Brevet FR2664084A1 — publié le 19920103

L'invention concerne un procédé et un disposi- tif de démantèlement d'un composant irradié d'un réac- teur nucléaire et en particulier d'une cuve d'un réac- teur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression, par usinage de sa paroi avec enlèvement de copeaux. Les réacteurs nucléaires refroidis à l'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 raccordée au circuit de refroidissement du réacteur dans lequel circule l'eau de refroidissement. 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 fonc- tionnement du réacteur. Dans le cas des centrales nucléaires parvenues en fin de vie et qui nécessitent un arrêt complet, jusqu'ici, la solution retenue a été de laisser ces centrales dans l'état o elles se trouvaient et de laisser décroître l'activité des matériaux constitutifs de leurs composants, afin de les démonter ultérieure- ment, dans des conditions plus satisfaisantes qu'au moment de l'arrêt, sans avoir à utiliser des outillages complexes commandés à distance. Dans l'avenir, le nombre de centrales qui seront mises hors d'exploitation industrielle augmentera sensiblement, si bien qu'il est nécessaire d'envisager un démantèlement de ces centrales, afin de restaurer dans son état d'origine, le site o elles sont implan- tées. Le démantèlement de la partie classique de la centrale ne pose pas de problème particulier mais en revanche, le démantèlement de la partie de la centrale constituant le réacteur nucléaire proprement dit pose des problèmes difficiles à résoudre, du fait des émis- sions radio-actives des matériaux constitutifs des composants du réacteur. En particulier, la cuve des réacteurs nucléai- res refroidis par de l'eau qui contient les assemblages combustibles et qui est en contact avec l'eau de refroi- dissement du réacteur pendant son fonctionnement est très fortement contaminée, dans le cas des réacteurs parvenus en fin de vie. Dans le cas des réacteurs nucléaires à eau sous pression actuellement en fonctionnement, la cuve du réacteur se présente sous la forme d'un corps de forme générale cylindrique fermé par des fonds bombés, de grande dimension et ayant une forte épaisseur de paroi. La cuve qui présente une masse très élevée est disposée à l'intérieur d'un puits de cuve ménagé dans une structure en béton qui délimite également une ou plusieurs piscines situées au-dessus du niveau supérieur de la cuve. La cuve qui renferme, en plus des assemblages combustibles, diverses structures internes est reliée, par des tubulures, à des canalisations du circuit pri- maire du réacteur. Les assemblages du coeur et certains compo- sants des structures internes peuvent être démontés et sortis de la cuve, de manière à assurer leur évacuation et, éventuellement, leur élimination, au moment de la mise hors service du réacteur. On ne connaissait pas jusqu'ici de procédé et de dispositif permettant d'effectuer le démantèlement de la cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, dans de très bonnes conditions de sécurité et permettant en particulier d'éviter des risques de contamination radio-active dans la zone d'intervention, tout en utili- sant des moyens d'usinage et de manutention d'une struc- ture relativement simple pour réaliser l'évacuation et l'élimination du matériau de la cuve. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de démantèlement d'un composant irradié d'un réacteur nucléaire comportant au moins une paroi de forme tubulaire disposée avec son axe dans la direction verticale, ce procédé permettant de réaliser dans de très bonnes conditions de sécurité et de manière simple l'élimination par usinage avec enlèvement de copeaux du matériau de la paroi du composant et l'évacuation des copeaux obtenus. Dans ce but on usine la paroi tubulaire avec formation de copeaux sur sa surface annulaire supérieure, en utilisant une machine d'usinage en appui sur cette surface supérieure et se déplaçant en rotation autour de 1-axe du compo- sant, et on recueille et on évacue en continu les copeaux formés par la machine d'usinage qui se déplace dans la direction verticale et vers le bas, au cours de la progression de l'usinage, suivant la direction axiale du composant. L'invention est également relative à un dispo- sitif mettant en oeuvre le procédé de démantèlement suivant l'invention. