Brevet FR2662538A1 — publié le 19911129

L'invention concerne un dispositif et un procédé de décontamination de la surface intérieure de la paroi d'une cuve comportant un moyen de fermeture, telle qu'une cuve de réacteur nucléaire. Les réacteurs nucléaires refroidis à I'eau et en particulier les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent une cuve qui est destinée à contenir le coeur du réacteur nucléaire et qui est raccordee au circuit de refroidissement du réacteur dans lequel circule I'eau de refroidissement. La surface intérieure de la paroi de la cuve du réacteur qui est en contact avec le fluide de refroidissement et exposée aux rayonnements émis par le coeur du réacteur peut être fortement contaminée, après un certain temps de fonctionnement du réacteur. Dans le cas où il est nécessaire d'effectuer une intervention à l'intérieur de la cuve du réacteur, par exemple pour réaliser une opération d'entretien ou de réparation de la cuve elle-même ou d'un équipement disposé à l~intérieur de la cuve, on doit préalablement à l'intervention, effectuer une décontamination poussée de la surface intérieure de la cuve. D'autre part, dans le cas de centrales nucléaires parvenues en fin de vie et qui nécessitent un arrêt complet, il peut être souhaitable d'effectuer un démantèlement de la centrale sans attendre que ses éléments les plus contaminés aient perdu une grande partie de leur activité. Dans ce cas, il est nécessaire de réaliser un découpage de la cuve du réacteur dont la surface intérieure est fortement contaminée. Pour limiter les risques de dispersion d'éléments radio-actifs, par exemple sous forme de vapeurs ou de particules, pendant le découpage de la cuve, il est nécessaire d'effectuer avant ce découpage une décontamination poussée de la surface intérieure de la cuve. Il est connu de réaliser la décontamination de surfaces d'équipements utilisés dans une centrale nucléaire par circulation d'un réactif chimique au contact des surfaces à décontaminer, de manière à assurer la dissolution d'une couche de surface contenant une forte proportion de matériaux activés. Le liquide réactif chargé en matières réactives à l'état dissout ou en suspension est récupéré puis est traité, de manière à éliminer les matières radio-actives qui peuvent être ensuite transformées et/ou stockées, de la même façon que les autres déchets radio-actifs produits par une centrale nucléaire. Le liquide radio-actif peut être réutilisé après traitement, pour réaliser la décontamination de la cuve. La décontamination par circulation de liquide réactif ainsi que la récupération et le traitement du liquide peuvent être effectués en circuit ferme. Les cuves de réacteur nucléaire à eau sous pression présentent une paroi de forme générale cylindrique fermée à l'une de ses extrémités par un fond bombé et à son autre extrémité par un couvercle étanche démontable également de forme bombée. La cuve qui est destinée à contenir le coeur ainsi que les équipements internes du réacteur présente un volume intérieur important, si bien que pour réaliser la décontamination de sa surface intérieure, il est nécessaire de mettre en circulation une grande quantité de liquide réactif, ce qui conduit à la formation d'une quantité importante doeffluents qui doivent être ensuite récupérés et traités. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de décontamination de la surface intérieure de la paroi d'une cuve comportant un moyen de fermeture, telle qu'une cuve de réacteur nucléaire, par circulation d'un liquide réactif au contact de la surface à décontaminer, ce dispositif permettant d'éviter l'utilisation d'une quantité ou d'un débit important de liquide reactif pour réaliser la décontamination. Dans ce but, le dispositif comporte une masse de remplissage constituée par au moins un corps creux, susceptible d'être placée dans la cuve de manière à occuper une partie substantielle du volume intérieur de la cuve et à délimiter entre une partie au moins de sa surface externe et la surface intérieure de la cuve, un espace pour la circulation du liquide réactif ainsi qu'un moyen d'alimentation de l'espace de circulation en liquide réactif et un moyen de récupération de liquide ayant circulé au contact de la surface intérieure de la cuve, traversant la paroi de la cuve. L'invention est également relative à un procédé de décontamination mettant en oeuvre un dispositif présentant les caractéristiques mentionnées ci-dessus. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation d'un dispositif de décontamination suivant l'invention et l'application de ces dispositifs à la décontamination de la surface intérieure de la paroi d'une cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. La figure i est une vue en coupe par un plan vertical d'une cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression dans laquelle est placé un dispositif de décontamination suivant l'invention et suivant un premier mode de réalisation. La figure 2 est une vue en coupe par un plan vertical de la cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression dans laquelle est placé un dispositif de dé contamination suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation. La figure 3 est une vue en coupe par un plan vertical d'une cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression dans laquelle est placé un dispositif de décontamination suivant l'invention et suivant un troisième mode de réalisation. Sur la figure 1, on voit une cuve 1 d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comportant une enveloppe de forme cylindrique fermée à son extrémité inférieure par un fond bombé 2 et comportant, à sa partie supérieure, un rebord d'appui annulaire 3 destiné à recevoir un rebord d'appui correspondant d'un couvercle 4 également de forme bombée. Lorsque le réacteur nucléaire est en service, le couvercle est fermé de manière étanche, grâce à des goujons de serrage, avec interposition dun ensemble de Joints entre les rebords d'appui; La décontamination de la surface intérieure de la cuve est mise en oeuvre après qu'on ait réalisé la dépressurisation, le refroidissement et la vidange complète du circuit primaire du réacteur. On réalise ensuite le démontage du couvercle, le déchargement du coeur puis l'enlèvement des équipements internes de la cuve, la cuve étant remplie d'eau de la piscine du réacteur. La cuve est ensuite vidangée et le dispositif de décontamination suivant l'invention est mis en place pour venir dans sa position de service, comme représenté sur la figure 1. La cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comporte différents piquages permettant le raccordement des tuyauteries primaires et des manchettes de traversée de l'instrumentation du réacteur. Ces piquages et manchettes qui n'ont pas été représentés sur les figures doivent être obturés préalablement à la mise en oeuvre de la décontamination de la surface interne de la cuve. On utilise pour cela des dispositifs d'obturation qui peuvent être introduits à l'intérieur des piquages ou des tuyauteries primaires et des manchettes de traversée. Dans le cas d'un démantèlement de la cuve, on réalisera de préférence un découpage des piquages de raccordement au plus près de la surface extérieure de la cuve avant de réaliser leur obturation. Le dispositif de décontamination tel que représenté sur la figure 1 comporte principalement un tube collecteur 5 auquel sont raccordés des ballons 6 ayant une enveloppe souple, répartis suivant la longueur du tube collecteur 5. Un conduit d'alimentation en liquide réactif 7 est fixé à la partie centrale du tube collecteur 5 et dans une disposition coaxiale par rapport à ce tube. Le tube collecteur 5 est lui-même fixé de manière coaxiale à l'intérieur d'un conduit 8 de récupération du réactif ayant circulé en contact avec la surface intérieure de la cuve à décontaminer. L'ensemble constitué par le tube collecteur 5 et les conduits 6 et 8 assurant la circulation du liquide réactif dans la cuve est fixé sur une bride 10 qui peut être elle-même rapportée et fixée par des vis sur une bride 11 solidaire du couvercle 4. Le tube collecteur 5 et le conduit d'alimentation 7 traversent le couvercle 4 au niveau d'une ouverture 12 qui est constituée par une ouverture existante du couvercle de cuve ou par une ouverture usinée spécialement. Le conduit de récupération 8 peut être fixé dans le prolongement d'un piquage fixé sur le couvercle 4, au niveau de l'ouverture 12. Le couvercle 4 de ia cuve peut etre