Brevet FR2766570A1 — publié le 19990129

DISPOSITIF ET PROCEDE DE CONTROLE PERMANENT DE L'ETANCHEITE DE COUVERCLES SIMPLES OU MULTIPLES D'OBTURATION DE CONTENEURS POUR MATIERES RADIOACTIVES DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un dispositif et un procédé de contrôle de l'étanchéité de couvercles, éventuellement simples mais généralement multiples, empilés les uns sur les autres, obturant la cavité d'un conteneur de transport ou stockage de matières radioactives, par exemple des combustibles irradiés ou les résidus vitrifiés du retraitement de ces combustibles, ledit dispositif permettant le contrôle de l'étanchéité de chacun des couvercles, non seulement lors de leur fermeture successive, mais encore par la suite, après fermeture, au cours de la vie du conteneur chargé, lors de transports ou du stockage. ETAT DE LA TECHNIQUE Les matières radioactives, en particulier les assemblages combustibles nucléaires irradiés ou les résidus vitrifiés du retraitement, sont généralement transportées ettou stockées dans des conteneurs lourds (également appelés emballages) de forme cylindrique à parois épaisses (de quelques cm à plusieurs dizaines de cm), monocouches ou multicouches, principalement à base d'acier forgé ou moulé ou laminé (éventuellement associé à du plomb), ou à base de fonte, qui assurent notamment des fonctions de tenue mécanique (résistance aux chocs sévères, par exemple en cas de chute), de protection radiologique et de transfert thermique. Ces conteneurs comportent habituellement une virole cylindrique fermée à une de ses extrémités par fond fixé de façon étanche (par exemple par soudure). La cavité ainsi formée, dans laquelle prend place la matière radioactive, est fermée à l'autre extrémité de la virole, parfois par un couvercle unique, mais le plus souvent par au moins deux couvercles métalliques amovibles étanches, empilés les uns sur les autres. Pour réaliser l'étanchéité, il est connu d'utiliser des joints toriques, soit de nature élastomère, soit de nature métallique, disposés dans des gorges dont la géométrie doit être définie de façon très précise en fonction des caractéristiques des joints qu'on utilise. Habituellement chaque couvercle est équipé de deux joints concentriques prenant appui sur un épaulement pratiqué dans la virole. Cette étanchéité doit pouvoir être contrôlée à tout moment, voire en continu pour les conteneurs qui, une fois chargés, sont placés en stockage de longue durée. La figure 1 représente schématiquement un exemple de ce qu'il est connu de réaliser pour assurer et contrôler l'étanchéité d'un conteneur pour matière nucléaire comportant soit un couvercle unique (1), soit deux couvercles superposés (i) et (2), soit trois couvercles superposés (1),(2) et (3). Un premier couvercle épais (1), ou couvercle primaire, sert à confiner la matière radioactive prenant place dans la cavité (C) du conteneur. Le couvercle (i) prend appui sur un épaulement pratiqué dans la virole métallique épaisse (4), en général cylindrique, constituant le corps du conteneur, par l'intermédiaire de deux joints concentriques (11), situés dans des gorges taillées dans la bride du couvercle (i) et serrés à l'aide de boulons. II comprend un canal de service (8) faisant communiquer la cavité (C) avec l'extérieur en débouchant sur la face supérieure du couvercle (1) par un orifice de service. Ce canal de service sert à effectuer diverses manipulations dans la cavité (C), par exemple introduire ou extraire de l'eau, faire le vide, introduire ou extraire un gaz comme He, N2,... Le couvercle (1) comprend encore un canal de contrôle (5) faisant communiquer l'espace compris entre les deux joints (11) avec l'extérieur en débouchant sur la face supérieure de couvercle par un orifice de contrôle sur lequel on peut adapter divers dispositifs de contrôle (manomètres, analyseur de gaz qualitatif et/ou quantitatif, par exemple spectromètre de masse, pompe à vide, gaz sous pression), comme cela sera vu plus loin, permettant de contrôler