CH616498A5 - - Google Patents

Description

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REVENDICATIONS

1) Séparateur-surchauffeur vertical de la vapeur issue d'une turbine de détente à haute pression, avant son admission dans une turbine de détente sous une pression inférieure, par échange de chaleur avec de la vapeur sous une pression supérieure, avec soutirage d'une fraction de la vapeur séchée avant sa surchauffe, divisé en plusieurs secteurs verticaux comportant à partir de la zone centrale une zone de séparation de l'eau entraînée par la vapeur et une zone de surchauffe, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un secteur vertical (26) ne comportant qu'une zone de séparation de l'eau entraînée par la vapeur, suivie de moyens d'évacuation de la vapeur séchée.

2) Séparatueur-surchauffeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une zone périphérique (7) occupée par la vapeur surchauffée.

3) Séparateur-surchauffeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la zone de séparation de l'eau entraînée, non suivie d'une zone de surchauffe, est séparée par une double paroi (14) de la zone périphérique occupée par la vapeur surchauffée.

4) Séparateur-surchauffeur selon la revendication 1, comportant une introduction de la vapeur humide dans le bas et des étages superposés d'organes de séparation de l'eau entraînée (41,42) sont progressivement plus proches de son axe en allant du bas vers le haut, de façon à assurer un débit de vapeur humide sensiblement constant de bas en haut.

5) Séparateur-surchauffeur selon la revendication 1, avec faisceaux tubulaires de surchauffe de la vapeur d'eau séchée, caractérisé en ce que les faisceaux tubulaires sont munis du côté de la vapeur de surchauffe de grilles (49, 50) d'homogénéisation du débit de vapeur dans les tubes.

La présente invention concerne un séparateur-surchauffeur vertical de la vapeur issue d'une turbine de détente à haute pression, avant son admission dans une turbine de détente sous une pression inférieure, par échange de chaleur avec de la vapeur sous une pression supérieure, avec soutirage d'une fraction de la vapeur séchée avant sa surchauffe, divisé en plusieurs secteurs verticaux comportant à partir de la zone centrale une zone de séparation de l'eau entraînée par la vapeur et une zone de surchauffe. Des séparateurs surchauffeurs de ce genre, divisés en secteurs verticaux de séparation et de surchauffe, mais sans soutirage d'une fraction de la vapeur séchée, sont connus par le brevet suisse no 494 920.

De tels soutirages sont notamment nécessaires dans les circuits d'échange de chaleur des centrales nucléaires à eau légère, où l'eau du circuit secondaire renvoyée du condenseur à l'échangeur de chaleur avec la vapeur d'eau issue du réacteur doit être préchauffée à l'aide de vapeur prélevée sur l'échappement de la turbine de détente à haute pression. Mais la vapeur ainsi prélevée sur l'échappement de cette turbine contient une proportion d'eau important (environ 11 à 13%), ce qui entraîne un risque important d'érosion-corrosion dans les tuyauteries et appareils situées en aval de son point de prélèvement. Si l'on veut éviter cette érosion-corrosion, on doit exécuter ces tuyauteries et autres appareils en acier inoxydable, ce qui rend leur fabrication beaucoup plus onéreuse.

On pourrait envisager de faire passer la vapeur d'échappement de la turbine de détente dans un séparateur-surchauffeur comportant une première zone munie de séparateurs de vapeur, surmontée d'une seconde zone munie d'échangeurs de surchauffe de la vapeur, avec un soutirage entre la première et la seconde zone de vapeur sèche non surchauffée. Mais du fait de la perte de charge supplémentaire due aux faisceaux tubulaires de surchauffe, la vitesse de vapeur n'est pas homogène dans la zone de séparation de l'eau, de sorte qu'il est très difficile d'obtenir un débit uniforme de vapeur non surchauffée et une répartition de la vapeur à surchauffeur sur le pourtour du séparateur-surchauffeur, avec une perte de charge minimale. Une répartition irrégulière de la vapeur à surchauffer entraîne ? par ailleurs des différences locales de température de la vapeur surchauffée, engendrant des contraintes thermiques sur le sépa-rateur-surchauffeur et sur les tuyauteries d'évacuation de la vapeur surchauffée.

La présente invention a pour but de remédier aux inçonvé-ni nients ci-dessus, et de procurer un séparateur-surchauffeur assurant un débit uniforme de vapeur non surchauffée et une répartition régulière de la vapeur à surchauffer sur les différents faisceaux de surchauffe, avec une température de son enveloppe sensiblement uniforme, évitant l'apparition de contraintes ther-i 5 miques, et une perte de charge minimale.

