DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention est relative à un dispositif pour la détection de fuite et à un revêtement d'un organe de transport ou de stockage de liquide comportant ce dispositif de détection.

L'invention est également relative à un organe de transport ou de stockage de liquide équipé d'un tel revêtement, ainsi qu'à un procédé de revêtement d'un organe de transport ou de stockage de liquide.

L'invention s'applique en particulier au revêtement de conduits de transport de sodium liquide et de conteneurs de stockage de sodium faisant partie d'un circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire.

Dans la suite de la présente demande, sauf indication explicite ou implicite contraire, le terme « conduit » est utilisé pour désigner aussi bien un conduit de transport de liquide qu'un conteneur de stockage de liquide ou qu'un accessoire - tel qu'une vanne - équipant un tel conduit ou conteneur.

ETAT DE LA TECHNIQUE

En particulier dans le cas des conduits de transport de sodium, il est important de pouvoir contrôler automatiquement et à distance, l'apparition d'une fuite.

A cet effet, il a été proposé dans les brevets FR2964456B 1 et WO2012032233 « Dispositif de détection de fuite et revêtement d'organe de transport ou de stockage de liquide comportant ce dispositif de détection » un dispositif de détection d'une fuite de liquide au travers de la paroi externe d'un conduit qui est électriquement conductrice, par détection d'un contact électrique entre la paroi du conduit et un élément électriquement conducteur séparé de cette paroi par un élément isolant, le liquide étant conducteur également.

Le dispositif de détection décrit dans ces brevets comporte une couche d'un matériau isolant fibreux destiné à s'étendre contre - et entourer - le conduit, une couche d'un matériau conducteur fibreux qui s'étend contre - et peut entourer - la couche de matériau isolant fibreux, le matériau conducteur fibreux étant essentiellement constitué d'un feutre de carbone ou de graphite.

Un inconvénient de ce dispositif est que lorsque le feutre de carbone ou de graphite est porté à une température élevée dans une atmosphère oxydante, notamment lorsque le feutre est porté à une température supérieure à 350 °C (degré Celcius) environ dans l'air, les fibres de carbone ou de graphite du feutre peuvent s'oxyder, ce qui peut provoquer un dégagement de dioxyde de carbone ainsi que la production de cendres.

Cette oxydation peut résulter de la température élevée du liquide transporté ou stocké dans le conduit, notamment lorsque cette température atteint ou dépasse 400 °C ou 500 °C environ.

Dans ce cas, l'épaisseur de la couche de matériau isolant pourrait être augmentée afin de diminuer la température du feutre de carbone ou de graphite ; cependant, cette augmentation d'épaisseur de la couche de matériau isolant augmenterait le temps d'imprégnation de cette couche par le sodium, et pourrait ainsi empêcher ou retarder la détection d'une fuite.

Dans le cas d'un liquide comme le sodium, cette oxydation du feutre de carbone ou de graphite peut également résulter d'une augmentation de température au sein du dispositif de détection lorsqu'une fuite de sodium se produit, en raison de la réaction fortement exothermique du sodium au contact de l'air.

Il est par ailleurs connu des brevets FR2155534 et US3721970 un détecteur de fuite de sodium formé par une couche isolante placée en sandwich entre deux couches de matière conductrice, et un dispositif pour détecter la fermeture d'un circuit électrique entre les deux couches conductrices.

Une des couches conductrices peut être formée par un conduit métallique transportant le sodium. La couche isolante est formée de fibres réfractaires mouillables par le sodium, en particulier de fibres de silicate d'aluminium sous forme d'une feuille de feutre, d'une natte, ou d'une feuille tissée. Les couches conductrices peuvent être formées d'une grille métallique, en particulier d'une grille ou toile formée de fils métalliques tissés.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

Un objectif de l'invention est de proposer un dispositif de détection de fuite d'un liquide circulant dans un conduit ou stocké dans un conteneur, un dispositif de revêtement du conduit ou conteneur incorporant ce dispositif de détection, un organe de transport ou de stockage de liquide équipé d'un tel revêtement, ainsi qu'un procédé de revêtement d'un organe de transport ou de stockage de liquide, qui soient améliorés et/ ou qui remédient, en partie au moins, aux lacunes ou inconvénients des procédés et dispositifs connus.

Un objectif de l'invention est de proposer de tels dispositifs qui permettent de détecter rapidement et de façon fiable une fuite de liquide dont la température peut être située dans une plage allant de 100 °C (degré Celcius) environ à 600 °C environ, et permettent d'éviter le dégagement de produits de combustion dans le cas d'une fuite de sodium, tout en conservant voire en améliorant le délai de détection d'une fuite.

