BE1004376A3 - Systeme de production de vapeur et procede de fonctionnement. - Google Patents
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Abstract
Système de production de vapeur, comprenant un conduit de dérivation (12, 159 connecté entre l'entrée d'eau d'alimentation de l'unité d'échange de chaleur (2) de la section de chauffge d'eau d'alimentation et l'entrée d'eau d'alimentation de chaque unité d'échange de chaleur (4) destinée à la production de vapeur, et un dispositif de réglage d'écoulement (18) prévu dans le conduit de dérivation (12, 15) et compris entre l'entrée de la section de chauffage d'eau d'alimentation et chacune des unités d'échange de chaleur (49 destinées à la production de vapeur, en vue du réglage individuel du débit de l'eau d'alimentation, passant par le conduit de dérivation (12, 15) vers l'entrée d'eau d'alimentation de chaque unité d'échange de chaleur (4).
Description
<Desc/Clms Page number 1> "Système de production de vapeur et procédé de fonctionnement". La présente invention est relative à des systèmes d'écoulement de fluides, et en particulier à des systèmes de fluides caloporteurs de réacteurs nucléaires. Dans de nombreuses centrales nucléaires, une puissance est générée dans plusieurs boucles ou circuits individuels, et des différences existeront normalement entre les boucles pour ce qui concerne les températures et les taux de production de vapeur. De telles différences peuvent être créées par des différences existant dans les débits du fluide caloporteur du réacteur, les taux de transfert de chaleur des générateurs de vapeur et les pressions différentielles existant dans les tuyauteries de vapeur. Il résulte de ces différences que la température du fluide caloporteur aux entrées du coeur du réacteur n'est pas uniforme, ce qui provoquera au moins de petites différences dans la distribution de puissance et dans la combustion nucléaire du combustible à travers le coeur. Les différences relatives dans la distribution de puissance augmentent au fur et à mesure que la demande en puissance du système diminue, et elles peuvent atteindre des niveaux auxquels des systèmes d'alarme pour distribution de puissance sont mis en fonctionnement, ce qui indique que des mesures de correction doivent être prises. De nombreuses installations de réacteurs, comportant plusieurs boucles ou circuits de fluide caloporteur, sont équipées d'un système de production de vapeur composé de plusieurs générateurs de vapeur, un générateur pour chaque boucle de fluide caloporteur, et d'un système de chauffage de l'eau d'alimentation, composé de pompes et d'échangeurs de chaleur pour fournir une eau d'alimentation chauffée aux générateurs de vapeur. Il est connu que le comportement d'ensemble de la transmission de chaleur du système de production <Desc/Clms Page number 2> de vapeur peut être réglé en faisant varier la température de l'eau d'alimentation fournie aux générateurs de vapeur. Cette capacité de réglage a été envisagée pour améliorer la disponibilité en puissance lorque la combustion nucléaire du coeur du réacteur est prolongée au-delà de la combustion nucléaire normale du cycle du combustible. Toutefois, dans les systèmes existants, tous les générateurs de vapeur reçoivent l'eau d'alimentation à la même température. Un but de la présente invention est d'éliminer ou tout au moins de réduire sensiblement les différences de température du fluide caloporteur aux entrées d'un coeur de réacteur. Un avantage de l'invention est d'éliminer ou tout au moins de réduire sensiblement les différences dans la puissance engendrée dans les boucles individuelles d'un système de réacteur nucléaire. Les buts précédents et d'autres encore sont atteints, suivant la présente invention, dans un système de production de vapeur, ce système comprenant une source d'énergie thermique, une section de chauffage de l'eau d'alimentation, comprenant au moins une unité d'échange de chaleur comportant une entrée d'eau d'alimentation, des moyens pour fournir l'eau d'alimentation à l'entrée d'eau d'alimentation de l'unité d'échange de chaleur, et une section de production de vapeur, composée d'au moins deux unités d'échange de chaleur, destinées à la production de vapeur et comportant chacune