l'étanchéité des joints. Après usage, l'orifice de service (8) est obturé par une fermeture, non représentée, comportant deux joints concentriques; un piquage de contrôle obturable, par un bouchon accessible du dessus du couvercle, débouche entre ces deux joints et permet d'en contrôler l'étanchéité. Le canal de contrôle (5) est, quant à lui, obturé par un bouchon. Une fois que le couvercle primaire (1) a été installé, son étanchéité vérifiée, les orifices de service obturés, leur étanchéité vérifiée, un deuxième couvercle de sécurité (2) ou couvercle secondaire, est mis en place au-dessus du couvercle (1) selon les mêmes modalités. Ainsi ce couvercle secondaire comporte deux joints concentriques (12) prenant appui sur un épaulement pratiqué dans la virole, un canal de service (9) et un canal de contrôle (6) utilisés et obturés de la même façon, que dans le cas du couvercle (1). Le canal de service (9) sert à gérer l'espace entre les couvercles (1) et (2) et le canal de contrôle (6) à vérifier l'étanchéité des joints (12). Après avoir fermé et contrôlé l'étanchéité du couvercle et fait de même pour les orifices de service, les dispositifs de contrôle branchés sur les orifices (5) et (6) ayant été démontés, le conteneur est prêt. Cependant, une fois mis en place au stockage, il est parfois recouvert d'un épais capot de protection métallique(30) lui permettant de résister encore mieux aux chutes d'avions. Pour contrôler l'étanchéité des doubles joints, par exemple (11)(12), on peut utiliser les méthodes suivantes: i) la cavité (C) ayant été remplie d'un gaz, en général de l'hélium à 0,5 bar absolu, on peut faire le vide dans l'espace entre joints (11), à une pression inférieure à celles régnant de part et d'autre desdits joints (par exemple quelques mbar) puis observer et mesurer par l'orifice de contrôle une remontée de pression éventuelle dans cet espace à l'aide d'un manomètre du type (14). Cette méthode permet de mesurer des taux de fuite dans une plage d'environ 10-5 à 10-3 atm.cm3/sec; ii) on peut mettre l'espace entre joints en surpression par rapport aux pressions régnant de part et d'autre desdits joints (par exemple 6 bars) et mesurer une baisse de pression éventuelle à l'aide également d'un manomètre du type (14). Cette méthode permet de mesurer des taux de fuite dans une plage d'environ 10-6 à 105 atm.cm3/sec; iii) on peut pratiquer un test à l'hélium, qui consiste à faire le vide dans l'espace entre joints et, la cavité étant remplie d'hélium à pression P1, de compter la quantité d'hélium aspiré par la fuite éventuelle du joint à l'aide d'un spectromètre de masse préalablement étalonné à l'aide d'une fuite calibrée. Cette méthode est beaucoup plus sensible et permet de détecter des fuites comprises entre 10-9 et 10-6 atm.cm3/sec. En jouant sur différents gaz introduits de part et d'autre des joints, on peut alors repérer quel. est le joint, intérieur ou extérieur, qui fuit. Ainsi, lors de la mise en place du couvercle (1) et après avoir rempli la cavité (C) de gaz à une pression P1 inférieure à la pression atmosphérique (en général de l'hélium à 0,5 bar absolu, comme cela a été dit) on peut vérifier l'étanchéité des joints doubles (11) et ensuite celle des joints doubles de la fermeture du ou des orifices de service, à l'aide des piquages de contrôle débouchant dans leurs espaces entre joints. Ces vérifications terminées, le couvercle (2) est alors mis en place et l'espace entre les couvercles (1) et (2) est rempli d'un gaz à pression P2 généralement supérieure à P1 (typiquement de l'hélium ou de l'azote avec une pression de service de 6 bar) et les vérifications d'étanchéité des différents joints faites comme pour le couvercle (1). La pression P2 peut être surveillée en continu au moyen d'un capteur de pression. Si, par la suite lors du stockage longue durée du conteneur, cette pression diminue cela est le signe d'une fuite soit vers l'atmosphère, soit vers la cavité (C) du conteneur puisque la pression P2 est nettement