Brevet FR2845815A1 — publié le 20040416

PROCEDE POUR LA MISE EN PLACE D'ASSEMBLAGES DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE AU SEIN DU COEUR D'UN REACTEUR DE CENTRALE NUCLEAIRE, ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROC DE. s L'invention concerne un procédé pour la mise en place des assemblages de combustibles nucléaires au sein d'un coeur de réacteur d'une centrale nucléaire. L'invention concerne également un dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé. De manière connue, le coeur de réacteur d'une centrale nucléaire est constitué d'une pluralité d'assemblages de combustible nucléaire, disposés côte à côte sur une plaque support dite " plaque de coeur ". Une telle plaque présente une pluralité d'emplacements, généralement de forme carrée, disposés côte à côte selon une forme géométrique sensiblement octogonale, régulière. Chacun des assemblages du combustible est placé sur un emplacement précis, qui à cet effet présente des tenons mâles de positionnement, ainsi que des trous ou orifices de 20 circulation d'un liquide de refroidissement et notamment de l'eau. Le nombre de ces assemblages de combustible dépend de la puissance du réacteur. Traditionnellement, le chargement du coeur du réacteur s'effectue depuis le niveau 25 supérieur d'une piscine, au moyen d'une machine de chargement susceptible de se déplacer au-dessus de ladite piscine. Les assemblages sont positionnés de manière unitaire, les uns à côté des autres, au niveau de la plaque de coeur au moyen d'un mât télescopique vertical actionné depuis la machine de chargement, l'extrémité dudit mât étant pourvue d'un grappin venant se saisir de l'extrémité supérieure desdits 30 assemblages combustibles. L'un des problèmes majeurs auquel sont confrontés les exploitants de telles centrales nucléaires réside dans les périodes relativement longues nécessaires au changement d'un coeur de réacteur, compte-tenu de la multiplicité des opérations à réaliser. 35 Il n'est pas rare en effet que le changement d'un coeur de réacteur nécessite l'arrêt de la centrale pour une période de plusieurs semaines, limitant d'autant la production d'énergie électrique. Cette durée liée au chargement et déchargement du réacteur est inhérente non seulement à la manutention proprement dite des assemblages de combustible, mais également à leur positionnement précis sur la plaque de coeur. A cet effet, on a développé un module de guidage présentant un encombrement 10 sensiblement correspondant à celui de chacun des assemblages, que l'on positionne au niveau de la plaque de coeur et plus spécifiquement, au niveau d'un emplacement immédiatement adjacent à l'emplacement considéré de l'assemblage à mettre en place, ce module étant notamment destiné à assurer le guidage en fin de course dudit assemblage sur les tenons appropriés de l'emplacement correspondant. 15 La mise en place de ces modules est réalisée par le mat principal de la machine de chargement, c'est à dire le mat assurant la manutention proprement dite des assemblages de combustibles. Ledit module est donc mis en place préalablement au chargement de l'assemblage considéré. L'opération est ainsi répétée pour la quasi20 totalité des emplacements du coeur du réacteur. Afin d'optimiser ce procédé de chargement, on a suggéré(par exemple dans le document FR-A-2 704 085) de faire appel à des modules de guidage multiples permettant ainsi de réduire le nombre de déplacements dudit module au sein de la 25 plaque de coeur. Pour autant, de tels modules multiples ne permettent pas le chargement intégral du coeur de réacteur, nécessitant de multiples mises en place élémentaire des assemblages, notamment en périphérie du coeur, augmentant de manière significative la durée de chargement. On a également proposé de guider l'extrémité libre des assemblages en fin de course au moyen d'un dispositif automatique qui se déplace seul au niveau de la place de coeur. Ce dispositif, qui permet certes de travailler en temps masqué, et d'aller dans les coins de la plaque de coeur est malheureusement coteux, lourd en maintenance et en dosimétrie, et peut en outre parfois présenter des problèmes de fiabilité. 