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du procédé de démantèlement suivant l'invention et le dispositif permettant de mettre en oeuvre ce procédé, dans le cas du démantèle- ment d'une cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. La figure unique est une vue en coupe vertica- le et en élévation de la partie supérieure d'une cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression et d'un dispositif assurant le démantèlement de cette cuve par le procédé suivant l'invention. Sur la figure on voit la partie supérieure de la cuve 1 d'un réacteur nucléaire à eau sous pression qui est constituée par une enveloppe de forme tubulaire ayant une forte épaisseur de paroi disposée avec son axe vertical à l'intérieur d'un puits de cuve ménagé dans une structure en béton non représentée. La cuve de forme tubulaire comporte, à sa partie supérieure, une bride 2 dont 1-épaisseur est supérieure à l'épaisseur de la paroi de la cuve dans sa partie courante La bride 2 est destinée à recevoir le couvercle de cuve assurant une fermeture étanche du volume intérieur de la cuve pendant le fonctionnement du réacteur. La cuve 1 comporte également, au voisinage de sa partie supérieure, des tubulures telles que 3 permet- tant le raccordement de la cuve aux canalisations du circuit primaire. On a représenté sur la figure un dispositif permettant de réaliser le démantèlement de la cuve par usinage de sa paroi avec enlèvement de copeaux. Après un arrêt définitif du réacteur nucléai- re, le circuit primaire et la cuve sont refroidis et le couvercle de la cuve est enlevé, la piscine du réacteur située au-dessus de la cuve étant remplie d'eau. Les assemblages du coeur sont déchargés et évacués ainsi que les équipements internes de la cuve. La piscine du réacteur est ensuite vidangée ainsi que la cuve qui peut néanmoins être partiellement remplie d'eau pendant la mise en oeuvre du démantèle- ment. Un dispositif de démantèlement permettant de mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention est mis en place sur la partie supérieure de la cuve 1, à l'aide du pont polaire de la centrale ou par un autre moyen de levage et de manutention approprié. Sur la figure, on a représenté un tel disposi- tif désigné de manière générale par le repère 4, en position de service sur la partie supérieure de la cuve 1. Le dispositif 4 comporte un support de forme tubulaire 5 placé, en position de service, avec son axe confondu avec l'axe 6 de la cuve 1. Quatre bras de forte section tels que les bras 7 a et 7 b sont fixés rigidement sur la partie inférieure du support 5, grâce à des pattes de fixation 8, dans des directions radiales perpendiculaires à l'axe 6 disposées à 900 les unes des autres, autour de l'axe 6 du support 5. Les bras tels que 7 a et 7 b sont usinés inté- rieurement dans leur direction axiale pour constituer des chambres de vérin dans lesquelles se déplacent des tiges 9 portant à leurs extrémités des patins d'appui 10 sur la paroi interne de la cuve 1. Les bras tels que 7 a et 7 b réalisent la fixa- tion et le centrage du dispositif 4 par bridage à l'in- térieur de la cuve, lorsque les tiges de vérin 9 sont dans leur position extraite. Sur la partie supérieure de chacun des bras tels que 7 a et 7 b est fixé un dispositif d'appui 12 permettant de faire reposer l'ensemble du dispositif 4 sur la surface supérieure annulaire de la cuve 1, pour assurer son maintien, indépendamment du bridage assuré par l'ensemble de bras de direction radiale tels que 7 a et 7 b. Chacun des dispositifs d'appui 12 comporte un bras 13 monté pivotant par l'intermédiaire d'une articu- lation 14 à axe horizontal, sur le bras correspondant. Le bras pivotant 13 comporte, à son extrémité opposée à l'articulation 14, une pièce d'appui 15 venant reposer sur la surface supérieure annulaire de la cuve 