Générateur de vapeur

Il faut considérer plusieurs types de vapeurs industrielles : les vapeurs chaudes qui sont soit humides, soit sèches (on dit aussi surchauffées) et les vapeurs froides.

Générateur de vapeurs froides

Appelé aussi générateur de brouillard. On utilise en général des générateurs à ultrasons pour séparer dans l'air les molécules d'eau. Il y a de plus en plus d'usages de cette vapeur :

• Conservation des légumes frais et des plantes.
• Visualisation des débits (ventilations) et des écoulements de gaz (amélioration de la pénétration dans l'air des mobiles...)
• Spectacles.
• Rafraichissement d'une zone pour le confort ou les loisirs.

Générateur de vapeur chaude et humide

Elle est souvent utilisée dans le domaine de l'énergie, c'est le cas des GV, générateur de vapeur, de la plupart des réseaux de chaleur et ceux de certaines centrales électriques. La fonction du GV est d'échanger la chaleur entre le calo-porteur primaire chauffé par le réacteur (pétrole, charbon, nucléaire,...) et le circuit secondaire qui fait tourner la turbine ou transporte la chaleur produite. C'est le mode de déplacement par excellence de l'énergie thermique et mécanique pour des puissances très élevées (très bonne puissance spécifique de la vapeur et dimension non limitée de l'installation pour certains usage). Les installations les plus puissantes atteignent 100.000CV (environ 800MW).

L'eau du circuit secondaire est portée à ébullition comme une cocotte minute : la vapeur s'échappe alors sous pression et fait tourner la turbine couplée à l'alternateur. Cette vapeur humide présente des inconvénients dans ces utilisations : dans les turbines elle augmente l'usure des aubes et dans les transports de chaleur, elle augmente les pertes calorifiques par contact/conductibilité-thermique des condensats avec les parois. Les circuits à vapeurs sèche (appelés aussi surchauffées) sont plus complexes à conduire (pression et température plus élevées) mais ont moins ces inconvénients.

Structure

La surface de l'eau (limite entre phase liquide et vapeur) est maintenue à niveau constant. La vapeur arrive alors dans un grand collecteur de vapeur où l'on tente de limiter la part de gouttelettes. Puis le collecteur se rétrécit et la vitesse de la vapeur augmente tandis que diminue la dimension des tuyaux (qu'il faut aussi calorifuger). Les générateurs de vapeur non nucléaires atteignent des températures de 450°C et des pressions de 45 bars (45.10⁵Pa).

Pour augmenter la surface d'échange, et permettre une surveillance et entretien plus économiques, l'échange de chaleur se fait par une grande quantité de tubes fins, dans lesquels circule le fluide chaud, et autour desquels circule le fluide à chauffer.

Un générateur de vapeur (GV) est un cylindre, qui peut avoir jusqu'à 1,5 m de rayon pour les tubes extérieurs, les tubes sont maintenus par des barres anti-vibratoires.

Fonctionnement

Dans le GV, le circuit primaire circule dans les tubes. L'entrée dans les tubes se fait sous la plaque tubulaire, dans la branche chaude. Le fluide monte dans les tubes, côté branche chaude, transmet une partie de sa chaleur au circuit secondaire pendant la montée et surtout dans les cintres, puis redescend côté branche froide.

Le circuit secondaire entre dans le GV au-dessus de la plaque tubulaire, et s'échappe sous forme de vapeur sous pression au sommet du GV.

Entretien

Les tubes des générateurs de vapeur constituent la seconde barrière des centrales nucléaires, isolant le fluide primaire, au contact des crayons combustibles, et le fluide secondaire du circuit eau vapeur.

En conséquence, une attention toute particulière est accordée à la vérification de l'étanchéité des tubes au cours des arrêts de tranche.

L'examen non destructif des tubes est fait en fonction de l'historique, et selon un plan de sondage qui permet de vérifier l'intégralité des tubes en 3 ou 4 visites.

Différents procédés sont utilisés pour contrôler les tubes : remplissage de la partie "secondaire" par de l'hélium pour vérifier leur étanchéité, utilisation de courants de Foucault pour mesurer l'état mécanique des tubes.

Les tubes présentant des défauts, dus par exemple à la corrosion ou à des fissures, sont bouchés pour éviter que le fluide du circuit primaire ne pollue le circuit secondaire.

Les tubes (plusieurs kilomètres dans chaque GV) sont maintenus par des plaques entretoises pour limiter leur vibration. Récemment, un phénomène de colmatage de l'espace restreint entre les tubes et les plaques a été mis en évidence.

Ce phénomène est lié aux oxydes métalliques véhiculés dans l'eau secondaire, qui sont susceptibles de se déposer dans les zones confinées lorsque l'eau se vaporise (par analogie avec le sel restant au fond de la casserole d'eau bouillie). Ce colmatage, susceptible de nuire au bon fonctionnement du générateur de vapeur est aujourd'hui traité par des traitements de nettoyage chimique ou des nettoyages à l'eau sous pression.

Liens externes

• www.avn.be/fr/4_nucleaire/tecchp04.asp Fonctionnement d'un générateur de vapeur
• Anomalie générique concernant le taux de colmatage élevé des générateurs de vapeur de certains réacteurs des centrales EDF - Note d'information de l'ASN du 18 juillet 2007
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