EP0117191B1 - Générateur de vapeur pour un réacteur nucléaire refroidi par du métal liquide - Google Patents

Générateur de vapeur pour un réacteur nucléaire refroidi par du métal liquide Download PDF

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EP0117191B1
EP0117191B1 EP84400260A EP84400260A EP0117191B1 EP 0117191 B1 EP0117191 B1 EP 0117191B1 EP 84400260 A EP84400260 A EP 84400260A EP 84400260 A EP84400260 A EP 84400260A EP 0117191 B1 EP0117191 B1 EP 0117191B1
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EP
European Patent Office
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tubes
steam generator
tube
steam
fact
Prior art date
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Expired
Application number
EP84400260A
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German (de)
English (en)
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EP0117191A1 (fr
Inventor
Michel Soucille
Laurent Castelnau
René Marcel Traiteur
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FUSIONI;FRAMATOME
Original Assignee
Novatome SA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0117191A1 publication Critical patent/EP0117191A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0117191B1 publication Critical patent/EP0117191B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/003—Multiple wall conduits, e.g. for leak detection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/06—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium
    • F22B1/063—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium for metal cooled nuclear reactors
    • F22B1/066—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium for metal cooled nuclear reactors with double-wall tubes having a third fluid between these walls, e.g. helium for leak detection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/106—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0054—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for nuclear applications

Definitions

  • the invention relates to a steam generator for a nuclear reactor cooled by liquid metal, such as a fast neutron nuclear reactor cooled by sodium.
  • Such a reactor comprises a tank containing the core of the reactor constituted by fuel assemblies immersed in liquid sodium filling the tank called primary sodium.
  • the heat taken from the reactor core by the primary sodium which comes into direct contact with the fuel assemblies is used to vaporize drinking water, the vapor then being sent to the turbine of the nuclear power plant.
  • the heat transfer between this sodium and the drinking water can be done using an intermediate exchange fluid which is often liquid sodium called secondary sodium.
  • the primary sodium coming into contact with the reactor core raises the temperature of the secondary sodium in sodium-sodium heat exchangers called intermediate exchangers. Secondary sodium is then used to vaporize drinking water inside steam generators.
  • the nuclear reactor therefore generally comprises a secondary circuit comprising at least one intermediate exchanger, a pump, a steam generator for the pipes and various control devices.
  • This secondary circuit is therefore complex and costly, whether it is partially integrated into the reactor vessel or whether it is entirely disposed outside of this vessel.
  • the intermediate circuit avoids direct heat exchange between the primary sodium contaminated by radioactive products and drinking water.
  • sodium and water can come into contact, which causes the appearance of a violent chemical reaction which can eventually lead to a leak in the sodium outwards.
  • the spaces between internal and external tubes constituting the double-walled tubes are placed in communication with a leakage control space making it possible to detect, for example by pressure measurement, a possible leak in the wall of one of the tubes, during the operation of the steam generator.
  • the steam generator consists of a bundle of tubes contained in an envelope, each of the internal tubes of the double-walled tubes being placed in communication at one of its ends with a water distribution system and at its other end with a vapor collection system.
  • the liquid sodium heated up in contact with the reactor core is brought into the envelope of the steam generator, at its upper part, and flows in this envelope from top to bottom in contact with the external tubes of the double-walled tubes constituting the beam.
  • Annular chambers are provided for this, arranged outside the envelope of the steam generator, through which pass the portions of internal tubes allowing the connection of the double-walled tubes, by sealed crossings in the envelope of the steam generator. .
  • Such a device is complex and requires specific manufacturing operations which are difficult to implement.
  • the object of the invention is therefore to propose a steam generator for a nuclear reactor cooled by liquid metal comprising a generally cylindrical envelope disposed with its vertical axis, enclosing a bundle of double-walled tubes each consisting of two coaxial tubes the internal tube of which communicates at one end with a water distribution device or collector and at its other end with a vapor collector and the external tube is in contact by its external wall with the liquid metal circulating from below at the top in the envelope of the steam generator, the tubes being substantially straight and directed in the axial direction of the envelope of the steam generator, this steam generator comprising neither a double tubular plate nor a chamber for connecting the tubes to the outside of its envelope and allowing a very sensitive and very reliable detection of possible leaks from double-walled tubes while being of a design allowing a simplified and relatively inexpensive construction.
  • the envelope of the steam generator 1 is seen constituted by a cylindrical bundle envelope over the greatest height of the steam generator and by two enlarged zones, also of cylindrical shape 2 and 3 at each of the ends of the beam.