Le séparateur-surchauffeur vertical selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un secteur vertical ne comportant qu'une zone de séparation de l'eau entraînée par la vapeur, suivie de moyens d'évacuation de la vapeur séchée. 2ii II comporte en outre de préférence au moins l'une des caractéristiques suivantes:

- Il comprend une zone périphérique occupée par la vapeur surchauffée.

- La zone de séparation de l'eau entraînée, non suivie d'une 25 zone de surchauffe, est séparée par une double paroi de la zone périphérique occupée par la vapeur surchauffée.

- II est muni d'une introduction de la vapeur humide dans le bas et d'étages superposés d'organes de séparation de l'eau entraînée et de surchauffe, et les organes de séparation de l'eau entraînée sont progressivement plus proches de son axe en allant du bas vers le haut, de façon à assurer un débit de vapeur humide sensiblement constant de bas en haut.

- La surchauffe de la vapeur d'eau séchée est assurée par des faisceaux tubulaires, munis du côté de la vapeur de sur-

15 chauffe de grilles d'homogénéisation du débit de vapeur dans les tubes.

Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un séparateur-surchauffeur de vapeur à soutirage de vapeur saturée sèche selon l'invention. 4(1 La figure 1 représente le séparateur-surchauffeur en coupe axiale.

La figure 2 représente une coupe horizontale selon l'axe A-A de la figure 1.

La figure 3 représente en coupe à échelle agrandie un 45 empilement de séparateurs et le faisceau de surchauffe correspondant.

La figure 4 représente à échelle encore agrandie en coupe horizontale un séparateur et le faisceau tubulaire de surchauffe correspondant.

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Le séparateur-surchauffeur vertical représenté en figure 1 comprend une virole externe 1 munie à son extrémité inférieure d'une tubulure 2 d'admission de la vapeur humide issue de la turbine de détente à haute pression. Cette virole est munie d'un 55 fond interne conique 3. Une chemise cylindrique 4, dont le bord inférieure est plus bas que la tubulure 2, forme avec le fond conique une chicane obligeant la vapeur humide à un changement de direction au cours duquel les plus grosses gouttelettes d'eau contenues dans la vapeur se séparent et se rassemblent sur 6() le fond. La zone centrale 5 vide du séparateur-surchauffeur est destinée à permettre à la vapeur humide de se répartir entre les organes de séparation et de surchauffe étagés représentés globalement en 6, et l'organe de séparation sans surchauffe représenté en 13. Entre les divers organes de séparation et de (,5 surchauffe et la surface interne de la virole 1 subsiste un espace 7 qu'occupe la vapeur surchauffée, qui assure une homogénéisation de la température de cette virole et évite l'apparition de contraintes thermiques tant sur celle-ci que sur les tuyauteries

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de liaison. Cet espace est relié au dôme supérieur 7 A du séparateur-surchauffeur et à la tubulure 8 d'évacuation de la vapeur surchauffée vers la turbine de détente à plus basse pression.

Les organes de séparation et de surchauffe 6 sont répartis en secteurs radiaux. Il y a par exemple 6 secteurs de séparation et de surchauffe 20,21,22,23,24,25, et un secteur de séparation seule 26 (voir figure 2).

Ces organes ne sont pas superposés verticalement, mais décalés progressivement de bas en haut vers l'axe du séparateur-surchauffeur, de façon à offrir à la vapeur humide une section de passage sensiblement constante, en dépit des flux qui traversent les rangées successives de séparateurs-surchauffeurs. La zone centrale 5 est de ce fait de forme sensiblement tronconique. Elle est séparée de la zone de circulation de la vapeur surchauffée par une cloison 19.

Le séparateur-surchauffeur comprend des faisceaux tubulaires de circulation de vapeur sous pression plus élevée, prélevée par exemple à l'admission de la turbine sous haute pression. La tuyauterie 9 d'admission de la vapeur débouche sur un tore, non représenté, qui assure l'alimentation des divers faisceaux de surchauffe, par l'intermédiaire de lyres de dilation 10. Â la sortie des faisceaux tubulaires, qui seront décrits en détail en référence à la figure 3, la vapeur d'eau condensée est recueillie dans une tuyauterie 11 qui la mène à un récipient de recette 12.

