WO2002047794A1 - Procede et dispositif de decolmatage d'un filtre - Google Patents

Procede et dispositif de decolmatage d'un filtre Download PDF

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WO2002047794A1
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for unclogging a filter of an installation for manufacturing uranium oxide from uranium hexafluoride.
  • uranium oxide Installations for the manufacture of uranium oxide are known, implementing a method for the dry production of uranium oxide from uranium hexafluoride gaseous UF 6 originating from an isotope enrichment installation.
  • radioactive uranium used as nuclear fuel.
  • Such installations implementing the process for the manufacture of uranium oxide from uranium hexafluoride, called the dry conversion process include, in an industrial embodiment which constitutes the most satisfactory current form and the most widespread, a reactor having a general vertical arrangement into which uranium hexafluoride UF 6 , steam and diluting nitrogen are introduced, at a temperature of 200 ° C to 300 ° C , and the conversion of uranium hexafluoride UF 6 into uranium oxyfluoride UO 2 F 2 is carried out according to the hydrolysis reaction:
  • the uranium oxyfluoride UO 2 F 2 falls and is deposited in the bottom of the reactor where it is taken up by an endless screw ensuring its transfer to the inlet of a rotary furnace in which the conversion of the oxyfluoride is carried out of uranium UO 2 F2 into uranium oxides UO 2 + X , that is to say of uranium oxide UO 2 with an overstoichiometric composition, the O / U ratio of the oxide varying between 2.03 and 2.66, according to the conditions for carrying out the conversion in the rotary kiln.
  • HF hydrofluoric acid is evacuated through the upper part of the uranium hexafluoride conversion reactor, through filtration units which retain the uranium oxyfluoride powder
  • gases such as N 2 and H 2 0 sucked into the upper part of the conversion reactor.
  • At least two filtration units or blocks are generally used, placed at the top of the reactor through which the gases containing hydrofluoric acid are discharged.
  • Each of the filtration units includes a manifold, or gas evacuation cylinder head, communicating by a pipe, outside the conversion reactor, with an installation allowing the switching of gases to an emergency filter located outside. from the reactor downstream from the gas switching installation, located in a hot box, and to a hydrofluoric acid recovery unit.
  • the filtration units comprise, inside the conversion reactor, a set of filters, or filter cartridges, each comprising a filter wall of generally cylindrical shape disposed in the upper part of the conversion reactor with its vertical axis.
  • the filters, or filter cartridges of each of the filtration units rest and are fixed, by means of an upper flange, on a plate of the filtration unit arranged horizontally and ensuring the separation between the manifold or cylinder head of the 'filtration unit and the interior volume of the reactor in which the chemical reaction of formation of uranium oxyfluoride takes place.
  • the gases, more or less loaded with pulverulent uranium oxyfluoride come into contact with the outer surface of the filter cartridges and after separation of the pulverulent uranium oxyfluoride, pass through the wall of the filter cartridge to reach the cylinder head of the 'filtration unit.
  • the pulverulent uranium oxyfluoride stopped by the external wall of the filtration unit can fall by gravity into the bottom of the reactor where it is taken up by the pulverulent transfer worm.
  • the tubular filter walls of the filter cartridges which are generally formed by compressed and sintered particles or fibers, have pores for the passage of gases containing hydrofluoric acid, the size of which is smaller than the size of the oxyfluoride particles.
  • uranium so as to stop all solid particles that can be transported by gases.
  • Part of the powdered uranium oxyfluoride particles are deposited on the external surface of the tubular wall of the cartridge, so that the filters gradually clog up during the operation of the installation.
  • the passage of hydrofluoric acid and the mixed gases through the wall of the filters occurs with an increased pressure drop incompatible with continuous operation of the installation.
  • This unclogging is achieved by injecting, inside the filter cartridges, against the current with respect to the direction of circulation of gases containing hydrofluoric acid, a neutral unclogging gas such as nitrogen.
  • the unclogging nitrogen must be sent to the filter cartridges with an overpressure of the order of 2.5 bar and at a temperature of the order of 130 ° C., the temperature in the conversion reactor being of the order of 300 ° C and the temperature of the gases leaving the reactor, of the order of 200 ° C to 300 ° C.
  • the unclogging nitrogen which is contained in a storage flask is sent to the filtration units, by means of the gas routing installation situated above the conversion reactor.
  • This gas switching installation is placed inside a heating box, the interior temperature of which is of the order of 150 ° C.
  • valves Inside the heating box are arranged valves, in particular three-way valves allowing on the one hand to pass the gases containing hydrofluoric acid towards the back-up filter and the recovery installation, during the phases normal operation of the filtration unit and on the other hand to pass the unclogging nitrogen in the opposite direction of the gas circulation, during the unclogging phases.
  • valves withstand high temperatures and, because they operate at their upper temperature limit, their use and maintenance are complex and expensive.
  • each of the filtration units comprises eight filter cartridges which are distributed in the plane of the horizontal support plate for the filters separating the cylinder head for recovering hydrofluoric acid from the interior volume of the reactor.
  • the injection of unclogging nitrogen into the cylinder head is carried out by the evacuation pipe for gases containing hydrofluoric acid, in an area located at the central part of the cylinder head, that is to say at the plumb with the central part of the filter support plate. It follows that the jet of unclogging nitrogen which is directed towards the central part of the plate and towards the filters carried by this central part achieves a preferential unclogging of the filters located at the central part. These filters are perfectly unclogged while the filters located towards the periphery of the support plate of the filtration unit are not sufficiently unclogged. These filters clog up, so that the pressure increases and the operation of the conversion installation is disturbed, the gases preferably passing through the filters located in the central part which are effectively cleaned.
  • the object of the invention is therefore to propose a method for unclogging at least one filter of a plant for the manufacture of uranium oxide from uranium hexafluoride, comprising a reactor into which l is injected.
  • uranium hexafluoride UF 6 gaseous and water vapor
  • Uranium oxyfluoride UO2F2 in powder form and hydrofluoric acid HF are formed, the uranium oxyfluoride U0 is separated 2 F 2 entrained by gases containing gaseous hydrofluoric acid HF at the outlet of the reactor, in at least one filtration unit arranged on an outlet part of the reactor, comprising at least one filter having a filtration wall of tubular shape, arranged with its vertical axis and hydrofluoric acid is discharged outside the reactor, the unclogging of the filter consists in separating, from the wall of the filter, uranium oxyfluoride particles deposited, by a stream of neutral gas such as nitrogen injected into the
  • the neutral gas is injected along the axis of the wall of the filter in the form of a jet at a speed greater than 300 m / s, for a duration less than one second.
  • FIG. 1 is an overall view in elevation and in vertical section of an installation for manufacturing uranium oxide by the dry conversion process.
  • Figure 2 is a partial vertical sectional view of a filtration unit of the reactor for converting uranium hexafluoride to uranium oxyfluoride.
  • Figure 3 is a top view along 3-3 of Figure 2, of the support plate of the filter cartridges of the filtration unit.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the means for routing and circulating gas, allowing the entry and exit of gas in the upper part of the conversion reactor, in the case of a reactor comprising an unclogging device according to the prior art.
  • Figure 5 is a vertical sectional view of a filtration unit of a uranium hexafluoride conversion reactor comprising a unclogging device according to the invention.
  • Figure 6 is a detail view of part of Figure 5 showing the unclogging device for the implementation of the method according to the invention.
  • Figures 7, 8 and 9 are plan views of three different embodiments of the unclogging device according to the invention.
  • FIG. 1 we see an installation for the manufacture of uranium oxide generally designated by the reference numeral 1 and comprising a reactor 2 for converting uranium hexafluoride into uranium oxyfluoride and a rotary kiln 3 conversion of uranium oxyfluoride to uranium oxide.
  • the reactor 2 consists of an enclosure generally placed in a vertical arrangement, into which opens a pipe 5 for injecting the reactive gases UF ⁇ and H 2 0 and a dilution gas which may be a neutral gas such as nitrogen, inside the reactor 2 enclosure.
  • each of the filtration units 8 comprises eight filter cartridges such as 10 comprising a tubular filter wall arranged with its vertical axis inside the reactor 2, in the outlet part of the reactor. As can be seen in particular in FIGS.
  • the filter cartridges 10 of each of the filtration units 8 are fixed to a horizontal plate 9 of the filtration unit which is crossed by openings for the passage of the filter cartridges 10 and which separates a manifold or cylinder head 1 from the filtration unit into which the recovery pipe 7 opens, from the interior volume of the reactor 2.
