EP0022031B1 - Bassins à grande contenance pour le stockage de produits radioactifs - Google Patents

Bassins à grande contenance pour le stockage de produits radioactifs Download PDF

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EP0022031B1
EP0022031B1 EP80400980A EP80400980A EP0022031B1 EP 0022031 B1 EP0022031 B1 EP 0022031B1 EP 80400980 A EP80400980 A EP 80400980A EP 80400980 A EP80400980 A EP 80400980A EP 0022031 B1 EP0022031 B1 EP 0022031B1
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basins
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basin
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stainless steel
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René Guilloteau
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Generale Pour Les Techniques Nouvelles Sgn SA Ste
Societe Generale pour les Techniques Nouvelles SA SGN
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/34—Disposal of solid waste

Definitions

  • the present invention relates to large-capacity basins for the storage of radioactive products.
  • the radioactive waste is generally stored, at the exit of the piles, in basins filled with water which one compared to swimming pools.
  • the basins currently used have the shape of a parallelepiped; seen in plan this parallelepiped has the shape of a rectangle whose width is limited by the normal range of the handling bridges which must put in place and remove the "baskets" of radioactive material and whose length is limited by problems of expansion materials (concrete) in which the basins are made. Consequently, in the current state of the art, there is a dimension of the basins which cannot be exceeded.
  • the current basins all have walls made up of a thick concrete veil lined, on its internal face, with a stainless steel wall.
  • This stainless steel wall is produced on site using flat sheets which are welded to each other edge to edge and on the other fixed in vertical uprights (wooden or metallic) integral with the web of concrete.
  • This arrangement of the stainless steel inner lining has a number of advantages, but it also has notable drawbacks which will increase as the dimensions of the basins increase, due to differences in expansion between the concrete and the stainless steel. It therefore appeared desirable, in particular for larger basins, to use a novel device for coating the interior walls of the concrete of the basins by means of stainless steel elements. This is another object of the present invention.
  • the present invention therefore relates to basins for storage of radioactive products in water, characterized in that they have a toric shape and that the free central part of these basins is surmounted by a chimney allowing proper ventilation of the basins and exchangers used.
  • This toric shape is most generally circular, the diameter of the inner wall of the torus being at least 30 m and the diameter of the outer wall up to 120 m being understood that the distance between the inner wall and the outer wall will generally be compatible with the spans of handling bridges.
  • the reasonable dimensions seem, under current technological conditions, to be: diameter of the interior wall 46 m, diameter of the exterior wall 90 m.
  • the depth of these basins can be arbitrary; in general, the same depth will be used as that of the current basins, that is to say of the order of 9 m.
  • basins of this type are within the reach of those skilled in the art; the walls of the basin are of reinforced concrete of sufficient thickness to ensure on the one hand biological protection and on the other hand resistance to deformations and earthquakes; these walls could for example be 1.5 m thick.
  • the basins are preferably of the underground type, that is to say that they are mounted on studs, the upper part of which is provided with flexible connection devices which allow on the one hand the expansion of the concrete and of on the other hand, a first resistance to horizontal earthquakes.
  • the inlet and outlet structures of the basins are advantageously constituted by "hop jumps" constructed so as to be separated in structure from the basins and connected to the lateral ground.
  • the internal faces of the basins are coated with a continuous coating of stainless steel by means of a vertical corrugated wall fixed to the upper part of the walls of the basins and by means of a plate bottom, the connection between said vertical corrugated wall and said bottom plate being produced by means of an expansion wave, also made of stainless steel, welded to said corrugated wall and to said bottom plate.
  • the bottom plate is obviously made by welding elementary stainless steel plates; this plate is welded around its edge to an edge of a stainless steel expansion wave.
  • the vertical corrugated wall is formed by the in situ welding of unitary elements of suitable shape; these elements have a shape such that the vertical weld line, between two adjacent elements, is at a certain distance from the interior face of the concrete wall when the adjacent unit elements are pressed against said internal face.