une entrée d'eau d'alimentation connectée afin de recevoir de l'eau d'alimentation chauffée depuis la section de chauffage d'eau d'alimentation et de la chaleur depuis la source d'énergie, ce système étant caractérisé par des perfectionnements comprenant des moyens formant un conduit de dérivation relié entre l'entrée d'eau d'alimentation de l'unité d'échange de chaleur de la section de chauffage d'eau d'alimentation et l'entrée d'eau d'alimentation de chaque unité d'échange de chaleur destinée à la production de vapeur, et des moyens de réglage du débit, connectés dans le conduit de dérivation entre l'entrée de la section de chauffage d'eau d'alimentation et chacune des unités d'échange de chaleur destinées à la production de vapeur, pour régler individuellement le débit de l'eau d'alimentation passant par le conduit <Desc/Clms Page number 3> de dérivation vers l'entrée d'eau d'alimentation de chaque unité d'échange de chaleur destinée à la production de vapeur. La figure unique est une représentation schématique d'un système d'écoulement de fluide caloporteur de réacteur, équipé d'une forme de réalisation préférée de la présente invention. La figure illustre un système de production de vapeur, comportant plusieurs boucles ou circuits et composé d'une section de chauffage d'eau d'alimentation comprenant deux unités d'échange de chaleur 2 destinées à chauffer l'eau d'alimentation entrante, et d'une section de production de vapeur comprenant plusieurs unités 4 d'échange de chaleur, destinées à la production de vapeur et connectées à un conduit commun 6 qui répartit l'eau chauffée depuis les unités 2 vers les unités de production de vapeur 4. Les unités 4 alimentent de la vapeur aux entrées respectives du premier étage d'une turbine. Entre le conduit 6 et chaque unité de production de vapeur 4, on a prévu un conduit principal d'alimentation comportant une vanne principale 8 de réglage de l'alimentation, qui sera commandée automatiquement par un système informatique, tel que l'un des systèmes couramment utilisés dans des installations de production de puissance du type dans lequel la présente invention doit être utilisée. L'eau d'alimentation est fournie à chaque unité 2 de chauffage d'eau d'alimentation, par l'intermédiaire d'une pompe principale d'alimentation correspondante 10, depuis un réservoir qui peut être alimenté par le condensat produit après que la vapeur d'eau générée dans le système a cédé son énergie dans la turbine. Chaque unité 4 est composée de deux échangeurs de chaleur, un préchauffeur 14 et une chaudière 16, reliés en cascade. Le fluide caloporteur de chaque boucle du réacteur est amené à passer suivant une circulation à contre-courant d'abord à travers la chaudière 16 et ensuite à travers le préchauffeur 14 d'une unité particulière 4. Bien que théoriquement de l'eau se trouvant à la même température et suivant un même débit puisse être fournie à chacune des unités de production de vapeur 4, le résultat peut être que l'on arrive à des températures différentes ou à la production <Desc/Clms Page number 4> de taux différents de puissance de boucle à cause des différences précédemment décrites entre les boucles, ces différences étant. souvent impossibles ou tout au moins très difficiles à éliminer dans les systèmes existants. De telles différences dans la température de sortie ou dans la production de puissance ne peuvent pas être compensées de façon satisfaisante, en réglant simplement le débit de l'eau d'alimentation, qui doit être contrôlé pour maintenir le niveau d'eau requis dans les unités de production de vapeur, car ceci altérerait indûment l'équilibre thermique dans les autres boucles. Suivant la présente invention, la possibilité de correction de telles différences de température ou de puissance est assurée par des conduits de dérivation 12 s'étendant chacun depuis la sortie de chaque pompe 10, et des conduits de connection 15 comprenant chacun une vanne réglable 18 et reliant l'extrémité d'entrée d'une unité correspondante 4 de production de vapeur à un conduit de dérivation correspondant 12. Dans la forme de réalisation illustrée, où il y a deux unités 2 de chauffage d'eau d'alimentation et quatre unités 4 de production de vapeur, chaque conduit