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formée par
WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION pour : "Colonne d'hydrolyse utilisée pour la conversion en continu de diuranate d'ammonium" Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 30 septembre 1982, sous le NO 432.031 au nom de Joseph John Scherpenberg
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"Colonne d'hydrolyse utilisée pour la conversion en continu de diuranate d'ammonium"
La présente invention se rapporte d'une façon générale aux systèmes de traitement de combustible nucléaire, et concerne plus particulièrement une colonne d'hydrolyse avec une buse à gaz perfectionnée utilisée dans un dispositif de conversion en continu de diuranate d'ammonium.
La conversion de diuranate d'ammonium utilise une colonne chargée pour l'hydrolyse d'hexafluorure d'uranium gazeux (UF6) avec de l'eau pour produire une solution de fluorure d'uranyle (U02F2) contenant de l'acide fluorhydrique qui est ensuite traité pour extraire l'uranium de la solution. Dans ce type de processus, de l'eau admise en haut d'une colonne et du gaz admis par une buse à gaz sur un côté de la colonne forment une solution qui éventuellement est déchargée par le fond de la colonne.
L'hexafluorure d'uranium gazeux est fourni dans le grand cylindre qui doit être chauffé car le gaz se solidifie ou se congèle à des températures inférieures à 64 C. environ. Les buses à gaz courantes imposent une complexité supplémentaire de réalisation pour chauffer le carter de la buse (généralement en acier inoxydable) afin d'empêcher le gaz de se solidifier lorsqu'il est introduit dans la colonne d'hydrolyse. Une réalisation existante d'une buse à gaz utilisée dans ce but (brevet des Etats-
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Unis d'Amérique NI 4.136. 130) comprend une circulation de vapeur dans un ensemble de conduites intérieures en boucle fermée dans le carter de la buse.
Dans cette buse courante, l'hexafluorure d'uranium gazeux pénètre dans la buse par le haut et effectue ensuite une rotation de 900 dans un tube horizontal faisant saillie à l'intérieur de la colonne d'hydrolyse. La disposition horizontale du tube d'adduction dans cette buse entraîne l'accumulation de cristaux de fluorure d'uranyle et bloque l'extrémité de sortie du tube. Cela est dû au fait que des cristaux de fluorure d'uranyle formés dans la colonne d'hydrolyse s'accumulent sur le dessus du tube et que ces cristaux se forment dans l'extrémité du tube à partir de l'eau qui pénètre depuis la colonne d' hydrolyse. En outre, des blocages peuvent se produire à d'autres endroits dans des circuits d'arrivée de gaz, entre le cylindre de gaz et la buse si l'hexafluorure d'uranium gazeux peut se solidifier.
Eventuellement, la buse ou autre partie du circuit d'arrivée de gaz se bouche complètement et doit être débouchée. La réalisation avec un seul tube d'arrivée pour une seule buse entraîne que pendant les opérations de débouchage, le processus de conversion de diuranate d'ammonium doit être interrompu et que l'hexafluorure d'uranium gazeux résiduel dans la ligne doit être libéré dans l'environnement de l'installation.
Un échappement dans la conduite de transport d'hexafluorure d'uranium est utilisé pour éliminer l'hexafluorure d'uranium qui subsiste dans le cylindre de transport. L'opération d'échappement n'est pas efficace dans la buse courante car le dispositif d'échappement doit repousser le gaz par la rotation de 900 et la buse simple
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ou le seul tube d'arrivée imposent d'interrompre le processus de conversion de diuranate d'ammonium. Des problèmes supplémentaires d'échappement sont causés par un blocage partiel du tube d'arrivée.
L'objet essentiel de l'invention est donc de proposer une colonne d'hydrolyse qui ne présente pas les inconvénients et les problèmes mentionnés ci-dessus.
A cet effet, l'invention concerne une colonne d'hydrolyse destinée à un processus en continu de conversion de diuranate d'uranium, comprenant une colonne tubulaire comportant à son extrémité supérieure une entrée pouvant être branchée sur une source d'eau, et une sortie de décharge à son extrémité inférieure ; et un branchement transversal disposé dans la colonne entre l'entrée et la sortie ;
cette colonne se caractérise par une première buse à gaz avec un carter isolant de la chaleur fixé sur le branchement transversal, ce carter comprenant un premier passage incliné dont l'extrémité supérieure peut être branchée sur une source d'hexafluorure d'uranium gazeux et dont l'extrémité inférieure pénètre et communique avec l'intérieur de la colonne tubulaire pour que le gaz circulant vers le bas par le premier passage puisse être déchargé directement et mélangé avec l'eau qui descend dans la colonne, le carter faisant saillie à l'intérieur de la colonne de manière que l'eau s'écoule généralement sur toute l'extrémité inférieure du premier passage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
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La figure 1 est une vue de côté et en coupe partielle de la colonne d'hydrolyse selon l'invention.