  • unitary elements of suitable shape; these elements have a shape such that the vertical weld line, between two adjacent elements, is at a certain distance from the interior face of the concrete wall when the adjacent unit elements are pressed against said internal face.
  • An example of usable unit elements is constituted by "boards".
  • the lower part of the vertical corrugated wall is welded to a stainless steel expansion wave; the purpose of this expansion wave is to deform when, on the one hand, the corrugated wall and, on the other hand, the bottom plate expand or retract under the influence of a change in the temperature of the water.
  • the upper part of the vertical corrugated wall is fixed, for example by means of a flap, to the upper part of the concrete wall.
  • This internal coating system for basins has significant advantages over the coating techniques currently used in basins.
  • the toric arrangement of the basins according to the invention gives rise to certain new possibilities with regard to the additional devices necessary for the operation of said basins. It is essentially a matter of using the free space located in the center of the torus as rationally as possible and of placing there the heat and / or ion exchangers and the ventilation elements.
  • the ventilation which contributes to the cooling of the basin, can be easily and advantageously carried out by the installation of a chimney covering the free space located in the center of the torus; this chimney is provided with a propeller creating forced ventilation and an upward air flow; this current of air coming from around the basin and passing under this basin can be guided so as to lick the underside of said basin.
  • the heat exchangers can conventionally be constituted by plate exchangers, located for example in the free space forming the center of the torus, which receive on the one hand, by means of a pump, the water from the basin and on the other share a fluid allowing cooling.
  • autonomous exchanger means an individualized, independent exchanger and therefore interchangeable; moreover, these submerged autonomous exchangers are by definition supplied with water from the basin using known devices providing water at low or medium pressure.
  • FIGS. 1, 2, 3, 4 and 5 The following nonlimiting example illustrates a preferred embodiment of the invention; a basin according to this example is shown diagrammatically in FIGS. 1, 2, 3, 4 and 5.
  • Figure 1 is a sectional view of a basin according to the invention.
  • Figures 2 and 3 are diagrams, in plan and in section, of a wall portion of a basin according to the invention with its coating of stainless steel.
  • Figures 4 and 5 are diagrams, in section, of two exchangers, one thermal and the other ionic immersed in the basin.
  • a basin of this type possibly fitted with accessory input or output devices called "chip jumps" which are preferably separated in structure from the basin, would be capable of receiving approximately 10,000 t of active material to be stored.
  • Figures 2 and 3 are diagrams, in plan and in section, of a portion of basin wall showing a method of interior coating, using stainless steel, of the walls of this basin.
  • FIG 3 we see the circular concrete wall 8 which, thanks to the coating device according to the present invention, we can leave the internal surface to be coated in the state of raw concrete; at 9 is shown the internal coating of stainless steel; this coating is made from unitary elements which welded to each other constitute a corrugated surface. These unit elements can have very different shapes, but it is important that the welds 10 between two neighboring unit elements are made on ends of these elements which are at a certain distance from the wall when said elements are pressed against said wall; thanks to this latter arrangement it can be verified that the welds between the various elements are properly carried out.
  • the basins according to the invention have considerable advantages compared to current basins; for the most part the new basins are much more balanced, more resistant to deformations and earthquakes, easier to build and use and, for the same footprint, much more efficient as regards the quantities of radioactive materials which are storable in said basins.

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Description

  • La présente invention concerne des bassins à grande contenance, pour le stockage de produits radioactifs.
  • Les déchets radioactifs sont généralement stockés, à la sortie des piles, dans des bassins remplis d'eau que l'on a comparés à des piscines.
  • Les bassins actuellement utilisés ont la forme d'un parallélépipède; vu en plan ce parallélépipède a la forme d'un rectangle dont la largeur est limitée par la portée normale des ponts de manutention qui doivent mettre en place et enlever les "paniers" de matière radioactive et dont la longueur est limitée par des problèmes de dilatation des matériaux (bétons) dans lesquels les bassins sont réalisés. On arrive par conséquent dans l'état actuel de la technique à une dimension des bassins qui ne peut être dépassée.
