Générateur de vapeur surchauffée

Abstract

 Chambre de sortie de vapeur pour générateur de vapeur surchauffée par échange de chaleur entre de l'eau et un fluide plus chaud dans un faisceau tubulaire, comportant

a) une première partie 1 formée par une plaque tubulaire épaisse 3 et de surface 4 concave du côte de la chambre, et une zone annulaire raccordée à la deuxième partie par une soudure circonférentielle 10, l'ensemble de la première partie étant obtenu par forgeage d'une ébauche

b) une deuxième partie hémisphérique, forméepar un fond embouti ou forgé

Elles est entourée par un serpentin de refroidissement ou de réchauffage de la paroi externe, en fonction des variations du régime de fonctionnement du générateur.
Applications aux centrales de production d'énergie.

Description

[0001] La présente invention concerne un générateur de vapeur surchauffée comprenant une virole externe comportant à ses extrémités opposées une chambre d'entrée d'eau à vaporiser et surchauffer et une chambre de sortie de vapeur et un faisceau de tubes liant lesdites chambres et dans lequel circule l'eau à vaporiser et surchauffer par échange de chaleur avec un fluide plus chaud circulant à contre-courant autour des tubes à l'intérieur de la virole externe.

[0002] Dans un tel générateur de vapeur, la paroi de la chambre de sortie de vapeur peut comprendre :

- a) - une première partie, constituée par une plaque à tubes épaisse et de surface concave du côté de la chambre, et une zone annulaire externe, l'ensemble de cette première partie étant obtenu par forgeage d'une ébauche cylindrique unique,

- b) - une deuxième partie de forme hémisphérique, constituée par un fond embouti ou forgé se raccordant à la première par une soudure circonférentielle située dans un plan perpendiculaire à l'axe du générateur de vapeur.

[0003] De telles chambres de sortie de vapeur sont parcourues par de la vapeur surchauffée à très haute température et sous une pression très élevée. Elles comportent un piètement de sortie de la vapeur et un ou plusieurs trous de visite. La plaque à tubes et le fond, qui constituent leurs parois doivent être très épais. Il en résulte l'apparition de contraintes thermiques très importantes lors des régimes transitoires de fonctionnement, à la mise en marche, à l'arrêt ou au changement de régime. Ces contraintes apparaissent dans les parois de la chambre, du fait du retard avec lequel la paroi externe de la chambre suit les variations de température de la paroi interne. Elles se manifestent aussi sur le pourtour de la plaque à tubes, du fait de la différence d'inertie thermique entre la zone perforée de la plaque et la zone périphérique pleine. Elles naissent également dans la zone de raccordement de l'enceinte de la chambre avec le piètement d'évacuation de la vapeur, du fait de leurs différences d'épaisseur, ainsi que dans la zone de raccordement de l'enveloppe de la chambre avec la virole externe de l'échangeur. En particulier, dans le cas d'une chambre' de sortie de vapeur d'eau surchauffée d'un échangeur de chaleur entre de l'eau à vaporiser et surchauffer et du sodium liquide, dans une installation de production d'énergie électrique à partir d'un réacteur surgénérateur, la vapeur surchauffée sort à une pression d'environ 200 bars et à une température d'environ 500°C. La pression et la température imposent le recours à de fortes épaisseurs pour la plaque à tubes et le fond de la chambre, et la température de fonctionnement beaucoup plus élevée que l'ambiante engendre des écarts importants de température, d'où des contraintes thermiques élevées lors des régimes transitoires, qui nécessitent le respect de précautions particulières dans la conduite de tels échangeurs.

[0004] La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre de réduire les contraintes thermiques sur la paroi externe et sur la plaque à tubes entourant la chambre de sortie de vapeur du générateur, et d'éviter les dommages inadmissibles lors des régimes transitoires, tout en facilitant la fabrication du générateur de vapeur.

[0005] A cet effet, le générateur de vapeur surchauffée selon l'invention est caractérisé en ce que la chambre de sortie de vapeur comporte une paroi externe entourée par un serpentin qui communique avec ladite chambre de sortie, de telle sorte qu'une partie de la vapeur surchauffée admise dans la chambre de sortie circule dans le serpentin.

[0006] De préférence, le serpentin débouche dans une tuyauterie d'évacuation de la vapeur surchauffée hors de la chambre de sortie.

[0007] On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un générateur de vapeur surchauffée réalisé conformément aux enseignements de l'invention, et

- la figure 2 est une vue en coupe, à plus grande échelle, de la partie supérieure du générateur de vapeur représenté sur la figure 1.

