Brevet FR2692972A1 — publié le 19931231

PROCEDE DE REPARATION D'UN TUBE D'ECHANGEUR DE CHALEUR DETERIORE LOCALEMENT. DESCRIPTION L'invention concerne un procédé permettant de réparer un tube d'échangeur de chaleur comportant des détériorations locaLes telles que des fissures. L'invention s'applique en particulier à la réparation des tubes des générateurs de vapeur équipant les centrales nucléaires. En effet, ces tubes se trouvent dans un environnement particulièrement corrosif qui conduit à l'apparition fréquente de fissures ou de détériorations locales, notamment dans la zone immédiatement adjacente à la partie des tubes fixée à la plaque à tubes. Lorsqu'un tube de générateur de vapeur est fissuré sous l'effet de la corrosion sous tension ou percé par des corps migrants, une intervention est nécessaire afin d'éviter toute contamination du circuit secondaire du réacteur par le fluide circulant dans le circuit primaire. Un premier type d'interventions consiste à boucher le tube détérioré à chacune de ses extrémités. Cependant, lorsqu'une telle opération est renouvelée sur un grand nombre de tubes du générateur de vapeur, elle conduit à réduire sensiblement le rendement de cet appareil, ce qui peut nécessiter son remplacement à moyen terme. Pour cette raison, il apparaît souhaitable de ne pas obturer les tubes détériorés, mais de les réparer afin de préserver un rendement optimal du générateur de vapeur. Cette réparation pose toutefois de nombreuses difficultés pratiques, car elle doit se faire à l'intérieur même du générateur de vapeur, par des accès qui sont pour l'essentiel limités aux trous d'homme formés dans la boîte à eau par laquelle le fluide primaire entre dans le générateur de vapeur, puis le quitte. Une technique de réparation connue consiste à venir placer à l'intérieur de chaque tube détérioré, dans la zone à réparer, une manchette de renforcement du tube. Habituellement, cette manchette comporte un tron çon de tube réalisé dans un alliage métallique identique à celui du tube à réparer. Un revêtement réalisé en un matériau de brasage tel que du nickel ou du chrome peut recouvrir le tronçon de tube sur au moins une partie de sa longueur. La fixation de manchettes à L'intérieur des tubes à réparer peut aussi se faire par soudage ou par expansion mécanique. Si elle ne rend pas les tubes réparés totalement inopérants, cette solution connue se traduit toutefois par une réduction sensible du rendement du générateur de vapeur, si elLe est appliquée à un grand nombre de tubes. Une autre solution connue pour réparer les tubes endommagés des générateurs de vapeur consiste à couper le tube au-delà de la partie endommagée, à extraire par la boîte à eau un tronçon de tube comportant la partie endommagée, à mettre en place par la boîte à eau un tronçon de tube de remplacement, et à souder bout à bout, par L'intérieur du tube et sous atmosphère de gaz neutre (généralement de l'argon), le tronçon de tube de remplacement à la partie restante du tube. Dans la pratique, cette solution s'est toutefois révélée peut satisfaisante. En effet, en L'absence d'un confinement du gaz neutre autour du tube, l'oxydation de la soudure dans cette région ne peut être empêchée. Une solution à ce problème pourrait être de réaliser la soudure bout à bout des deux tronçons de tubes séparément par l'intérieur et par l'extérieur du tube, comme L'enseigne le document FR-A-2 655 898. Cependant, cette technique n'est pas applicable à la réparation d'un générateur de vapeur car il n'est pratiquement pas possible d'introduire un dispositif de soudage autour du tube par le secondaire du générateur de vapeur jusqu'à proximité immédiate de la plaque à tubes. La même remarque s'applique à la technique décrite dans le document FR-A-2 652 772, qui propose de placer autour des extrémités adjacentes de deux tubes à souder bout à bout une enceinte délimitant autour de cette zone une chambre annulaire dans laquelle l'atmosphère peut être contrôlée. L'invention a précisément pour objet un procédé permettant de réparer un tube d'échangeur de chaleur en remplaçant le tronçon de tube endommagé par un tronçon de tube de remplacement que l'on soude bout à bout à la partie restante du tube sans risque d'oxydation de la soudure par l'extérieur et sans qu'une intervention par la partie secondaire du générateur de vapeur soit nécessaire. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un procédé de réparation d'un tube d'échangeur de chaleur comportant au moins une partie endommagée proche d'une extrémité du tube fixée dans une perforation d'une plaque à tubes, consistant à - couper le tube au-deLà de la partie endommagée ; - extraire par ladite perforation un tronçon de tube endommagé comportant la partie endommagée et ladite extrémité '; - introduire par ladite perforation un tronçon de tube de remplacement ; - souder bout à bout, par l'intérieur du tube et sous atmosphère de gaz neutre, le tronçon de tube de rempla cement à un tronçon restant du tube ; caractérisé par le fait qu'avant de souder le tronçon de tube de remplacement au tronçon restant du tube, on introduit par ladite perforation un organe de confinement du gaz neutre, et on place ledit organe autour d'une région à souder. Afin que l'organe de confinement du gaz neutre puisse être introduit par la perforation de la plaque à tubes correspondant au tube à réparer, différents modes de réalisation sont proposés. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, on utilise comme organe de confinement une manchette réalisée en un matériau à mémoire de forme, que l'on introduit par ladite perforation dans un état rétracté, dans lequel la manchette et le tube présentent sensiblement un même diamètre, que l'on fait ensuite passer dans un état expansé pour permettre l'introduction dans cette manchette d'extrémités adjacentes du tronçon de tube de remplacement et du tronçon restant du tube, puis que l'on ramène dans son état rétracté. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, on utilise comme organe de confinement une manchette que l'on place sur une extrémité du tronçon de tube de remplacement, de telle sorte qu'une partie de la manchette faisant saillie au-delà de cette extrémité présente un diamètre réduit, on introduit le tronçon de tube de remplacement portant la manchette par ladite perforation, puis on procède à une expansion radiale de ladite partie de la manchette, avant de l'introduire sur le tronçon restant du tube. Enfin, selon un troisième mode de réalisation de l'invention, on utilise comme organe de confinement une extrémité du tronçon de tube de remplacement, et l'on procède à une expansion radiale de cette extrémité après avoir introduit le tronçon de tube de remplacement par ladite perforation, et avant d'introduire ladite extrémité sur le tronçon restant du tube. Dans le deuxième et dans le troisième modes de réalisation de l'invention, on procède à l'expansion radiale après avoir traversé une dernière plaque entretoise précédant la région à souder, lorsque la partie endommagée du tube est située au-delà d'une plaque entretoise de l'échangeur. On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, différents modes de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale illustrant de façon schématique un générateur de vapeur dont les tubes détériorés localement peuvent être réparés à l'aide du procédé selon l'invention ; - la figure 2 est une vue illustrant à plus grande échelle et en coupe partielle le principe du procédé de réparation selon l'invention ; - la figure 3 illustre trois étapes successives de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans un premier mode de réalisation selon lequel l'organe de confinement est constitué par une manchette réalisée en un matériau à mémoire de forme ; - la figure 4 est une vue comparable à la figure 3 illustrant deux étapes successives de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans un deuxième mode de réalisation selon lequel l'organe de confinement est constitué par une manchette que l'on place à l'extrémité du tronçon de tube de remplacement ; et - la figure 5 est une vue comparable aux figures 3 et 4 illustrant un troisième mode de réalisation de l'invention, dans lequel l'organe de confinement est constitué par une extrémité du tronçon de tube de remplacement. On a représenté schématiquement sur la figure 1 un générateur de vapeur utilisé dans une centrale nucléaire, pour assurer le transfert thermique entre l'eau primaire contenue dans le circuit primaire du réacteur et l'eau-vapeur secondaire contenue dans le circuit secondaire du réacteur. Ce générateur de vapeur comprend de façon connue une enveloppe extérieure 10, d'axe vertical, dont le volume intérieur est divisé en deux parties par une plaque perforée 12 appelée plaque à tubes. La plaque à tubes 12 est située immédiatement au-dessus du fond bombé de l'enveloppe 10 et délimite avec ce dernier une boîte à eau séparée en un collecteur d'entrée 14 d'eau primaire et un collecteur de sortie 16 d'eau primaire par une cloison verticale 18. Les collecteurs d'entrée 14 et de sortie 16 de l'eau primaire sont