  • Or la multiplication des déchets radioactifs susceptibles d'être plongés dans de tels bassins est telle qu'il apparaît souhaitable de pouvoir disposer dans un proche avenir de bassins de contenance (c'est-à-dire en fait de surface) nettement plus grande que celle des bassins actuels. C'est là un des buts de la présente invention.
  • Par ailleurs les bassins actuels présentent tous des parois composées d'un voile de béton épais doublé, sur sa face interne, d'une paroi en acier inoxydable. Cette paroi en acier inoxydable est réalisée sur place à l'aide de tôles planes qui sont d'une part soudées les unes avec les autres bord à bord et d'autre part fixées dans des montants verticaux (en bois ou métalliques) solidaires du voile de béton. Cette disposition du revêtement intérieure en acier inoxydable présente un certain nombre d'avantages mais elle présente par ailleurs des inconvénients notables qui vont croissant au fur et à mesure que les dimensions des bassings augmentent, du fait de différences de dilatation entre le béton et l'acier inoxydable. Il est donc apparu souhaitable, notamment pour les bassins les plus grands, d'utiliser un dispositif noveau de revêtement de parois intérieures du béton des bassins au moyen d'éléments an acier inoxydable. C'est là un autre objet de la présente invention.
  • Enfin il va de soi que toute nouvelle conception des bassins entraîne des possibilités nouvelles et/ou préférentielles pour l'aménagement des dispositifs annexes et des servitudes nécessaires au fonctionnement de ces bassins. Les bassins selon l'invention se sont révélés particulièrement intéressants pour l'organisation des dispositifs de refroidissement et d'échanges ioniques; une telle organisation rationnelle de ces dispositifs constitue également une caractéristique secondaire importante de l'invention.
  • La présente invention concerne donc des bassins pour stockage de produits radioactifs dans de l'eau caractérisés en ce qu'ils ont une forme torique et que la partie centrale libre de ces bassins est surmontée d'une cheminée permettant une ventilation convenable des bassins et des échangeurs utilisés.
  • Cette forme torique est le plus généralement circulaire, le diamètre de la paroi intérieure du tore étant d'au moins 30 m et le diamètre de la paroi extérieure pouvant atteindre 120 m étant entendu que la distance entre la paroi intérieure et la paroi extérieure sera généralement compatible avec les portées des ponts de manutention. Les dimensions raisonnables semblent, dans les conditions technologiques actuelles, être:diamètre de la paroi intérieure 46 m, diamètre de la paroi extérieure 90 m.
  • La profondeur de ces bassins peut être quelconque; on utilisera en général la même profondeur que celle des bassins actuels c'est-à-dire de l'ordre de 9 m.
  • La construction des bassins de ce type est à la portée de l'homme de l'art; les parois du bassin sont en béton armé d'épaisseur suffisante pour assurer d'une part la protection biologique et d'autre part une résistance aux déformations et aux séismes; ces parois pourront par exemple être de 1,5 m d'épaisseur.
  • Les bassins sont de préférence du type à sous-sol c'est-à-dire qu'ils sont montés sur des plots dont la partie supérieure est munie de dispositifs de liaison souples qui permettent d'une part les dilatations du béton et d'autre part une première résistance aux séismes horizontaux.
  • Les ouvrages d'entrée et de sortie des bassins sont avantageusement constitués par des "sauts de puce" construits de manière à être désolidarisés en structure par rapport aux bassins et reliés au sol latéral.
  • Selon un mode d'exécution avantageux de l'invention les faces internes des bassins sont revêtues d'un revêtement continu en acier inoxydable au moyen d'une paroi ondulée verticale fixée à la partie supérieure des parois des bassins et au moyen d'une plaque de fond, la liaison entre ladite paroi ondulée verticale et ladite plaque de fond étant réalisée au moyen d'une onde de dilatation, également en acier inoxydable, soudée à ladite paroi ondulée et à ladite plaque de fond.