  • the envelope 1 also comprises an enlarged central zone 4 of toroidal shape.
  • the upper enlarged zone 3 communicates with the sodium inlet 5 in the steam generator and the lower enlarged zone 2 communicates with the sodium outlet 6. Between these two ends, the sodium circulates from top to bottom in contact with the tubes of the bundle 10 arranged inside the bundle envelope 1a over the entire height of the envelope of the steam generator.
  • the casing 1 is connected to a tubular plate 11 secured to a water collector 12 supplied with water by a pipe 13.
  • the casing 1 is connected to a tubular plate 14 secured to a vapor collector 15 comprising an outlet pipe 16.
  • the water collectors 12 and the steam collectors 15 are hemispherical in shape.
  • the tubular plates 11 and 14 are crossed by the tubes of the bundle 10 inside which circulates the food water supplied by the tubing 13 of the water collector 12, this food water gradually vaporizes during its circulation from bottom to high inside the bundle tubes in thermal contact with the hot sodium arriving in the steam generator via the sodium inlet pipe 5.
  • the tubes 20 of the bundle are double-walled and constituted by two successive sections 20a and 20b connected at the level of the leakage collecting chamber 25.
  • the upper section 20a of the tube 20 is itself constituted by an external tube 27a and an internal tube 28a coaxial and threaded one on the other with very little play, without metallurgical connection between the internal surface of the tube 27a and the outer surface of tube 28a. A space of very small width therefore exists between the tubes over the entire length of the section 20a.
  • the internal surface of the tube 27a is also machined to form therein longitudinal grooves allowing the pressurization of the space between the two tubes.
  • the lower section 20b of the tube 20 is also constituted by an external tube 27b and an internal tube 28b identical to the tubes 27a and 28a respectively.
  • the upper section 20a of the tube crosses the tubular plate 14 at its upper part so that the inner tube 28a opens into the vapor collector 15.
  • a weld 29 inside the collector 15, on the outlet face of the tubular plate 14, makes it possible to seal the space between the tubes 27a and 28a.
  • the lower section 20b of the tube crosses at its lower part the tubular plate 11, so that the inner tube 28b opens into the water collector 12.
  • a weld 30 on the entry face of the tubular plate 11 allows the leakage space between the tubes 28b and 27b to be hermetically sealed.
  • the outer tubes 20a and 20b are also fixed by welds on the other faces of the tubular plates 11 and 14.
  • the leakage collecting chamber 25 is constituted by two circular plates 25a and 25b having a toric edge along which they are connected by a weld 32.
  • Each of the half-walls 25a and 25b has a large number of tube crossings such as 34a and 34b allowing the passage of the sections 20a and 20b of the tube 20 respectively.
  • the two sections 28a and 28b of the internal tube are connected by a weld 35.
  • the two sections of the external tube 27a and 27b are not connected and simply open into the volume inside of the leakage collector box 25, on either side of the connection weld 35 between the two sections of the internal tube 28.
  • the leakage collecting chamber 25 is disposed entirely inside the casing 1 of the steam generator, at the level of the toric enlargement 4. This collecting chamber 25 is only fixed inside the steam generator the double-walled tubes 20 on which it is welded.
  • the interior volume of the chamber 25 and all of the spaces between the two walls of the tubes 20 are filled with helium at a pressure intermediate between the pressure of the sodium circulating in the steam generator in contact with the external wall of the tubes 20 and the water or steam circulating inside the tubes 28.
  • FIGS. 3 and 4 an alternative embodiment of the water or vapor collector 15 shown in FIG. 1 is shown.
  • This vapor collector consists of a tubular plate 44, the internal face of which has a concave spherical shape and an envelope in the form of a portion of a sphere 45 which is connected by a weld 46 to the tubular plate 44.
  • the spherical casing 45 is connected to a steam outlet pipe 47.
  • the tubular plate 44 is connected to the enlarged zone 43 of the generator casing corresponding to the enlarged part 2 or 3 shown in the figure 1.
  • FIG. 4 it can be seen that the outer tube 27 of a double-walled tube 20 is welded to the sodium side face 48 and inside the passage hole 49 passing through the tubular plate 44, while the inner tube 28 is welded to the inside of the outer tube 27, which secures it and closes the leakage space between the two tubes 27 and 28.
  • FIGS. 5 and 6 a second alternative embodiment of the water or steam collectors is seen, the collector being constituted, in this alternative, by a very thick spherical envelope 50 completely separated from the envelope 1 of the generator. steam.