reliés l'un à l'autre par un faisceau de tubes en U inversé 20 qui sont fixés par dudgeonnage et par soudage dans les perforations 32 (figure 2) de la plaque à tubes 12, de telle sorte que les deux extrémités de chacun des tubes 20 débouchent respectivement dans le collecteur d'entrée 14 et dans le collecteur de sortie 16 de l'eau primaire. L'eau secondaire est admise à l'intérieur de l'enveloppe 10 du générateur de vapeur par un collecteur d'entrée 22 de l'eau secondaire, de forme torique, situé au-dessus du faisceau de tubes 20. L'eau secondaire redescend jusqu'à la plaque à tube 12 dans un espace annulaire 23 formé entre l'enveloppe extérieure 10 et une enveloppe intérieure 24 entourant le faisceau de tubes 20. L'eau secondaire remonte ensuite à l'intérieur de l'enveloppe 24 en récupérant, au contact des tubes 20, la chaleur véhiculée par l'eau primaire circulant dans ces derniers. L'eau secondaire à l'état liquide se transforme ainsi en vapeur d'eau qui sort du générateur de vapeur par une tubulure 26 prévue à l'extrémité supérieure de l'enveloppe 10, après avoir traversé des dispositifs de séchage (non représentés). Des plaques entretoises horizontales 27 sont montées à intervalles réguliers dans l'enveloppe intérieure 24, pour assurer le maintien des tubes 20 du faisceau et empêcher leur entrée en vibrations. Ces plaques 27 sont perforées pour permettre le passage des tubes 20 et la circulation ascendante de l'eau-vapeur secondaire dans l'enveloppe 24. Entre les périodes d'arrêt et de fonctionnement du réacteur, les tubes 20 sont soumis à des contraintes thermiques importantes qui tendent à les endommager, notamment dans la zone située au voisinage immédiat de la plaque à tubes 12. En effet, cette zone est soumise à une corrosion particulièrement intense car des boues véhiculées par l'eau secondaire ont tendance à s'y déposer. Des arrêts périodiques du réacteur permettent de contrôler les tubes 20 et de détecter ceux qui présentent des défauts tels que des fissures ou des perforat ions. Conformément à l'invention, on procède aussi lors de ces arrêts à la réparation des tubes 20 qui présentent des détériorations locales telles que des fissures. Pour cela et comme l'illustre très schématiquement la figure 2, on vient couper le tube 20 à réparer en un emplacement 28 situé au-delà de la partie endommagée, par rapport à la plaque à tubes 12. La découpe du tube 20 à réparer est effectuée de façon connue à l'aide d'un outil de coupe qui est introduit, à partir du collecteur d'entrée 14 ou du collecteur de sortie 16 de l'eau primaire, dans le tube concerné, jusqu'à l'emplacement désiré. Le tronçon de tube endommagé situé entre l'emplacement 28 de la découpe et la face inférieure de la plaque à tubes 12 est ensuite extrait par le collecteur 14 ou 16. Pour cela, on désoude l'extrémité correspondante de ce tronçon de tube de la plaque à tubes 12. Un organe de confinement 30 est ensuite introduit dans la partie secondaire du générateur de vapeur, située au-dessus de la plaque à tubes 12, par la perforation 32 dans laquelle était fixé le tronçon de tube endommagé extrait auparavant. Différentes techniques permettant d'introduire l'organe de confinement 30 seront décrites ultérieurement. On introduit également par la perforation 32 un tronçon de tube de remplacement neuf, désigné par la référence 21 sur la figure 2, dont les dimensions et la constitution sont identiques à celles du tronçon de tube endommagé extrait précédemment. Selon la technique utilisée pour introduire l'organe de confinement illustré par la manchette 30 sur la figure 2, l'introduction du tronçon de tube de remplacement 21 peut se faire après celle de l'organe de confinement ou simultanément à celle-ci. Lorsque l'introduction de ces deux pièces est terminée, on se trouve dans la situation illustrée sur la figure 2, dans laquelle un faible jeu existe entre l'extrémité supérieure du tronçon de tube de remplacement 21 et l'emplacement 28 de la découpe sur le tronçon restant du tube 20. Les extrémités adjacentes de ces deux tronçons de tubes sont entourées par l'organe de confinement 30, de telle sorte que l'espace délimité entre les extrémités en vis-à-vis des deux tronçons de tubes soit confiné par cet organe 30. On introduit ensuite par le tronçon de tube de remplacement 21, depuis le collecteur d'entrée 14 ou le collecteur de sortie 16, un outil de soudage rotatif équipé d'un dispositif d'injection de gaz neutre tel que de l'argon permettant de réaliser la soudure sous atmosphère non oxydante. Grâce au confinement assuré par