avanzageu- sement remplacé par un couvercle 4' sur lequel est fixé l'ensemble du dispositif de décontamination qui est introduit dans la cuve 1, lors de la pose du couvercle 4' sur la bride de support 3 du corps de la cuve. Avant de réaliser la décontamination, le couvercle 4 (ou 4') est fixé par des goujons sur le rebord *'appui 3, avec interposition de joints d'étanchéité, de manière à assurer une fermeture étanche de la cuve et à éviter les fuites de liquide réactif. Le tube collecteur 5 et le conduit d'alimentation 7 sont solidaires, à leur partie inférieure, d'au moins trois entretoises de centrage 13 placées dans des positions angulaires régulièrement réparties autour de l'axe commun au tube 5 et au conduit 7. Chacune des entretoises 13 comporte à ses extrémités des embouts réglables 14 permettant d'adapter la longueur des entretoises au diamètre intérieur de la cuve. Le conduit d'alimentation 7 comporte à son extrémité des tubulures de répartition de liquide réactif telles que i5a et 15b dans le volume intérieur de la cuve situé au-dessus du fond inférieur 2. Le tube collecteur 5 est relié à sa partie supérieure, par l'intermédiaire daun conduit 17, à une source d'air comprimé non représentée qui peut être constituée par un compresseur, un réservoir d'air comprimé ou un circuit de distribution. Le conduit dalimentation 7 est relié à sa partie supérieure, par l'intermédiaire d'un conduit 18, à une source de liquide réactif qui est amené à circuler dans les conduits 18 et 7, dans le sens indiqué par la flèche 19 pour pénétrer dans le volume intérieur de la cuve par les tubulures 15a et 15b, comme indiqué par les flèches 19a et 19b. Le conduit de récupération et d'évacuation 8 est relié par un conduit 16 à des moyens de récupération et de traitement du liquide réactif ayant circulé au contact de la surface à décontaminer. Dans une première variante de réalisation, les ballons 6 peuvent avoir une forme sphérique et sont reliés au tube collecteur 5 de manière à constituer des ensembles dans lesquels les ballons sont répartis régulièrement autour du tube collecteur 5, les ensembles successifs répartis autour du tube 5 étant superposés suivant la longueur du tube collecteur 5. Dans une second mode de réalisation, les ballons 6 ayant une forme sensiblement torique sont disposés successivement suivant la longueur du tube collecteur 5 correspondant à la direction de l'axe de la cuve. Le dispositif de décontamination suivant l'invention désigné de manière générale par le repère 20 est introduit dans la cuve, les ballons 6 étant à l'état dégonflé, ce qui permet de faciliter l'introduction et la mise en place du dispositif dont le centrage est assuré par les entretoises 13. On assure ensuite le gonflage des ballons 6 qui se mettent en place à l'intérieur de la cuve, comme représenté sur la figure 1, de manière que les différents ballons ou ensembles de ballons placés successivement sur le tube 5 soient en contact les uns avec les autres. La dimension des ballons et la pression de gonflage sont telles qu'il subsiste un espace 21 continu et de forme annulaire entre la surface extérieure des ballons 6 et la surface intérieure de la cuve 1. Le liquide réactif est introduit dans la cuve par lwintermédiaire des conduits 18 et 7 et des tubulures 15a et 15b, de manière que le liquide circule ensui te dans la cuve, de bas en haut, et en particulier dans l'espace 21, en contact avec la surface intérieure de la paroi de la cuve 1. Au cours de sa circulation, le liquide réactif entraîne les particules contaminées présentes dans la cuve et assure l'attaque de la couche superficielle interne de la paroi de la cuve qui est dissoute par le liquide réactif et entraînée en direction des conduits d'évacuation 8 et 16. Le liquide réactif renfermant les produits contaminés est récupéré puis traité avant d'être recyclé dans le réservoir permettant l'alimentation des conduits 18 et 7. Sur la figure 2, on a représenté un second mode de réalisation d'un dispositif de décontamination suivant l'invention. Les éléments correspondants sur les figures 1 et 2 portent les mêmes repères, avec cependant l'expo- sant ' (prime), en ce qui concerne les éléments constitutifs du dispositif de décontamination 20 représenté sur la