  • the envelope 1 is welded at its upper or lower part to a tubular plate 52 allowing the passage through the double-walled tubes 20 for their passage outside the steam generator.
  • FIG. 6 it can be seen that the outer tube 27 is fixed by welding to the entry face of the tube plate 52 and that the external 27 and internal tubes 28 are fixed to each other by a weld 53 which also allows the leakage space between the tubes 27 and 28 to be closed, the weld 53 being outside the envelope of the steam generator.
  • the main advantages of the device according to the invention are to allow leak detection of double-walled tubes by means of a simple device, separate and distant from tubular plates of the steam generator water and steam collectors. There is therefore no presence of a significant weld concentration in the region of the tubular plates.
  • the leak detection chambers allow the connection of successive sections of the tube bundle, inside the envelope of the steam generator but in an area isolated from liquid sodium.
  • the overall structure of the steam generator is extremely simple since it only has straight tubes formed by successive sections whose connection is made inside the leak detection chamber.
  • This leak detection chamber is moreover practically part of the beam structure and has no connection with the envelope of the steam generator.
  • the bundle can be made up of more than two successive sections.
  • the tubes of the central section will be connected at each of their ends to a leakage collecting chamber.
  • n -1 leakage collecting chambers disposed inside the envelope of the steam generator will be used.
  • Each of these leakage collecting chambers will be associated with a manometric device allowing the monitoring of the corresponding tube sections. It will thus be possible to have redundant data for certain sections connected to two successive chambers by each of their ends.
  • the steel grades chosen for the constitution of the tubes may be different.
  • the shape and arrangement of the leakage collecting chambers may be different from what has been described.
  • an enlarged toric part of the envelope is provided to allow the circulation of sodium around the leakage collecting chamber.
  • the circulation of sodium at the upper face of this leakage collecting chamber becomes radial, which is favorable since the sweeping of the upper face of the leakage detection chamber avoids any deposition of impurities.
  • the enlarged toric portion 4 of the envelope allows longitudinal deformations of the latter making it possible to absorb differential thermal expansions. This is particularly important in the case of very high structures necessary for the constitution of generators of high power.
  • leakage collecting chamber or chambers and the envelope may have different shapes from those which have been described.
  • the water and steam collectors can have a shape not only spherical but also toric or cylindrical, when they are completely independent of the envelope (1) of the steam generator and arranged as shown in FIG. 5.
  • the steam generator according to the invention can be associated with all fast neutron nuclear reactors cooled by a liquid metal whether they are of the semi-integrated or loop type.

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Description

  • L'invention concerne un générateur de vapeur pour un réacteur nucléaire refroidi par du métal liquide, tel qu'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par du sodium.
  • Un tel réacteur comporte une cuve renfermant le coeur du réacteur constitué par des assemblages combustibles plongés dans du sodium liquide remplissant la cuve dit sodium primaire.
  • La chaleur prélevée dans le coeur du réacteur par le sodium primaire qui vient en contact direct avec les assemblages combustibles est utilisée pour vaporiser de l'eau alimentaire, la vapeur étant ensuite envoyée à la turbine de la centrale nucléaire. Pour éviter tout contact entre le sodium primaire radio-actif et l'eau, le transfert de chaleur entre ce sodium et l'eau alimentaire peut se faire en utilisant un fluide d'échange intermédiaire qui est souvent du sodium liquide dit sodium secondaire.
  • Le sodium primaire venant en contact avec le coeur du réacteur élève la température du sodium secondaire dans des échangeurs de chaleur sodium-sodium appelés échangeurs intermédiaires. Le sodium secondaire est ensuite utilisé pour vaporiser l'eau alimentaire à l'intérieur de générateurs de vapeur.
  • Le réacteur nucléaire comporte donc en général un circuit secondaire comportant au moins un échangeur intermédiaire, une pompe, un générateur de vapeur des tuyauteries et des appareils divers de contrôle.
  • Ce circuit secondaire est donc complexe et coûteux, qu'il soit partiellement intégré à la cuve du réacteur ou qu'il soit entièrement disposé à l'extérieur de cette cuve.
  • Le circuit intermédiaire permet d'éviter des échanges de chaleur directs entre le sodium primaire contaminé par des produits radio-actifs et l'eau alimentaire. En cas de fuite dans la paroi du dispositif d'échange de chaleur, le sodium et l'eau peuvent venir en contact, ce qui provoque l'apparition d'une réaction chimique violente qui peut éventuellement conduire à une rupture d'étanchéité du sodium vers l'extérieur.
  • Dans le cas d'utilisation de sodium secondaire propre, on évite une libération de sodium radio-actif.