l'organe 30, l'atmosphère de gaz neutre se trouve également présente à l'extérieur des extrémités des tubes à souder, ce qui permet d'éviter qu'une oxydation de la soudure ne se produise dans cette région. On réalise ainsi une réparation efficace du tube endommagé sans que le rendement du générateur n'en soit diminué. Sur la figure 3, on a représenté schématiquement un premier mode de réalisation de l'invention permettant d'introduire l'organe de confinement 30 par la perforation 32 réalisée dans la plaque à tubes 12 en face de la partie du tube 20 à réparer. Dans ce cas, l'organe 30 est constitué par une manchette 30a réalisée en un matériau à mémoire de forme, de telle sorte que son diamètre augmente ou diminue, lorsque l'on franchit un seuil de température donné. Ainsi, la manchette de confinement 30a présente par exemple, au-delà du seuil de température considéré, un diamètre sensiblement égal à celui du tube 20 à réparer. Dans ces conditions, et comme on l'a illustré à gauche sur la figure 3, la manchette 30a peut être introduite sans difficulté par la perforation 32 de la plaque à tubes 12. On introduit ensuite le tronçon de tube de remplacement 21, puis on accroît le diamètre de la manchette de confinement 30a en la refroidissant en dessous du seuil de température correspondant à son changement d'état. Cette situation est illustrée au centre sur la figure 3. Le diamètre intérieur de la manchette de confinement 30a est alors tel que cette manchette peut être introduite en partie sur l'extrémité inférieure du tron çon restant du tube 20 et en partie sur l'extrémité supérieure du tronçon de tube de remplacement 21, comme on l'a illustré à droite sur la figure 3. Dans la pratique, le contact entre la manchette de confinement 30a et les extrémités des deux tronçons de tubes est un contact avec frottement qui permet d'assurer le maintien de la manchette dans la zone concernée avant que le soudage ne soit réalisé. Par ailleurs, la manchette peut tout d'abord être introduite sur l'extrémité basse du tronçon restant du tube 20 à l'aide d'un outil approprié, après quoi le tronçon de tube de remplacement 21 est amené dans sa position définitive, ce qui a pour effet de le faire pénétrer dans la partie basse du manchon de confinement 30a. La manchette de confinement est ensuite ramenée à une température supérieure au seuil de changement d'état, de telle sorte qu'elle se rétracte et se trouve naturellement maintenue dans la position souhaitée pour assurer le confinement du gaz neutre lorsque la soudure est réalisée. Cette position est illustrée à droite sur la figure 3. On a représenté sur la figure 4 un deuxième mode de réalisation de L'invention, dans lequel l'organe de confinement est également constitué par une manchette 30b. Toutefois, dans ce cas, la manchette 30b est réalisée en un métal ou un alliage traditionnel, de préférence semblable à celui qui constitue les tubes 20. Dans ce deuxième mode de réalisation de l'in- vention, La manchette 30b est préalablement montée à l'extrémité supérieure du tronçon de tube de remplacement 21. Ce montage est réalisé par emmanchement à force. L'extrémité supérieure de la manchette 30b située au-dessus de l'extrémité du tronçon de tube de remplacement 21 présente un diamètre réduit et, par exemple, une forme tronconique facilitant l'introduction de l'ensemble formé par le tronçon de tube de remplacement 21 et par la manchette 30b au travers de la perforation correspondante 32 de la plaque à tubes 12. Il est à noter que la manchette 30b est suffi samment fine pour pouvoir être introduite par la perforation correspondante 32, compte tenu du fait que le diamètre des perforations de la plaque à tubes est légèrement supérieur au diamètre extérieur des tubes. Lorsque l'extrémité haute du tronçon de tube de remplacement 21 portant la manchette de confinement 30b a été introduite au-dessus de la plaque à tubes 12 ou de la plaque entretoise 27 la plus proche de l'em- placement 28 de la découpe du tronçon restant du tube 20 (à gauche sur la figure 4), on procède à l'expansion radiale de la partie de diamètre réduit de la manchette 30b. Cette expansion radiale permet d'amener la partie supérieure de la manchette 30b à un diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre extérieur du tube 20. Elle peut être réalisée par tout moyen tel qu'un dispositif mécanique ou hydraulique. Lorsque l'expansion radiale de la partie haute de la manchette 30b a été effectuée (à droite sur La figure 4), on met en place le tronçon de tube de remplacement 21, ce qui a pour effet d'introduire la partie haute de la manchette 30b sur l'extrémité basse de la partie restante du tube 20. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 5, l'organe de confinement n'est plus constitué par une manchette séparée mais par une collerette 30c, de plus grand diamètre, formée à la partie supérieure du tronçon de tube de remplacement 21. Dans ce cas, le tronçon de tube de remplacement 21 est introduit par la perforation 32 correspondante de la plaque à tubes 12 alors qu'il présente sur toute sa longueur un diamètre uniforme. Lorsque l'extrémité haute du tronçon 21 arrive au-dessus de la plaque à tubes 12 ou de la plaque entretoise la plus proche de l'emplacement 28 de la découpe formée sur la partie restante du tube 20, la partie supérieure du tronçon de tube de remplacement 21 est expansée radialement, pour former la collerette 30c dont le diamètre intérieur est sensiblement égal au diamètre extérieur du tube 20. Cette expansion radiale peut être réalisée par tout moyen et notamment par un dispositif mécanique ou hydrauCrique. Le tronçon de tube de remplacement 21 est ensuite mis en place dans sa position définitive, ce qui a pour effet d'emboîter la collerette 30c sur l'extrémité inférieure de la partie restante du tube 20, comme l'illustre la figure 5. Comme le font les manchons 30a et 30b dans les deux modes de réalisation précédents, la collerette 30c assure le confinement du gaz neutre qui est introduit dans le tube lors du soudage, ce qui permet d'éviter l'oxydation de la région extérieure de la soudure et garantit la bonne tenue de celle-ci. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits à titre d'exemples, mais en couvre toutes les variantes. Ainsi, le mode de réalisation décrit en se référant à la figure 5 peut être inversé, c'est-à-dire que c'est la partie inférieure coupée du tronçon restant du tube 20 qui peut être expansée avant que la partie haute du tronçon de tube de remplacement 21 ne soit introduite dans la collerette ainsi formée. REVENDICATIONS 1. Procédé de réparation d'un tube (20) d'échangeur de chaleur comportant au moins une partie endommagée proche d'une extrémité du tube fixée dans une perforation (32) d'une plaque à tubes, consistant à : - couper Le tube au-delà de la partie endommagée ; - extraire par ladite perforation un tronçon de tube endommagé comportant la partie endommagée et ladite extrémité ; - introduire par Ladite perforation un tronçon de tube de remplacement (21) ; - souder bout à bout, par l'intérieur du tube et sous atmosphère de gaz neutre, le tronçon de tube de rempla cement (21) à un tronçon restant du tube (20) caractérisé par le fait qu'avant de souder le tronçon de tube de remplacement (21) au tronçon restant du tube (20), on introduit par ladite perforation un organe de confinement (30) du gaz neutre, et on place ledit organe autour d'une région à souder. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise comme organe de confinement une manchette (30a) réalisée en un matériau à mémoire de forme, que l'on introduit par ladite perforation (32) dans un état rétracté, dans lequel la manchette et le tube (20) présentent sensiblement un même diamètre, que l'on fait ensuite passer dans un état expansé pour permettre l'introduction dans cette manchette d'extrémités adjacentes du tronçon de tube de remplacement (21) et du tronçon restant du tube, puis que l'on ramène dans son état rétracté. 3. Procédé selon la revendication 1, caracté risé par le fait qu'on utilise comme organe de confinement une manchette (30b) que l'on place sur une extrémité du tronçon de tube de remplacement (21), de telle sorte qu'une partie de la manchette faisant saillie au-delà de cette extrémité présente un diamètre réduit, on introduit le tronçon de tube de remplacement (21) portant la manchette (30b) par ladite perforation (32), puis on procède à une expansion radiale de ladite partie de la manchette avant de l'introduire sur le tronçon restant du tube (20). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise comme organe de confinement une collerette (30c) formée par expansion d'une extrémité du tronçon de tube de remplacement (21) et l'on procède à l'expansion radiale de cette extrémité après avoir introduit le tronçon de tube de remplacement par ladite perforation (32), et avant d'introduire ladite collerette (30c) sur le tronçon restant du tube (20). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait qu'on procède à ladite expansion radiale après avoir traversé une dernière plaque extretoise (27) avant ladite région à souder.