Brevet FR2514099A1 — publié le 19830408

Procédé pour fixer un manchon à l'intérieur d'un tube, notamment d'un tube de générateur de vapeur de centrale nucléaire. La présente invention concerne les procédés de réparation de tubes et elle a trait, plus particulièrement, à des procédés pour fixer un manchon à l'intérieur d'un tube. Dans les échangeurs de chaleur du type tubulaire, un premier fluide s'écoule à travers les tubes de l'échangeur de chaleur, tandis qu'un second fluide entoure l'extérieur des tubes de manière qu'un échange de chaleur se produise entre les deux fluides. Il peut arriver qu'un des tubes devienne défectueux au point qu'il s'y produise une fuite permettant aux fluides de se mélanger. Dans ce cas, il est parfois nécessaire d'obturer le tube de manière que le fluide ne s'écoule pas à travers celui-ci en empêchant ainsi que le fluide ne s'en échappe. Dans les centrales électriques à réacteur nucléaire, les échangeurs de chaleur du type tubulaire sont communément appelés : générateur de vapeur d'eau. Lorsque, dans les tubes d'un générateur de vapeur nucléaire, un défaut apparait qui permet au réfrigérant présent dans les tubes de se mélanger au réfrigérant présent à 11 extérieur des tubes, un problème plus important se pose. Non seulement, cette situation se traduit par un échangeur de chaleur inefficace, mais soulève également un problème de contamination radio-active. Du fait que le fluide s'écoulant dans les tubes d'un générateur de vapeur de centrale nucléaire est généralement radio-actif, il est important qu'il ne puisse pas s'échapper des tubes et contaminer le fluide entourant ces tubes.Par conséquent, lorsqu'une fuite se produit dans un tube échangeur de chaleur d'un générateur.de vapeur nucléaire, il faut soit obturer, soit réparer ce tube de manière que le réfrigérant ne s'en échappe pas. On empêche ainsi une contamination du fluide entourant les tubes. Il existe dans la technique plusieurs procédés connus pour réparer les tubes échangeurs de chaleur;toutefois, un grand nombre de ces procédés ne peuvent pas être appliqués à la réparation des tubes échangeurs de chaleur auxquels on a pas accès facilement. Par exemple, dans un générateur de vapeur de centrale nucléaire, l':inaccessibilité physique aux tubes échangeurs de chaleur défectueux et la nature radio-active de l'environnement entourant ces tubes soulèvent, dans la réparation de ces derniers, des problèmes uniqués qui n'existent pas normalement dans d'autres échangeurs de chaleur. Pour ces raisons, on a mis au point des procédés spéciaux pour réparer les tubes échangeurs de chaleur des générateurs de vapeur de centrales nucléaires.De façon caractéristique, le procédé utilisé pour réparer un tube échangeur de chaleur d'un générateur de vapeur de centrales nucléaires consiste à introduire dans le tube défectueux un manchon métallique ayant un diamètre extérieur légèrement plus petit que le diamètre intérieur du tube défectueux et de le fixer à ce tube défectueux de manière qu'il enjambe la zone défectueuse du tube, c'est-à-dire forme unapont sur celle-ci. Ce tubé de procédé de réparation est appelé d'une façon générale "manchonnage". Le travail de mise au point antérieure du"manchonnage" était concerné par l'obtention d'un joint étanche aux fuites entre le manchon et le tube par brasage, soudage à l'arc, soudage par explosion, ou par tout autre moyen d'obtention de joint.En raison des besoins de propreté, d'ajustement étroit, d'application de chaleur et de contrôle atmosphérique, ces techniques de liaison métallurgique présentent des problèmes qu'il n'est pas facile de résoudre dans des zones telles que les générateurs de vapeur nucléaire où l'accès humain est limité. Un procédé particulier de fixation d'un manchon à l'intérieur d'un tube est décrit dans le brevet US n0 4 069 573. Dans ce brevet, on place le manchon à l'intérieur du tube de telle sorte qu'il s'étende sur la même étendue que la région de la paroi détériorée du tube et partaellement au.