Brevet FR2534410A1 — publié le 19840413

La présente invention a trait au domaine de la decontamination des dispositifs utilisés dans la technologie nucléaire et notamment des générateurs de vapeur installes dans les boucles de travail des réacteurs nucléaires. Elle concerne tout spécialement une technique permettant de procéder à l'élimination des traces d'éléments radioactifs au niveau de la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur. On sait que les générateurs de type précite contiennent au-dessus de leur fond ou "boite à eau" des milliers de perforations avec microtubes de circulation d'eau, lesquelles sont pratiquées dans une plaque tubulaire d'une certaine hauteur, par exemple de l'ordre de cinquante centimètres. La contamination radioactive est très importante au niveau de cette plaque et le procedé de nettoyage connu des échangeurs calorifiques, insistant à injecter dans les microtubes de l'eau pressurisée sous plusieurs centaines de bars, permet de procéder à un enlèvement mécanique des incrustations mais il est tout à fait aléatoire au plan de la décontamination et, par ailleurs, il entraf- ne la mise en oeuvre de volumes importants d'effluents aqueux qu'il faut ensuite traiter ulterieurement par décontamination. On commercialise par ailleurs, depuis peu de temps, des appareils généralement dénommes 1,araignées de maintenance" (ou souvent en anglais : "finger walker") constitués par des dispositifs électro-mé- caniques permettant divers contrôles dans les tubes d'échangeurs. Il s'agit en quelque sorte de systèmes robotises auxquels on peut adapter des outils aptes à intervenir par exemple dans les microtubes des genérateurs de vapeur d'installations nucléaires. Enfin, il est connu en soi que le procédé de polissage par électrolyse, avec mise en oeuvre de divers bains appropriés comme par exemple des électrolytes à base d'acide phosphorique, constitue l'une des méthodes de choix pour a décontamination de matériels et equipements dans l'industrie nucléaire. L'un des buts de l'invention est donc de proposer un procédé, basé sur le traitement électrolytique-, permettant d'opérer un cycle séquentiel de décontamination des alesages de la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur du type susvisé, sur une longueur prédéter- minée. Un autre but, parmi ceux qui apparaitront également au cours de la description ci-après, est de fournir un dispositif ou outil spécialement adapté à des supports connus de type araignée de maintenance pour permettre la mise en oeuvre de l'électropolissage simul tané de quatre tubes de générateur. Selon sa définition la plus générale, le procédé de l'invention s'analyse sous forme d!une combinaison des étapes successives suivantes, une fois obtenu l'accès aux trous d'hommes de la boite à eau d'un générateur de vapeur : la mise en place d'un dispositif (ou araignée) de dêcantamination muni de quatre têtes asservies ; le positionnement de ce dernier pour assurer l'étanchéité desdites têtes ; l'introduction et le positionnement d'une électrode métallique dans l'un au moins des alésages ou microtubes à nettoyer ; l'injection d'un bain électrolytique dans l'espace vide des microtubes avec contrôle de remplissage ; l'électrolyse ; la vidange du bain ; l'injection d'un liquide de rinçage dans ledit espace libre ; la vidange de tous les effluents contaminés ; puis le déblocage desdites têtes asservies et le déverrouillage de l'araignée. Conformément a une réalisation particulièrèment avantageuse, chacune des tetes asservies et assujetties à l'araignée qui sert de support comporte essentiellement : un vérin dont la tige de piston est solidaire à son extrémité d'un boitier dans lequel sont insérées une électrode centrale creuse et des canalisations pé ripheriques d'amenée de fluides entre une platine inférieure et une plaque supérieure ajourée ou affleurent les sorties des canalisations et quç laisse émerger en saillie l'électrode, les entrées desdites canalisations étant branchées une a une sur des électrovannes qui pilotent les commandes des fluides ; toutes les opérations sequentielles de deplacement des organes, d'injections et vidanges de fluides et de temporisation étant programmees et commandées par pupitre. En pratique, l'outil d'électro-polissage selon l'invention comporte un ensemble de quatre têtes aptes à travailler sé parément ou simultanement dans quatre microtubes à décontaminer, l'ensemble étant aménage entre deux bras adaptés du support connu en soi, par exemple de type araignée. Pour chacune des têtes, l'électrode creuse sert de guide pour le fluide de rinçage, alors que trois canalisations périphériques, disposés par exemple à 120 degrés autour de l'elec- trode et aboutissant sur la plaque supérieure ajourée sont reservées respectivement : à l'injection du bain électrolytique, à-la vidange de ce fluide puis à la vidange du fluide de rinçage.L'électrode métallique, qui débouche au-dessus de la plaque ajourée sur une certaine longueur par exemple de 20 à 40 cms - est coiffée par une cône en matériau non métallique, de préférence échancré en plusieurs branches permettant un auto-centrage de l'électrode dans le micro-tube à nettoyer. En outre, l'électrode est munie, sous la base de son chapeau conique, et perpendiculairement à son axe, de perforations qui permettent un arrosage en pluie et sous turbulence des parois des microtubes par le fluide de rinçage. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée d'un mode préférentiel d'execution, cité à titre nonlimitatif et illustré par les dessins annexés qui représentent, schematiquement Figure 1 : une vue en coupe, volontairement simplifiee, de l'une des têtes asservies d'un outil selon l'invention, avec pénétration de l'électrode dans l'un des canaux de la plaque tubulaire d'un génBra- teur de vapeur Figure 2 . une vue agrandie de 1 'embase de cet outil et corres pondant- à la partie A de la figure 1 ; Figures 3a à 3c : des représentations en coupe. et du dessus de la partie supérieure de llelectrode et de son chapeau ; Figure 4 : un mode d'assujettissement d'un outil à quatre têtes selon l'invention aux bras d'un support, de type araignee de maintenance ou autre. On a représenté, en partie supérieure de la figure 1, une fraction de plaque tubulaire 1 d'un générateur de vapeur (par exemple en centrale nucleaire) munie de ses orifices ou microtubes 2 dont le diamètre est generalement de 1 'ordre de vingt millimètres. Comme on peut le voir sur cette figure et par les détails de la figure 2, l'une des têtes asservies d'un outil conforme à l'invention comporte une electrode métallique creuse 3 entourez de trois canalisations de circulation de fluides 4,5,6, l'ensemble etant aménage entre une platine inférieure 7 et une plaque supérieure ajouree 8 munie d'un joint plat 9 également perforé pour le passage des canalisations et de l'électrode. Ces dernières aboutissent à leur extrémité inférieure dans un bloc 10 de quatre electrovannes qui assurent les commandes des fluides. La platine 7 et la plaque 8 sont solidarisées par des entretoises 9 ouvertes sur un côté pour le passage des organes précites. L'ensemble est mû par une tige de piston 11 fixée à la platine 7 et actionnée par vérin 12 hydraulique ou pneumatique. En pratique, pour assurer la decantamination par polissage électrolytique selon l'invention, la circulation des fluides s'effectue avantageusement comme suit : l'une des canalisations, par exemple 4, sert à l'injection de l'électrolyse; une autre, par exemple 5, est destinée à la vidange de cet électrolyse, alors que la troisième, par exemple 6 est utilisée pour la vidange du liquide rinçage ; ce dernier est injecté , auprès la phase d'électrolyse, directement dans la partie creuse de électrode 3. A aucun moment, le bain- électrolytique n'est en contact avec le liquide de rinçage gracie aux commandes séquentielles assurees par le bloc des électrovannes 10. Comme on le voit bien sur les figures 3a à 3c, la partie supérieure de l'électrode 3 est surmontée d'une coiffe conique 13 en matériau non conducteur (par exemple matière plastique), realisee en plusieurs branches, par exemple 13a, 13b et 13c, qui permettent le centrage automatique de l'électrode sur les parois des microtubes 2. Sous ce chapeau conique, I'électrode est pourvue d'une série de perforations 14 (quatre sont représentées sur la figure 3c) pratiquées orthogonalement à l'axe de l'électrode et par lesquelles le fluide de rinçage est éjecte violemment sur les parois des tubes 2. La coiffe 13 est fixée sur ltelectrode par une collerette 15. La figure 4 illustre très schematiquement la coordination d'un ensemble ou outil selon l'invention comprenant quatre têtes asservies 16,17,18 et 19, dont chacune correspond à la description qui vient d'en être faite par référence aux figures 1 à 3, avec un support, par exemple de type araignée ou- autre, schématise ici par ses deux bras 20 et deux verins de déplacement dont l'un 21 autorise les translations horizontales selon la flèche 22 alors que l'autre 23 permet des déplace- ments verticaux selon la flèche 24.Les quatre zones extrêmes 25 des deux bras 20 ont été représentées en pointillé pour montrer qu'en réalite, pour l'adaptation aux quatre têtes asservies de l'outil selon l'invention, elles sont repliées à 90 degrés sur une longueur correspondant sensiblement à la hauteur de dégagement de l'électrode 3 au-dessus de la plaque 8 (voir fig.1). Cette hauteur est généralement de l'ordre de trente centimètres soit environ les deux tiers de l'épaisseur de la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur en centrale nucleaire. L'outil selon l'invention, avec ses quatre têtes asservies, permet donc l'introduction et le positionnement d'une electrode 3 par tête à l'intérieur de quatre alesages ou microtubes de type 2. Il permet également l'injection d'un bain électrolytique procurant, de façon connue en soi, sous l'influence d'un courant continu basse tension, l'electro-polissage desdits alésages. A cet effet, on peut mettre en oeuvre par exemple comme électrolyte une solution plus ou moins diluée d'acide phosphorique opérantà 110o-120 C et comme fluide de rinçage de l'eau déminéralisée contenant éventuellement un agent organique permettant d'augmenter si nécessaire la viscosité de ce