Selon un aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de détection de fuite d'un liquide stocké ou transporté dans un conduit électriquement conducteur, qui est agencé pour entourer - ou envelopper - le conduit. Le dispositif de détection comporte au moins une couche d'un matériau isolant fibreux (ou filamenteux) et au moins une couche d'un matériau conducteur fibreux (ou filamenteux) qui s'étend sur/contre la couche de matériau isolant fibreux, les fibres du matériau conducteur fibreux étant en acier inoxydable, le matériau conducteur fibreux se présentant sous la forme d'un feutre (non tissé).

L'alliage d'acier constituant les fibres du matériau conducteur fibreux contient généralement au moins 10,5% de chrome, en particulier de l'ordre de 16% à 18% de chrome, de sorte qu'un film passif d'oxyde de chrome recouvre la surface des fibres.

Cet alliage d'acier peut également contenir du nickel ainsi que du molybdène, pour présenter une résistance accrue à l'oxydation.

Un tel matériau conducteur fibreux conserve son intégrité mécanique lorsqu'il est porté à une température supérieure à 350 °C, en particulier lorsqu'il est porté à une température de l'ordre de 550 à 650 °C.

En outre, lorsqu'il est porté à de telles températures, dans l'air, ce matériau conducteur fibreux ne produit pas de dégagement gazeux ou de cendres.

Ce matériau conducteur sous forme de feutre est plus compact qu'une toile ou une grille, et présente des interstices plus petits que les mailles d'une toile ou grille. Lorsque ce feutre conducteur est plaqué contre une couche de matériau isolant, un plus grand nombre de points de contact est formé avec la couche isolante, ce qui permet d'améliorer la sensibilité de détection d'une fuite.

Le feutre d'acier inoxydable présente une plus grande souplesse qu'une grille ou toile d'acier inoxydable, permettant d'améliorer le recouvrement d'une zone d'une couche d'isolant fibreux et donc d'améliorer encore la sensibilité de détection.

Grâce aux propriétés mécaniques du feutre d'acier inoxydable qui présente généralement une souplesse supérieure à celle d'une toile d'acier inoxydable, tout en conservant une rigidité/ tenue mécanique équivalente à celle d'une toile acier inoxydable, un meilleur contact entre la couche de matériau isolant et le conduit transportant le sodium peut être obtenu par l'action mécanique du feutre d'acier inoxydable qui contribue à plaquer la couche isolante contre le conduit de transport de sodium, par une pression exercée de façon homogène sur une grande surface de la couche isolante. Ceci a pour effet d'améliorer la diffusion du sodium dans la couche isolante lors d'une fuite, et d'améliorer ainsi la détection de cette fuite. Le feutre d'acier inoxydable, comparé au feutre en carbone, présente une rigidité/ tenue mécanique supérieure, tout en conservant une souplesse équivalente, ce qui permet un meilleur contact entre la couche de matériau isolant et le conduit transportant le sodium. Ceci a également pour effet d'améliorer la diffusion du sodium dans la couche isolante lors d'une fuite, et d'améliorer ainsi la détection de cette fuite.

En cas de fuite intense de liquide, la couche de matériau conducteur fibreux forme une protection mécanique limitant ou empêchant des jets de liquide à l'extérieur du dispositif de détection et du revêtement du conduit incluant ce dispositif de détection. Ceci est particulièrement important pour le sodium liquide, en raison de la réactivité du sodium au contact de l'air.

En outre, dans le cas d'une fuite de faible intensité se propageant par gravité dans les couches de matériau isolant et de matériau conducteur, la structure du feutre d'acier inoxydable formant le matériau conducteur fibreux peut permettre de retenir temporairement le liquide au sein du feutre.

Grâce à la stabilité mécanique et thermique à haute température de la couche de matériau conducteur fibreux, l'épaisseur de la couche du matériau isolant fibreux du dispositif de détection peut être réduite, ce qui permet de détecter une fuite plus rapidement, de façon plus efficace, et ce même lorsque la fuite est faible.

Grâce à sa cohésion notamment, le matériau conducteur fibreux permet d'éviter des courts circuits intempestifs entre ce matériau et le conduit électriquement conducteur, tout en facilitant des courts circuits intentionnels qui peuvent être réalisés comme décrit ci après pour le contrôle du bon fonctionnement du dispositif de détection de fuite.

Selon un mode de réalisation, le matériau isolant est une laine de fibres minérales, en particulier une laine de fibres tissées ou torsadées essentiellement constituées de silice et d'oxyde de magnésium ou de calcium. Le matériau conducteur fibreux peut comporter une ou plusieurs couches de feutre souple constitué de fibres agglomérées d'acier inoxydable.