1, lors- que le bras 13 est dans sa position basse comme repré- senté dans la partie gauche de la figure, au-dessus du bras 7 a. La position de la surface d'appui 15 dans la direction d'un axe 17 perpendiculaire à cette surface d'appui peut être réglée par un dispositif de compensa- tion 16 dont le fonctionnement sera expliqué dans la suite du texte. Un vérin d'actionnement 18 du bras 13 est fixé de manière articulée sur la surface externe du support tubulaire 5 La tige 19 du vérin 18 est reliée, égale- ment de manière articulée, au bras 13. Les axes d'articulation du vérin 18 et de la tige 19 sont placés dans une direction horizontale. Par actionnement du vérin 18 à double effet, dans un sens ou dans l'autre, on peut venir placer le bras 13 dans une position basse d'appui, comme représen- té sur la gauche de la figure, ou au contraire dans une position relevée 13 ', comme représenté dans la partie droite de la figure, le déplacement du bras 13 par pivotement entre ces deux positions étant représenté de manière symbolique par la flèche 21. Le support tubulaire 5 porte, au voisinage de sa partie supérieure, un palier rotatif 20 ayant pour axe l'axe 6 commun au support 5 et à la cuve 1. Le palier 20, constitué sous la forme d'un palier à rouleaux, comporte une bague interne fixe solidaire du support 5 et une bague externe mobile en rotation sur laquelle est fixé un support 24. Un bras 25 de direction radiale est monté mobile à l'intérieur du support 24, dans une direction 26 correspondant à sa direction longitudinale. Un motoréducteur 27 assurant l'entraînement d'un ensemble pignoncrémaillère monté dans le support 24 permet de déplacer le bras 25 dans la direction 26, dans un sens et dans l'autre, comme représenté de maniè- re schématique par la flèche 28. Le bras 25 porte, à son extrémité opposée au support 24, une tête de fraisage 30 constituant l'outil d'élimination par usinage du matériau irradié de la paroi de la cuve 1 La tête de fraisage 30 comporte une fraise 31 montée à l'extrémité d'une broche de direction verticale entraînée en rotation par un moteur 32. Le support 5 porte à son extrémité supérieure, au-dessus du palier 20, une couronne dentée fixe 34 Un motoréducteur 35, fixé sur la bague externe mobile du palier 20, porte, à l'extrémité de son arbre de sortie, un pignon d'entraînement 36 engrenant avec la couronne dentée fixe 34. La mise en rotation du motoréducteur 35 et du pignon 36 permet d'entraîner la bague externe du palier 20, le support 24 et la tête de fraisage 30 en rotation autour de l'axe 6 de la cuve. Les bras tels que 7 a et 7 b portent, par l'in- termédiaire de dispositifs de fixation souples 38, une trémie collectrice 39 de forme tronconique et comportant un joint d'étanchéité périphérique 40 suivant son bord supérieur dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre intérieur de la cuve 1 Le joint 40 permet d'assurer un raccordement étanche entre le bord supé- rieur externe de la trémie collectrice 39 et la surface interne de la cuve 1. Un convoyeur 41 de direction verticale relié, à sa partie inférieure, à un prolongement 5 a du support , est monté, dans la direction verticale, à l'intérieur du support 5, de manière à déboucher, à sa partie supé- rieure, dans un conduit 42 de forme évasée. L-usinage par fraisage de la surface supérieu- re de la cuve 1, suivant la procédure qui sera décrite ci-dessous, entraîne la formation de copeaux et de particules de métal 44 qui sont dirigés par un déflec- teur 45 en direction de la trémie collectrice 39 Les copeaux et particules 44 venant en contact avec la surface intérieure de la trémie 39 se dirigent par gravité en direction du fond de la trémie, ce déplace- ment des copeaux et particules étant facilité par la présence d'un vibreur 47 en contact avec la surface extérieure de la trémie 39- Les copeaux et particules qui se rassemblent à la partie centrale inférieure de la trémie 39 sont pris en charge par le convoyeur 41 et transportés à l'inté- rieur du support 5, jusqu'à sa partie supérieure pour être déversés sur un dispositif de