  • La plaque de fond est bien évidemment réalisée par la soudure de plaques élémentaires en acier inoxydable; cette plaque est soudée sur son pourtour à un bord d'une onde d'dilatation en acier inoxydable.
  • La paroi ondulée verticale est constituée par la soudure in situ d'éléments unitaires de forme convenable; ces éléments ont une forme telle que la ligne de soudure verticale, entre deux éléments adjacents, est à une certaine distance de la face intérieure de la paroi en béton lorsque les éléments unitaires adjacents sont plaqués contre ladite face interne. Un exemple d'éléments unitaires utilisables est constitué par des "planches".
  • La partie inférieure de la paroi ondulée verticale est soudée sur une onde de dilatation en acier inoxydable; cette onde de dilatation a pour but de se déformer lorsque, d'une part, la paroi ondulée et, d'autre part, la plaque de fond de dilatent ou se rétractent sous l'influence d'un changement de la température de l'eau.
  • La partie supérieure de la paroi ondulée verticale est fixée, par exemple grâce à un rabat, à la partie supérieure de la paroi en béton.
  • Ce dispositif de revêtement interne des bassins présente des avantages importants par rapport aux techniques de revêtement actuellement utilisées dans les bassins.
  • La disposition torique des bassins selon l'invention entraîne certaines possibilités nouvelles quant aux dispositifs annexes nécessaires pour le fonctionnement desdits bassins. Il s'agit essentiellement d'utiliser aussi rationnellement que possible l'espace libre situé au centre du tore et d'y disposer les échangeurs thermiques et/ou ioniques et les éléments de ventilation.
  • La ventilation, qui contribue au refroidissement du bassin, peut être aisément et avantageusement réalisée par la mise en place d'une cheminée couvrant l'espace libre situé au centre du tore; cette cheminée est munie d'une hélice créant une ventilation forcée et un courant l'air ascendant; ce courant d'air provenant du pourtour du bassin et passant sous ce bassin peut être guidé de façon à lécher la face inférieure dudit bassin.
  • Les échangeurs thermiques peuvent être classiquement constitués par des échangeurs à plaques, situés par exemple dans l'espace libre formant le centre du tore, qui reçoivent d'une part, au moyen d'une pompe, l'eau du bassin et d'autre part un fluide permettant le refroidissement.
  • Mais, et c'est là un des aspects complémentaires de l'invention, il a été trouvé plus commode de réaliser les divers échanges (thermiques, ioniques, filtrations) que l'eau du bassin doit subir à l'aide d'échangeurs autonomes immergés dans ledit bassin. Par échangeur autonome on entend un échangeur individualisé, indépendant et de ce fait interchangeable; de plus ces échangeurs autonomes immergés sont par définition alimentés en eau du bassin à l'aide de dispositifs connus fournissant l'eau sous basse ou moyenne pression.
  • Ainsi pour réaliser des échanges thermiques on utilisera avantageusement des échangeurs autonomes immergés recevant, par exemple au moyen de tubes démontables, un fluide permettant le refroidissement véhiculé au moyen d'une pompe, ledit échangeur étant parcouru pour l'eau du bassin grâce à une pompe à hélice intégrée. De tels échangeurs seront démontables. On peut utiliser ces échangeurs immergés en les alimentant avec comme fluide de refroidissement, avec un fluide condensé que se vaporisera dans l'échangeur en évacuant les calories de l'eau du bassin; un tel système (qui emploiera par exemple comme fluide caloporteur le butane ou l'isobutane) est connu des techniciens.
  • Il est également possible d'utiliser un système analogue d'échangeurs immergés dans le bassin pour réaliser l'échange ionique de l'eau dudit bassin.
  • L'exemple non limitatif suivant illustre un mode de réalisation préféré de l'invention; un bassin selon cet exemple est schématisé sur les figures 1, 2, 3, 4 et 5.