Le séparateur 13 recueille sur un secteur du pourtour (26, figure 2) la vapeur que l'on désire sécher sans la surchauffer. Pour éviter l'apparition d'écarts de température au niveau de la virole 1, la sortie du séparateur 13 est munie d'une double paroi 14. Elle débouche dans la tubulure de sortie 15. On observera qu'en substituant au séparateur 13, fixé de façon amovible dans la paroi 14, un séparateur de section de passage plus faible ou supérieure, on peut faire varier le débit de soutirage de vapeur sèche non surchauffée sans modifier aucun autre organe de l'échangeur.

L'eau séparée dans les séparateurs précédant les surchauffeurs est recueillie dans des gouttières telles que 16, et celle recueillie dans le séparateur 13 dans une gouttière 17. Ces gouttières débouchent dans le fond du séparateur-surchauffeur, d'où une tubulure 18 permet l'évacuation de l'eau recueillie.

La coupe horizontale représentée en figure 2, selon l'axe A-A de la figure 1, au niveau de la tubulure d'évacuation de la vapeur sèche, montre les différents secteurs de séparation-surchauffe tels que 20,21, etc ...., chaque secteur tel que 20, comprenant un organe séparateur 27 et un organe de surchauffe 28. Par contre, le secteur de prélèvement de vapeur à sécher sans la surchauffer, dont la grandeur angulaire peut être différente de celle des autres secteurs, en fonction du débit maximal de vapeur sèche que l'on désire, ne comprend qu'un organe séparateur 30, suivi d'un conduit entouré par la double paroi 14 et débouchant dans la tubulure d'évacuation 15.

La figure 3 représente en coupe axiale à plus grande échelle une rangée verticale d'organes séparateurs et le faisceau tubulaire de surchauffe correspondant, tandis que le figure 4 les représente en coupe horizontale. Les organes séparateurs 41, 42, etc ... représentés schématiquement par des grilles, sont de type connu, constitués par exemple par des tôles ondulées 5 parallèles entre lesquelles circule la vapeur humide, et réparties en deux jeux formant un angle entre lesquels est disposée une cornière de support de forme générale triangulaire 64.

Les séparateurs reposent contre la cloison 68 délimitant l'enceintre de vapeur humide par des lames d'étanchéité forni mées par des tôles pliées 67 boulonnées de place en place avec un jeu suffisant pour permettre des dilatations différentielles.

L'eau arrêtée par les séparateurs 62,63 ruisselle et se trouve recueillie dans des gouttières 16, descendant jusqu'au fond du séparateur-surchauffeur.

15 Sur le trajet de la vapeur les séparateurs sont précédés d'une grille 60 (ou 61) et suivis d'une grille 66 d'homogénéisation du débit.

Le faisceau tubulaire de surchauffe se compose de tubes verticaux 44, reliant des plaques tubulaires 45 et 46. La plaque 20 tubulaire supérieure 45 est surmontée d'une chambre de vapeur 47, alimentée par une tubulure 48. Deux grilles de répartition 49 et 50 assurent un débit uniforme de la vapeur à haute pression dans les tubes, en dépit de l'écart de température variable entre la vapeur de surchauffe à température uniforme 25 et la vapeur séchée à surchauffer, dont la température s'élève au fur et à mesure qu'elle traverse le faisceau tubulaire (de la droite vers la gauche sur la figure). Pour ce faire, les diamètres des perforations de la grille 50 vont en diminuant (de la droite de la figure, vers la gauche).

111 Des cloisons horizontales 51 séparent la vapeur séchée en flux partiels provenant chacun d'un groupe de deux séparateurs superposés, de façon à régulariser le débit de vapeur à surchauffer traversant le faisceau tubulaire de surchauffe. Du côte du faisceau de surchauffe opposé aux séparateurs, une grille 52 15 égalise également le débit de vapeur.

La plaque tubulaire inférieure 46 surmonte une chambre 53 de recueil de l'eau condensée, qui est évacuée par une tubulure 54; la tuyauterie 55 assure l'équilibrage de pression avec le récipient de recette 12 (figure 1).

40 L'étanchéité des circuits de vapeur est assurée par des joints à presse-étoupe 56, qui glissent contre les plaques tubulaires et permettent ainsi de compenser les dilatations du faisceau tubulaire.

•i5 Chaque ensemble de séparateurs et d'un faisceau de surchauffe peut être démonté, indépendamment des autres, en le ramenant dans la zone libre centrale et en l'extrayant par l'orifice 65 situé dans le fond supérieur de l'appareil après decoupage du fond de trou d'homme 69 (voir figure 1). so Les séparateurs peuvent être de tout autre type connu, tels que des chicanes, des toiles métalliques, et les moyens d'étanchéité et de compensation des dilatations peuvent être différents.

4 feuilles dessins