manutention ou dans une trémie permettant d- alimenter un four à induction assurant la refusion des copeaux et particules de maté- riau irradié de la paroi de la cuve Le conduit évasé 42 permet d'assurer une récupération intégrale des copeaux et particules à la partie supérieure du convoyeur 41, certains de ces copeaux ou particules pouvant être projetés en dehors de leur parcours normal de transport, ce qui entraînerait une contamination du dispositif de fraisage par ces particules de matériau radio-actif. Pour effectuer une opération de démantèlement d'une cuve 1 de réacteur nucléaire à eau sous pression, on place le dispositif 4 dans sa position de service sur la partie supérieure 2 de la cuve constituée par la bride de fixation du couvercle Les dispositifs d'appui 12 dont les bras 13 sont placés en position basse vien- nent reposer par leurs pièces d'appui 15 sur la surface supérieure de la bride 2. On assure le bridage et la fixation du dispo- sitif par alimentation des vérins ménagés dans les bras tels que 7 a et 7 b Les patins 10 viennent en contact avec la surface intérieure de la cuve pour assurer le bridage. La fraise 31 qui se trouve, en début d'opéra- tion, dans une position de retrait vers l'intérieur de la cuve est mise en rotation et le bras 25 est déplacé vers l'extérieur, de manière que la fraise dont la position en hauteur est réglée par les dispositifs de compensation 16 des pièces d'appui 15 des bras 13 puisse s'engager dans le métal de la paroi de la cuve 1 sur une épaisseur correspondant à l'épaisseur d'une passe d'usi- nage. La bague externe mobile du palier 20, le support 24, le bras 25 et la tête de fraisage 30 sont mis en rotation autour de l'axe 6 de la cuve, par ali- mentation du motoréducteur 35. La tête de fraisage 30 en rotation autour de l'axe 6 effectue une passe d'usinage sur la surface supérieure annulaire de la cuve. Lorsque la fraise parvient au voisinage d'un dispositif d'appui 12 dont le bras 13 est en position basse, un détecteur permet de commander le vérin 18 correspondant, par l'intermédiaire d'une servovalve Le bras 13 est déplacé par pivotement pour venir dans une position relevée telle que la position 13 '. Le dispositif de compensation 16 assure le déplacement de la pièce d'appui 15 vers l'extérieur, sur une distance correspondant à l'épaisseur de la passe. Lorsque la fraise a réalisé l'usinage sur la partie de la surface supérieure de la cuve sur laquelle vient en appui la pièce 15 du bras 13, un détecteur commande le déplacement du vérin 18 dans le sens provo- quant le rabattement du bras 13 vers le bas, la pièce d'appui 15 venant en contact avec la surface de la paroi de la cuve fraîchement usinée Le réglage de la position de la pièce d'appui 15 permet d'assurer une mise en contact parfaite de cette pièce d'appui avec la surface supérieure de la cuve, lorsque le bras pivotant 13 est rabattu et maintenu en position par la tige 19 du vérin 18 dans sa position déployée. La passe d'usinage est effectuée au cours d'un tour complet de la tête de fraisage 30 autour de l'axe 6 de la cuve, les bras 13 des dispositifs d'appui 12 étant déplacés dans leur position haute, au moment du passage de la fraise à leur niveau. Dans les parties les plus épaisses de la cuve, par exemple au niveau de la bride de cuve 2 et des tubulures 3, l'usinage complet de la surface supérieure de la cuve suivant l'épaisseur d'une passe peut nécessi- ter un déplacement radial de la fraise et la réalisation de plusieurs passes d'usinage. Lorsque la partie supérieure de la cuve 1 a été usinée sur l'épaisseur correspondant à une passe d'usinage, la tête de fraisage 30 est replacée dans sa position initiale et les tiges 9 des vérins associés aux bras tels que 7 a et 7 b sont placées dans leur posi- tion rétractée, de manière à libérer les patins 10 de bridage du dispositif 4 à l'intérieur de la cuve. Le dispositif 4 repose sur les dispositifs d'appui 12 dont le maintien en position basse est assuré par les vérins 18. Les dispositifs de compensation 16 sont alors réinitialisés, de manière à pouvoir effectuer les