La figure 2 est une vue de face de la buse à gaz et de la région environnante de la figure 1.
La figure 3 est une coupe de la buse à gaz et de la région environnante de la figure 2, suivant les flèches III-III.
La figure 4 représente schématiquement un circuit d'arrivée de gaz qui alimente la colonne d'hydrolyse de la figure 1.
La figure 1 représente une colonne d'hydrolyse 10 destinée à être montée dans un ensemble de traitement en continu de conversion de diuranate d'ammonium, cette colonne 10 comportant une colonne tubulaire supérieure 12 avec une entrée d'eau 14 et un échappement d'air 16 à son extrémité supérieure. L'extrémité inférieure de la colonne supérieure 12 comporte une bride 18 boulonnée ou fixée par tout autre moyen sur une bride supérieure 19 du raccord de branchement transversal 20. La bride inférieure 21 du raccord de branchement 20 est fixée sur une colonne tubulaire inférieure 22 qui comporte une sortie de décharge 24 à son extrémité inférieure.
Une sortie 26 de contrôle de niveau de liquide, branchée sur d'autres éléments non représentés, maintient un niveau voulu du liquide dans la colonne et assure en outre la recirculation d'une partie du liquide de la colonne de la sortie 36 par la pompe 38 vers l'entrée 30 située en haut. La colonne supérieure 12 et la colonne inférieure 22 peuvent être traitées comme une colonne tubulaire unique, le raccord transversal 20 étant installé dans la colonne entre son entrée 14 et sa sortie 24.
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Une buse à gaz 34 est montée, par des boulons 41, sur l'entrée de gaz 32 du raccord 20. Le raccord 20 comporte également une ouverture pour recevoir un montage inverse ou une seconde buse à volonté, et qui est fermée par une bride pleine 35.
La buse illustrée sur les figures 2 et 3 comporte un carter 36 isolant de la chaleur avec une bride 38 qui est fixée par des boulons 41 sur une bride latérale 40 du raccord 20. De préférence, le carter 36 est en fibre de verre. Etant donné que le carter 36 est réalisé en une matière isolante de la chaleur, la nécessité de chauffer la buse à gaz des réalisations courantes est éliminée. L'hexafluorure d'uranium gazeux chauffé dans son cylindre de transport reste maintenant à l'état gazeux pendant son transit jusqu'à l'intérieur de la colonne tubulaire. La buse à gaz et sa conduite au circuit d'alimentation associés sont purgées avec de l'azote avant que le processus de conversion de diuranate d'uranium soit interrompu afin d'éliminer la possibilité de bouchage de la buse ou de la conduite d'arrivée de gaz par de l'hexafluorure d'uranium résiduel.
Le carter 36 comporte un passage incliné 42.
Le passage incliné 42 est adapté, à son extrémité supérieure 44 qui est supportée par une nervure 46 du carter 36, pour être branché sur une source de gaz d'hexafluoru-
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re d'uranium au moyen d'une bride 48. L'extrémité inb férieure 50 du passage incliné 42 communique avec l'intérieur 52 de la colonne tubulaire. L'extrémité inférieure 50 fait saillie à l'intérieur de la colonne de sorte que l'hexafluorure d'uranium gazeux descend par le passage 42, passe directement dans l'eau qui s'écoule dans la colonne
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et se mélange avec elle. En outre, toute la partie de l'extrémité inférieure 50 pénètre à l'intérieur de la colonne sur une longueur suffisante pour que l'eau qui s'écoule soit en contact avec toute la surface de l'extrémité inférieure. Cela assure un auto-nettoyage de la buse.
De préférence, le passage 42 est rectiligne et fait un angle de 45 avec l'axe longitudinal de la colonne. Un passage rectiligne permet un échappement plus facile des cylindres à gaz qu'avec la buse courante, et permet également un débouchage facile du passage dans les cas extrêmement improbables où cela serait nécessaire. L'inclinaison de 45 assure que l'eau qui s'écoule dans la colonne ne pénètre pas dans l'extrémité inférieure du passage en évitant ainsi que de l'eau se combine avec l'hexafluorure d'uranium gazeux pour former des cristaux de fluorure d'uranyle dans le passage, pouvant bloquer la buse.