La surveillance de l'impédance, mesurée entre la couche du matériau conducteur fibreux et la paroi du conduit, permet de détecter la présence d'un liquide conducteur traversant la couche de matériau isolant fibreux, lors d'une fuite de ce liquide au travers de la paroi du conduit.

La souplesse des matériaux fibreux du dispositif de détection lui permet de s'adapter aux déformations des appareils/ organes qu'il entoure, en particulier les déformations engendrées par la dilatation thermique des appareils.

La souplesse du matériau conducteur fibreux facilite sa mise en place autour d'un conduit préalablement revêtu du matériau isolant, et permet d'éviter, lorsqu'il est mis en contact intime avec - et pressé contre - la couche de matériau isolant, la mise en contact accidentelle du matériau conducteur fibreux avec la paroi du conduit.

Le dispositif de détection peut comporter des premiers liens, en particuliers des liens filiformes ou en forme de cordelettes, servant à solidariser la couche de matériau isolant à un conduit, par cerclage par exemple.

Le dispositif de détection peut comporter des seconds liens, en particuliers des liens filiformes ou en forme de cordelettes, servant à solidariser la couche de matériau conducteur fibreux au conduit revêtu du matériau isolant, par cerclage également par exemple.

Les premiers et seconds liens peuvent être essentiellement constitués de fibres d'un matériau électriquement isolant, qui peut être identique ou similaire à celui constituant la couche de revêtement isolante.

De tels liens permettent de revêtir simplement la paroi externe d'un conduit de forme complexe, en découpant un lien de longueur adaptée, en entourant la couche considérée par ce lien conformé en boucle ou anneau, et en fermant cette boucle par un nœud réalisé avec les deux extrémités libres du lien, ou bien à l'aide d'un dispositif adapté - tel qu'un serre câble.

Le dispositif de détection comporte généralement un appareil électronique de détection de court-circuit ou de mesure d'impédance, et des organes de raccordement électrique de cet appareil avec la paroi du conduit, d'une part, et avec la couche de matériau conducteur fibreux, d'autre part.

Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de revêtement d'un conduit qui comporte :

- une première couche électriquement isolante essentiellement constituée de fibres, qui s'étend contre la surface externe du conduit ;

- une seconde couche électriquement conductrice essentiellement constituée de fibres agglomérées d'acier inoxydable, qui s'étend contre la surface externe de la première couche ; et

- une troisième couche thermiquement isolante essentiellement constituée de fibres, qui s'étend contre la surface externe de la seconde couche.

Le dispositif de revêtement peut en outre comporter une paroi rigide agencée pour entourer ou envelopper la troisième couche thermiquement isolante.

Cette paroi rigide peut comporter deux portions - ou demi coques - et des moyens de liaison pour assembler ces deux portions.

Cette paroi rigide peut être percée d'au moins un orifice permettant le passage d'une pièce servant à contrôler le bon fonctionnement du dispositif de détection de fuite, au travers de cette paroi et des couches du revêtement du conduit.

Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un conduit de transport ou un conteneur de stockage d'un liquide caloporteur faisant partie d'un réacteur, qui est équipé d'un tel dispositif de détection de fuite du liquide caloporteur, ou qui est revêtu d'un tel dispositif de revêtement. L'invention peut s'appliquer notamment à divers liquides conducteurs, en particulier à une solution liquide conductrice.

Par liquide conducteur on entend un liquide ou une solution dont la résistivité électrique est au moins égale à ÎO ³ Siemens par mètre (Snr en particulier une conductivité électrique au moins égale à ÎO ² Snr ¹ , par exemple une conductivité électrique de l'ordre de 10 ¹ à 10 ⁷ Snr ¹ .

Si le liquide transporté présente une conductivité trop faible pour pouvoir être détecté (exemple de l'eau déminéralisée), il est possible de mettre en solution dans ce liquide un produit conducteur et/ou des ions.

D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention apparaissent dans la description suivante qui se réfère aux figures annexées et illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés de réalisation de l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

La figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un conduit équipé d'un dispositif de détection.

La figure 2 est une vue en coupe longitudinale schématique illustrant la détection de fuite au travers de la paroi d'un conduit équipé d'un dispositif de détection et recouvert d'une couche de matériau isolant entourée par une paroi rigide.

La figure 3 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un conduit équipé d'un dispositif de détection, et illustre une variante de réalisation du contrôle du bon fonctionnement du dispositif de détection de fuite.