de dérivation 12 est connecté, par l'intermédiaire de conduits de connexion correspondants 15, à deux unités 4 de production de vapeur. Dans le cas de l'agencement illustré par la Figure, chaque vanne 18 peut être commandée pour provoquer la dérivation d'une fraction désirée d'eau d'alimentation autour d'une unité de préchauffage 2, pour amener directement cette fraction dans le conduit principal d'alimentation allant à une unité correspondante 4 de production de vapeur, ce qui permet un équilibrage des températures de boucle aux entrées du coeur du réacteur ou l'énergie totale transmise à l'eau d'alimentation dans l'unité 4 de chaque boucle. De la sorte, par une simple commande des vannes 18, il est possible de résoudre avec succès les problèmes de température d'entrée du fluide caloporteur dans le coeur ou de distribution de puissance. Pour provoquer de faibles changements dans la température du fluide caloporteur arrivant à une entrée du coeur <Desc/Clms Page number 5> du réacteur, il suffit de régler la température de l'eau d'alimentation fournie à l'unité 4 associée à la boucle en cause, une réduction dans la température de l'eau d'alimentation ayant pour résultat un transfert de chaleur accru dans l'unité 4 et, de la sorte, une réduction de la température du fluide caloporteur sortant de cette unité 4. Si la température de l'eau d'alimentation fournie à une unité de production de vapeur doit être modifiée de façon importante, et si l'eau d'alimentation doit être convertie en vapeur au-dessus d'une température minimale, le débit de l'eau d'alimentation à la section de production de vapeur doit être modifié. De façon plus précise, une réduction de la température de l'eau d'alimentation exige une réduction du débit de cette eau d'alimentation. Ceci sera réglé grâce à la vanne principale 8 de réglage de l'alimentation, qui est associée à la section correspondante 4 de produpction de vapeur. Il y a lieu de noter que, lorsque la température et le débit de l'eau d'alimentation fournie à une unité de production de vapeur 4 sont réduits, une proportion plus importante du transfert de chaleur se produisant dans cette unité s'effectuera dans le préchauffeur 14 et, de façon correspondante, une plus petite proportion de transfert se fera dans la chaudière 16. Comme la chaudière 16 extrait ainsi moins de chaleur depuis le fluide caloporteur du réacteur, la température moyenne du fluide caloporteur dans la chaudière est plus élevée, ce qui tend à amener la température de la vapeur d'eau et la pression à être plus élevées. Toutefois, comme les sorties de vapeur des unités de production de vapeur sont combinées dans un collecteur commun, la pression de vapeur dans toutes les unités de production de vapeur est la même. Une plus haute température moyenne du fluide caloporteur dans une chaudière aura ainsi pour résultat la production de vapeur d'eau supplémentaire, en amenant ainsi le débit d'eau d'alimentation et la puissance par boucle à augmenter jusqu'à des valeurs d'équilibre plus élevées. La puissance plus élevée par boucle provoque à son tour une diminution de la température de sortie du fluide caloporteur en provenance de l'unité de production de vapeur et, de la sorte, de la température d'entrée dans le coeur. <Desc/Clms Page number 6> Suivant l'invention, la température du fluide càloporteur à chaque entrée du coeur du réacteur, qui peut être surveillée par un capteur de température 20 normalement prévu dans des installations de ce genre, peut être réglée en modifiant la température de l'eau d'alimentation fournie à l'unité de production de vapeur 4 de la boucle associée, une réduction de la température de l'eau d'alimentation, sans changement important dans le débit de cette eau d'alimentation, menant à un échange de chaleur accru dans l'unité 4 et à une réduction de la température du fluide caloporteur à l'entrée associée du coeur du réacteur. Dans une installation typique, les capteurs de température du fluide caloporteur peuvent être surveillés visuellement, et le réglage nécessaire des vannes 18 peut se faire à la main. On doit s'attendre à ce qu'un changement quelconque dans la température de l'eau d'alimentation, dans une boucle, modifiera l'équilibre thermique dans