figure 2. Le dispositif de décontamination 20 comporte principalement un conduit d'alimentation en liquide réactif 7' de direction axiale relié à un réservoir de liquide réactif par un conduit 18' à l'une de ses extrémités et à des tubulures de distribution de liquide réactif 15a et 15'b à son autre extrémité. Le conduit 7' est solidaire, à sa partie inférieure, au-dessus des tubulures de distribution 15a et 15'b, d'entretoises 13' comportant des embouts de réglage 14'. Le conduit d'alimentation 7' est disposé de manière coaxiale à l'intérieur d'un conduit de récupération 8' relié à un conduit d'évacuation 16'. Les ballons 6 à enveloppe souple du dispositif représenté sur la figure 1 constituant la masse de remplissage de la cuve sont remplacés par des enveloppes fermées et étanches semi-rigides 22 remplies d'air. Les enveloppes 22 en forme de berlingots sont reliées les unes aux autres pour constituer des couches successives souples 22a, 22b, ..., fixées sur le conduit 7 et réparties suivant la longueur de ce conduit, de manière que les enveloppes constituant chacune des couches successives viennent se placer dans un creux délimité entre deux enveloppes de la couche placée dans une position adjacente. On obtient ainsi un taux de remplissage important du volume intérieur de la cuve, lorsque le dispositif de décontamination est introduit dans cette cuve. Ce mode de réalisation ne nécessite pas de moyen de gonflage des enveloppes 22 qui sont étanches et remplies d'air lorsqu'elles sont introduites dans la cuve. Lorsque la masse de remplissage est en position de service dans la cuve, comme représenté sur la figure 2, son contour extérieur délimite avec la surface intérieure de la cuve, un espace annulaire permettant la circulation du liquide réactif au contact de la surface intérieure de la paroi de la cuve Les enveloppes 22 remplies d'air et fermées de manière étanche peuvent être reliées sous forme de couches souples successives qui sont enfilées de manière libre, grâce à une ouverture centrale ménagée entre les enveloppes, sur le conduit 7'. Les enveloppes 22 peuvent également etre totalement distinctes et déversées et empilées en vrac autour du conduit 7' mis en place dans la cuve. Les enveloppes étanches ou berlingots prennent alors leur place d'elles-mêmes grâce à un léger tassement imposé, par exemple lors de la fermeture du couvercle 4, 4'. Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 2 est sensiblement identique au fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 1, le liquide réactif récupéré par le conduit 16 étant envoyé dans des modules de décontamination permettant de séparer les matières radio-actives et de recycler le liquide réactif dans le réservoir de stockage et d'alimentation. Sur la figure 3, on a représenté un troisième mode de réalisation d'un dispositif de décontamination suivant I'invention, les éléments correspondants sur les figures 1, 2 et 3 portant les mêmes repères avec toutefois I'exposant " (seconde), en ce qui concerne les éléments du dispositif de décontamination 20" représenté sur la figure 3. Le dispositif 20" comporte un conduit d'ali- mentation en liquide réactif 7" relié, à l'une de ses extrémités, à des tubulures de distribution 15"a et 15"b et, à son autre extrémité, à un conduit 18" relié à un réservoir de stockage de liquide réactif. Le conduit d'alimentation 7" est disposé de manière coaxiale, à l'intérieur d'un conduit de récupération 8" relié, par l'intermédiaire dZun conduit 16", à des modules de dêcontamination non représentés. Comme précédemment, les conduits 7" et 8" pénètrent à l'intérieur de la cuve, lorsque le dispositif 20" est mis en place, par une ouverture traversant le couvercle 4, 4'. Les ballons 6 du premier mode de réalisation ou les berlingots 22 du second mode de réalisation sont remplacés par une enveloppe unique 24 remplie d'air qui peut être constituée par une paroi métallique souple pré formée de manière à reproduire la forme du volume intérieur de la cuve 1. L'enveloppe 24 peut également être constituée par une paroi souple gonflable en polyuréthane qui peut être introduite dans la cuve après gonflage ou, au contraire, gonflée à sa pression de service, à l'intérieur de la cuve, grâce à un tube collecteur