supérieure à la pression atmosphérique extérieure et a fortiori à la pression réduite P1 régnant dans la cavité (C). On voit qu'ainsi le confinement de la radioactivité est assuré et qu'il y a impossibilité de relâchement de radioactivité depuis la cavité du conteneur vers l'environnement. Pour mettre en oeuvre une action correctrice appropriée, il importe de connaître l'origine de la fuite en vérifiant les étanchéités de chacun des couvercles (1) et (2). Pour cela il faut tout d'abord enlever le capot de protection (30) pour avoir accès au piquage de contrôle de la fermeture de l'orifice de service (9) et à l'orifice de contrôle (6) des joints (12) pour en vérifier l'étanchéité. En cas d'étanchéité, on en déduit que la fuite se situe sur le couvercle primaire, ce qui interdit par exemple de déposer le couvercle (2), pour éviter tous risques de dissémination de radioactivité dans l'atmosphère. Si, au contraire, il est noté une fuite sur l'un des joints testés précédemment, il faut encore vérifier si cette fuite suffit à expliquer la baisse de pression constatée avant de pouvoir conclure qu'il n'y a pas d'autre fuite sur le couvercle (1). Quand on détecte une fuite sur le couvercle primaire (1) du conteneur, la solution généralement adoptée consiste à mettre en place un couvercle de garde (3) équipé, comme les couvercles (i) et (2), de deux joints concentriques (13) en appui sur un épaulement de la virole, d'un orifice de contrôle (7) pour tester l'étanchéité des joints concentriques (13) du couvercle (3) et d'un orifice de service (10) destiné à mettre l'espace entre les couvercles (2) et (3) sous une pression de gaz P3, cet orifice étant à son tour obturé par une fermeture à double joints contrôlables. On voit qu'avec de tels dispositifs, il n'est pas aisé de localiser avec certitude l'emplacement d'une éventuelle fuite sur les couvercles, en particulier de constater directement une fuite éventuelle sur le couvercle primaire, et de pouvoir en conséquence apporter un remède adapté. De plus pour effectuer ces contrôles il est nécessaire, comme cela a été déjà dit, d'enlever le lourd capot de protection (30) pour avoir accès aux différents bouchons des orifices de service ou de contrôle. Ainsi la demanderesse a recherché un dispositif et un procédé permettant de localiser des fuites éventuelles sur chacun des couvercles, indépendamment les uns des autres, aussi bien sur les joints principaux que sur les joints des différents orifices de service, tout en simplifiant les opérations de contrôle d'étanchéité, en particulier celles effectuées durant le stockage du conteneur. DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention est un dispositif de contrôle d'étanchéité de couvercles d'un conteneur métallique lourd pour le transport et/ou le stockage de matières radioactives, ledit conteneur comportant une cavité pour matières nucléaires délimitée par une virole cylindrique épaisse fermée à une extrémité à l'aide d'un fond fixé de façon étanche, par exemple soudé, et à l'autre extrémité par un ou plusieurs couvercles superposés, amovibles et épais, maintenus en appui sur un épaulement, pratiqué dans la virole, par l'intermédiaire de brides équipées d'au moins deux joints concentriques, caractérisé en ce que au moins deux canaux correspondant à un couvercle débouchent par un orifice de contrôle à la surface externe de la virole à proximité des couvercles dans un endroit accessible, traversent ladite virole et débouchent, I'un dans l'espace entre les joints concentriques du couvercle, L'autre dans l'espace situé entre ledit couvercle, la virole et le couvercle immédiatement superposé, chaque orifice de contrôle étant optionnellement relié à un circuit de mesure et de contrôle d'étanchéité. Quand l'extrémité de la virole fermée par les couvercles est protégée par un capot épais, L'endroit accessible se situe en-dehors de l'emprise dudit capot. Le circuit de mesure et de contrôle d'étanchéité comprend essentiellement un volume tampon relié à