-deld. des extré- mités axiales de cette r6 ion. On applique ensuite une force dirigée radialement vers l'estXrieur au manchon tubulaire a partir et le long d'une portion du manchon située à chaque extrémité s'étendant au-delà de la région détériorée. Cette force est suffisante pour provoquer une déformation plastique vers l'extérieur à la fois du manchon et du tube, cette déformation se traduisant par l'obtention d'un ioint mEcanique solidarisé entre ce manchon et ce tube.Comme mentionné dans le brevet US 4 069 573, le procédé qui y est décrit ne donne pas un joint étanche exempt de fuites. Bien que dans la technique, il existe des procédés .connus pour introduire des manchons à l'intérieur des tubes des échangeurs de chaleur, il n'existe pas, pour introduire des manchons dans les tubes échangeurs de chaleur de générateurs de vapeur de centrales nucléaires,der procédés susceptibles d'être mis en oeuvre aux endroits où l'azzds du personnel est limité et où il faut établir un joint étanche vis-à-vis des fuites. C'est pourquoi, l'objet principal de la présente invention est de procurer un procédé qui permet de fixer un manchon dans un tube échangeur de chaleur d'un générateur de vapeur de centrale nucléaire et d'obtenir un joint étanche entre le manchon et le tube de manière qu'aucune fuite ne se produise a partir du tube dans la région défectueuse. Compte tenu de cet objet, la présente invention réside dans un procédé de fixation d'un manchon métallique dans un tube métallique, caractérisé par le fait que l'on place dans ledit tube un manchon métallique qui comporte des rainures circulaires sur une partie de sa surface extérieure et dans lequel est disposé un organe de dilatation et que l'on déplace l'organe de dilatation à travers ledit manchon de manière à dilater la partie dudit manchon comportant lesdites fentes circulaires de manière que cette partie vienne en contact avec la surface intérieure dudit tube pour assembler de façon étanche ledit manchon audit tube. La dilatation du manchon dans la zone où se trouvent les rainures circulaires fait venir les portées ou cloisons entre ces rainures en contact lntbe avec la surface intérieure du tube. On peut ensuite fixer au tube, de façon similaire ou de toute autre manière, l'extrémité du manchon. La présente invention apparaîtra plus clairement A. la description donnée ci-après en référence aux dessins annexes, sur lesquels la figure 1 est une élévation I coupe d'un ensemble manchon-organe de dilatation disposé à l'intérieur d'un tube échangeur de chaleur; et la figure 2 est une élévation - coupe du manchon dans l'état dilaté. Lorsqu'un tube échangeur de chaleur d'un générateur de vapeur de centrale nucléaire devient défectueux, il est alors nécessaire,soît d'obturer le tube échangeur de chaleur, soit #de réparer la région défectueuse. L'invention décrite dans le présente exposé procure un procédé pour réparer la région défectueuse d'un tube échangeur de chaleur d'un générateur de vapeur de centrale nucléaire par4pontagezde la région défectueuse à l'aide d'un manchon métallique. En se référant maintenant à la figure 1, on voit qu'un générateur (non représenté) de vapeur de centrale nucléaire comprend une pluralité de tubes échangeurs de chaleur 10 qui peuvent être des tubes en U et qui sont fixés à chacune de leurs extrémités à une plaque tubulaire 12. Pendant le fonctionnement du générateur de vapeur de centrale nucléaire, le réfrigérant du réacteur s'écoule à travers les tubes échangeurs de chaleur 10 de manière à chauffer le fluide entourant ces tubes. Le fluide autour des tubes 10 est transformé en vapeur d'eau de manière à produire de l'électricité d'une manière classique. Du fait que le réfrigérant du réacteur s'écoulant à travers les tubes échangeurs de chaleur 10 traverse le réacteur nucléaire, il est radio-actif. Par conséquent, il est important d'isoler les réfrigérants s'écoulant à travers les tubes du fluide entourant les tubes. Lorsqu'un défaut se développe dans un tube echangeur de chaleur 10, comme par exemple le défaut 14, il est nécessaire, soit d'obturer le tube échangeur de chaleur 10, soit de réparer la région entourant la défectuosité 14 de manière que leréfrigérant ne s'échappe pas par cette défectu osité. Un des procédés utilisés pour réparer le défaut.14, consiste à introduire un manchon métallique 16 dans le tube échangeur de chaleur 10 de manière à recouvrir la région défectueuse. En se référant encore a la figure 1, on voit que le manchon 16 peut être un tube métallique en un matériau tel que l'Inconel et peut comporter une pluralité de rainures circulaires 18 sur sa surface extérieure. Les rainures circulaires 18 peuvent être des rainures de section rectanoulaire qui s'étendent d'une façon régulière le long de la circonférence extérieure du manchon 16. Les rainures circulaires 18 peuvent, de façon caractéristique, avoir une profondeur de 0,5 mm et une largeur de 2,5 mm. D'une façon similaire, une pluralité de portées ou cloisons 2O sépare les rainures circulaires 16 et peuvent avoir une largeur d'environ 1,3 mm.Les rainures circulaires 18 et les portées ou cloisons correspondantes 20 sont formées de telle sorte que lorsque le manchon 16 est dilaté intérieurement, les portées 20 viennent en contact avec la surface intérieure du tube 10 et s'y encastrent en formant ainsi un joint sensiblement étanche vis-à-vis des