les autres boucles. Toutefois, l'effet d'une telle modification sera faible puisqu'il est réparti parmi les autres boucles. En cas de nécessité, des changements de ce genre peuvent être compensés par un réglage des vannes 8 et 18 des autres boucles. On peut également utiliser un réglage des vannes 18 pour équilibrer toutes les boucles pour ce qui concerne le transfert total de chaleur entre le fluide caloporteur et l'eau d'alimentation. A cet effet, le transfert total de chaleur dans chaque boucle peut être déterminé d'une manière connue sur la base de mesures du débit de l'eau d'alimentation, de la température de l'eau d'alimentation à l'entrée d'une unité 4, et de la pression de vapeur à la sortie de l'unité 4. Ensuite, le transfert de chaleur se produisant dans une boucle choisie quelconque peut être modifié par réglage du débit passant par la vanne associée 18. Le principe de l'invention pourrait également être utilisé pour faciliter un équilibrage des débits d'eau d'alimentation dans des installations qui ne sont pas équipées d'unités d'échange de chaleur pour le préchauffage, c'est-à-dire dans les cas où chaque unité 4 ne comporte pas de préchauffeur 14. Ceci pourrait aider à empêcher l'apparition d'un entraînement élevé d'humidité dans <Desc/Clms Page number 7> le débit de vapeur en provenance d'un générateur comportant un débit anormalement élevé d'eau d'alimentation. Bien que la description se réfère ci-dessus à des formes de réalisation particulières de la présente invention, il sera entendu que de nombreuses modifications peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (14)
- REVENDICATIONS 1. Système de production de vapeur d'eau, comprenant une source d'énergie thermique, une section de chauffage d'eau d'alimentation comportant au moins une unité d'échange de chaleur (2) comprenant une entrée d'eau d'alimentation, des moyens (10) destinés à alimenter l'eau d'alimentation à l'entrée d'eau d'alimentation de l'unité d'échange de chaleur (2), et une section de production de vapeur, composée d'au moins deux unités d'échange de chaleur (4) destinées à la production de vapeur et comportant chacune une entrée d'eau d'alimentation connectée de manière à recevoir de l'eau d'alimentation chauffée depuis la section de chauffage d'eau d'alimentation, et connectées chacune à la source d'énergie thermique en vue d'un transfert de chaleur depuis la source d'énergie vers l'eau d'alimentation,caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (12, 15) formant un parcours d'écoulement en dérivation, relié entre l'entrée susdite de l'eau d'alimentation de l'unité d'échange de chaleur (2) de la section de chauffage d'eau d'alimentation et l'entrée susdite d'eau d'alimentation de chaque unité d'échange de chaleur (4) destinée à la production de vapeur, ce parcours d'écoulement en dérivation (12, 15) comportant des moyens englobant deux vannes réglables connectées chacune entre l'entrée d'eau d'alimentation de l'unité d'échange de chaleur de la section de chauffage d'eau d'alimentation et une unité d'échange de chaleur correspondante (4) destinée à la production de chaleur, en vue d'un réglage individuel du débit de l'eau d'alimentation passant par le parcours d'écoulement en dérivation (12, 15)vers l'entrée d'eau d'alimentation de chaque unité d'échange de chaleur (4) destinée à la production de vapeur.
- 2. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque unité d'échange de chaleur (4) destinée à la production de vapeur comprend un préchauffeur (14) et une chaudière (16) reliés en cascade.
- 3. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'énergie thermique fournit un milieu chauffé, et chaque unité d'échange de chaleur (4) destinée à la production de vapeur est construite et connectée pour emmener le milieu chauffé <Desc/Clms Page number 9> d'abord à travers la chudière susdite (16) et ensuite à travers le préchauffeur susdit (14).
- 4. Système suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chaque unité d'échange de chaleur (4) destinée à la production de vapeur est construite et connectée pour em-nener le milieu d'échange de chaleur à travers à la fois la chaudière (16) et le préchauffeur (14) à contre-courant par rapport à l'eau d'alimentation.