des appareils de mesure et de contrôle en général communs, tels que manomètres, pompe à vide, analyseur de gaz (par exemple spectromètre de masse), bouteille de gaz sous pression (par exemple He, N2, Ar), à l'aide de tuyauterie et jeux de vannes. Ce dispositif de contrôle de l'étanchéité des joints de couvercle selon l'invention comprenant essentiellement des canaux traversant la virole épaisse du conteneur, peut avantageusement être complété par l'adjonction d'un canal de service traversant encore la virole et débouchant directement dans la cavité. II est à noter que les canaux débouchant dans les espaces entre couvercles selon l'invention peuvent non seulement servir au contrôle de l'étanchéité des joints de couvercles en coopération avec les canaux débouchant dans les espaces entre joints, mais également servir de canal de service pour gérer l'atmosphère de l'espace entre couvercles (nature du gaz introduit, pression, vide). Afin de continuer à pouvoir utiliser les installations et appareillages existants de chargement des conteneurs et de contrôle de l'étanchéité de leur fermeture à partir de la face supérieure des couvercles, il est recommandé de maintenir la présence des canaux de contrôle et de service (tels que vus plus haut fig.l respectivement repères 5,6,7 et 8,9,10) traversant les couvercles, avec leurs fermetures accessibles depuis la face supérieure desdits couvercles. Mais dans ce cas lesdits canaux de service de chaque couvercle doivent être reliés, par des tubes de liaison, au canal de contrôle débouchant dans l'espace entre les joints du même couvercle, ledit espace étant branché selon l'invention à un canal de contrôle d'étanchéité, débouchant à l'extérieur après avoir traversé la virole, afin de pouvoir contrôler l'étanchéité des fermetures des canaux de service dudit couvercle. La figure 2 illustre un conteneur avec son dispositif de contrôle d'étanchéité des couvercles, selon l'invention. Les repères ont la me me signification que dans la figure 1. On voit que le conteneur comporte trois couvercles, le couvercle (3) étant rajouté, comme cela a été déjà vu, en cas de fuite du couvercle primaire (1). Les canaux 15, 17, 19 débouchent dans l'espace entre les joints concentriques des couvercles 1, 2, 3 respectivement, tandis que les canaux 16, 18 débouchent dans chacun des deux espaces entre lesdits couvercles. Le canal de service 20, pouvant également servir de canal de contrôle, débouche dans la cavité où sont disposées les matières radioactives. Les orifices de ces canaux 15, 16, 17, 18, 19, 20, situés sur la paroi extérieure de la virole peuvent être obturés classiquement par des fermetures (non représentées) comportant deux joints concentriques; pour en vérifier l'étanchéité un piquage relie l'espace entre ces joints à la paroi extérieure de la virole, piquage qui est ensuite fermé par un bouchon. L'orifice de chacun des canaux situés sur la paroi extérieure de la virole est relié à un volume tampon V5, V6, V7, V8, V9. Chacun d'eux est à son tour relié par un circuit de tubes et de vannes aux appareils de mesures servant à effectuer le contrôle d'étanchéité : mesure de pression (14), pompe à vide (21), spectromètre de masse (22), bouteille d'He sous pression (23), etc... Chacun des couvercles comporte également des canaux de contrôle 5-6-7 débouchant dans les espaces entre les doubles joints (11, 12, 13) et des canaux de service (8, 9, 10) débouchant dans la cavité (C) et dans les espaces entre couvercles (P2, P3) à l'intérieur du cercle formé par les joints concentriques (11,12,13). Selon l'invention, les piquages de contrôle des doubles joints des fermetures (non représentées) des canaux de service (8-9-10) sont reliés, par des tubes de liaison (25-26-27), aux canaux de contrôles (5-6-7). Dans ce cas, la procédure de remplissage du conteneur et de fermeture des couvercles successifs et du capot de protection (30), en s'assurant concomitamment de leur étanchéité lorsque c'est requis, est la même que celle utilisée