[0008] Comme l'illustre la figure 1, le générateur de vapeur surchauffée selon l'invention comporte une virole cylindrique externe 11 définissant un axe vertical. Cette virole comporte à son extrémité inférieure une chambre d'entrée 15' d'eau à vaporiser alimentée par une tuyauterie 24' et, à son extrémité supérieure, une chambre de sortie 15 de vapeur surchauffée qui communique avec une tuyauterie d'évacuation 24. Les chambres 15 et 15' sont reliées par un faisceau de tubes droits verticaux 6 qui sont raccordés respectivement à la chambre d'entrée 15' par une plaque à tubes 3' de forte épaisseur et à la chambre de sortie 15 par une plaque à tube 3 de forte épaisseur. Ainsi, l'eau à vaporiser et surchauffer circule de bas en haut dans les tubes 6 du générateur de vapeur, où elle est vaporisée et surchauffée par échange de chaleur avec un fluide plus chaud qui circule de haut en bas autour des tubes et à l'intérieur de la virole 11, entre une tubulure d'entrée 16 et une tubulure de sortie 16'.

[0009] Sur la figure 2, on voit que la chambre de sortie 15 comporte une paroi externe en deux parties 8 et 2. La partie 8 constitue une zone annulaire forgée d'une seule pièce 1 avec la plaque à tubes 3, celle-ci présentant une surface concave 4 du côté de la chambre 15. La pièce 1 est traversée par des orifices tels que 5 prolongeant les tubes 6 du faisceau. La flèche 7 indique la direction de circulation de la vapeur à la sortie de ces orifices. La.zone de raccordement annulaire 8 est raccordée sur son pourtour avec la seconde partie 2 de la paroi de la chambre par un cordon de soudure 10, au niveau du plan de référence 9 perpendiculaire à l'axe de la virole 11. La partie 1 se raccorde par ailleurs par la zone annulaire 8 à la virole externe 11 du générateur.

[0010] La seconde partie 2 de la paroi de la chambre 15, de forme hémisphérique, de surface interne 12, est munie d'un piètement 13 de raccordement à la tuyauterie 24 d'évacuation de la vapeur et d'une tubulure 14 de trou de visite (d'autres trous de visite pouvant éventuellement être ajoutés).

[0011] Il est apparent que lors des changements de régime de fonctionnement, il se manifeste des contraintes thermiques importantes dans la section S1 de la paroi de la chambre 15, du fait de sa grande épaisseur, dans la section S₂ de la zone de raccordement entre la plaque à tubes 3 et le cordon de soudure 10, dans la section S₃ de raccordement de la paroi au piètement 13 d'évacuation de la vapeur, et dans la section S₄ de la zone de raccordement à la virole externe 11 du générateur.

[0012] Conformément à l'invention, la chambre 15 de sortie de vapeur est entourée par un serpentin 21, alimenté en vapeur surchauffée par un orifice 22 percé dans sa paroi, et raccordé par un tube 23 à la tuyauterie 24 d'évacuation de la vapeur surchauffée. Ce serpentin permet de refroidir ou de réchauffer la paroi externe, suivant que la température de la vapeur pénétrant dans la chambre de sortie de vapeur diminue ou augmente, en fonction des variations de fonctionnement du générateur de vapeur.

[0013] L'invention s'applique particulièrement dans les générateurs de vapeur surchauffée par échange de chaleur avec du sodium liquide dans des centrales de production d'énergie à partir d'un réacteur nucléaire surgénérateur.

Revendications

1. Générateur de vapeur surchauffée comprenant une virole externe (11) comportant à ses extrémités opposées une chambre d'entrée d'eau à vaporiser et surchauffer et une chambre de sortie de vapeur et un faisceau de tubes (6) reliant lesdites chambres et dans lequel circule l'eau à vaporiser et surchauffer par échange de chaleur avec un fluide plus chaud circulant à contre-courant autour des tubes, à l'intérieur de la virole externe, caractérisé en ce que la chambre de sortie de vapeur comporte une paroi externe (8, 2) entourée par un serpentin (21) qui communique avec ladite chambre de sortie, de telle sorte qu'une partie de la vapeur surchauffée admise dans la chambre de sortie circule dans le serpentin.

2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le serpentin (21) débouche dans une tuyauterie (24) d'évacuation de la vapeur surchauffée hors de la chambre de sortie.

3. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les tubes (6) sont raccordés à la chambre de sortie par une plaque à tubes (3) de surface (4) concave du côté de la chambre de sortie, et en ce que ladite paroi externe comprend une zone annulaire (8) forgée d'une seule pièce avec la plaque à tubes (3) à partir d'une ébauche cylindrique, et une partie de forme hémisphérique (12), emboutie ou forgée, se raccordant à la zone annulaire (8) par une soudure circonférentielle (10) située dans un plan perpendiculaire à l'axe défini par la virole externe (11).

Dessins