35 L'objectif de la présente invention est de fondamentalement permettre le chargement de l'intégralité d'un coeur de réacteur nucléaire, en réduisant la durée de non productivité de la centrale. Ce procédé pour le chargement du coeur d'un réacteur nucléaire avec des assemblages de combustible nucléaire sur une plaque de coeur, lesdits assemblages étant de forme prismatique et de section carrée, étant positionnés sur une pluralité d'emplacements contigus de section carrée, comportant chacun des tenons mâles de positionnement et des trous femelles de circulation d'un liquide de refroidissement, et notamment d'eau, 10 procédé dans lequel la mise en place des assemblages de combustible nucléaire est assurée au moyen d'un outil de manutention dénommée machine de chargement, et au moyen de modules de guidage amovibles, susceptibles d'être positionnés au niveau de chacun des emplacements de la plaque de coeur, se caractérise en ce qu'il consiste: - à positionner au niveau de la seconde diagonale de la plaque de coeur des 15 emplacements de la plaque de coeur, un module de guidage triple au moyen d'un mât auxiliaire de la machine de chargement ou d'un organe de déplacement dédié à cet effet, et ainsi permettre la mise en place de deux assemblages de combustibles au niveau de la première diagonale desdits emplacements; puis à positionner au niveau de chacune des diagonales suivantes de la plaque de 20 coeur au moyen du mât principal de la machine de chargement ou de l'organe dédié un module de guidage constitué de six pavages de guidage consécutifs et montés en diagonale, de telle sorte à permettre la mise en place de un à sept assemblages un à un, diagonale par diagonale et en déplaçant ledit module le long d'une même diagonale pour arriver à la longueur totale de celle-ci; - puis, au niveau de l'angle opposé à l'angle de départ de positionnement des assemblages, à positionner au niveau de l'avant-dernière diagonale, le module triple de guidage au moyen du mât auxiliaire, et deux modules de guidage unitaires au moyen dudit mât auxiliaire de la machine de chargement ou de l'organe dédié, de telle sorte à permettre la mise en place de six assemblages de 30 combustible au niveau de l'avant-avant dernière diagonale; - puis à positionner les deux modules élémentaires de guidage au moyen du mât auxiliaire de la machine de chargement ou de l'organe dédié au niveau de la dernière diagonale, afin de permettre la mise en place des cinq assemblages combustibles au niveau de l'avant dernière diagonale, - et enfin, après enlèvement du module de guidage, à mettre en place les deux derniers assemblages de combustible nucléaire et niveau des deux emplacements restants, pour lesquels, aucune assistance n'est possible. En d'autres termes, l'invention consiste à faire appel à trois type de modules de guidage, et à assurer leur manutention au niveau d'une part, du mât principal de la machine de chargement ou d'un organe de déplacement dédié à cet effet, également dénommé Zi, destiné, ainsi que déjà dit, à assurer la manutention des assemblages de 5 combustible, et un mât auxiliaire, dénommé Z3, associé à la machine de chargement ou dudit organe dédié, et destiné à assurer la mise en place des modules de guidage unitaires ou du module triple. Ce mât auxiliaire est traditionnellement présent au niveau des machines de chargement 10 pour les centrales de puissance de 1.300 et 1.450 MW et est généralement destiné à permettre la permutation des grappes et des bouchons présents au niveau de la partie supérieure du coeur du réacteur. Ce mât, conformément à l'invention, subit une adaptation en termes de longueur, afin 15 de permettre la manutention du module de guidage unitaire au fond du coeur du réacteur, et d'autre part, à munir son extrémité libre d'un grappin propre à être adapté audit module de guidage. Ce faisant, il devient possible, conformément au procédé de l'invention, de réaliser au moyen de tels modules de guidage le chargement de 100 % d'un coeur de réacteur. 