  • Pour simplifier les dispositifs d'échange de chaleur associés aux réacteurs refroidis par du métal liquide, et se prémunir contre toute réaction entre le sodium actif et l'eau, il est nécessaire de rétablir une double séparation entre les deux fluides. Pour celà, on a proposé d'utiliser des générateurs de vapeur d'un type spécial comportant des tubes d'échange de chaleur à double paroi, avec interposition d'un fluide d'échange qui peut être du sodium liquide entre les deux parois du tube.
  • On a proposé également, dans le cas de tubes à double paroi constitués par un tube interne et un tube externe enfilés l'un sur l'autre, de remplir l'espace de faible dimension subsistant entre les tubes par un gaz neutre tel que l'hélium sous pression.
  • Les espaces entre tubes interne et externe constituant les tubes à double paroi sont mis en communication avec un espace de contrôle de fuite permettant de détecter, par exemple par mesure de pression, une fuite éventuelle dans la paroi de l'un des tubes, pendant le fonctionnement du générateur de vapeur.
  • Le générateur de vapeur est constitué par un faisceau de tubes contenus dans une enveloppe, chacun des tubes internes des tubes à double paroi étant mis en communication à l'une de ses extrémités avec un système de distribution de l'eau et à son autre extrémité avec un système de collectage de la vapeur.
  • Le sodium liquide échauffé au contact du coeur du réacteur est amené dans l'enveloppe du générateur de vapeur, à sa partie supérieure, et s'écoule dans cette enveloppe de haut en bas en contact avec les tubes externes des tubes à double paroi constituant le faisceau.
  • Il existe une différence de pression entre le sodium primaire coulant en contact avec la surface externe des tubes et l'eau ou la vapeur circulant à l'intérieur des tubes du faisceau. L'hélium remplissant les espaces de contrôle de fuite est à une pression intermédiaire entre ces deux pressions.
  • Toute fuite à travers le tube interne ou à travers le tube externe constituant le tube à double paroi se traduit par une modification de pression dans l'espace de contrôle de fuite.
  • Dans un échangeur de chaleur selon l'art antérieur décrit dans le document GB-A-894883, la détection des fuites des tubes à double paroi de cet échangeur est effectuée dans des chambres situées à l'extérieur de l'enceinte de l'échangeur de chaleur, au voisinage des collecteurs d'alimentation et de récupération du fluide secondaire. Une telle disposition des chambres de détection à l'extrémité des tubes et à l'extérieur de l'enceinte ne peut être appliquée de façon efficace aux générateurs de vapeur d'un réacteur nucléaire refroidi par du sodium liquide qui demandent un temps de réponse extrêmement rapide, une très grande sécurité de fonctionnement et une protection efficace des dispositifs nécessaires à la sécurité de l'installation.
  • Dans les dispositifs de l'art antérieur, décrits par exemple dans les brevets français 2 371 655 et 2 379 881, on prévoit des espaces de contrôle de fuite à chacune des extrémités du générateur de vapeur, à proximité des collecteurs d'eau et de vapeur. Ceci oblige à prévoir des plaques tubulaires doubles qui nécessitent de nombreuses soudures dans une zone fortement sollicitée, en particulier par des contraintes thermiques.
  • D'autre part, pour des générateurs de vapeur de grande puissance, il est nécessaire d'utiliser des tubes à double paroi de très grande longueur éventuellement enroulés pour constituer des faisceaux de longueur acceptable.
  • Il n'est généralement pas possible de produire des tubes à double paroi d'une longueur suffisante et il est donc nécessaire de raccorder bout à bout plusieurs tronçons de tubes à double paroi. Ce raccordement bout à bout ne peut se faire bien entendu que pour le tube interne, dans une zone où celui-ci n'est pas protégé par le tube périphérique. Ces portions de tube simple intercalées entre deux portions de tube à double paroi doivent être disposées dans le générateur de vapeur de façon à ne pas venir en contact avec le sodium liquide.
  • On prévoit pour cela des chambres annulaires disposées à l'extérieur de l'enveloppe du générateur de vapeur, dans lesquelles passent les portions de tubes internes permettant le raccord des tubes à double paroi, par des traversées étanches dans l'enveloppe du générateur de vapeur.
  • Un tel dispositif est complexe et demande des opérations de fabrication particulières difficiles à mettre en ceuvre.
