide de buses 53 placées dans le trou de poing 17.
- Cette disposition permet d'organiser la circulation d'eau de façon cohérente et d'éviter les zones mortes et les retours de boues vers les régions déjà nettoyées.
- La mise en oeuvre du procédé à l'aide du dispositif qui vient d'être décrit s'effectue de la façon suivante, dans le cas où quatre passes successives sont prévues en utilisant quatre jeux de lances fournissant chacune des jets fixes, l'incidence des jets étant différente lorsqu'on passe d'un jeu à l'autre.
- Au cours d'un premier passage, du centre de la plaque tubulaire vers la périphérie du faisceau, on utilise un jeu de lances dont les buses sont telles que les jets d'eau nettoient les zones A et repoussent les boues vers la zone B. Au cours de la seconde passe, on utilise une lance qui nettoie la zone B et refoule les boues vers la zone C et ainsi de suite avec un léger recouvrement des zones. Enfin, on effectue une passe avec une dernière lance ayant des buses fournissant un jet qui couvre la quasi totalité du faisceau tubulaire (zone D sur la figure 10) et assure par entraînement le nettoyage des boues qui auraient pu se redéposer au cours des trois premières passes.
- On voit que les quatre passes avec des lances à jet fixe permettent d'évacuer progressivement et toujours dans le même sens les boues vers la périphérie du générateur de vapeur, où elles sont reprises par les tronçons 22.
- Chaque passe est effectuée de la même façon : les lances sont d'abord complètement introduites. Elles sont alimentées en eau sous une pression qui peut varier suivant que l'on veut effectuer un dérochage (ce qui, dans certains cas, peut exiger une pression de l'ordre de 400 bars) ou un simple nettoyage. Les lances sont ensuite déplacées de façon à amener les buses 38 devant le ligament suivant. Pendant cette translation, alors que les buses 38 passent devant des tubes, les jets sont interrompus, ce qui implique un arrêt de 10 secondes environ dans la pratique, l'émission de jet dans chaque espace intertubulaire durant environ 30 secondes en général.
- Du fait que les jets ne sont envoyés que dans les ligaments de la plaque tubulaire, on peut utiliser des pressions d'eau très importantes, qui arrachent les dépôts même durcis, sans risquer pour autant d'endommager les tubes.
- Par ailleurs, l'avance des lances et les émissions de jets se faisant par séquences programmées à commande automatique à distance, la présence d'un opérateur à proximité du générateur de vapeur n'est plus nécessaire que lors des opérations de mise en place, de chargement et de démontage de l'équipement, d'où une réduction des doses de rayonnement auxquelles est soumis le personnel de conduite.
- Dans la variante de réalisation montrée en figure 11, on utilise un système d'injection et d'aspiration qui crée une circulation d'eau dans une même direction dans tout l'espace périphérique. Pour cela, on utilise encore quatre tronçons de tubes, groupés par paires. Chaque paire comprend un tronçon 75 d'injection d'eau sous haute ou moyenne pression et un tronçon 76 relié à une pompe ou à un hydro-éjecteur créant une dépression d'aspiration des boues en suspension. Les tronçons sont orientés de façon à engendrer un courant circulaire à sens unique et les pressions et débits utilisés sont choisis pour que le courant ait une vitesse supérieure à 1,6 m par seconde. On peut ainsi éviter un redépôt des boues en suspension. Le système de collecte est complété par des rampes 21 d'amenée d'eau à basse pression, comme dans le cas précédent.
- On peut enfin utiliser, à la place des solutions précédentes ou pour les compléter, une tuyauterie de reprise posée à plat à la périphérie de la plaque, comprenant une chambre centrale d'aspiration 54. de liquide chargé de boues, reliée à des moyens d'aspiration (pompe ou hydro-éjecteur) et deux chambres 55 et 56 d'amenée d'air comprimé, débouchant de part et d'autre de la fente d'entrée de la chambre centrale 54 (Figure 12). Les chambres 55 et 56 communiquent par des orifices calibrés avec la face inférieure plane de la tuyauterie, destinée à s'appliquer sur la plaque tubulaire. Ainsi, l'air comprimé sortant des chambres 55 et 56 remet en suspension les boues qui sont entraînées avec l'eau de nettoyage par la chambre centrale 54. Les jets d'air comprimé constituent un coussin d'air de sustentation de la tuyauterie et facilitent de ce fait la reprise des boues.
- On voit que cette dernière solution permet de remettre en suspension les boues éventuellement redéposées en périphérie à la suite d'une interruption momentanée de l'attaque ou de la collecte. Elle permet ainsi de compléter, si nécessaire, l'action du système normal de collecte.
- La séquence de fonctionnement décrite ci-dessus suppose qu'on effectue plusieurs passes successives en utilisant des lances dont les buses présentent une orientation de plus en plus inclinée sur la verticale. On peut également réaliser le nettoyage en une seule passe, en mettant en oeuvre une lance comportant une tête du genre montré en figure 2A. Pour cela, on fait avancer la lance suivant une progression en pas de pélerin telle que chaque ligament reçoit les jets provenant de la tête suivant quatre séquences successives d'alimentation des têtes. En d'autres termes, la progression peut être représentée par le tableau suivant où m représente le numéro d'ordre du ligament situé le plus près de la rue d'eau, les colonnes correspondent aux séquences d'alimentation de la lance n°1, 2,... et les croix indiquent les ligaments qui reçoivent les jets.
- L'invention est susceptible de nombreuses variantes encore de réalisation et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à de telles variantes aussi longtemps qu'elles restent dans le cadre des équivalences.
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