La figure 4 illustre schématiquement un appareil de détection de court-circuit selon un mode de réalisation.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Sauf indication explicite ou implicite contraire, des éléments ou organes - structurellement ou fonctionnellement - identiques ou similaires sont désignés par des repères identiques sur les différentes figures. Par référence aux figures 1 et 2, un conduit 10 de transport de sodium liquide sous pression comporte une paroi 1 1 cylindrique s'étendant selon un axe longitudinal 12. La paroi 1 1 peut être réalisée en acier inoxydable.

Par référence à la figure 1 notamment, une couche d'un matériau 13 isolant fibreux a été enroulée - ou autrement déposée - autour de la paroi 1 1 et est maintenue en contact avec la face externe de cette paroi, par des cordelettes 14 encerclant la couche de matériau 13 et nouées (repères 15) pour former des boucles fermées enserrant la couche 13.

Le matériau isolant fibreux 13 peut présenter une conductivité électrique inférieure à 10 ⁵ Siemens par mètre (Snr ¹ ), en particulier une conductivité électrique inférieure à 10" ¹⁰ Snr ¹ , par exemple une conductivité électrique de l'ordre de 10 ^~15 Snr ¹ .

Le matériau 13 peut par exemple être une laine de fibres minérales commercialisée sous l'appellation « Superwool 607 Blanket » par la société Thermal Ceramics (USA) ou « Thermipan » de la société Saint Gobain Isover.

Cette couche de laine minérale peut présenter une épaisseur de l'ordre de 5 à 20 millimètres environ.

Il est généralement souhaitable que l'épaisseur de cette couche de matériau 13 soit la plus faible possible, afin de limiter le temps mis par le liquide s 'échappant du conduit pour imprégner et/ ou traverser cette couche de matériau et atteindre la couche de matériau conducteur, afin de limiter ainsi le temps s'écoulant avant que la détection de la fuite puisse intervenir.

D'autres matériaux isolants fibreux peuvent être utilisés pour réaliser la couche 13, en particulier des laines comportant des fibres de silice et d'oxyde de magnésium ou de calcium.

Une couche d'un matériau 16 conducteur a été enroulée - ou autrement déposée - autour de la couche de matériau 13 isolant fibreux et est maintenue en contact avec la face externe de cette couche de matériau 13, par des cordelettes 17 encerclant la couche de matériau 16 et nouées (repères 18) pour former des boucles fermées.

Le matériau conducteur 16 peut par exemple être un feutre d'acier inoxydable 316L.

L'épaisseur de cette couche de feutre peut être de l'ordre de 2 à 5 millimètres environ.

Il est en effet généralement souhaitable que l'épaisseur de cette couche de matériau 16 soit inférieure ou égale à 5 millimètres, afin de conserver la souplesse et minimiser le poids de l'ensemble.

Le matériau conducteur 16 peut présenter une conductivité électrique au moins égale à 10 ⁴ ou 10 ⁵ Siemens par mètre (Srrr ¹ ), en particulier une conductivité électrique de l'ordre de 10 ⁶ Srrr ¹ .

Les liens 14 et 17 peuvent par exemple être essentiellement constitués de filaments de silice.

L'épaisseur et la souplesse de chacune des deux couches de matériau fibreux 13 et 16, ainsi que la souplesse des liens maintenant en place ces matériaux, permettent de recouvrir intimement des conduits ou conteneurs de formes et géométries diverses, assurant ainsi une couverture totale des zones d'un circuit de refroidissement contenant un liquide dont une fuite doit être détectée rapidement et de façon fiable.

Par référence à la figure 2 notamment, une couche d'un matériau 19 thermiquement isolant a été déposée autour de la couche de matériau 16 conducteur fibreux et est maintenue en contact avec la face externe de cette couche de matériau 16, par une paroi 20 tubulaire s'étendant selon l'axe longitudinal 12 et encerclant la couche de matériau 19.

Le matériau thermiquement isolant 19 peut par exemple être essentiellement constitué d'une laine de verre ou de roche. L'épaisseur de la couche de matériau 19 est généralement supérieure à celle des couches de matériau 13 et 16. Cette épaisseur peut par exemple être de l'ordre de 20 à 50 (ou 100) millimètres environ. La coque ou paroi rigide 20 assure notamment la protection mécanique des couches de matériau fibreux 13, 16, et 19 qu'elle entoure.

La paroi 20 est percée d'un orifice 21 permettant le passage d'une pièce 22 servant à contrôler le bon fonctionnement du dispositif de détection de fuite, au travers de cette paroi et des couches 13, 16, et 19 du revêtement du conduit 10.