  • La figure 1 est une vue en coupe d'un bassin selon l'invention.
  • Les figures 2 et 3 sont des schémas, en plan et en coupe, d'une portion de paroi d'un bassin selon l'invention avec son revêtement en acier inoxydable.
  • Les figures 4 et 5 sont des schémas, en coupe, de deux échangeurs, l'un thermique et l'autre ionique immergés dans le bassin.
  • Sur la figure 1 on a représenté en coupe un schéma d'un bassin selon l'invention; on y a représenté notamment:
    • - en 1 le bassin proprement dit construit en béton, avec revêtement intérieur d'acier inoxydable; ce bassin a la forme d'un tore de section rectangulaire ouverte à sa partie supérieure; les deux parois verticales sont circulaires, la paroi interne a par exemple un diamètre de 40 m et la paroi externe un diamètre d'environ 85 m; la hauteur du bassin est de 11 m; ce bassin torique repose sur des supports en béton 2 convenablement disposés avec intercalation éventuelle, entre lesdits supports et le bassin, d'éléments connus permettant la dilatation normale du bassin sous l'influence de changements de température,
    • - en 3 les murs du bâtiment entourant le bassin,
    • - en 4 un pont de manutention des substances actives,
    • - en 5 la cheminée centrale couvrant le vide central du bassin; cette cheminée d'aération est de préférence munie d'un dispositif connu 6 (par exemple hélice) permettant d'y assurer une ventilation forcée; on peut cependant concevoir cette cheminée de façon qu'une ventilation naturelle suffisante soit assurée,
    • - en 7 un dispositif d'échange thermique ou ionique qui sera ultérieurement décrit.
  • Un bassin de ce type, muni éventuellement de dispositifs accessoires d'entrée ou de sortie dits "sauts de puce" qui sont de préférence désolidarisés en structure par rapport au bassin, serait susceptible de recevoir environ 10 000 t de matière active à stoker.
  • Les figures 2 et 3 sont des schémas, en plan et en coupe, d'une portion de paroi de bassin montrant un mode de revêtement intérieur, à l'aide d'acier inoxydable, des parois de ce bassin.
  • Sur la figure 3 on voit le mur circulaire de béton 8 dont, grâce au dispositif de revêtement selon la présente invention, on peut laisser la surface interne à revêtir à l'état de béton brut; en 9 est représenté la revêtement intérieur en acier inoxydable; ce revêtement est réalisé à partir d'éléments unitaires qui soudés les uns aux autres constituent une surface ondulée. Ces éléments unitaires peuvent avoir des formes très diverses mais il est important que les soudures 10 entre deux éléments unitaires voisins soient réalisées sur des extrémités de ces éléments qui sont à une certaine distance de la paroi lorsque lesdits éléments sont plaqués contre ladite paroi; grâce à cette dernière disposition on peut vérifier que les soudures entre les divers éléments sont convenablement effectuées.
  • Sur la figure 2, il apparaît que la revêtement 11 du fond du bassin est réalisé à l'aide de tôles planes soudées entre elles; entre le revêtement 11 et les éléments verticaux 9 il est important de ménager une onde de dilatation 12; cette onde de dilatation, qui peut jouer dans une rainure ménagée à cet effet dans la partie inférieure du mur du bassin, permet d'accrocher la paroi verticale en acier inoxydable à la seule partie supérieure de la paroi de béton, cet accrochage étant schématisé en 13; ainsi contrairement aux techniques actuellement utilisées pour réaliser des revêtements en acier inoxydable des bassins, la paroi en acier inoxydable n'est pas liée, en des points autres que les points d'accrochage, à la paroi de béton à revêtir.