relié à un compresseur ou à un récipient d air comprime Dans tous les cas, l'enveloppe 24 peut comporter une valve 25 permettant d'assurer sa mise en forme ou d'améliorer sa rigidité par injection d'air sous pression. L'air sous pression peut être introduit directement dans la cuve, après fermeture de celle-ci, par exemple par le conduit 16" ou le conduit 18". L'air sous pression pénètre dans l'enveloppe 24 par la valve 25 jusqu'à l'obtention de la pression voulue assurant la mise en place et la rigidité de l'enveloppe. L'enveloppe 24 porte, sur sa surface extérieure, des plots de centrage 26 assurant un positionnement de l'enveloppe dans la cuve, de manière qu'un espace annulaire 27 soit ménagé entre la surface extérieure de l'enveloppe 24 et la surface intérieure de la paroi de la cuve 1. Les tubulures 15"a et 15"b placées à l'extré- mité du conduit 7" traversent l'enveloppe 24 à sa partie inférieure, de manière à faire communiquer le conduit d'alimentation 7" avec l'espace annulaire 27. Les plots 26 sont disposés de manière discontinue suivant la circonférence de l'enveloppe 24, de manière à assurer le passage du liquide réactif en circulation de bas en haut au contact de la paroi intérieure de la paroi de la cuve 1. Dans tous les cas, la décontamination de la surface intérieure de la paroi de la cuve est assurée en utilisant un volume ou un débit de liquide réactif relativement faible, dans la mesure où une partie substantielle du volume intérieur de la cuve est occupée par la masse de remplissage constituée par des ballons, des berlingots où une enveloppe unique reproduisant la forme du volume intérieur de la cuve. Le volume d'effluents radio-actifs produits est ainsi réduit, ce qui permet d'utiliser des modules de décontamination ayant une capacité de traitement modérée. La mise en place et le centrage du dispositif de décontamination dans la cuve peuvent être réalisés de manière simple et rapide L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. C'est ainsi qu'on peut utiliser des masses de remplissage différentes de ballons, de berlingots creux ou d'une enveloppe unique reproduisant la forme du volume intérieur de la cuve. La paroi du ou des éléments constituant la masse de remplissage peut être constituée par toute matière présentant la souplesse voulue et une bonne résistance à l'attaque par le liquide réactif de décontamination. Le centrage de la masse de remplissage dans l'enveloppe de la cuve peut être réalisé d'une manière différente de celle qui a été décrite. Par exemple, dans le cas de l'utilisation de ballons gonflables, ce centrage peut être réalisé par certains des ballons venant en contact avec la paroi de la cuve en au moins trois points disposés à 120C autour de l'axe de la cuve. Le dispositif de décontamination suivant l'invention et le procédé correspondant peuvent être mis en oeuvre en utilisant tout liquide réactif, par exemple acide ou basique permettant de réaliser une attaque partielle ou une dissolution des parties contaminées de la cuve. Enfin, le dispositif et le procédé suivant l'invention peuvent être utilisés pour réaliser la décontamination de cuves différentes de la cuve princi pale d'un réacteur nucléaire renfermant le coeur, en vue d'opéråtions d'entretien, de réparation ou de démantèlement. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de décontamination de la surface intérieure de la paroi d'une cuve (1) comportant un moyen de fermeture (4, 4'), telle qu'une cuve de réacteur nucléaire, par circulation d'un liquide réactif au contact de la surface à décontaminer, caractérisé par le fait qu'il comporte une masse de remplissage constituée par au moins un corps creux (6, 22, 24), susceptible d-être placée dans la cuve (1) de manière à occuper une partie substantielle de son volume intérieur et à délimiter entre une partie au moins de sa surface externe et la surface intérieure de la cuve (1), un espace (21, 27) pour la circulation du liquide réactif ainsi qu'un moyen d'alimentation (5, 18, 5', 18', 5", 18") de l'espace de circulation (21, 27) en liquide réactif et un moyen de récupération (8, 16, 8-, 16', 8", 16") du liquide ayant circulé au contact de la surface intérieure de la cuve, traversant la paroi de la cuve (1). 