20 L'invention concerne également le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon l'invention, ce dispositif intègre une machine de chargement muni d'un mat principal de manutention des assemblages de combustible nucléaire, et d'au moins un mât auxiliaire et comporte trois type de modules différents, respectivement des 25 modules unitaires de guidage élémentaire, un module triple permettant le guidage d'au moins deux assemblages de combustible et enfin un module de guidage à six pavés destiné à permettre la mise en place de un à sept assemblages de combustible. Ces modules de guidage sont du type de ceux décrits dans le document FR-A2 704 30 085 précité, dont le contenu est intégré à la présente demande de brevet par référence. Chaque module unitaire présente d'une part, sur sa face inférieure destinée à venir au contact de la plaque de coeur des orifices, destinés à coopérer avec des pions de positionnement, et d'autre part, deux parois verticales adjacentes, raccordées à une portion inclinée de guidage. De tels modules peuvent être assemblées à plusieurs, 35 respectivement à trois ou à six afin de constituer un ensemble, lesdits modules étant réunis par l'un de leurs sommets en quinconce, correspondant à une diagonale de ladite plaque de coeur. Le moyen d'assemblage des modules unitaires est typiquement constitué d'une équerre, formée de deux ailes, respectivement une aile horizontale de liaison des modules entre eux, et une aile verticale de rigidification. La manière de réaliser l'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. Les figures 1 à 8 illustrent la mise en oeuvre du procédé conformément à l'invention, et 10 représentent notamment les différents emplacements d'un coeur de réacteur, en l'espèce d'une puissance de 1 300 Mégawatts. Dans l'exemple décrit, la plaque de coeur comporte 193 emplacements, de section carrée, destinés à recevoir chacun un assemblage de combustible nucléaire. Ces 15 emplacements sont répartis selon sensiblement un octogone. Selon les dimensions principales, on compte 15 emplacements, respectivement référencés verticalement de 1 à 15, et horizontalement A à R. On procède tout d'abord (figure 1) par la mise en place d'un module de guidage triple 20 (1), c'est à dire pourvu de trois pavés de guidage, au niveau de la diagonale B4 - C3 D2 de la plaque de coeur, au moyen du mât auxiliaire de la machine de chargement. Chacun des pavés de guidage correspond à l'encombrement d'un emplacement de la plaque de coeur. Une fois ce module de guidage mis en place, on procède à la mise en place de deux assemblages (2, 3) de combustible un à un au niveau des emplacements C2 et B3, le guidage étant donc'réalisé au moyen dudit module triple (figure 2). Puis, on procède, après escamotage du module triple (1), à la mise en place d'un 30 module (4) composé de six pavés de guidage au niveau de la diagonale partant de A6 et aboutissant à Fl (figure 2), à l'aide du mat principal, classiquement dénommé ZI de la machine de chargement. On procède alors à la mise en place des assemblages de combustible un à au niveau de 35 la diagonale A5 - El (figure 2). On décale le module (4) composé des six pavés de guidage à la diagonale suivante et on procède on positionnement un à un de six assemblages de combustible (figure 3). On décale ledit module (4) sur la même diagonale (voir flèche), afin de permettre le guidage et le positionnement du dernier assemblage sur cette diagonale en A6 (voir figure 4). On recommence ces différentes opérations en décalant le module (4) constitué de six pavés de guidage, se déplaçant au total respectivement 39 fois et permettant l'insertion de 178 assemblages de combustible (figure 5). Pour ce faire, ledit module de guidage 10 (4) est déplacé de une à trois fois pour chacune des diagonales dans laquelle il est mis en oeuvre. Afin d'assurer la mise en place des assemblages de combustible au niveau des trois dernières diagonales, on procède de la manière suivante (figures 6 à 8). 15 On procède tout d'abord à la mise en place du module triple (1) précité au niveau de la diagonale M14 - P12, au moyen du mât auxiliaire de la machine de chargement, et on positionne aux deux extrémités de cette diagonale en L15 et Ri 1, deux modules de guidage unitaire (5, 6), également au moyen du mât auxiliaire Z3 de la machine de 20 chargement. On procède alors à la mise en place de six assemblages combustible au niveau de la diagonale KI5 - R10 (figure 6). Lors de l'étape suivante, on enlève le module de guidage triple (1) et l'on positionne les deux modules de guidage unitaire (5, 6) au niveau des extrémités N14 et P13 25 (figure 