- 5. Système suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la source d'énergie thermique est constituée par un réacteur de puissance nucléaire comportant un coeur, et le milieu chauffé est un fluide caloporteur de réacteur, circulant à travers le coeur.
- 6. Système suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est de l'eau sous pression.
- 7. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'énergie thermique est constituée par un réacteur de puissance nucléaire comportant un coeur et une masse de fluide caloporteur qui circule à travers le coeur et à travers chaque unité d'échange de chaleur (4) destinée à la production de vapeur.
- 8. Système suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est de l'eau sous pression.
- 9. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la section de chauffage de l'eau d'alimentation comporte deux unités d'échange de chaleur (2), la section de production de vapeur comporte quatre unités d'échange de chaleur (4) destinées à la production de vapeur, ce système comprenant en outre un collecteur reliant les deux unités d'échange de chaleur susdites (2) de la section de chauffage d'eau d'alimentation aux quatre unités d'échange de chaleur (4) susdites, destinées à la production de vapeur, de la section précitée de production de vapeur, quatre vannes réglables étant reliées chacune entre une unité d'échange de chaleur (2) de la section de chauffage d'eau d'alimentation et une unité d'échange de chaleur (4) correspondante, destinée à la production de vapeur, de la section précitée de production de vapeur.
- 10. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'énergie thermique alimente un milieu chauffé <Desc/Clms Page number 10> qui circule à travers chaque unité d'échange de chaleur (4) destinée à la production de vapeur, et les vannes susdites sont commandées pour réduire les différences de température entre les milieux quittant les unités d'échange de chaleur destinées à la production de vapeur.
- 11. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les vannes susdites sont commandées pour réduire les différences entre les unités d'échange de chaleur (4) destinées à la production de vapeur, par rapport à l'énergie totale transférée à l'eau d'alimentation dans chaque unité susdite d'échange de chaleur, destinée à la production de vapeur.
- 12. Procédé de fonctionnement d'un système de production de vapeur, comprenant une source d'énergie thermique, une section de chauffage d'eau d'alimentation comportant au moins une unité d'échange de chaleur (2) présentant une entrée d'eau d'alimentation, des moyens (10) destinés à alimenter l'eau d'alimentation à l'entrée d'eau d'alimentation de l'unité d'échange de chaleur (2), et une section de production de vapeur composée d'au moins deux unités d'échange de chaleur (4) destinées à la production de vapeur, comportant chacune une entrée d'eau d'alimentation connectée de manière à recevoir une eau d'alimentation chauffée depuis la section de chauffage d'eau d'alimentation et connectées chacune à la source d'énergie thermique en vue du transfert de chaleur depuis la source d'énergie vers l'eau d'alimentation,caractérisé en ce qu'il comprend la dérivation d'une proportion choisie de l'eau d'alimentation par rapport à la section de chauffage d'eau d'alimentation et son écoulement direct depuis l'entrée d'eau d'alimentation de l'unité d'échange de chaleur (2) de la section de chauffage d'eau d'alimentation, vers l'entrée d'eau d'alimentation de chaque unité d'échange de chaleur (4) destinée à la production de vapeur, et le réglage indépendant du débit, vers chaque unité d'échange de chaleur (4) destinée à produire de la vapeur, de l'eau d'alimentation qui passe en dérivation par rapport à la section de chauffage d'eau d'alimentation.
- 13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la source d'énergie thermique fournit un milieu chauffé qui circule à travers chaque unité d'échange de chaleur (4) destinée <Desc/Clms Page number 11> à produire de la vapeur, et une phase de réglage est réalisée pour réduire les différences de température entre les milieux quittant les unités d'échange de chaleur, destinées à la production de vapeur.
- 14. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la phase susdite de réglage est réalisée pour réduire les différences entre les unités susdites d'échange de chaleur (4) destinées à la production de vapeur, par rapport à l'énergie totale transférée à l'eau d'alimentation dans chaque unité d'échange de chaleur, destinée à la production de vapeur.
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|
| RE | Patent lapsed |
Owner name: WESTINGHOUSE ELECTRIC CORP. Effective date: 19930228 |