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la masse de remplissage est constituée par une pluralité de ballons (6) ayant une enveloppe souple gonflable reliés à un tube collecteur (5) susceptible d'assurer leur gonflage après introduction des ballons (6) dans la cuve (1). 3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les ballons (6) de forme sensiblement sphérique constituent des ensembles successifs reliés au tube collecteur (5) introduit dans la cuve (1) dans des zones espacées suivant sa direction axiale et dans des positions réparties circonférentiellement autour du tube collecteur (5). 4.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les ballons (6) de forme sensiblement torique sont disposés autour du tube collecteur (5) placé suivant la direction axiale de la cuve, et dans des positions successives suivant la direction axiale du tube collecteur (5). 5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que le centrage de la masse de remplissage (20) à l'intérieur de la cuve est assuré par une partie au moins des ballons (6) venant en contact avec la surface intérieure de la paroi de la cuve (1) dans des zones isolées les unes des autres. 6.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que le centrage du dispositif de décontamination dans la cuve (1) est assuré par des entretoises (13) solidaires du conduit d'alimentation (7) de direction axiale, à l'une de ses extrémités, et disposées dans des directions sensiblement radiales, lorsque le dispositif de décontamination est en position de service dans la cuve (1). 7.- Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que les entretoises (13) comportent, à leurs extrémités des embouts (14) réglables suivant la direction longitudinale des entretoises correspondant à des directions radiales de la cuve, lorsque le dispositif de décontamination est en place dans la cuve (1). 8,- Dispositif de décontamination suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la masse de remplissage est constituée par des enveloppes fermées étanches remplies de gaz (22) disposées autour du conduit d'alimentation (7') placé suivant la direction axiale de la cuve, lorsque le dispositif est en position de service dans la cuve (1). 9.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que les enveloppes fermées étanches (22) sont reliées entre elles de manière souple pour constituer des couches successives (22a, 22b) autour du conduit d'alimentation (7'). 10.- Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que les enveloppes fermées étanches (22) sont disposées en vrac dans la cuve (1), autour du conduit d'alimentation (7') placé suivant l'axe de la cuve. 11.- Dispositif de décontamination suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la masse de remplissage est constituée par une enveloppe unique (24) remplie de gaz dont la forme correspond sensiblement à la forme du volume intérieur de la cuve et sur la surface extérieure de laquelle sont fixés de plots de centrage (26), le moyen d'alimentation (7") en liquide réactif étant constitué par un conduit disposé à l'intérieur de l'enveloppe (24) et débouchant à l'une de ses extrémités à travers l'enveloppe (24). 12.- Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé par le fait que l'enveloppe (24) comporte une valve (25) permettant son remplissage en gaz comprimé pour assurer sa mise en forme et sa rigidité. 13.- Procédé de décontamination de la surface intérieure de la paroi d'une cuve (1) comportant un moyen de fermeture telle qu'une cuve de réacteur nucléaire par circulation d'un liquide réactif au contact de la surface à décontaminer caractérisé par le fait qu'on introduit à l'intérieur de la cuve une masse de remplissage constituée par au moins un corps creux occupant une partie substantielle du volume intérieur de la cuve (1), de manière à ménager un espace de circulation (21, 27) de liquide réactif entre la surface extérieure du corps creux et la surface intérieure de la cuve (1), - qu'on met en circulation à l'intérieur de la cuve, dans l'espace annulaire (21, 27), un liquide réactif, - et qu'on récupère le liquide réactif ayant circulé au contact de la surface intérieure de la cuve à décontaminer pour effectuer la décontamination de ce liquide réactif.