  • Le but de l'invention est donc de proposer un générateur de vapeur pour un réacteur nucléaire refroidi par du métal liquide comportant une enveloppe de forme générale cylindrique disposée avec son axe vertical, renfermant un faisceau de tubes à double paroi constitués chacun par deux tubes coaxiaux dont le tube interne communique à l'une de ses extrémités avec un dispositif de distribution d'eau ou collecteur et à son autre extrémité avec un collecteur de vapeur et le tube externe est en contact par sa paroi externe avec le métal liquide circulant de bas en haut dans l'enveloppe du générateur de vapeur, les tubes étant sensiblement droits et dirigés suivant la direction axiale de l'enveloppe du générateur de vapeur, ce générateur de vapeur ne comportant pas de plaque tubulaire double ni de chambre de raccordement des tubes à l'extérieur de son enveloppe et permettant une détection très sensible et très sûre des fuites éventuelles des tubes à double paroi tout en étant d'une conception permettant une construction simplifiée et relativement peu coûteuse.
  • Dans ce but, lesdits tubes du faisceau sont formés chacun d'au moins deux tronçons successifs dans la direction axiale comportant chacun:
    • - un tronçon du tube externe soudé à l'une de ses extrémités au moins à la paroi d'une chambre collectrice de fuite disposée entièrement à l'intérieur de l'enveloppe du générateur de vapeur en une zone éloignée de ses extrémités, traversant cette paroi et n'étant pas relié au tube externe du tronçon adjacent soudé à la même chambre collectrice,
    • - et un tronçon du tube interne soudé au tube interne du tronçon adjacent, la soudure de raccord étant placée à l'intérieur de la chambre collectrice, l'espace de fuite de faible largeur entre les parois en vis-à-vis des tubes interne et externe d'un tronçon de tube quelconque étant uniquement en communication avec l'espace intérieur de ladite chambre collectrice.
  • Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un générateur de vapeur suivant l'invention associé à un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par du sodium liquide.
    • La figure 1 représente, dans une vue en coupe par un plan vertical, un générateur de vapeur suivant l'invention.
    • La figure 2 représente une vue très agrandie des zones de raccord des tubes du faisceau avec les plaques tubulaires et avec la chambre collectrice de fuite du générateur représenté à la figure 1.
    • La figure 3 représente une première variante de réalisation d'un collecteur d'un générateur suivant l'invention.
    • La figure 4 représente, dans une vue très agrandie, le détail A de la figure 3.
    • La figure 5 représente une seconde variante de réalisation d'un collecteur d'un générateur de vapeur suivant l'invention.
    • La figure 6 représente le détail B de la figure 5, très agrandi.
  • Sur la figure 1, on voit l'enveloppe du générateur de vapeur 1 constituée par une enveloppe de faisceau la cylindrique sur la plus grande hauteur du générateur de vapeur et par deux zones élargies, également de forme cylindrique 2 et 3 à chacune des extrémités du faisceau. L'enveloppe 1 comporte également une zone centrale élargie 4 de forme torique.
  • La zone élargie supérieure 3 communique avec l'entrée de sodium 5 dans le générateur de vapeur et la zone élargie inférieure 2 communique avec la sortie de sodium 6. Entre ces deux extrémités, le sodium circule de haut en bas en contact avec les tubes du faisceau 10 disposés à l'intérieur de l'enveloppe de faisceau la sur toute la hauteur de l'enveloppe du générateur de vapeur.
  • A sa partie inférieure, l'enveloppe 1 est reliée à une plaque tubulaire 11 solidaire d'un collecteur d'eau 12 alimenté en eau par une tubulure 13.
  • A sa partie supérieure, l'enveloppe 1 est reliée à une plaque tubulaire 14 solidaire d'un collecteur de vapeur 15 comportant une tubulure de sortie 16.
  • Les collecteurs d'eau 12 et de vapeur 15 sont de forme hémisphérique.
  • Les plaques tubulaires 11 et 14 sont traversées par les tubes du faisceau 10 à l'intérieur desquels circule l'eau alimentaire apportée par la tubulure 13 du collecteur d'eau 12, cette eau alimentaire se vaporisant progressivement au cours de sa circulation de bas en haut à l'intérieur des tubes du faisceau en contact thermique avec le sodium chaud arrivant dans le générateur de vapeur par la tubulure d'entrée de sodium 5.
  • Le faisceau de très grande hauteur est constitué par des tubes sensiblement droits et parallèles dont l'espacement est maintenu par des plaques entretoises telles que 18 et 19. A chacune des extrémités du faisceau à l'intérieur des zones élargies 2 et 3 sont disposés des écrans thermiques 21 et 22 respectivement protégeant les plaques tubulaires contre le flux thermique provenant du sodium.