régla- ges, au moment du passage de la fraise, au cours de la passe d'usinage suivante. Les vérins associés aux bras tels que 7 a et 7 b sont actionnés de manière à réaliser le bridage du dispositif 4 à l'intérieur de la cuve. On effectue alors, comme précédemment, une nouvelle passe d'usinage. il Les copeaux et particules formés par la fraise 31 sont récupérés en continu par la trémie 39 et le convoyeur vertical 41, de manière à être introduits en continu dans un four de refusion à induction. Le démantèlement de la cuve est assuré par élimination du métal de sa paroi, lors de passes de fraisage successives. L'ensemble des opérations décrites ci-dessus est commandé de manière automatique, de sorte que le démantèlement de la cuve est réalisé à l'intérieur de la structure en béton dans laquelle est ménagé le puits de cuve, sans aucune intervention humaine On évite ainsi d'exposer des opérateurs dans une zone fortement conta- minée. De plus, on effectue, de manière automatique, un contrôle et un suivi de l'état de coupe de la fraise, de manière à effectuer un changement automatique de cette fraise, lorsque son état est considéré comme défectueux On peut également prévoir des séquences programmées de changement d'outil, après un certain temps de fonctionnement du dispositif de démantèlement par usinage. Le changement d'outil est réalisé de façon classique grâce à un bras annexe robotisé qui prend en charge la fraise sur la tête de fraisage pour l'intro- duire dans un barillet ou un présentoir et pour procéder à la mise en place d'une nouvelle fraise présentant un état de coupe satisfaisant. Le procédé et le dispositif de démantèlement suivant l'invention permettent donc d'effectuer le démantèlement d'une cuve de réacteur nucléaire de maniè- re totalement automatique, si bien que la durée néces- saire pour réaliser l'usinage ne présente qu'une impor- tance secondaire. Il est possible d'utiliser le même dispositif de démantèlement par usinage pour effectuer successive- ment le démantèlement de 1-ensemble des cuves d'un parc de réacteurs nucléaires. En outre, le matériau irradié récupéré peut être mis en forme facilement par refusion et par coulée pour constituer des blocs de matériau irradié dont la masse et la forme permettent de faciliter le stockage de longue durée. L'invention ne se limite pas au mode de réali- sation qui a été décrit. C'est ainsi que l'usinage de la paroi de la cuve peut être réalisé en utilisant un dispositif dif- férent de celui qui a été décrit. Ce dispositif peut comporter une machine d'usinage différente d'une tête de fraisage. Les moyens de déplacement, de maintien et de centrage de la machine d'usinage peuvent être différents de ceux qui ont été décrits Ces moyens peuvent compor- ter un nombre quelconque de bras, supérieur à deux, pour assurer le bridage de la machine sur la paroi tubulaire. L'ensemble des moyens de manutention permet- tant la récupération des copeaux ou particules et leur transport vers un dispositif de fusion ou de récupéra- tion peuvent également être différents de ceux qui ont été décrits. Enfin, l'invention s'applique au démantèlement de tout composant d'un réacteur nucléaire comportant au moins une partie de forme tubulaire disposée avec son axe vertical. RRVTNDICATIONS 1. Procédé de démantèlement d'un composant irradié d'un réacteur nucléaire comportant au moins une paroi ( 1) de forme tubulaire disposée avec son axe dans la direction verticale, caractérisé par le fait: qu'on usine la paroi tubulaire avec formation de co- peaux, sur sa surface annulaire supérieure, en utilisant une machine d'usinage ( 4) en appui sur cette surface supérieure et se déplaçant en rotation autour de l'axe du composant, et qu'on recueille et qu'on évacue en continu les copeaux formés par la machine d'usinage qui se déplace dans la direction verticale et vers le bas, au cours de la progression de J/usinage, suivant la direction axiale de la paroi tubulaire ( 1) du composant. 2. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé par le fait que les copeaux ( 44) recueillis et évacués en continu sont refondus pour constituer des blocs de matériaux irradiés, en vue du stockage de longue durée de ces blocs. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'usinage de la paroi tubulaire ( 1) du composant est réalisé par fraisage. 4 Dispositif de démantèlement d'un composant irradié d-un réacteur nucléaire comportant au moins une paroi de forme tubulaire ( 1) disposée avec son axe ( 6) dans la direction verticale, caractérisé par le fait qu'il comporte un support ( 5), des moyens de fixation ( 7 a, 7 b, 12) du support ( 5) sur la partie supérieure de la paroi ( 1) de forme tubulaire, une machine d'usinage ( 30) de la surface supérieure de la paroi de forme tubulaire ( 1), des moyens de support ( 24, 25) de la machine d'usinage ( 30) montés mobiles en rotation sur le support ( 5) autour de l'axe ( 6) de la paroi tubulaire ( 1), des moyens d'entraînement en rotation ( 34, 35, 36) de la machine d'usinage ( 30) autour de l'axe ( 6) de la paroi tubulaire ( 1) du composant et des moyens de re- cueil et d'évacuation ( 39, 41) des copeaux ou particules formés par usinage de la paroi tubulaire ( 1). 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens de fixation ( 7 a, 7 b, 12) du support ( 5) du dispositif de démantèlement ( 4) sont constitués par au moins deux bras solidaires du support ( 5), disposés dans des directions radiales à l'intérieur de la paroi tubulaire ( 1) dans la position de service du dispositif de démantèlement ( 4) comportant des vérins d'appui et de bridage ( 9, 10) mobiles dans leur direction longitudinale, à leur extrémité extérieu- re et des dispositifs d-appui ( 12) associés chacun à un bras ( 7 a, 7 b) comportant un bras d'appui ( 13) monté pivotant autour d-un axe horizontal sur le bras de bridage correspondant ( 7 a) déplacable entre une position basse d'appui et une position haute d-effacement, grâce à un dispositif d'actionnement ( 18, 19)- 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que chacun des bras d'appui ( 13) comporte une pièce d'appui ( 15) sur la surface supé- rieure de la paroi tubulaire ( 1) ayant une surface d'appui sensiblement plane, la position de la pièce d'appui ( 15), dans une direction perpendiculaire à sa surface d'appui, étant réglable grâce à un dispositif de compensation ( 16). 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que la machine d-usinage ( 30) est fixée à l'extrémité d'un bras de support ( 25) mobile dans sa direction longitudinale par rapport au support ( 5) du dispositif de démantèle- ment ( 4), le bras ( 25) étant disposé dans une direction * radiale par rapport à la paroi tubulaire ( 1) du compo- sant dans la position de service du dispositif de déman- tèlement ( 4). 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que les moyens de récupération et d'évacuation ( 39, 41) des copeaux ou particules de matériau irradié obtenus par usinage comportent une trémie de forme tronconique ( 39) fixée à l'intérieur de la paroi de forme tubulaire ( 1), en-dessous de la machine d'usinage ( 30), de manière à récupérer les copeaux ou particules ( 44) obtenus par usinage et à les rassembler à sa partie centrale, et un convoyeur ( 41) disposé dans une direction sensi- blement verticale dont la partie inférieure est disposée au voisinage de la partie centrale de la trémie ( 39) dans laquelle se rassemblent les copeaux ou particules ( 44). 9 Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé par le fait qu'un vibreur ( 47) est placé au contact de la paroi de la trémie ( 39), pour favoriser le déplacement vers la partie centrale de la trémie des copeaux ou particules ( 44) obtenus par usinage. 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait que le support ( 5) du dispositif de démantèlement est réalisé sous forme tubulaire et placé avec son axe dans une disposition verticale confondu avec l'axe de la cuve ( 6) lorsque le dispositif ( 4) est dans sa position de ser- vice et que le convoyeur ( 41) de transport des copeaux ou particules ( 44) est placé à l'intérieur du support tubulaire ( 5) et dans une disposition verticale.