fuites entre le manchon 16 et le tube 10 à l'interface de ceux-ci. Le manchon 16 est également réalisé de manière à comporter, à son extrémité supérieure, un évidement 22 formé de manière à contenir sans jeu un organe de dilatation 24. L'organe de dilatation 24 étant placé sans jeu dans l'évidement 22, on peut introduire le manchon 16 et l'organe de dilatation 24 dans un tube 10. L'organe de dilatation 24 peut être en un métal tel que le métal "Carpenter Custom 455" et comporter un trou central 26 qui le traverse pour permettre au réfrigérant de s'écouler à travers le manchon 16. Le trou central 26 peut être fileté intérieurement de manière que l'extrémité filetée d'une tige 28 puisse y être vissée. Quand la tige 28 est vissée dans le trou central 26, cette tige peut être déplacée par rapport au manchon 16 de manière que l'organe de dilatation 24 soit tiré ou poussé à travers le manchon 16. Comme on peut le voir sur la figure 1, le diamètre intérieur du manchon 16 dans la région de celui-ci où se trouvent les rainures circulaires 18 est plus petit que celui de la partie du manchon 16 où il n'y a aucune rainure circulaire 18. Il convient de remarquer également que le diamètre intérieur de l'évidement 22 et le diamètre extérieur de l'organe de dilatation 24 sont choisis de manière être plus grand que le diamètre du manchon 16 dans la partie de ce manchon où se trouvent des rainures circulaires 18. De plus, le diamètre intérieur du restant du manchon 16 est choisi d'une façon générale de manière être plus grand que le diamètre extérieur de l'organe de dilatation 24.De cette manière, l'organe de dilation 24 peut être maintenu sans jeu dans l'évidement 22, mais lorsqu'il est tiré à travers le manchon 16 par la tige 28, il amène la partie du manchon 16 où se trouvent les rainures circulaires 18 à se dilater contre le tube 10 comme représenté sur la figure 2. Il en est ainsi en raison du fait que le diamètre de l'organe de dilatation 24 est choisi de manière à être suffisamment grand pour provoquer cette dilatation. Bien entendu, le diamètre réel de l'organe de dilatation 24 dépend du diamètre du manchon 16, de celui du tube 10, et de l'espace entre ce manchon et ce tube. Du fait que le diamètre intérieur du restant du manchon 16 est plus grand que le diamètre extérieur de l'organe de dilatation 24, cet organe de dilatation peut être tiré à travers le restant du manchon 16 sans grand effort. D'une façon générale, le manchon 16 peut être réalisé de manière à comporter au moins à ses deux extrémités les rainures circulaires 18 comme représenté sur la figure 1. De cette manière, le manchon 16 peut être introduit dans un tube 10 de manière à former un "pont" sur le défaut du tube 10, comme par exemple le défaut 14. Le déplacement de 11 organe de dilatation 24 à travers le manchon 16 peut donc provoquer la dilatation de plusieurs sections du manchon 16 en créant ainsi plusieurs joints étanches avec le tube 10. Comme on peut le voir sur la figure 1, si les deux extrémités du manchon 16 sont ainsi dilatées, ce manchon forme sur le défaut 14 un l'pont"qui permet au fluide de traverser le manchon 16 et le tube 10 sans s'échapper à travers le défaut 14. Du. fait que le trou central 26 traverse complètement l'organe de dilatation 24, il n'est pas nécessaire d'enlever du manchon 16 l'organe de dilatation 24 puisque le fluide peut traverser le trou central 26. En se référant encore à la figure 1, on voit que la tige 28 peut être reliée à un actionneur 30 qui peut être un vérin à fluide choisi parmi ceux bien connus dans la technique pour déplacer la tige 28 et l'organe de dilatation 24 par rapport au manchon 16 en dilatant ainsi ce manchon contre le tube. 10. L'actionneur 30 peut être choisi de manière à pouvoir# exercer une force d'environ 9 daN sur l'organe de dilatation 24. Llaction- neur 30 peut comporter une butée 32 qui est montée sur llextré- mité de cet actionneur pour maintenir le manchon 16 dans le tube 10 pendant que la tige 28 est déplacée par rapport à. la butée 32 et au manchon 16. De cette façon, la tige 28 peut tirer l'organe de dilatation 24 à travers le manchon 16 tout en maintenant le manchon16 dans le tube 10. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif. Lorsque l'on a déterminé qu'un défaut 14 se développait dans un tube lO,ou peut s'y développer, on évacue de-l'échangeur de chaleur le fluide qu'il contient de manière que le personnel de réparation ou un matériel automatique puisse accéder à ce tube . On dispose ensuite un manchon 16 comportant des rainures annulaires 18 de manière que l'on puisse y introduire la tige 28. On introduit alors la tige 28 dans le manchon 16 et on la visse dans l'organe de dilatation 24. L'organe de dilatation 24 peut être maintenu fermement dans l'évidement 22 ou bien peut y être monté avec du jeu avant que la tige 28 soit vissée dans cet organe.Lorsque l'on visse la tige 28 dans l'organe de dilatation 24, la butée 32 vient en contact avec l'extrémité de base du manchon 16. Quand le manchon 16 se trouve en cette position, on Entroduit dans le tube 10 comme représenté sur la figure 1. Quand on l'introduit ainsi dans le tube 10, on dispose le manchon 16 de manière qu'il forme un"pont' sur le défaut 14. Ensuite, on fait fonctionner l'actionneur 30 qui amende la tige 28 à se déplacer vers le bas par rapport au manchon 16 et à la butée 32. Le déplacement de la tige 28 a pour effet de tirer l'organe de dilatation 24 à travers la partie manchon 16 où se trouvent les rainures circulaires 18. Le déplacement de l'organe de dilatation 24 a pour effet de dilater le manchon 16 contre la surface intéria#ur#e. du tube 10 comme on peut le voir sur la figure 2. La dilatation du manchon 16 entrai ne également l'encastrement des portées ou cloisons 20 dans le tube 10, ce qui crée une série de surfaces d'étanchéité s'étendant circonférentiellement autour de la surface extérieure du manchon 16.Ces surfaces d'étanchéité empêchent le fluide de passer entre le manchon 16 et le tube 10 en prèvenant ainsi toute fuite à travers le défaut 14. A mesure que l'on continue de tirer l'organe de dilata- tion 24 à travers le manchon 16, cet organe de dilatation pénètre dans la partie du manchon 16 où le diamètre intérieur de ce dernier est plus grand que le diamètre extérieur de l'organe de dilatation 24. Dans cette région, l'organe de dilatation 24 passe facilement à travers le manchon 16 sans entraîner de dilatation de cette partie du manchon 16. Si le manchon 16 est pourvu de plusieurs parties comportant des rainures circulaires 18, l'organe de dilatation 24 peut alors être tiré de façon similaire à travers cette section en créant ainsi une seconde section d'étanchéité, comme on peut le voir -sur la figure 2. Comme autre possibilité, du fait que l'on peut accéder à#la partie inférieure du manchon 16, on peut souder ou unir de toute autre manière cette partie inférieure au tube 10. Quelle que soit la façon selon laquelle on effectue le second joint d'étanchéité, on peut extraire l'organe de dilatation 24 du manchon 16 ou bien le laisser dans ce dernier. De même, on peut utiliser plus d'un organe de dilatation 24 dans un seul. manchon, chaque organe de dilatation étant utilisé pour une dilatation séparée. A la fin de I'opé- ration de dilatation, on peut enlever du manchon 16 la tige 28 et l'actionneur 30. La présente invention procure donc un procédé pour fixer à l'intérieur d'un tube échangeur de chaleur d'un générateur de vapeur nucléaire, un manchon qui forme un joint étanche vis-à-vis des fuites entre le manchon et le tube de sorte qu'aucune fuite ne se produit à partir du tube dans la région défectueuse. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fixer un manchon métallique dans un tube métallique caractérisé par le fait que l'on place dans ledit tube (10) un manchon métallique (16) comportant des rainures circulaires (18) sur une partie de sa surface extérieure et un organe de dilatation (24) disposé dans ledit manchon et que l'on déplace ledit organe de dilatation à travers ledit manchon de manière à dilater ainsi la partie de ce manchon où se trouvent lesdites rainures circulaires contre la surface intérieure dudit tube pour associer de façon étanche ledit manchon audit tube. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on visse une tige (28) dans un trou central (26) dudit organe de dilatation en vue de tirer cet organe de dilatation à travers ledit manchon. 3. Procédé suivant les revendications 1 ou.2, carac térise par le fait que lesdites rainures circulaires disposées de façon régulière et dont la section droite est rectangulaire s'étendent autour de la circonférence extérieure dudit manchon. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'on dilate une seconde partie dudit manchon dans laquelle se trouve des rainures circulaires et qui est espacée de ladite première partie en déplaçant ledit organe de dilatation à travers ladite seconde partie après l'avoir déplacé à travers ladite première partie. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit organe de dilatation a un diamètre extérieur plus grand que le diamètre intérieur dudit manchon dans. la partie de ce manchon où se trouvent lesdites rainures circulaires, la partie dudit manchon ne comportant pas de rainures circu1air# ayant un diamètre intérieur plus grand que le diamètre extérieur dudit organe de dilatation