L'extrémité inférieure ne peut comporter de partie en surplomb empêchant l'eau qui s'écoule d'atteindre les régions sous-jacentes. De préférence, l'extrémité inférieure 50 du passage est parallèle à l'axe longitudinal de la colonne de sorte qu'elle est automatiquement nettoyée par l'eau qui descend dans la colonne et qui atteint toutes les parties de cette extrémité inférieure. Pour faciliter l'auto-nettoyage de la buse, il est préférable que la partie du carter qui fait saillie à l'intérieur de la colonne tubulaire (en raison du fait que le carter 36 comporte le passage 32 avec son extrémité inférieure 50 en saillie) comporte une région supérieure 54, une région médiane 56 et une région inférieure 58.
La région
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supérieure 54 est inclinée vers le bas (de préférence à 450) vers l'axe longitudinal de la colonne, la région intermédiaire 56 est parallèle à cet axe et contient l'extrémité inférieure 50 du passage, et la région inférieure 28 est inclinée vers le bas (de préférence à 45 ) à l'opposé de l'axe. La région médiane 56 est reliée par sa partie supérieure à la région supérieure 54 et par sa partie inférieure avec la région inférieure 58. Une garniture 60 résistant à la corrosion couvre le passage 42 et la partie du carter 54,56 et 58 pénétrant à l'intérieur 52 de la colonne. De préférence un fluorocarbonate ou une matière plastique renforcée est utilisé pour la garniture 60 qui est en contact avec l'hexafluorure d'uranium gazeux ou la solution de fluorure d'uranyle.
Des matières comme le Teflon ou le Kynar peuvent convenir.
Une meilleure protection est assurée si la garniture 60 comporte deux couches de matières différentes résistant à la corrosion, par exemple une couche de Teflon recouvrant une couche sous-jacente de résine.
De préférence, dans la colonne d'hydrolyse 10, le carter 36 de la buse à gaz 34 comporte un second passage 62 généralement identique au premier passage 42. Le passage supplémentaire 62 peut être séparé du passage initial 42 mais positionné d'une manière similaire. De même, la colonne d'hydrolyse 10 peut comporter une seconde buse (non représentée) identique à la buse initiale 34, séparée d'elle et positionnée d'une façon similaire, par exemple symétriquement par rapport à la buse 35 prenant la place de la bride fermée 35 apparaissant sur la figure 1. Une réalisation à deux passages ou deux buses apporte plusieurs avantages sur les réalisations
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courantes pour le fonctionnement de la colonne d'hydrolyse.
Avec la possibilité d'un double passage, deux cylindres à gaz peuvent être branchés par un circuit d'alimentation de gaz (non représenté) sur une colonne d'hydrolyse.
Un cylindre à gaz peut être vidé par un passage 42 sans interrompre le processus de conversion de diuranate d'uranium, grâce au second cylindre à gaz qui alimente la colonne d'hydrolyse par le second passage 62. Ce circuit d'alimentation de gaz peut consister en un circuit direct entre un cylindre et un passage et un second circuit direct entre le second cylindre et le second passage.
Un circuit d'alimentation en gaz plus élaboré peut être utilisé pour permettre que les blocages soient débouchés dans la buse (ou autres parties du circuit d'alimentation) sans être obligés, comme avec les colonnes d'hydrolyse courante, d'interrompre la conversion de diuranate d'alumine et sans qu'il soit possible que de l'hexafluorure d'uranium bloqué résiduel s'échappe dans l'environnement de l'installation. Ce circuit d'alimentation plus élaboré (dont un exemple est représenté sur la figure 4) peut utiliser des vannes et des branchements de circuits d'alimentation pour maintenir le traitement (en passant au second cylindre et en passage ouvert) et pour libérer la pression et chasser le gaz résiduel bloqué vers le passage ouvert avant de déboucher le premier passage bloqué ou le circuit bloqué aboutissant à ce premier passage.
Il y a lieu par exemple de considérer un premier raccord 64 en forme de"T"avec une vanne 66 à sa base et une vanne 68,70 à l'extrémité de chaque bras. La base de vanne 66 est reliée au premier cylindre de gaz
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72. La vanne 68 du bras de droite est reliée à un circuit direct de droite 74 vers le premier passage 42 et la vanne 70 du bras de gauche est reliée à un circuit direct de gauche 76 vers le second passage 62. Un second raccord 78 en"T"est également prévu avec sa vanne de base 80 reliée au second cylindre 86, sa vanne de droite 82 reliée au circuit direct de droite 74 en aval mais à proximité de la première vanne de droite 68 et avec la vanne du bras gauche 84 reliée au circuit direct gauche 76 en aval et à proximité de la première vanne de gauche 70.
Par une opération évidente d'ouverture et de fermeture de différentes vannes, le gaz enfermé par blocage peut être libéré dans la colonne d'hydrolyse 10 par un circuit ouvert et un passage ouvert. Une plus grande souplesse de fonctionnement peut aussi être obtenue en utilisant plus de deux passages ou deux buses.