  • Les figures 4 et 5 montrent les groupes autonomes d'échanges (thermiques ou ioniques) utilisables dans les bassins selon l'invention. Ces groupes 14 et 15 sont essentiellement caractérisé en ce qu'ils sont plongés directement dans les bassins, de préférence au voisinage d'une des parois verticales de ces bassins. Ces groupes comportent:
    • - une partie support 16 qui repose sur le fond du bassin avec une fixation éventuelle, sur ce fond, à l'aide d'un dispositif simple tel qu'un dispositif baïonnette par exemple; ce support se présente par exemple sous la forme d'un tube vide muni d'une embase et d'un (ou plusieurs) orifice d'évacuation 17; la partie supérieur de ce support a généralement une forme évasée de façon à faciliter la mise en place, sur ce support, de la partie échange du groupe,
    • - une partie échange 18 qui comporte les éléments d'échanges proprement dits c'est-à-dire soit des faisceaux de tubes pour l'échange thermique, soit un lit de particules pour les échanges ioniques. Pour cette partie d'échange on peut utiliser tout dispositif connu qui ne nécessite pas, pour la circulation de l'eau du bassin à travers ledit dispositif, une pompe à haute pression. Dans le cas des échangeurs thermiques on utilisera par exemple des faisceaux de tubes, certains de ces tubes étant alimentés à l'aide d'un fluide réfrigérant extérieur, les autres tubes étant parcourus par le liquide du bassin; l'alimentation des tubes du réfrigérant à l'aide d'un fluide réfrigérant extérieur s'effectue, à partir d'une prise 19, au moyen de préférence de tubes souples 20; ce fluide réfrigérant peut être de l'eau ou un liquide susceptible de se vaporiser dans l'échangeur en absorbant les calories de l'eau du bassin. L'alimentation des "éléments d'échanges" avec l'eau du bassin (pour refroidir cette eau ou lui faire subir des échanges ioniques) s'effectuera à l'aide d'un dispositif susceptible d'assurer une circulation d'eau sous basse ou moyenne pression; ainsi on utilisera par exemple soit un moteur immergé soit un moteur 21 situé hors du bassin commandant une hélice plongée dans l'eau du bassin, cette hélice assurant la circulation de l'eau à travers la partie d'échange. Les avantages particuliers de ce système d'échange sont notamment:
    • l'absence de circulation de l'eau légèrement radioactive à l'extérieur du bassin et,
    • -la facilité d'intervention sur ces échangeurs qui sont aisément démontables.
  • Les bassins selon l'invention présentent des avantages considérables par rapport aux bassins actuels; pour l'essentiel les noveaux bassins sont beaucoup plus équilibrés, plus résistants aux déformations et aux secousses sismiques, plus faciles à construire et à utiliser et, pour une même emprise au sol, beaucoup plus performants pour ce qui concerne les quantités de matériaux radioactifs qui sont stockables dans lesdits bassins.

Claims (4)

1. Bassins de stockage de produits radioactifs dans l'eau, caractérisés en ce qu'ils ont une forme torique et que la partie centrale libre de ces bassins est surmontée d'une cheminée permettant une ventilation convenable des bassins et des échangeurs utilisés.
2. Bassins selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils ont une forme torique circulaire, la diamètre intérieur du tore étant d'au moins 30 m environ, le diamètre extérieur dudit tore pouvant atteindre 120 m environ.
3. Bassins selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisés en ce que les faces verticales internes des parois sont revêtues d'une paroi ondulée verticale en acier inoxydable fixé à la partie supérieur desdites parois et reliés à la plaque de fond également en acier inoxydable au moyen d'une onde de dilatation.
4. Bassins selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que les échangeurs ioniques et thermiques nécessaires au fonctionnement desdits bassins sont immergés dans l'eau desdits bassins.
EP80400980A 1979-07-02 1980-06-30 Bassins à grande contenance pour le stockage de produits radioactifs Expired EP0022031B1 (fr)

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CA (1) CA1138660A (fr)
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ES493008A0 (es) 1981-02-16
ATE3599T1 (de) 1983-06-15
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JPS5614197A (en) 1981-02-10
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