pour le conteneur de la figure 1. Par contre, on voit qu'avec le dispositif de l'invention, on a accès à la totalité des espaces entre joints ou entre couvercles, ou à la cavité, sans aucun démontage du capot de protection (30) ou des couvercles (2) ou (3) et qu'ainsi on peut vérifier l'étanchéité de chacun des couvercles y compris du couvercle primaire (1), et mettre en oeuvre l'action corrective adaptée à l'endroit où la fuite éventuelle est constatée, ce qui n'était pas possible auparavant. En général, les canaux selon l'invention sont forés dans la virole métallique (acier ou fonte); mais quand celle-ci est composite, c'est-à-dire quand la virole interne en acier est recouverue de plomb, résine ..., lesdits canaux forés dans la virole interne en acier sont habituellement prolongés par des tubes traversant les couches successives jusqu'à déboucher en surface. L'invention concerne également un procédé de contrôle d'étanchéité des différents couvercles. Diverses procédures peuvent être appliquées suivant que le conteneur comporte un ou plusieurs couvercles. Préalablement la cavité a été remplie de gaz, par exemple He, à une pression P1 inférieure à la pression atmosphérique (en général 0,5 bar), L'espace entre les couvercles (1) et (2) rempli d'un gaz différent (par exemple N2) à une pression P2 supérieure à la pression atmosphérique (par exemple 6 bar), P2 étant mesurée en permanence par l'intermédiaire du canal (16), du volume tampon (V6) et de l'indicateur de pression (14). Si la pression P2 diminue, cela indique une fuite soit à travers le couvercle primaire (1), soit à travers le couvercle secondaire (2). Pour détecter le couvercle fuyard la procédure suivante peut être alors appliquée. On fait le vide à l'aide de la pompe (21) dans l'espace entre joints (11) par l'intermédiaire du canal (15), et on analyse le gaz pompé à l'aide du spectromètre de masse (22). Si l'analyse identifie He, c'est le couvercle (1) qui fuit soit par le joint intérieur (11), soit par le joint du bouchon de fermeture du canal de service (8). o Si l'analyse révèle la présence d'azote, la fuite est alors sur le joint extérieur (il) ou sur le joint extérieur de la fermeture du canal de service (8). Une variante consiste à remplacer N2 par He une fois le joint intérieur (11) testé comme étanche. Le remède à une fuite détectée sur le couvercle primaire (1), pour éviter tout risque de dispersion de radioactivité dans l'environnement, peut être d'installer un troisième couvercle (3) et de reporter ainsi la barrière primaire initialement constituée par le couvercle (i) sur le couvercle (2). Si on ne détecte aucune fuite après avoir fait le vide par (15), on fait le vide dans l'espace entre les couvercles (1) et (2) à l'aide du canal (16) et après avoir mis de l'hélium dans L'espace entre joints (12) du couvercle (2) à l'aide du canal (17); le spectromètre devrait alors confirmer la présence d'He. o La fuite ayant bien été localisée sur le couvercle (2), à l'exclusion d'une fuite sur le couvercle (1), il est possible alors d'intervenir sur le couvercle (2) sans prendre de risque de dissémination, ce qu'il n'était pas possible de faire auparavant puisqu'on ne pouvait pas conclure de façon certaine à l'absence de fuite sur ledit couvercle (1), les joints de ce dernier n'étant pas accessibles. Le même type de procédure peut être appliqué par la suite au contrôle des couvercles (2) et (3). Le dispositif selon l'invention permet d'utiliser d'autres procédés de détection et localisation de fuites éventuelles. Par exemple après avoir rempli l'espace entre les couvercles (1) et (2) avec He à pression atmosphérique (P2= 1 bar), on met les espaces entre joints des doubles joints (11) et (12) sous une même pression de N2., par exemple à 6 bar. Toute différence qui apparaîtrait ultérieurement entre les pressions de ces espaces entre joints indique une fuite dans l'un des doubles joints correspondants. L'évaluation quantitative de la fuite peut se faire ensuite en mettant sous vide