    • A la partie centrale du faisceau 10 est disposée une chambre de détection de fuite 25 dont la structure sera décrite plus en détail en se référant à la figure 2. Le volume interne de cette chambre collectrice et détectrice de fuite est relié par un tube 26 traversant l'enveloppe 1 au niveau de l'élargissement torique 4 à un appareil de mesure de pression.
  • En se reportant à la figure 2, on voit que les tubes 20 du faisceau sont à double paroi et constitués par deux tronçons 20a et 20b successifs reliés au niveau de la chambre collectrice de fuite 25.
  • Le tronçon supérieur 20a du tube 20 est lui- même constitué par un tube externe 27a et un tube interne 28a coaxiaux et enfilés l'un sur l'autre avec un très faible jeu, sans liaison métallurgique entre la surface interne du tube 27a et la surface externe du tube 28a. Un espace de très faible largeur existe donc entre les tubes sur toute la longueur du tronçon 20a.
  • La surface interne du tube 27a est également usinée pour y constituer des rainures longitudinales permettant une mise en pression de gaz de l'espace compris entre les deux tubes.
  • Le tronçon inférieur 20b du tube 20 est également constitué par un tube externe 27b et un tube interne 28b identiques respectivement aux tubes 27a et 28a.
  • Le tronçon supérieur 20a du tube traverse la plaque tubulaire 14 à sa partie supérieure de façon que le tube intérieur 28a débouche dans le collecteur de vapeur 15. Une soudure 29 à l'intérieur du collecteur 15, sur la face de sortie de la plaque tubulaire 14, permet de fermer de façon hermétique l'espace entre les tubes 27a et 28a.
  • De la même façon, le tronçon inférieur 20b du tube traverse à sa partie inférieure la plaque tubulaire 11, de façon que le tube intérieur 28b débouche dans le collecteur d'eau 12. Une soudure 30 sur la face d'entrée de la plaque tubulaire 11 permet de fermer hermétiquement l'espace de fuite entre les tubes 28b et 27b.
  • Les tubes extérieurs 20a et 20b sont également fixés par des soudures sur les autres faces des plaques tubulaires 11 et 14.
  • La chambre collectrice de fuite 25 est constituée par deux plaques circulaires 25a et 25b comportant un bord torique suivant lequel on les raccorde par une soudure 32.
  • Chacune des demi-parois 25a et 25b comporte un grand nombre de traversées de tube telles que 34a et 34b permettant le passage des tronçons 20a et 20b du tube 20 respectivement.
  • On voit que le tube externe du tube à double paroi est fixé par soudure sur chacune des traversées 34.
  • A l'intérieur de la chambre collectrice de fuite 25, les deux tronçons 28a et 28b du tube interne sont raccordés par une soudure 35. En revanche, les deux tronçons du tube externe 27a et 27b ne sont pas raccordés et débouchent simplement dans le volume intérieur de la boite collectrice de fuite 25, de part et d'autre de la soudure de raccord 35 entre les deux tronçons du tube interne 28.
  • Tous les espaces entre les tubes internes et externes des tubes à double paroi 20, sont en communication avec le volume interne de cette chambre collectrice de fuite.
  • La chambre collectrice de fuite 25 est disposée entièrement à l'intérieur de l'enveloppe 1 du générateur de vapeur, au niveau de l'élargissement torique 4. Cette chambre collectrice 25 n'est fixée à l'intérieur du générateur de vapeur que par les tubes à double paroi 20 sur lesquels elle est soudée.
  • Le volume intérieur de la chambre 25 et l'ensemble des espaces entre les deux parois des tubes 20 sont remplis par de l'hélium à une pression intermédiaire entre la pression du sodium en circulation dans le générateur de vapeur en contact avec la paroi externe des tubes 20 et l'eau ou la vapeur en circulation à l'intérieur des tubes 28.
  • Dans le cas d'une fuite provoquée par une fissuration d'un des tubes 27 ou 28 constituant les tubes double paroi 20, il se produit donc une élévation de pression ou une chute de pression dans le volume interne de la boite collectrice 25 qui peut être enregistrée par le dispositif manométrique relié au tube 26, à l'extérieur de l'enveloppe 1. Toute fuite à travers l'un des tubes 27 ou 28 des tubes à double paroi 20 est donc ainsi détectée.
  • Sur les figures 3 et 4, on a représenté une variante de réalisation du collecteur d'eau ou de vapeur 15 représenté à la figure 1.