  • Each of the filter cartridges 10 or filter of the filtration unit 8 is tightly fixed on the upper surface of the plate 9, by means of a fixing flange.
  • Each of the filtration cartridges 10 is closed at its end disposed inside the reactor 2 and open at its opposite end opening into the cylinder head 11 of the filtration unit.
  • the gas flow must pass through the filtering wall of the filter cartridges 10 in order to pass from the enclosure of the reactor 2 to the cylinder 11 communicating with the pipe 7 for recovering the gases.
  • the gas stream 13 which passes through the filtration wall 12 of the filter cartridge is separated from the uranium oxyfluoride powder which cannot pass through the pores of the wall 12.
  • Part of the uranium oxyfluoride powder is however deposited on the wall 12 of the filter cartridge 10, so that the filter cartridge gradually becomes clogged during operation of the reactor.
  • Figure 4 there is shown schematically, in the case of an installation according to the prior art, on the one hand, the means of supplying the reactor 2 with reactive gas and dilution gas as well as the means for evacuating the gases formed or present in the reactor 2 and, on the other hand, the means making it possible to unclog the filter cartridges 10 from the filtration units 8 of the reactor 2.
  • the reactor 2 comprises two filtration units 8, each of the units itself comprising eight filtration cartridges distributed along the cross section of the filtration unit, as can be seen in FIG. 3 showing the distribution of the support parts and of fixing the filter cartridges to the fixing plate 9 of the filter cartridges of a filtration unit 8.
  • the plate 9, of substantially square shape, has eight openings for the passage of a filter cartridge around each of which a filter cartridge comes to rest via a flange 14 fixed at its upper end.
  • the eight passage openings of the eight filter cartridges are arranged on the plate 9, in a central row comprising two cartridges, the axes of which are arranged in a median plane of the plate 9 and two external rows arranged on either side of the central row comprising three cartridges, the axes of which are placed in two planes parallel to the median plane containing the axes of the central row.
  • the plate 9 ensures the closing of the cylinder head 11 of the filtration unit, at its lower part, and the gas recovery pipe 7 is arranged along the vertical axis of the filtration unit and thus leads to the plumb with the central part of the plate 9, between the through parts of the two filter cartridges arranged in the central row.
  • FIG. 4 shows the upper part of the reactor 9 for converting hexafluoride to uranium oxyfluoride as well as means for removing gases and means for unclogging the filters of the filtration units, produced according to prior art.
  • filtration units 8 placed in parallel and each comprising a pipe 7 for discharging gas containing hydrofluoric acid outside the reactor 2.
  • a heating box 15 comprising an insulating wall and a heating resistor 16 making it possible to maintain the temperature inside the box around 150 ° C.
  • two three-way valves 17 are arranged which are each connected by a first channel 17a and a pipe 17 'to the discharge pipe 7 of a filtration unit 8, opening into the cylinder head 11 from the filtration unit and via a second channel 17b and a pipe 17 ", to a pipe 19 for discharging the gases towards the auxiliary filter 18.
  • the third channel 17c of the three-way valves 17 is connected via a line 21 on which is placed an isolation valve 21 'to a balloon 20 containing nitrogen under pressure which can be used to carry out the unclogging the filters 10 of the filtration units 8 by the process according to the prior art which will be described briefly below.
  • the flask 20 contains nitrogen at a pressure of 2.5 bars heated to 130 ° C. by a heating resistor 22.
  • uranium hexafluoride UFs, steam and dilution nitrogen are introduced into the interior of the reactor 2.
  • Uranium oxyfluoride U0 2 F 2 and hydrofluoric acid HF are formed inside the reactor 2, which is evacuated via the pipes 7 at the outlet of the two filtration units 8 which are connected to the valves three-way 17 controlled by the control circuit 23.
  • the valves 17 are then controlled so that the acid gas passes through the first and second ways of the three-way valves to be sent to the auxiliary filter 18 and then recovered.
  • the unclogging process according to the prior art which can be implemented using the installation shown in FIG. 4 is a so-called "off one" process, that is to say a process in which the circuit 1 is switched off. 'filtration unit on which unclogging is carried out.
  • the three-way valve 17 of the filtration unit is controlled on which the unclogging is carried out in order to put the third and first ways of the three-way valve 17 into communication. Therefore, the gases produced in the reactor 2 can no longer be evacuated by the filtration unit 8 on which unclogging is carried out and the corresponding evacuation pipe 7.
  • the unclogging is carried out by opening the isolation valve 21 'of the nitrogen supply line, so as to send a jet of unclogging nitrogen under pressure at a temperature of 130 ° C., in the connecting line. 17 'and in the discharge pipe 7 of the filtration unit 8 on which the unclogging is carried out.
  • the unclogging nitrogen is injected into the cylinder head 1 1 of the filtration unit, directly above the filter cartridges 10 located at the central part of the plate 9 of the filtration unit.
  • the two the central filter cartridges of the filtration unit can be unclogged effectively, while the six most distant cartridges are only partially unclogged.
  • the second filtration unit which remains in operation during unclogging must evacuate not only all of the gases produced in reactor 2 but also the additional flow of unclogging nitrogen injected into the first unit, which causes an overpressure. general in the reactor.
  • the known method of the prior art therefore has reduced efficiency with regard to unclogging the filters remote from the central part of the filtration unit.
  • performing "off Une" unclogging on a filtration unit requires abnormal operation of the second filtration unit and the corresponding circuit for removing gases containing hydrofluoric acid.
  • a new unclogging process is proposed which allows the filtration unit on which the unclogging is carried out to be kept in operation during unclogging.
  • Such a process is called the "on One" process.
  • FIGS. 5 and 6 show a filtration unit of a reactor for converting uranium hexafluoride into uranium oxyfluoride equipped with an unclogging device making it possible to implement the method according to the invention.
  • the filtration units 8 of the installation shown in FIGS. 5 and 6 are produced in the same way as the filtration units described with reference to FIGS. 2 and 3.
  • These filtration units each include eight filters or filter cartridges 10 supported by a plate 9 crossed by openings for the passage of the filter cartridges, the plate 9 separating the cylinder head or manifold 11 from the filtration unit into which the gas recovery pipe opens out from the interior of the reactor 2 into which the filter cartridges are introduced 10.
  • unclogging is carried out by one or more successive very short jets of unclogging nitrogen sent along the axis of each of the filter cartridges 10, at a sonic speed.
  • the unclogging nitrogen injection is carried out by maintaining the filtration unit on which the unclogging is carried out in operation, that is to say by maintaining the passage of hydrofluoric acid and of the gases in mixture through the 'filtration unit for their evacuation through line 7 connected to the cylinder head 11 of the filtration unit.
  • the cylinder head 11 of a filtration unit 8 comprises a cylinder wall 25 which is fixed, in a parallel arrangement, above the plate 9 separating the cylinder head 11 from the interior volume of the reactor 2, by means of a flange 25 'resting on the plate 9.
  • Screw and nut assemblies 26 make it possible to fix and tighten one against the other the flange 25' of the wall 25 of the cylinder head, a peripheral part of the support plate 9 filters 10 and a flange 2 ′ secured to the upper part of the wall of the reactor 2. Seals are inserted between the flanges tight against each other on either side of the plate 9.
  • the wall 25 of the plate 11 carries a set of eight nozzles 28 for unclogging nitrogen injection, each along the axis 10 ′ of a filter cartridge 10.
  • Each of the nozzles 28 can be connected by a line 27 to a solenoid valve of a set electrovalves 24 for unclogging nitrogen distribution fixed on a support above the filtration units 8.
  • Each of the nozzles 28 for unclogging nitrogen injection is associated with a filter cartridge 10 and placed so that the axis of the nozzle 28 is directed along the axis 10 'of the filter cartridge, the injection end of the nozzle 28 located slightly above the upper surface of a flange 29 for supporting and fixing the filter cartridge 0 on the upper surface of the plate 9 of the cylinder head 11.
  • the duct of the nozzle 28 may be cylindrical or of convergent-diverging shape; the nozzle can be placed in the manifold 11, immediately upstream and in a coaxial arrangement with respect to an opening 30 passing through the flange 29 for supporting the filter cartridge 10 constituting a venturi, that is to say a convergent duct divergent ensuring an additional acceleration of a jet of unclogging nitrogen sent under pressure into the nozzle 28 for a very short period. Unclogging is thus carried out by a pulse jet at sonic speed, that is to say at a speed substantially equal to or slightly greater than the speed of sound.
