L’utilisation de réchauffeurs à immersion dans l’industrie nucléaire

Last updated on juillet 13th, 2017 at 03:18 pm

L’industrie du nucléaire fournit de la chaleur et de l’électricité aux consommateurs en utilisant la chaleur générée par une fission nucléaire dans un environnement contrôlé. La fission nucléaire est la casse du noyau d’un atome en plus petits morceaux. Dans les confins d’un réacteur nucléaire, cette réaction de fission nucléaire produit une grande quantité d’énergie thermale, qui est ensuite utilisée pour transformer de l’eau en vapeur, qui ensuite fait tourner une turbine et génère de l’électricité, convertissant l’énergie thermale en énergie électrique. [1] L’énergie nucléaire est considérée comme une source vitale d’énergie grâce à son taux de rendement, et en 2010, c’était la source de 14% de l’électricité mondiale. [2] La production d’énergie par le nucléaire nécessite des systèmes de contrôle en place qui suivent et ajustent de nombreux paramètres essentiels. Certains de ces systèmes de contrôle nécessitent de la chaleur électrique en utilisant des réchauffeurs à immersion.

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Les réchauffeurs à immersion sont un type de réchauffeur généralement utilisés pour réchauffer des liquides. Comme leur nom le suggère, un réchauffeur à immersion se compose d’éléments métalliques immergés dans le liquide à chauffer. Les éléments agissent en tant que résistances électriques, qui convertissent efficacement l’énergie électrique en énergie thermique, qui se dissout par la suite dans le liquide environnant en le chauffant. Le schéma 1 montre un type de réchauffeur à immersion construit par WATTCO™. Ce thermoplongeur à bride utilise de nombreux éléments pour améliorer la zone de contact avec le fluide à réchauffer afin d’améliorer l’efficacité.  [4, 5] De manière générale, un capteur se trouve dans le liquide et envoie des signaux à une unité de contrôle où les paramètres de température sont entrés pour contrôler le thermoplongeur. Les réchauffeurs à immersion sont les plus utilisés dans les environnements industriels.

Les réchauffeurs électriques sont généralement utilisés pour contrôler la pression dans un réacteur d’eau pressurisée, un type de réacteur nucléaire commun, que l’on voit sur le schéma 2. Dans ce type de réacteur nucléaire, un liquide réfrigérant primaire (de l’eau à haute pression) est utilisé pour absorber de la chaleur résultant de la réaction de la fission nucléaire. La chaleur est alors transférée au fluide (l’eau) en utilisant un échangeur de chaleur. A cause de la chaleur, le liquide est converti en vapeur, qui par la suite fait tourner une turbine en créant de l’énergie électrique, qui est ensuite prête à être utilisée de façon commerciale. Dans la conception de ce réacteur, le liquide réfrigérant primaire doit rester un liquide à une température de 321°C. [1] Pour s’assurer qu’il n’entre pas en ébullition, la boucle doit être maintenue à une pression de 2250psi. [1] Pour maintenir et gérer la pression générale, un vaisseau externe (générateur de pression) est connecté à la boucle utilisée. Le générateur de pression est un réservoir rempli d’eau et de vapeur. Un réchauffeur à immersion se trouve en bas du réservoir. Cela peut être un thermoplongeur à bride. Généralement, un réchauffeur d’une capacité de 1800kw est nécessaire pour une usine nucléaire produisant presque 3000 MWe d’électricité. [1] La pression de la vapeur contrôle la pression générale de la boucle, tandis que la pression de la vapeur est contrôlée par la température du générateur de pression. Quand une sonde mesure une baisse de pression, le réchauffeur électrique est allumé. Il réchauffe l’eau, la convertissant en vapeur pour augmenter la pression générale dans la boucle. La pression est dont un paramètres contrôlé dans le réacteur pressurisé qui est contrôlé par un réchauffeur électrique. Si la pression dépasse un certain seuil, une vaporisation d’eau froide est réalisée dans le générateur pour abaisser la température, abaissant ainsi la vapeur et donc la pression. [1, 6, 7]

Un réchauffeur à immersion est idéal pour une utilisant dans le générateur de pression grâce à son efficacité et sa versatilité en matière de taille et de conception, ainsi que la simplicité de fabrication. WATTCO™ peut proposer des conceptions sur mesure pour rencontrer les demandes spécifiques. Des paramètres comme la forme et la taille des éléments, la tension, les systèmes de contrôle et les matériaux peuvent être faits sur mesure pour répondre aux besoins des acheteurs. L’entretien des éléments de chauffe du générateur de pression est relativement simple, et augmente la durée de vie du générateur, améliorant l’attrait économique de l’utilisation d’un réchauffeur à immersion dans un générateur. [8] En fait, en coupant et soudant simplement, les éléments défectueux d’un thermoplongeur peuvent être remplacés, plutôt que de devoir remplacer le réchauffeur entier. C’est pourquoi, grâce à la facilité d’entretien du réchauffeur à immersion, la vie d’un générateur de pression est augmentée, ce qui réduit l’exposition aux radiations des travailleurs pendant le remplacement d’un générateur.

L’acier inoxydable est le matériau le plus approprié pour les éléments des réchauffeurs à immersion utilisés dans les pressurisateurs.  C’est un alliage de haute qualité qui est résistant à la corrosion dans un environnement aqueux et possède une bonne résistance à la température. Il est utilisé dans la majorité des canalisations d’un réacteur nucléaire. [9] Beaucoup d’alliages ont peu de changements de dureté et de résistance en réponse aux radiations nucléaires, qui peuvent dont endommager d’autres matériaux. [10] De plus, WATTCO™ peut offrir de nombreux alliages comme de l’Incoloy® ou de l’Inconel®, qui comprennent des gaines en acier renforcé résistantes aux utilisations sous forte tension, comme la chauffe d’un générateur de pression dans une usine nucléaire.

Les réchauffeurs à immersion sont parfaits pour le générateur de pression des réacteurs nucléaires grâce à leur incroyable efficacité, versatilité, simplicité de fabrication et techniques d’entretien. A cause de la conception, majoritairement la haute température, la pression et la présence d’irradiations nucléaires constantes, l’acier inoxydable est le meilleur matériau pour les éléments d’un réchauffeur à immersion. Pour plus d’information sur des réchauffeurs à immersion, les paramètres de conception ou pour obtenir un devis, veuillez contacter les représentants techniques de WATTCO™.