  • Ce collecteur de vapeur est constitué par une plaque tubulaire 44 dont la face interne à une forme sphérique concave et une enveloppe en forme de portion de sphère 45 venant se raccorder par une soudure 46 à la plaque tubulaire 44.
  • A sa partie supérieure, l'enveloppe sphérique 45 est reliée à une tubulure de sortie de vapeur 47. La plaque tubulaire 44 est reliée à la zone élargie 43 de l'enveloppe du générateur correspondant à la partie élargie 2 ou 3 représentée à la figure 1.
  • Sur la figure 4, on voit que le tube extérieur 27 d'un tube à double paroi 20 est soudé à la face côté sodium 48 et à l'intérieur du trou de passage 49 traversant la plaque tubulaire 44, cependant que le tube intérieur 28 est soudé à l'intérieur du tube extérieur 27, ce qui assure sa fixation et la fermeture de l'espace de fuite entre les deux tubes 27 et 28.
  • Sur les figures 5 et 6, on voit une seconde variante de réalisation des collecteurs d'eau ou de vapeur, le collecteur étant constitué, dans cette variante, par une enveloppe sphérique de grande épaisseur 50 totalement séparée de l'enveloppe 1 du générateur de vapeur. L'enveloppe 1 est soudée à sa partie supérieure ou inférieure à une plaque tubulaire 52 permettant la traversée des tubes à double paroi 20 pour leur passage à l'extérieur du générateur de vapeur.
  • Sur la figure 6, on voit que le tube extérieur 27 est fixé par soudure sur la face d'entrée de la plaque tubulaire 52 et que les tubes externe 27 et interne 28 sont fixés l'un à l'autre par une soudure 53 qui permet également la fermeture de l'espace de fuite entre les tubes 27 et 28, la soudure 53 étant à l'extérieur de l'enveloppe du générateur de vapeur.
  • Seuls les tubes internes 28 sont reliés au collecteur 50.
  • On voit que les principaux avantages du dispositif suivant l'invention sont de permettre une détection de fuite des tubes à double paroi grâce à un dispositif simple, distinct et éloigné des plaques tubulaires des collecteurs d'eau et de vapeur du générateur de vapeur. On ne se trouve donc pas en présence d'une concentration de soudure importante dans la zone des plaques tubulaires.
  • D'autre part, les chambres de détection de fuite permettent le raccord des tronçons successifs du faisceau tubulaire, à l'intérieur de l'enveloppe du générateur de vapeur mais dans une zone isolée du sodium liquide.
  • La structure d'ensemble du générateur de vapeur est extrêmement simple puisque celui-ci ne comporte que des tubes droits constitués par des tronçons successifs dont le raccord se fait à l'intérieur de la chambre de détection de fuite. Cette chambre de détection de fuite fait d'ailleurs partie pratiquement de la structure du faisceau et ne comporte aucune liaison avec l'enveloppe du générateur de vapeur.
  • Il est possible de choisir pour les tubes interne et externe des tubes à double paroi des nuances d'acier différentes, dont l'une présentant une bonne résistance au sodium liquide et l'autre une résistance accrue à l'eau à haute température ou à la vapeur. On choisira par exemple un acier inoxydable austénitique pour constituer le tube externe et un acier inoxydable ferritique pour constituer le tube interne. Ces ceux nuances d'acier doivent bien entendu avoir des coefficients de dilatation pas trop éloignés pour la zone de température de fonctionnement du générateur de vapeur.
  • On pourra également choisir des nuances d'acier différentes pour constituer les tronçons 28a et 28b du tube intérieur, en choisissant une nuance adaptée à la vapeur pour le tronçon supérieur 28a et une nuance adaptée à l'eau pour la partie 28b.
  • Mais l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits; elle en comporte au contraire toutes les variantes.
  • C'est ainsi que le faisceau peut être constitué par plus de deux tronçons successifs. Par exemple, dans le cas d'un faisceau constitué par trois tronçons successifs, les tubes du tronçon central seront reliés à chacune de leurs extrémités à une chambre collectrice de fuite.
  • De manière générale, dans le cas de n tronçons successifs, on utilisera n -1 chambres collectrices de fuite disposées à l'intérieur de l'enveloppe du générateur de vapeur.
  • A chacune de ces chambres collectrices de fuite sera associé un dispositif manométrique permettant la surveillance des tronçons de tube correspondants. On pourra ainsi avoir des données redondantes pour certains tronçons reliés à deux chambres successives par chacune de leurs extrémités.
  • Dans le cas de plusieurs tronçons successifs, comme il a été décrit plus haut, les nuances d'acier choisies pour la constitution des tubes peuvent être différentes.