  • the nozzle can be introduced into the interior of the filter cartridge and disposed in a central region halfway along the filter cartridge. This ensures the penetration of the cleaning gas jet into the filter cartridge.
  • the different variants of the unclogging nozzle supply system can supply the unclogging nozzles in a group or individually.
  • the unclogging nozzles which are individual nozzles for each of the filter cartridges can therefore be supplied simultaneously or successively depending on the supply system chosen.
  • Typical conditions for producing and operating a means for unclogging a filter cartridge constituted by a nozzle 28 and a venturi 30 will be given below.
  • the diameter of the neck of the nozzle can be of the order of 10 mm.
  • the opening angle of the divergent can be between 5 and 15 ° and for example of the order of 10 °.
  • the unclogging frequency is adjusted according to the increase in pressure drop of the reactor and the duration of opening of the unclogging valve 24 connected to the nozzle 28 by the conduit 27 can be from 0.1 seconds to 0.5 seconds, for example 0.14 seconds or 0.2 seconds.
  • the overpressure of the unclogging nitrogen in the nitrogen storage tank is from 2 to 10 bars, and preferably about 6 bars.
  • the volume of nitrogen injected at each unclogging is 10 liters, for a duration of 0.14 seconds, and 15 liters for 0.2 seconds duration. It should be noted that the volumes of declogging nitrogen injected during each of the pulsed jet unclogging operations are substantially less than the volume injected during a unclogging operation according to the prior art.
  • the nozzle is made so that the speed of the gas jet injected at the outlet of the venturi 30 is greater than 330 m / s, which locates the jet in the region of sonic speeds.
  • the characteristic parameters of the pulsed jet namely its speed and duration, may be different from the values given above.
  • the speed of the unclogging jet at the inlet of the filtration cartridge will be greater than 300 m / s and the duration of the injection of the jet at sonic speed will be less than 1 second.
  • an installation comprising means for discharging hydrofluoric acid in mixture with water vapor, hydrogen and nitrogen.
  • dilution and unclogging nitrogen distribution means which are simpler than those which have been described in the case of the prior art, with reference to FIG. 4.
  • FIG. 7 a set of means for distributing declogging nitrogen is shown in the nozzles 28 of a declogging installation according to the invention as described above with reference to FIGS. 5 and 6 .
  • the nitrogen distribution means shown in FIG. 7 are made so that nitrogen can be sent successively to each of the nozzles 28 for successive unclogging of each of the filter cartridges 10 of each of the filtration units of the installation.
  • the means for distributing nitrogen in the nozzles 28 comprise a reserve of nitrogen 31 constituted by a large diameter heat-insulating duct.
  • the nitrogen reserve 31 with a capacity of 20 to 30 liters contains nitrogen under a pressure which can be between 2 and 10 bars and which is for example 6 bars and at a temperature of the order of 130 ° C.
  • sixteen solenoid valves 24 are used, each associated with one of the sixteen nozzles for unclogging the filters of the two filtration units.
  • Each of the electro- valves 24 is connected to the nitrogen reserve 31, by a pipe 33 on which is disposed a manual shut-off valve 34 possibly making it possible to isolate one or more valves from the nitrogen reserve.
  • the solenoid valves 24 can be controlled in sequence, automatically, to supply unclogging nitrogen to each of the. nozzles 28 successively, for a determined duration of, for example, between 0.1 and 0.5 seconds.
  • a single solenoid valve 36 (or 36 '), connected to the nitrogen reserve 31 by a line 37 on which is disposed a manual shut-off valve 37a , ensures the supply of nitrogen to a manifold 35 (or 35 ′) to which are connected, by hoses 38, the conduits 27 for supplying the eight nozzles 28 for unclogging a filtration unit.
  • the unclogging nozzles 28 of the filters of the two filtration units are supplied with nitrogen from two solenoid valves 36 and 36 'each associated with a filtration unit, which can be controlled successively for their opening ] and the supply of nitrogen to each collectors 35 and 35 ', successively.
  • nitrogen distribution means are shown according to a second alternative embodiment which comprise, for each of the two filtration units, two solenoid valves 36a and 36b (or 36'a and 36'b) each connected to a manifold 35a and 35b (or 35'a and 35'b) to which are connected, by hoses, the conduits 27 of four nozzles 28 of four filters of a filtration unit.
  • the distribution assembly therefore comprises four solenoid valves which can be controlled successively, automatically, to ensure successive unclogging of the filters 10, by set of four filters of a filtration unit.
  • the individual unclogging of each of the filter cartridges is carried out without stopping the evacuation of hydrofluoric acid by the filtration unit.
  • a means for routing the discharged gases such as a three-way valve.
  • this injection ensures a very brief momentary stop of the evacuation of the gases in the filter cartridges, the declogging nitrogen injected creating a shock wave.
  • the gas evacuation resumes immediately after the unclogging gas injection, through the venturi 30 constituting the gas outlets of the filter cartridges 10.
  • the process according to the invention makes it possible to obtain an effective and homogeneous unclogging on each of the filters of the filtration units by a "on One" process, that is to say without interrupting the evacuation outside the reactor, hydrofluoric acid mixed with steam and diluting nitrogen and hydrogen.
  • the invention is not limited to the embodiments which have been described. It is possible to use means for injecting neutral unclogging gas different from those which have been described, to obtain a jet of neutral unclogging gas at sonic or slightly supersonic speed producing a shock wave inside the filter ensuring a very good unclogging by detachment of the particles retained by the wall 12 of the filters.
  • any other neutral gas such as argon can be used to unclog by impulse jet at sonic speed.
  • the invention applies to any installation for producing uranium oxide comprising a reactor for converting uranium hexafluoride into ⁇ oxyfluoride having an outlet part on which are arranged filtration units each comprising one or more filters in parallel.
  • the conversion reactor can comprise any number of filtration units themselves comprising any number of filters.
  • the means for injecting neutral unclogging gas comprise an injection nozzle placed in the axial alignment of each of the filters the plurality of filters.
  • any other type of automatically controlled valve can be used to distribute the unclogging gas in the unclogging nozzles, individually or in a group.
  • the hourly flow rate of the uranium hexafluoride conversion installation has been able to be substantially increased, using a cleaning process according to the invention.
  • the hexafluoride flow rate had to be limited to a hexafluoride flow rate of less than 100 kg / h and generally close to 75 kg / h.

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Abstract

L'installation de production d'oxyde d'uranium comporte un réacteur (2) dans lequel on réalise la conversion d'hexafluorure d'uranium UF6 en oxyfluorure d'uranium UO2F2 qui est obtenu à l'état pulvérulent et on produit de l'acide fluorhydrique gazeux qui est évacué du réacteur (2) à travers la paroi filtrante (12) de forme globalement cylindrique à axe vertical (10') de filtres tubulaires (10) fixés sur la partie supérieur de l'enveloppe du réacteur (2). Les filtres (10) réalisent la séparation de l'oxyfluorure d'uranium pulvérulent et des gaz évacués. On réalise le décolmatage de la paroi (12) des filtres (10), par injection périodique d'un jet de gaz neutre à l'intérieur de la paroi cylindrique tubulaire (12) de chaque filtre (10). On injecte le gaz neutre suivant l'axe (10') de la paroi (12) cylindrique du filtre (10), sous forme d'un jet à une vitesse supérieure à 300 m/s, pendant une durée inférieure à 1 seconde. De préférence, l'injection de gaz neute de décolmatage dans l'enveloppe (12) du filtre (10) est réalisée par une buse (28) disposée dans un collecteur (11) de récuperation des gaz évacués à la sortie des filtres (10) et placée dans l'alignement axial d'un venturi (30) constitue par une ouverture traversant une bride (29) de support et de fixation du filtre (10) sur une platine (9) séparatant le collecteur (11) de récuperation des gaz de l'espace interne du réacteur (2).

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DECOLMATAGE D' UN FILTRE
L'invention concerne un procédé et un dispositif de décolmatage d'un filtre d'une installation de fabrication d'oxyde d'uranium à partir d'hexafluorure d'uranium.
On connaît des installations de fabrication d'oxyde d'uranium mettant en œuvre un procédé de fabrication par voie sèche de l'oxyde d'uranium à partir d'hexafluorure d'uranium UF6 gazeux provenant d'une installation d'enrichissement en isotopes radioactifs de l'uranium utilisé comme combustible nucléaire.