fluide. Tous les automatismes de programmation, déclenchements d'injection et de vidange de fluide, temporisation. etc sont regroupés en un pupitre de commande (non représenté sur les dessins) et l'on décrira maintenant, à titre non limitatif, les séquences d'une opération d'electro-polissage à l'aide d'un dispositif selon l'invention. Pour faciliter la compréhension, l'-operation est présentée sur la page suivante sous la forme d'un diagramme des états illustré par le tableau 1. Bien entendu, l'opération de décontamination simultanée de quatre tubes, telle que decrite ci-dessus, est répétée dans les autres orifices jusqu'à exploration de tous les alésages contaminés de la plaque tubulaire. L'outil selon l'invention permet d'effectuer une selection des tubes à traiter. En effet, la contamination des microtubes n'est pas la même et dépend de leur position dans le générateur. Ainsi, pendant un arrêt de reacteur nucleaire, on ne pourra traiter, par exemple que les tubes les plus contaminé.s jusqu'à l'obtention d'un niveau d'irradiation permettant un travail simple à l'intérieur du générateur. En outre, grâce à un tel outil, on peut concevoir un pré-polissage electrolytique des tubes avant la mise en service d'un générateur de vapeur ; un tel pré-polissage diminue en effet la possibilité de contamination ultérieure.Enfin, on notera que l'outil selon l'invention peut être adapté sur tout appareil de manipulation, autre qu'une araignée de décontamination, afin de traiter la surface interne de tous types de tuyauteries pour condenseurs, échangeurs de chaleur et appareils analogues. Tableau 1 Positionnement de l'araignée É11 O ] Araignée positionnée Finde cycle araignei des Fin de course des 4 vérins 2 Verrouillage de l'araignée l~ ' Contact de l'araignée verrouillée 3 Injection de l'électrolyte ~ ~ Temporisation | I 4 12 volts i arrêt des pompes Temporisation 5 I Ouverture vidange | Temporisation Evacuation du bain Temporisation 70 Compteur 7 Rinçage t arrêt évacuation du bain Temporisation Contact l | Compteur 8 Vidange izArrêt 4 pompes Temporisation 9 m Retrait des outils E Arrêt des vidanges Fin de course 7 Déverrouillage de l'araignée -REVENDICATIONS 1. Procedé de décontamination par électro-polissage des alesages ou microtubes de la plaque tubulaire d'un générateur de vapeur, caractérisé par la mise en oeuvre-des étapes successives suivantes, selon un cycle séquentiel, une fois obtenu l'accès aux trous d'homme de la boite à eau du générateur : la mise en place d'un dispositif ou support de décontamination muni de quatre têtes asservies ; le positionnement de ce dernier pour assurer l'étanchéité desdites têtes ; l'introduction et le positionnement d'uneelectrode métallique creuse dans l'un au moins des microtubes à nettoyer ; l'injection d'un bain electrolytique dans l'espace vide des microtubes avec contrôle de remplissage ; l'électrolyse; la vidange du bain ; l'injection d'un liquide de rinçage dans ledit espace libre ; la vidange de tous les effluents contaminés ; puis le dé- blocage desdites-têtes asservies et le deverrouillage-du dispositif-support ; la sequence précitez etant répétée jusqu'à exploration de tous les orifices contamines de la plaque tubulaire. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de quatre têtes asservies (16,17,18,19) assujetties à un support (20) de type araignée de décontamination ou autre, chacune des têtes étant constituée essentiellement par : un verin (12) dont la tige due piston (11) est solidaire à son extrémite d'un boiter dans lequel sont insérées une electrode centrale creuse.(3) et des canalisations pértphériques d'amenée de fluides (4,5,6) entre une platine inférieure (7) et une plaque supérieure ajourée (8) où affleurent les sorties des canalisations et qui laisse emerger en saillie l'électrode (3), les entrées desdites canalisations étant branchées une à une sur des électrovannes (10) qui pilotent les commandes des fluides ; toutes les operations séquentielles de deplace- ment des organes, d'injections et vidanges des fluides et de temporisation étant programmées et commandées par un pupitre. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérise en ce que l'une des canalisations (4) sert à l'injection du bain électrolyti- que, une autre (5) à la vidange de ce bain, la troisième (6) étant utilisee pour la vidange du fluide de rinçage, alors que l'électrode creuse (3) sert de guide pour l'injection de ce fluide de rinçage. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'électrode creuse (3) est coiffée d'un chapeau conique (13) non conducteur/ échancre en plusieurs branches 13 a, 13 b, 13 c) pour l'auto-centrage de l'électrode dans le tube à decontaminer (2) et en ce qu'elle est munie, sous la base de ce chapeau et perpendiculairement à son axe, de perforations permettant un arrosage en pluie et sous turbulence des parois'deys tubes à rincer. 5. Application du procédé et du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, au pré-polissage et au polissage électrolytiques de générateurs de vapeur pour réacteurs nucléaires ainsi que de condenseurs, echangeurs calorifiques et appareils analogues.