La surveillance de l'impédance, mesurée entre la couche du matériau conducteur fibreux 16 et la paroi 1 1 du conduit 10, permet de détecter la présence d'un liquide conducteur traversant et/ou imprégnant la couche de matériau 13 isolant fibreux, lors d'une fuite de ce liquide au travers de la paroi 1 1 du conduit.

A cet effet, le dispositif de détection de fuite comporte :

- un appareil 23 de détection de court-circuit par mesure d'impédance ;

- un organe 24 pour le raccordement électrique de la couche 16 électriquement conductrice à l'appareil 23 ;

- un organe 25 pour le raccordement électrique de la paroi 1 1 du conduit à l'appareil 23 ; et

- deux tronçons de fil conducteur 26 reliant respectivement les organes 24, 25 de contact/ raccordement, aux bornes de mesure de l'appareil 23.

L'appareil 23 comporte généralement i) un circuit de mesure d'impédance agencé pour délivrer un signal de mesure ; ii) un circuit comparateur raccordé au circuit de mesure pour en recevoir le signal de mesure et agencé pour comparer le signal reçu à un signal ou une donnée déterminé (e), et pour délivrer un signal de comparaison ; et iii) un circuit de commande d'alarme raccordé au circuit comparateur pour en recevoir le signal de comparaison et agencé pour commander le fonctionnement d'une alarme en fonction du signal de comparaison reçu.

L'organe 24 de raccordement est en forme de tige ou barreau et est inséré dans l'épaisseur de la couche conductrice filamenteuse 16. Alternativement, cet organe 24 de raccordement peut comporter un élément de contact en forme de pince dont les mors peuvent enserrer une portion de la couche conductrice fibreuse.

Le second organe 25 de raccordement, qui est en contact électrique avec la paroi du conduit, peut être une pièce métallique soudée au conduit.

Pour le contrôle du bon fonctionnement du dispositif de détection de fuite équipant le conduit 10, on provoque un court circuit entre la paroi 11 du conduit et la couche de matériau 16 conducteur fibreux.

Pour cela, on introduit une connectique 22 telle qu'une aiguille métallique au travers de l'orifice 21 prévu dans la paroi 20, et au travers des couches superposées de matériau 19 thermiquement isolant, de matériau 16 conducteur, et de matériau 13 isolant, jusqu'à mettre en contact l'extrémité longitudinale (inférieure) de la connectique 22 avec la paroi 1 1 du conduit.

La longueur de l'aiguille étant supérieure à l'épaisseur cumulée des couches des matériaux isolant 13 et conducteur 16, l'aiguille reste maintenue en contact électrique avec la couche de matériau conducteur 16 au travers de laquelle elle s'étend.

La connectique 22 réalise ainsi un court-circuit entre la paroi 11 et la couche de matériau 16, ce qui permet de contrôler, par la mesure d'impédance réalisée par l'appareil 23, le bon fonctionnement du système de détection de fuite : l'àppareil 23 de mesure doit indiquer la présence d'un court-circuit tant que la connectique 22 est maintenue en contact avec la paroi 1 1 et la couche de matériau 16.

Il est à noter que cette opération de contrôle du bon fonctionnement n'engendre aucun dommage au revêtement du conduit, en raison notamment de la structure fibreuse des couches composant ce revêtement.

Dans la variante illustrée figure 3, l'appareil 23 et la paroi 1 1 du conduit 10 sont en permanence raccordés à une masse commune, tandis que la connectique 22 qui est en contact avec la couche conductrice 16 sans être en contact avec la paroi 1 1 , est raccordée à cette masse par l'intermédiaire d'un interrupteur 27 qui est normalement ouvert.

La fermeture de l'interrupteur 27, manuelle ou commandée à distance, permet alors d'établir le court-circuit permettant de contrôler le bon fonctionnement du système de détection de fuite.

Par référence à la figure 4, le circuit de mesure d'impédance de l'appareil 23 comporte une source 230 de tension aux bornes de laquelle sont raccordées en série deux résistances 231 et 232.

Les organes 24, 25 de raccordement respectif de la couche de matériau 16 et de la paroi 1 1 à l'appareil 23, sont respectivement reliés aux bornes de la résistance 231.

Un dispositif de mesure de tension (non représenté) est incorporé à l'appareil 23, et raccordé aux bornes de la résistance 232 de façon à mesurer la tension aux bornes de celle-ci.

En l'absence de fuite, cette tension est proportionnelle à celle de la source 230, dans le rapport des résistances 231 et 232.

Lorsqu'une fuite se produit et provoque un court-circuit entre les bornes de la résistance 231, la tension mesurée aux bornes de la résistance 232 devient sensiblement égale à celle délivrée par la source.

Cette modification de la tension mesurée permet de déclencher l'émission d'un signal indicateur de fuite.