De telles installations mettant en œuvre le procédé de fabrication d'oxyde d'uranium à partir d'hexafluorure d'uranium, appelé procédé de conversion par voie sèche, comportent, dans une forme de réalisation industrielle qui constitue la forme actuelle la plus satisfaisante et la plus répandue, un réacteur ayant une disposition générale verticale dans lequel on introduit de l'hexafluorure d'uranium UF6, de la vapeur d'eau et de l'azote de dilution, à une température de 200°C à 300°C, et on réalise la conversion de l'hexafluorure d'uranium UF6 en oxyfluorure d'uranium UO2F2 suivant la réaction d'hydrolyse :
Figure imgf000002_0001
La conversion de l'hexafluorure d'uranium en oxyfluorure d'uranium par hydrolyse produit de l'acide fluorhydrique HF sous forme gazeuse et l'oxyfluorure d'uranium UO2F2 à l'état pulvérulent.
L'oxyfluorure d'uranium UO2F2 tombe et se dépose dans le fond du réacteur où il est repris par une vis sans fin assurant son transfert à l'entrée d'un four tournant dans lequel on réalise la conversion de l'oxyfluorure d'uranium UO2F2 en oxydes d'uranium UO2+X, c'est-à-dire en oxyde d'uranium UO2 avec une composition surstoechiométrique, le rapport O/U de l'oxyde variant entre 2,03 et 2,66, suivant les conditions de réalisation de la conversion dans le four tournant.
De l'acide fluorhydrique HF est évacué par la partie supérieure du réacteur de conversion de l'hexafluorure d'uranium, à travers des unités de filtration qui assurent une retenue de la poudre d'oxyfluorure d'uranium
UO2F2 entraînée par l'acide fluorhydrique gazeux en mélange avec des gaz tels que N2 et H20 aspirés à la partie supérieure du réacteur de conversion. On utilise généralement au moins deux unités ou blocs de filtration disposées à la partie supérieure du réacteur par laquelle sont évacués les gaz contenant de l'acide fluorhydrique.
Chacune des unités de filtration comporte un collecteur, ou culasse d'évacuation des gaz, communiquant par une conduite, à l'extérieur du réacteur de conversion, avec une installation permettant l'aiguillage des gaz vers un filtre de secours situé à l'extérieur du réacteur en aval de l'installation d'aiguillage des gaz, disposée dans une boîte chaude, et vers une unité de récupération de l'acide fluorhydrique. Les unités de filtration comportent, à l'intérieur du réacteur de conversion, un ensemble de filtres, ou cartouches filtrantes, comportant chacun une paroi filtrante de forme globalement cylindrique disposée dans la partie supérieure du réacteur de conversion avec son axe vertical.
Les filtres, ou cartouches filtrantes de chacune des unités de filtration, reposent et sont fixés, par l'intermédiaire d'une bride supérieure, sur une platine de l'unité de filtration disposée horizontalement et assurant la séparation entre le collecteur ou culasse de l'unité de filtration et le volume intérieur du réacteur dans lequel se déroule la réaction chimique de formation de l'oxyfluorure d'uranium. Les gaz, plus ou moins chargés en oxyfluorure d'uranium pulvérulent, viennent au contact de la surface extérieure des cartouches filtrantes et après séparation de l'oxyfluorure d'uranium pulvérulent, traversent la paroi de la cartouche filtrante pour parvenir dans la culasse de l'unité de filtration. L'oxyfluorure d'uranium pulvérulent arrêté par la paroi extérieure de l'unité de filtration peut retomber par gravité dans le fond du réacteur où il est repris par la vis sans fin de transfert du pulvérulent.
Les parois de filtration de forme tubulaire des cartouches filtrantes qui sont généralement constituées par des particules ou fibres comprimées et frittées présentent des pores de passage des gaz contenant de l'acide fluor- hydrique dont la taille est inférieure à la taille des particules d'oxyfluorure d'uranium, de manière à arrêter toutes les particules solides qui peuvent être transportées par les gaz. Une partie des particules d'oxyfluorure d'uranium à l'état pulvérulent se dépose sur la surface externe de la paroi tubulaire de la cartouche, de sorte que les filtres se colmatent progressivement pendant le fonctionne- ^ ment de l'installation. Le passage de l'acide fluorhydrique et des gaz en mé- lange à travers la paroi des filtres se produit avec une perte de charge accrue incompatible avec un fonctionnement continu de l'installation.
Il est donc nécessaire de réaliser périodiquement et avec une fréquence suffisante le décolmatage des parois des cartouches filtrantes.
Ce décolmatage est réalisé en injectant, à l'intérieur des cartouches filtrantes, à contre-courant par rapport au sens de circulation des gaz contenant de l'acide fluorhydrique, un gaz neutre de décolmatage tel que l'azote.
L'azote de décolmatage doit être envoyé dans les cartouches filtrantes avec une surpression de l'ordre de 2,5 bar et à une température de l'ordre de 130°C, la température dans le réacteur de conversion étant de l'ordre de 300°C et la température des gaz à la sortie du réacteur, de l'ordre de 200°C à 300°C.
L'azote de décolmatage qui est contenu dans un ballon de stockage est envoyé aux unités de filtration, par l'intermédiaire de l'installation d'aiguillage des gaz située au-dessus du réacteur de conversion. Cette installa- tion d'aiguillage des gaz est disposée à l'intérieur d'un caisson chauffant dont la température intérieure est de l'ordre de 150°C.
A l'intérieur du caisson chauffant sont disposées des vannes, en particulier des vannes trois-voies permettant d'une part de faire passer les gaz contenant de l'acide fluorhydrique vers le filtre de secours et l'installation de récupération, pendant les phases de fonctionnement normal de l'unité de filtration et d'autre part de faire passer l'azote de décolmatage dans le sens inverse de la circulation des gaz, pendant les phases de décolmatage.
Les vannes supportent des températures élevées et, du fait qu'elles fonctionnent à leur limite supérieure de température, leur utilisation et leur maintenance sont complexes et coûteuses.
De manière à assurer un fonctionnement continu de l'installation, on effectue le décolmatage sur l'une des unités de filtration pendant que la seconde unité de filtration assure à elle seule l'évacuation des gaz contenant de l'acide fluorhydrique produit dans le réacteur. De ce fait, pendant les phases de décolmatage, l'unité de filtration qui reste en fonctionnement doit évacuer un débit de gaz sensiblement double de son débit de fonctionnement habituel. De plus, le débit d'azote de décolmatage qui est envoyé dans la seconde unité de filtration, vers l'intérieur du réacteur de conversion, doit être évacué, ce qui augmente encore le débit de gaz qui doit être évacué par l'unité de filtration restée en fonctionnement.
Dans une forme de réalisation connue des unités de filtration d'un réacteur de conversion d'hexafluorure d'uranium, chacune des unités de fil- tration comporte huit cartouches filtrantes qui sont réparties dans le plan de la platine horizontale de support des filtres séparant la culasse de récupération d'acide fluorhydrique du volume intérieur du réacteur.
L'injection d'azote de décolmatage dans la culasse est réalisée par la conduite d'évacuation des gaz contenant de l'acide fluorhydrique, dans une zone située à la partie centrale de la culasse, c'est-à-dire à l'aplomb de la partie centrale de la platine de support des filtres. Il en résulte que le jet d'azote de décolmatage qui est dirigé vers la partie centrale de la platine et vers les filtres portés par cette partie centrale réalise un décolmatage préférentiel des filtres situés à la partie centrale. Ces filtres sont parfaitement dé- colmatés alors que les filtres situés vers la périphérie de la platine de support de l'unité de filtration ne sont pas décolmatés de manière suffisante, Ces filtres s'encrassent, si bien que la pression augmente et que le fonctionnement de l'installation de conversion est perturbé, les gaz passant de manière préférentielle dans les filtres situés à la partie centrale qui sont décol- matés de manière efficace.
Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de décolmatage d'au moins un filtre d'une installation de fabrication d'oxyde d'uranium à partir d'hexafluorure d'uranium, comportant un réacteur dans lequel on injecte de l'hexafluorure d'uranium UF6 gazeux et de la vapeur d'eau, on forme .de l'oxyfluorure d'uranium UO2F2 à l'état pulvérulent et de l'acide fluorhydrique gazeux HF, on sépare l'oxyfluorure d'uranium U02F2 entraîné par des gaz contenant de l'acide fluorhydrique gazeux HF à la sortie du réacteur, dans au moins une unité de filtration disposée sur une partie de sortie du réacteur, comportant au moins un filtre ayant une paroi de filtration de forme tubulaire, disposée avec son axe vertical et on évacue l'acide fluorhydrique à l'extérieur du réacteur, le décolmatage du filtre consistant à séparer, de la paroi du filtre, des particules d'oxyfluorure d'uranium déposées, par un cou- rant de gaz neutre tel que l'azote injecté dans le filtre, dans un sens à contre-courant de la circulation de l'acide fluorhydrique, ce procédé permettant de réaliser un décolmatage efficace, en gardant en fonctionnement l'unité de filtration sur laquelle est disposé le filtre dont on réalise le décolmatage, avec des moyens d'aiguillage simples des gaz et une quantité réduite de gaz neutre de décolmatage.
Dans ce but, on injecte le gaz neutre suivant l'axe de la paroi du filtre sous forme d'un jet à une vitesse supérieure à 300 m/s, pendant une durée inférieure à une seconde.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, une installation de fabrication d'oxyde d'uranium par le procédé de conversion par voie sèche, et un dispositif de décolmatage permettant de mettre en œuvre le procédé de l'invention, de manière comparative à un dispositif permettant de mettre en œuvre le procédé de décolmatage selon l'art antérieur. La figure 1 est une vue d'ensemble en élévation et en coupe verticale d'une installation de fabrication d'oxyde d'uranium par le procédé de conversion par voie sèche.
La figure 2 est une vue en coupe verticale partielle d'une unité de filtration du réacteur de conversion de l'hexafluorure d'uranium en oxyfluorure d'uranium.
La figure 3 est une vue de dessus suivant 3-3 de la figure 2, de la platine de support des cartouches filtrantes de l'unité de filtration.
La figure 4 est un schéma de principe montrant les moyens d'aiguillage et de circulation de gaz, permettant l'entrée et la sortie de gaz dans la partie supérieure du réacteur de conversion, dans le cas d'un réacteur comportant un dispositif de décolmatage suivant l'art antérieur. La figure 5 est une vue en coupe verticale d'une unité de filtration d'un réacteur de conversion d'hexafluorure d'uranium comportant un dispositif de décolmatage selon l'invention.
La figure 6 est une vue de détail d'une partie de la figure 5 montrant le dispositif de décolmatage pour la mise en œuvre du procédé suivant l'invention.
Les figures 7, 8 et 9 sont des vues en plan de trois modes de réalisation différents du dispositif de décolmatage suivant l'invention.
Sur la figure 1 , on voit une installation de fabrication d'oxyde d'ura- nium désignée de manière générale par le repère 1 et comportant un réacteur 2 de conversion d'hexafluorure d'uranium en oxyfluorure d'uranium et un four tournant 3 de conversion d'oxyfluorure d'uranium en oxyde d'uranium.
Le réacteur 2 est constitué par une enceinte placée de manière géné- raie dans une disposition verticale, dans laquelle débouche une conduite 5 d'injection des gaz réactifs UFβ et H20 et d'un gaz de dilution qui peut être un gaz neutre tel que l'azote, à l'intérieur de l'enceinte du réacteur 2.
Dans le réacteur 2, on effectue l'hydrolyse de l'hexafluorure d'uranium UF6 par de la vapeur d'eau, de manière à former de l'oxyfluorure d'uranium pulvérulent qui tombe dans le fond du réacteur 2 et qui est repris par une vis de transport 4 qui assure le transfert de l'oxyfluorure d'uranium à l'état solide pulvérulent formé dans le réacteur 2, à l'entrée du four tournant 3 dans lequel l'oxyfluorure d'uranium est transformé en oxyde d'uranium (principalement U02). La réaction d'hydrolyse de l'hexafluorure d'uranium produit de l'acide fluorhydrique gazeux HF à l'intérieur du réacteur 2, l'acide fluorhydrique gazeux étant évacué à l'extérieur du réacteur 2 de conversion de l'hexafluorure d'uranium, par deux conduites de récupération verticales 7 reliées chacune à une unité de filtration 8 du réacteur 2. Dans le mode de réalisation particu- lier. décrit, chacune des unités de filtration 8 comporte huit cartouches filtrantes telles que 10 comportant une paroi filtrante tubulaire disposée avec son axe vertical à l'intérieur du réacteur 2, dans la partie de sortie du réacteur. Comme il est visible en particulier sur les figures 2 et 3, les cartouches filtrantes 10 de chacune des unités de filtration 8 sont fixées sur une platine 9 horizontale de l'unité de filtration qui est traversée par des ouvertures de passage des cartouches filtrantes 10 et qui sépare un collecteur ou culasse 1 de l'unité de filtration dans lequel débouche la conduite de récupération 7, du volume intérieur du réacteur 2. Chacune des cartouches filtrantes 10 ou filtre de l'unité de filtration 8 est fixée de manière étanche sur la surface supérieure de la platine 9, par l'intermédiaire d'une bride de fixation. Chacune des cartouches de filtration 10 est fermée à son extrémité dis- posée à l'intérieur du réacteur 2 et ouverte à son extrémité opposée débouchant dans la culasse 11 de l'unité de filtration.
De cette manière, le flux gazeux doit traverser la paroi filtrante des cartouches de filtration 10 pour passer de l'enceinte du réacteur 2 à la cu- lasse 1 1 communiquant avec la conduite 7 de récupération des gaz. Comme il est visible sur la figure 2, le courant gazeux 13 qui traverse la paroi de filtration 12 de la cartouche filtrante est séparé de la poudre d'oxyfluorure d'uranium qui ne peut traverser les pores de la paroi 12. Une partie de la poudre d'oxyfluorure d'uranium se dépose cependant sur la paroi 12 de la cartouche filtrante 10, de telle sorte que la cartouche filtrante se colmate progressivement pendant le fonctionnement du réacteur.
Sur la figure 4, on a représenté de manière schématique, dans le cas d'une installation suivant l'art antérieur, d'une part, les moyens d'alimentation du réacteur 2 en gaz réactif et en gaz de dilution ainsi que les moyens d'évacuation des gaz formés ou présents dans le réacteur 2 et, d'autre part, les moyens permettant de décolmater les cartouches filtrantes 10 des unités de filtration 8 du réacteur 2.
Le réacteur 2 comporte deux unités de filtration 8, chacune des unités comportant elle-même huit cartouches de filtration réparties suivant la section transversale de l'unité de filtration, comme il est visible sur la figure 3 montrant la répartition des parties de support et de fixation des cartouches filtrantes sur la platine de fixation 9 des cartouches filtrantes d'une unité de filtration 8. La platine 9, de forme sensiblement carrée, comporte huit ouvertures de passage d'une cartouche filtrante autour de chacune desquelles une cartouche filtrante vient reposer par l'intermédiaire d'une bride 14 fixée à son extrémité supérieure. Les huit ouvertures de passage des huit cartouches filtrantes sont disposées sur la platine 9, suivant une rangée centrale comportant deux cartouches dont les axes sont disposés dans un plan mé- dian de la platine 9 et deux rangées externes disposées de part et d'autre de la rangée centrale comportant trois cartouches dont les axes sont placés ^ dans deux plans parallèles au plan médian renfermant les axes de la rangée centrale. La platine 9 assure la fermeture de la culasse 11 de l'unité de filtration, à sa partie inférieure, et la conduite de récupération des gaz 7 est dis- posée suivant l'axe vertical de l'unité de filtration et débouche ainsi à l'aplomb de la partie centrale de la platine 9, entre les parties débouchantes des deux cartouches filtrantes disposées dans la rangée centrale.
Sur la figure 4, on a représenté la partie supérieure du réacteur 9 de conversion de l'hexafluorure en oxyfluorure d'uranium ainsi que des moyens d'évacuation des gaz et des moyens de décolmatage des filtres des unités de filtration, réalisés suivant l'art antérieur.
Dans la partie supérieure du réacteur 2, sont disposées deux unités de filtration 8 placées en parallèle et comportant chacune une conduite 7 d'évacuation de gaz contenant de l'acide fluorhydrique à l'extérieur du réac- ^ teur 2. Au-dessus du réacteur 2 est disposé un caisson chauffant 15 comportant une paroi isolante et une résistance de chauffage 16 permettant de maintenir la température à l'intérieur du caisson aux environs de 150°C.
A l'intérieur du caisson 15, sont disposées deux vannes trois-voies 17 qui sont reliées chacune par une première voie 17a et une conduite 17' à la conduite d'évacuation 7 d'une unité de filtration 8, débouchant dans la culasse 11 de l'unité de filtration et par une seconde voie 17b et une conduite 17", à une canalisation 19 d'évacuation des gaz vers le filtre auxiliaire 18.