l'espace entre les joints fuyards et en analysant la quantité d'He aspirée, à l'aide, du spectromètre de masse. Ainsi en jouant sur la nature des gaz utilisés et sur leur pression, le dispositif selon invention permet de mesurer en permanence et à volonté depuis l'extérieur, le taux de fuite éventuel de chacun des joints de chacun des couvercles, y compris le plus profond, et en outre sans qu aucun démontage ne soit nécessaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle d'étanchéité de couvercles d'un conteneur métallique lourd pour le transport et/ou le stockage de matières radioactives, ledit conteneur comportant une cavité (C) pour matières nucléaires délimitée par une virole cylindrique (4) épaisse fermée à une extrémité à l'aide d'un fond fixé de façon étanche et à l'autre extrémité par un ou plusieurs couvercles superposés (1,2,3), amovibles et épais, maintenus en appui sur un épaulement, pratiqué dans la virole (4), par l'intermédiaire de brides équipées d'au moins deux joints concentriques (11,12,13), caractérisé en ce que au moins deux canaux correspondant à un couvercle débouchent par un orifice de contrôle (15 à 19) situé à la surface externe de la virole à proximité des couvercles (1,2,3) dans un endroit accessible, traversent ladite virole (4) et débouchent, I'un dans l'espace entre les joints concentriques (11,12 ou 13) du couvercle (1,2 ou 3), L'autre dans l'espace situé entre ledit couvercle, la virole (4) et le couvercle immédiatement superposé, chaque orifice de contrôle étant optionnellement relié à un circuit de mesure et de contrôle d'étanchéité. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins un canal (20) traverse la virole (4) et débouche dans la cavité (C). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les orifices des canaux (15 à 20) traversant la virole (4), situés à la surface externe de ladite virole (4), sont obturés par des bouchons et fermetures possédant leur propre système de contrôle d'étanchéité. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le conteneur comporte 1 à 3 couvercles (1,2,3) superposés. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que chacun des couvercles (1,2,3) comporte un canal de contrôle (5,6,7) débouchant entre les joints concentriques (11,12,13) des couvercles (1,2,3) et/ou au moins un canal de service (8,9,10) débouchant à l'intérieur du cercle formé par les joints concentriques (11,12,13), lesdits canaux de service (8,9,10) traversant chacun desdits couvercles de sa face supérieure à sa face inférieure, et l'orifice de chaque canal de service situé sur la face supérieure du couvercle correspondant étant obturé par une fermeture comportant deux joints entre lesquels débouche un piquage de contrôle d'étanchéité lui-même obturé par un bouchon. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les piquages de contrôle d'étanchéité des fermetures des canaux de service (8,9,10) sont reliées au canal de contrôle (5,6,7) du couvercle correspondant. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'orifice d'au moins un canal (15 à 20) est relié à des appareils de mesure ou de contrôle. o 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que la liaison entre les orifices des canaux (15 à 20) et lesdits appareils est faite par l'intermédiaire d'un volume tampon (V5-V9) et que lesdits appareils sont communs à plusieurs des orifices (15 à 20). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les canaux (15 à 20) sont forés dans la virole (4). 10. Procédé de contrôle d'étanchéité utilisant le dispositif de l'une quelconque des revendications 1 à 9. o 11. Procédé de contrôle d'étanchéité du couvercle primaire d'un conteneur de matières radioactives comportant au moins deux couvercles (1,2) superposés fermés à l'aide de joints concentriques (11-12), le couvercle primaire (1) étant au contact des matières radioactives, caractérisé en ce qu'il est effectué après fermeture complète du conteneur ou lorsque ce dernier est équipé de capots de protection.