  • La forme et la disposition des chambres collectrices de fuite peuvent être différentes de ce qui a été décrit. Dans l'exemple de réalisation, on a prévu une partie élargie torique de l'enveloppe pour permettre la circulation du sodium autour de la chambre collectrice de fuite. La circulation du sodium au niveau de la face supérieure de cette chambre collectrice de fuite devient radiale, ce qui est favorable puisque le balayage de la face supérieure de la chambre de détection de fuite évite tout dépôt d'impuretés.
  • D'autre part, la portion torique élargie 4 de l'enveloppe permet des déformations longitudinales de celle-ci permettant d'absorber les dilatations thermiques différentielles. Ceci est particulièrement important dans le cas de structures de très grande hauteur nécessaires pour la constitution de générateurs de grande puissance.
  • Cependant, la ou les chambres collectrices de fuite et l'enveloppe peuvent avoir des formes différentes de celles qui ont été décrites.
  • Les collecteurs d'eau et de vapeur peuvent avoir une forme non seulement sphérique mais encore torique ou cylindrique, lorsqu'ils sont totalement indépendants de l'enveloppe (1 ) du générateur de vapeur et disposés comme représenté à la figure 5.
  • Enfin, le générateur de vapeur suivant l'invention peut être associé à tous les réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis par un métal liquide qu'ils soient du type semi-intégré ou à boucles.

Claims (9)

1. Générateur de vapeur pour un réacteur nucléaire refroidi par du métal liquide comportant une enveloppe (1 ) de forme générale cylindrique, disposée avec son axe vertical, renfermant un faisceau (10) de tubes (20) à double paroi constitués chacun par deux tubes coaxiaux (27, 28) dont le tube interne (28), communique à l'une de ses extrémités avec un collecteur d'eau (12) et à son autre extrémité avec un collecteur de vapeur (15) et le tube externe (27) est en contact par sa paroi externe avec le métal liquide circulant de haut en bas dans l'enveloppe (1 ) du générateur de vapeur, les tubes (20) étant sensiblement droits et dirigés suivant la direction axiale de l'enveloppe (1 ) du générateur, caractérisé par le fait que lesdits tubes du faisceau (10) sont formés chacun d'au moins deux tronçons successifs (20a et 20b) dans la direction axiale comportant chacun:
- un tronçon (27a ou 27b) du tube externe soudé à l'une de ses extrémités au moins à la paroi d'une chambre collectrice de fuite (25) disposée entièrement à l'intérieur de l'enveloppe (1 ) du générateur de vapeur en une zone éloignée de ses extrémités, traversant cette paroi et n'étant pas relié au tube externe du tronçon adjacent (27a ou 27b) soudé à la même chambre collectrice (25).
- et un tronçon (28a ou 28b) du tube interne soudé au tube interne du tronçon adjacent (28a ou 28b), la soudure de raccord (35) étant placée à l'intérieur de la chambre collectrice (25), l'espace de fuite de faible largeur entre les parois en vis-à-vis des tubes interne et externe (27 et 28) d'un tronçon (20a ou 20b) de tube quelconque étant uniquement en communication avec l'espace intérieur de ladite chambre collectrice (25).
2. Générateur de vapeur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la chambre collectrice de fuite (25) est reliée uniquement aux tubes (20) du faisceau (10) et ne comporte aucun point de contact avec l'enveloppe (1 ) du générateur de vapeur.
3. Générateur de vapeur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'enveloppe (1 ) comporte dans au moins une zone éloignée de ses extrémités, au moins un élargissement (4) à l'intérieur duquel est disposée une desdites chambres collectrices (25).
4. Générateur de vapeur suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que les tubes internes (28) d'une part et les tubes externes (27) d'autre part constituant les tubes à double paroi sont en des nuances d'acier différentes.
5. Générateur de vapeur suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que les tronçons (28a, 28b) successifs constituant le tube interne (28) des tubes à double paroi (20) sont constitués par des nuances d'acier différentes.
6. Générateur de vapeur suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé par le fait que l'un au moins des collecteurs d'eau et de vapeur (45) est constitué par une plaque tubulaire (44) fermant une des extrémités du générateur de vapeur et par une paroi complémentaire (45).
7. Générateur de vapeur suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé par le fait que l'un au moins des collecteurs d'eau et de vapeur (50) est totalement indépendant de l'enveloppe (1 ) du générateur de vapeur et que seuls les tubes internes (28) des tubes à double paroi sont reliés à ce collecteur (50).
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