La troisième voie 17c des vannes trois-voies 17 est reliée par l'intermédiaire d'une conduite 21 sur laquelle est placée une vanne d'isolement 21' à un ballon 20 contenant de l'azote sous pression qui peut être utilisé pour réaliser le décolmatage des filtres 10 des unités de filtration 8 par le procédé selon l'art antérieur qui sera décrit brièvement ci-après. Le ballon 20 renferme de l'azote à une pression de 2,5 bars chauffé à 130°C par une résistance de chauffage 22.
Pendant le fonctionnement normal du réacteur de conversion 2, on introduit par la conduite 5, à l'intérieur du réacteur 2, de l'hexafluorure d'ura- nium UFs, de la vapeur d'eau et de l'azote de dilution.
On forme, à l'intérieur du réacteur 2, de l'oxyfluorure d'uranium U02F2 et de l'acide fluorhydrique HF qui est évacué par les conduites 7 à la sortie des deux unités de filtration 8 qui sont reliées aux vannes trois-voies 17 commandées par le circuit de commande 23. Les vannes 17 sont alors commandées de manière que le gaz acide passe par la première et la seconde voies des vannes trois-voies pour être envoyé dans le filtre auxiliaire 18 puis récupéré.
Le procédé de décolmatage suivant l'art antérieur qui peut être mis en œuvre en utilisant l'installation représentée sur la figure 4 est un procédé dit "off une", c'est-à-dire un procédé dans lequel on place hors circuit l'unité de filtration sur laquelle on réalise le décolmatage. Pour cela, on commande la vanne trois-voies 17 de l'unité de filtration sur laquelle on réalise le décolmatage pour mettre en communication la troisième et la première voies de la vanne trois voies 17. De ce fait, les gaz produits dans le réacteur 2 ne peu- vent plus être évacués par l'unité de filtration 8 sur laquelle on réalise le décolmatage et la conduite d'évacuation 7 correspondante.
Le décolmatage est réalisé en ouvrant la vanne d'isolement 21' de la ligne d'alimentation en azote, de manière à envoyer un jet d'azote de décolmatage sous pression à une température de 130°C, dans la conduite de liai- son 17' et dans la conduite d'évacuation 7 de l'unité de filtration 8 sur laquelle on réalise le decolmatage.
"L'azote de décolmatage est injecté dans la culasse 1 1 de l'unité de filtration, à l'aplomb des cartouches filtrantes 10 situées à la partie centrale de la platine 9 de l'unité de filtration. De ce fait, les deux cartouches filtrantes centrales de l'unité de filtration peuvent être décolmatées de manière efficace, alors que les six cartouches les plus éloignées ne sont décolmatées que de manière partielle. En outre, pour réaliser le décolmatage d'une unité de filtration, il est nécessaire d'injecter un volume d'azote de décolmatage dans l'unité de filtration qui est relativement élevé et généralement de l'ordre de 50 litres (à la pression atmosphérique), pendant le décolmatage qui est effectué en ou- vrant la vanne d'isolement du ballon d'azote pendant une durée de l'ordre de 0,5 seconde.
De ce fait, la seconde unité de filtration restée en fonctionnement pendant le décolmatage doit évacuer non seulement l'ensemble des gaz produits dans le réacteur 2 mais encore le flux supplémentaire d'azote de décolmatage injecté dans la première unité, ce qui occasionne une surpression générale dans le réacteur.
Le procédé connu de l'art antérieur a donc une efficacité réduite en ce qui concerne le décolmatage des filtres éloignés de la partie centrale de l'unité de filtration. En outre, la réalisation "off Une" du décolmatage sur une unité de filtration nécessite un fonctionnement anormal de la seconde unité de filtration et du circuit correspondant d'évacuation des gaz contenant de l'acide fluorhydrique.
Selon l'invention, on propose un nouveau procédé de décolmatage qui permet de maintenir en fonctionnement pendant le décolmatage l'unité de filtration sur laquelle on réalise le décolmatage. Un tel procédé est appelé procédé "on Une".
Sur les figures 5 et 6, on a représenté une unité de filtration d'un réacteur de conversion d'hexafluorure d'uranium en oxyfluorure d'uranium équipée d'un dispositif de décolmatage permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention.
Les éléments correspondants de l'installation représentée sur les figures 5 et 6 d'une part et sur les figures 1 à 4 d'autre part sont désignés par les mêmes repères. Les unités de filtration 8 de l'installation représentée sur les figures 5 et 6 sont réalisées de la même manière que les unités de filtration décrites en regard des figures 2 et 3. Ces unités de filtration comportent chacune huit filtres ou cartouches filtrantes 10 supportées par une platine 9 traversée par des ouvertures de passage des cartouches filtrantes, la platine 9 séparant la culasse ou collecteur 11 de l'unité de filtration dans laquelle débouche la conduite de récupération des gaz de l'espace intérieur du réacteur 2 dans lequel sont introduites les cartouches filtrantes 10. Pendant le fonctionnement normal du réacteur de conversion 2, de l'acide fluorhydrique gazeux et d'autres gaz (vapeur d'eau, hydrogène, ...) traversent la paroi poreuse 12 des cartouches filtrantes 10, dans l'espace intérieur du réacteur, comme représenté par la flèche 13 et des particules 13' d'oxyfluorure d'uranium à l'état pulvérulent retombent dans le fond du réacteur 2. Il se produit cependant un colmatage progressif de la paroi 12 \ des cartouches filtrantes, qui nécessite un décolmatage périodique des cartouches.
Selon l'invention, on réalise le décolmatage par un ou plusieurs jets successifs très brefs d'azote de décolmatage envoyés suivant l'axe de cha- cune des cartouches filtrantes 10, à une vitesse sonique. L'injection d'azote de décolmatage est réalisée en maintenant l'unité de filtration sur laquelle on réalise le décolmatage en fonctionnement, c'est-à-dire en maintenant le passage de l'acide fluorhydrique et des gaz en mélange à travers l'unité de filtration pour leur évacuation par la conduite 7 reliée à la culasse 11 de l'unité de filtration.
La culasse 11 d'une unité de filtration 8 comporte une paroi de culasse 25 qui est fixée, dans une disposition parallèle, au-dessus de la platine 9 séparant la culasse 11 du volume intérieur du réacteur 2, par l'intermédiaire d'une bride 25' reposant sur la platine 9. Des ensembles à vis et écrou 26 permettent de fixer et de serrer l'une contre l'autre la bride 25' de la paroi 25 de la culasse, une partie périphérique de la platine 9 de support des filtres 10 et une bride 2' solidaire de la partie supérieure de la paroi du réacteur 2. Des joints d'étanchéité sont intercalés entre les brides serrées l'une contre l'autre de part et d'autre de la platine 9. La paroi 25 de la platine 11 porte un ensemble de huit buses 28 d'injection d'azote de décolmatage, chacune suivant l'axe 10' d'une cartouche filtrante 10. Chacune des buses 28 peut être reliée par une conduite 27 à une électrovanne d'un ensemble d'électrovannes 24 de distribution d'azote de décolmatage fixées sur un support au-dessus des unités de filtration 8.
Chacune des buses 28 d'injection d'azote de décolmatage est associée à une cartouche filtrante 10 et placée de manière que l'axe de la buse 28 soit dirigé suivant l'axe 10' de la cartouche filtrante, l'extrémité d'injection de la buse 28 se trouvant légèrement au-dessus de la surface supérieure d'une bride 29 de support et de fixation de \a cartouche filtrante 0 sur la surface supérieure de la platine 9 de la culasse 11.
Le conduit de la buse 28 peut être cylindrique ou de forme conver- gente-divergente ; la buse peut être placée dans le collecteur 11 , immédiatement en amont et dans une disposition coaxiale par rapport à une ouverture 30 traversant la bride 29 de support de la cartouche filtrante 10 constituant un venturi, c'est-à-dire un conduit convergent-divergent assurant une accélération supplémentaire d'un jet d'azote de décolmatage envoyé sous pression dans la buse 28 pendant une durée très courte. On réalise ainsi le décolmatage par un jet impulsionnel à vitesse sonique, c'est-à-dire à une vitesse sensiblement égale ou légèrement supérieure à la vitesse du son.