7), toujours au moyen du mât auxiliaire Z3 de la machine de chargement, et on procède à la mise en place des cinq assemblages de combustibles au niveau de la diagonale L15 - RIu. On enlève alors ces deux modules de guidage unitaire (5, 6) et l'on procède à la mise 30 en place des deux derniers assemblages combustibles à leur niveau, donc en N14 et P13 (figure 8). On conçoit de fait tout l'intérêt du procédé de chargement du coeur de réacteur conforme à l'invention. Tout d'abord, de par la réduction du nombre de modules de guidage (trois) à utiliser, et surtout de par la minimisation de l'utilisation des modules de guidage unitaire, on gagne un temps considérable pour le chargement intégral du coeur du réacteur. On réduit de fait le nombre de manutentions et les risques qui lui sont associés. Ces opérations de chargement permettent d'aboutir à un gain de temps important, puisque typiquement, la durée nécessaire au chargement du coeur d'un réacteur de 1.300 MW devient avec le procédé de l'invention inférieur à 32 heures, permettant 10 donc de réduire des périodes pendant lesquelles la centrale est arrêtée, et donc optimiser la production d'énergie électrique correspondante. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le chargement du coeur d'un réacteur nucléaire avec des assemblages de combustible nucléaire sur une plaque de coeur, lesdits assemblages étant de forme prismatique et de section carrée, étant positionnés 5 sur une pluralité d'emplacements contigus de section carrée, comportant chacun des tenons mâles de positionnement et des trous femelles de circulation d'un liquide de refroidissement, et notamment d'eau, procédé dans lequel la mise en place des assemblages de combustible nucléaire est assurée au moyen d'un outil de manutention dénommée machine de chargement, et au moyen de modules de 10 guidage amovibles, susceptibles d'être positionnés au niveau de chacun des emplacements de la plaque de coeur, caractérisé en ce qu'il consiste: - à positionner au niveau de la seconde diagonale de la plaque de coeur des emplacements de la plaque de coeur, un module de guidage triple (1) au moyen du mât auxiliaire de la machine de chargement ou d'un organe de déplacement 15 dédié à cet effet, et ainsi permettre la mise en place de deux assemblages de combustibles au niveau de la première diagonale desdits emplacements; puis à positionner au niveau de chacune des diagonales suivantes de la plaque de coeur, au moyen du mât principal de la machine de chargement ou de l'organe dédié un module de guidage (4) constitué de six pavages de guidage consécutifs 20 et montés en diagonale, de telle sorte à permettre la mise en place de un à sept assemblages de combustible un à un, diagonale par diagonale et en déplaçant ledit module le long d'une même diagonale pour arriver à la longueur totale de celle- ci; - puis, au niveau de l'angle opposé à l'angle de départ de positionnement des 25 assemblages, à positionner au niveau de l'avant- dernière diagonale, le module triple de guidage (1) au moyen du mât auxiliaire de la machine de chargement ou de l'organe dédié, et deux modules de guidage unitaire (5, 6) également au moyen du mât auxiliaire de la machine de chargement ou de l'organe dédié, de telle sorte à permettre la mise en place de six assemblages de combustible au 30 niveau de l'avant-avant dernière diagonale; - puis à positionner les deux modules de guidage unitaire (5, 6) au moyen du mât auxiliaire de la machine de chargement ou de l'organe dédié au niveau de la dernière diagonale, afin de permettre la mise en place des cinq assemblages combustibles au niveau de l'avant dernière diagonale, - et enfin, après enlèvement des modules de guidage unitaire (5, 6), à mettre en place les deux derniers assemblages de combustible nucléaire au niveau des deux emplacements restants. 2. Procédé pour le chargement du coeur d'un réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de guidage composé de six pavages de guidage (4) est déplacé de une à trois fois pour chacune des diagonales dans laquelle il est mis en oeuvre. 