Dans une variante de réalisation, la buse peut être introduite à l'intérieur de la cartouche filtrante et disposée dans une zone médiane à mi- longueur de la cartouche filtrante. On assure ainsi la pénétration du jet de gaz de nettoyage dans la cartouche du filtre.
On décrira divers modes d'alimentation des buses 28 de décolmatage des unités de filtration en regard des figures 7, 8 et 9.
Les différentes variantes du système d'alimentation des buses de dé- colmatage permettent d'alimenter les buses de decolmatage de manière groupée ou de manière individuelle. Les buses de décolmatage, qui sont des buses individuelles pour chacune des cartouches filtrantes peuvent donc être alimentées de manière simultanée ou successive suivant le système d'alimentation choisi. Des conditions types de réalisation et de fonctionnement d'un moyen de décolmatage d'une cartouche filtrante constitué par une buse 28 et un venturi 30 seront données ci-après. Dans le cas d'une buse ayant un conduit de forme convergente- divergente, le diamètre du col de la buse peut être de l'ordre de 10 mm. L'angle d'ouverture du divergent peut être compris entre 5 et 15° et par exemple de l'ordre de 10°. La fréquence de décolmatage est ajustée suivant l'augmentation de perte de charge du réacteur et la durée d'ouverture de la vanne de décolmatage 24 reliée à la buse 28 par le conduit 27 peut être de 0,1 seconde à 0,5 seconde, par exemple 0,14 seconde ou encore 0,2 seconde.
La surpression de l'azote de décolmatage dans le ballon de stockage d'azote est de 2 à 10 bars, et de préférence d'environ 6 bars.
Pour une pression d'azote de 6 bars et une buse ayant un orifice d'environ 10 mm, le volume d'azote injecté à chacun des décolmatages est de 10 litres, pendant une durée de 0,14 seconde, et de 15 litres pendant une durée de 0,2 seconde. Il est à remarquer que les volumes d'azote de décol- matage injectés lors de chacune des opérations de décolmatage par jet puisé sont sensiblement inférieurs au volume injecté lors d'une opération de décolmatage selon l'art antérieur.
La buse est réalisée de telle sorte que la vitesse du jet de gaz injecté à la sortie du venturi 30 soit supérieure à 330 m/s, ce qui situe le jet dans la zone des vitesses soniques.
Suivant le type de filtre utilisé et le mode de fonctionnement de l'installation de conversion, les paramètres caractéristiques du jet puisé, à savoir sa vitesse et sa durée, pourront être différents des valeurs données ci- dessus. Dans tous les cas cependant, la vitesse du jet de décolmatage à l'entrée de la cartouche de filtration sera supérieure à 300 m/s et la durée de l'injection du jet à vitesse sonique sera inférieure à 1 seconde.
Comme il a été indiqué plus haut, l'alimentation des buses et donc la conduite du décolmatage peuvent être réalisées de différentes manières qui seront décrites en regard des figures 7, 8 et 9.
Sur les figures 7, 8 et 9, les éléments correspondants portent les mêmes repères, et les éléments correspondants représentés sur les figures 7, 8 et 9 d'une part et sur la figure 4 d'autre part sont également désignés par les mêmes repères.
Dans tous les cas, dans le cadre du procédé selon l'invention, on utilise une installation comportant des moyens d'évacuation d'acide fluorhydri- que en mélange avec de la vapeur d'eau, de l'hydrogène et de l'azote de dilution et des moyens de distribution d'azote de décolmatage qui sont plus simples que ceux qui ont été décrits dans le cas de l'art antérieur, en regard de la figure 4.
Sur la figure 7, on a représenté un ensemble de moyens de distribu- tion d'azote de décolmatage dans les buses 28 d'une installation de décol- \ matage selon l'invention telle que décrite plus haut en regard des figures 5 et 6.
Les moyens de distribution d'azote représentés sur la figure 7 sont réalisés de manière que l'azote puisse être envoyée successivement dans chacune des buses 28 pour le décolmatage successif de chacune des cartouches filtrantes 10 de chacune des unités de filtration de l'installation.
Deux variantes des moyens de distribution d'azote permettant d'assurer l'alimentation simultanée de l'ensemble des buses 28 de décolmatage des filtres d'une unité de filtration ou des buses de décolmatage d'une partie seulement des filtres d'une unité de filtration (par exemple la moitié des filtres) seront décrites en regard des figures 8 et 9, respectivement.
Comme il et visible sur la figure 7, les moyens de distribution d'azote dans les buses 28 comportent une réserve d'azote 31 constituée par un \ conduit calorifuge de grand diamètre. La réserve d'azote 31 d'une capacité de 20 à 30 litres contient de l'azote sous une pression qui peut être comprise entre 2 et 10 bars et qui est par exemple de 6 bars et à une température de l'ordre de 130°C. Sur un côté de la conduite constituant la réserve 31 , sont disposées des électrovannes 24 assurant la distribution d'azote dans chacune des conduites 27 d'alimentation d'une buse 28, par l'intermédiaire d'un flexible 32.
Dans le cas du mode de réalisation représenté sur la figure 7, on utilise seize électrovannes 24 associées chacune à l'une des seize buses de décolmatage des filtres des deux unités de filtration. Chacune des électro- vannes 24 est reliée à la réserve d'azote 31 , par une conduite 33 sur laquelle est disposée une vanne d'arrêt manuelle 34 permettant éventuellement d'isoler une ou plusieurs vannes de la réserve d'azote.
Les électrovannes 24 peuvent être commandées en séquence, de manière automatique, pour alimenter en azote de décolmatage chacune des . buses 28 successivement, pendant une durée déterminée comprise par exemple entre 0,1 et 0,5 seconde.
Dans le cas du mode de réalisation des moyens de distribution représenté sur la figure 8, une seule électrovanne 36 (ou 36'), reliée à la réserve d'azote 31 par une conduite 37 sur laquelle est disposée une vanne d'arrêt manuelle 37a, assure l'alimentation en azote d'un collecteur 35 (ou 35') auquel sont reliées, par des flexibles 38, les conduits 27 d'alimentation des huit buses 28 de décolmatage d'une unité de filtration. Les buses de décolmatage 28 des filtres des deux unités de filtration sont alimentées en azote à partir de deux électrovannes 36 et 36' associées chacune à une unité de filtration, qui peuvent être commandées successivement pour leur ouverture ] et la fourniture d'azote à chacun des collecteurs 35 et 35', successivement. Sur la figure 9, on a représenté des moyens de distribution d'azote suivant une seconde variante de réalisation qui comportent, pour chacune des deux unités de filtration, deux électrovannes 36a et 36b (ou 36'a et 36'b) reliées chacune à un collecteur 35a et 35b (ou 35'a et 35'b) auquel sont reliées, par des flexibles, les conduits 27 de quatre buses 28 de quatre filtres d'une unité de filtration. L'ensemble de distribution comporte donc quatre électrovannes qui peuvent être commandées successivement, de manière automatique, pour assurer le décolmatage successif des filtres 10, par ensemble de quatre filtres d'une unité de filtration.
De manière plus générale, il est possible de concevoir des installations de distribution d'azote permettant de réaliser successivement le décolmatage d'ensembles de n filtres parmi les N filtres d'une unité de filtration d'un réacteur de production d'oxyfluorure d'uranium.
Il est à remarquer que, même lorsqu'on réalise le décolmatage simultané des huit cartouches 10 d'une unité de filtration ou de quatre cartouches ou plus généralement de n cartouches filtrantes, le décolmatage est réalisé de manière individuelle dans chacune des cartouches filtrantes, contrairement au décolmatage suivant l'art antérieur.
En outre, le décolmatage individuel de chacune des cartouches filtrantes est réalisé sans arrêter l'évacuation d'acide fluorhydrique par l'unité de filtration. En particulier, il n'est pas nécessaire d'utiliser un moyen d'aiguillage des gaz évacués tel qu'une vanne trois-voies. Pendant l'injection d'azote de décolmatage de très faible durée, cette injection assure un arrêt momentané très bref de l'évacuation des gaz dans les cartouches filtrantes, l'azote de décolmatage injecté créant une onde de choc. L'évacuation des gaz reprend aussitôt après l'injection de gaz de décolmatage, à travers les venturi 30 constituant les sorties de gaz des cartouches filtrantes 10.
Dans tous les cas, le procédé suivant l'invention permet d'obtenir un décolmatage efficace et homogène sur chacun des filtres des unités de fil- tration par un procédé "on Une", c'est-à-dire sans interrompre l'évacuation à l'extérieur du réacteur, de l'acide fluorhydrique en mélange avec de la vapeur d'eau et de l'azote de dilution et de l'hydrogène.
Dans le cas d'un décolmatage individuel successif, ou par huit, par quatre, ou n filtres d'une unité de filtration comportant N filtres, avec n<N, l'évacuation des gaz est réalisée de manière totalement continue, à travers les cartouches filtrantes dans lesquelles on ne réalise pas le décolmatage, pendant la très courte durée du décolmatage impulsionnel.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. On peut utiliser des moyens d'injection de gaz neutre de décolmatage différents de ceux qui ont été décrits, pour obtenir un jet de gaz neutre de décolmatage à vitesse sonique ou légèrement supersonique produisant une onde de choc à l'intérieur du filtre assurant un très bon décolmatage par décollement des particules retenues par la paroi 12 des filtres. A la place d'azote, on peut utiliser tout autre gaz neutre tel que l'argon, pour effectuer le décolmatage par jet impulsionnel à vitesse sonique.
On peut utiliser des moyens de distribution et d'aiguillage du gaz de décolmatage différents des moyens décrits. L'invention s'applique à toute installation de production d'oxyde d'uranium comportant un réacteur de conversion d'hexafluorure d'uranium en ^ oxyfluorure ayant une partie de sortie sur laquelle sont disposées des unités de filtration comportant chacune un ou plusieurs filtres en parallèle. Le réacteur de conversion peut comporter un nombre quelconque d'unités de filtration comprenant elles-mêmes un nombre quelconque de filtres.
Dans le cas d'une installation comportant au moins une unité de filtration comprenant une pluralité de filtres disposés en parallèle, les moyens d'injection de gaz neutre de décolmatage comportent une buse d'injection placée dans l'alignement axial de chacun des filtres de la pluralité de filtres.
Au lieu d'électrovannes, on peut utiliser tout autre type de vannes à commande automatique pour distribuer le gaz de décolmatage dans les buses de décolmatage, individuellement ou de manière groupée. Dans le cas d'installations industrielles existantes, on a pu augmenter sensiblement le débit horaire de l'installation de conversion de l'hexafluorure d'uranium, en utilisant un procédé de décolmatage suivant l'invention.
Dans le cas d'installations suivant l'art antérieur, le débit en hexafluorure devait être limité à un débit d'hexafluorure inférieur à 100 kg/h et géné- ralement voisin de 75 kg/h. Dans le cas d'installations comportant un dispositif de décolmatage suivant l'invention, on a pu traiter un débit double, c'est- à-dire 150 kg/h.

Claims

REVENDICATIONS 1.- Procédé de décolmatage d'au moins un filtre d'une installation de production d'oxyde d'uranium à partir d'hexafluorure d'uranium, comportant un réacteur (2) dans lequel on injecte de l'hexafluorure gazeux UFβ et de la vapeur d'eau, on forme de l'oxyfluorure d'uranium UO2F2 à l'état pulvérulent et de l'acide fluorhydrique HF gazeux, on sépare l'oxyfluorure d'uranium U02F2 entraîné par des gaz contenant de l'acide fluorhydrique HF gazeux, dans une partie de sortie du réacteur (2), dans au moins une unité de filtra- tion (8) comportant au moins un filtre (10) ayant une paroi de filtration (12) de forme tubulaire disposée avec son axe (10') vertical et on évacue un gaz contenant l'acide fluorhydrique, à l'extérieur du réacteur(2), le décolmatage du filtre consistant à séparer de la paroi (12) du filtre, des particules d'oxyfluorure d'uranium UO2F2 déposées sur la paroi (12), par un courant de gaz neutre tel que l'azote, injecté dans le filtre (10) à contre-courant de la circu- lation du gaz évacué contenant l'acide fluorhydrique HF, caractérisé par le fait qu'on injecte le gaz neutre suivant l'axe (10') de la paroi du filtre (10) sous forme d'un jet à une vitesse supérieure à 300 m/s, pendant une durée inférieure à 1 seconde.
2.- Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé par le fait que le jet de gaz neutre de décolmatage a une vitesse supérieure à 330 m/s.
3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la durée d'injection de gaz neutre de décolmatage dans l'au moins un filtre (10) est comprise entre 0,1 et 0,5 seconde, le gaz neutre étant à une température voisine de 130°C et à une pression initiale comprise entre 2 et 10 bars et par exemple de 6 bars environ.
4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on réalise des injections individuelles de gaz neutre de décolmatage, suivant leur axe (10'), à l'intérieur de chacun d'une pluralité de filtres (10) d'une unité de filtration (8).
5.- Procédé suivant la revendication 4, dans le cas d'une installation de filtration comportant au moins une unité de filtration (8) comportant N filtres (10) disposés en parallèle, caractérisé par le fait qu'on réalise le décol- matage par groupes successifs de n filtres (avec n<N) de chacune des unités de filtration (8).
6.- Procédé de décolmatage suivant la revendication 4, caractérisé par le fait qu'on réalise le décolmatage par injection de gaz neutre, succes- sivement, dans chacun des filtres de chacune de l'au moins une unité de filtration (8) du réacteur (2).
7.- Dispositif de décolmatage d'au moins un filtre (10) d'une installation (1 ) de production d'oxyde d'uranium à partir d'hexafluorure d'uranium, comportant un réacteur (2) comprenant une enveloppe ayant une disposition générale verticale, une conduite (5) d'injection d'hexafluorure d'uranium, de vapeur d'eau et d'un gaz de dilution pénétrant dans l'enveloppe du réacteur (2) ainsi qu'au moins une unité de filtration (8) de gaz évacués du réacteur (2) comportant un collecteur (11 ) relié à une conduite (7) d'évacuation des gaz à l'extérieur du réacteur (2) dans lequel débouche l'extrémité de sortie d'au moins un filtre (10) ayant une paroi tubulaire (12) d'axe vertical (10') supportée par une platine (9) séparant le collecteur de gaz (11 ) de l'espace intérieur de l'enveloppe du réacteur (2) dans laquelle est placé le filtre (10), le dispositif de décolmatage comportant un réservoir (20) de stockage de gaz neutre de décolmatage sous pression et des moyens de distribution et d'aiguillage de gaz neutre de décolmatage vers l'au moins un filtre (10) de l'au moins une unité de filtration (8) du réacteur (2), caractérisé par le fait qu'il comporte, dans l'alignement de l'axe (10') vertical de la paroi (12) du filtre (10), une buse (28) d'injection de gaz neutre reliée par une conduite d'alimentation (27) à au moins un élément de distribution (24, 36, 36', 36a, 36b, 36'a, 36'b) de gaz neutre.de décolmatage.
8.- Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que la buse (28) d'injection de gaz de décolmatage est disposée dans le collecteur (11 ) de l'unité de filtration (8), en vis-à-vis d'une extrémité de sortie du filtre (10) et qu'une bride (29) de support et de fixation du filtre (10) reposant sur la platine (9) du collecteur (1 1 ) est traversée par une ouverture (30) coaxiale à la buse (28) et constituant un venturi d'accélération du gaz de décolmatage injecté dans le filtre (10) suivant la direction axiale (10') par la buse (28).
9.- Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que la buse (28) est disposée à l'intérieur et au voisinage de la partie médiane de la partie tubulaire (12) du filtre (10).
10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, ca- ractérisé par le fait que la buse (28) présente la forme d'un conduit convergent-divergent.
11.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 et 10, dans le cas d'une installation comportant au moins une unité de filtration (8) comprenant une pluralité de filtres (10) disposés en parallèle, caractérisé par le fait que des moyens d'injection de gaz de décolmatage comportant une buse d'injection (28) placée dans l'alignement axial (10') de l'enveloppe (12) d'un filtre (10) sont associés à chacun des filtres (10) de l'au moins une unité de filtration (8).
12.- Dispositif suivant la revendication 11 , caractérisé par le fait que chacune des buses (28) d'un moyen de décolmatage d'un filtre (10) est reliée par une conduite d'alimentation (27, 32) à un moyen de distribution individuel de gaz neutre de décolmatage constitué par une vanne individuelle (24) à commande automatique.
13.- Dispositif suivant la revendication 11 , caractérisé par le fait que chacune des buses (28) de chacun des moyens d'injection de gaz de décolmatage dans un filtre (10) est reliée par une conduite (27) à des moyens de distribution (36, 36', 36a, 36b, 36'a, 36'b) assurant l'alimentation simultanée de n buses (28) parmi N buses d'une unité de filtration (8).
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