3. Dispositif pour la mise en place d'assemblages de combustible nucléaire au sein du coeur d'un réacteur nucléaire, lesdits assemblages étant de forme prismatique et de section carrée, étant positionnés sur une pluralité d'emplacements contigus de section carrée, comportant chacun des tenons mâles de positionnement et des trous 10 femelles de circulation d'un liquide de refroidissement, et notamment d'eau, comprenant une machine de chargement pourvue d'un mât principal de manutention desdits assemblages de combustible nucléaire, assurant également la manutention de modules de guidage amovibles, susceptibles d'être positionnés au niveau de chacun des emplacements de la plaque de coeur, caractérisé en ce qu'il 15 comprend en outre au moins un mât auxiliaire, également animé par la machine de chargement, et en ce qu'il comporte trois type de modules différents, respectivement deux modules de guidage unitaire (5, 6), un module de guidage triple (1) permettant le guidage d'au moins deux assemblages de combustible et enfin un module à six pavés de guidage (4), destiné à permettre la mise en place de 20 un à sept assemblages de combustible. 4. Dispositif pour la mise en place d'assemblages de combustible nucléaire au sein du coeur d'un réacteur nucléaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que les modules de guidage unitaire (5, 6) et le module de guidage triple (1) sont 25 manutentionnés au moyen du mât auxiliaire de la machine de chargement, et en ce que le module de guidage à six pavés de guidage (4) est manutentionné par le mât principal de ladite machine de chargement. 5. Dispositif pour la mise en place d'assemblages de combustible nucléaire au sein du 30 coeur d'un réacteur nucléaire, lesdits assemblages étant de forme prismatique et de section carrée, étant positionnés sur une pluralité d'emplacements contigus de section carrée, comportant chacun des tenons mâles de positionnement et des trous femelles de circulation d'un liquide de refroidissement, et notamment d'eau, comprenant un organe de déplacement dédié à la manutention de modules de 35 guidage, pourvu d'un mât principal de manutention de l'un des modules de guidage amovible et d'un mât auxiliaire de manutention des autres modules de guidage amovibles, lesdits modules de guidage étant susceptibles d'être positionnés au niveau de chacun des emplacements de la plaque de coeur, caractérisé en ce qu'il comporte trois type de modules différents, respectivement deux modules de guidage unitaire (5, 6) , un module de guidage triple (1) permettant le guidage d'au moins deux assemblages de combustible et enfin un module à six pavés de guidage (4), destiné à permettre la mise en place de un à sept assemblages de combustible. 6. Dispositif pour la mise en place d'assemblages de combustible nucléaire au sein du coeur d'un réacteur nucléaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que les modules de guidage unitaire (5, 6) et le module de guidage triple (1) sont 10 manutentionnés au moyen du mât auxiliaire de l'organe de déplacement dédié, et en ce que le module de guidage à six pavés de guidage (4) est manutentionné par le mât principal dudit organe de déplacement dédié. 7. Dispositif pour la mise en place d'assemblages de combustible nucléaire au sein du 15 coeur d'un réacteur nucléaire selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que chaque module unitaire'présente d'une part, sur sa face inférieure destinée à venir au contact de la plaque de coeur des orifices, destinés à coopérer avec des pions de positionnement, et d'autre part, deux parois verticales adjacentes, raccordées à une portion inclinée de guidage. 20 8. Dispositif pour la mise en place d'assemblages de combustible nucléaire au sein du coeur d'un réacteur nucléaire selon la revendication 7, caractérisé en ce que les modules de guidage unitaire sont susceptibles d'être assemblés à plusieurs, respectivement à trois ou à six afin de constituer un ensemble, lesdits modules étant 25 réunis par l'un de leurs sommets en quinconce, correspondant à une diagonale de ladite plaque de coeur. 9. Dispositif pour la mise en place d'assemblages de combustible nucléaire au sein du coeur d'un réacteur nucléaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que le 30 moyen d'assemblage des modules unitaires est constitué d'une équerre, formée de deux ailes, respectivement une aile horizontale de liaison des modules entre eux, et une aile verticale de rigidification.