Brevet FR2895791A1 — publié le 20070706

La présente invention concerne un procédé de réparation d'au moins une zone de raccordement d'une plaque de partition sur une plaque tubulaire d'une boîte à eau d'un échangeur de chaleur et, en particulier, d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent un circuit primaire dans lequel circule l'eau de refroidissement sous pression du réacteur nucléaire, qui est généralement constitué de plusieurs boucles sur chacune desquelles est disposé un générateur de vapeur assurant, par échange de chaleur entre l'eau de refroidissement sous pression du réacteur nucléaire et l'eau d'alimentation, l'échauffement et la vaporisation de l'eau d'alimentation, de manière à produire de la vapeur qui est envoyée à une turbine de la centrale nucléaire. Les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent une enveloppe de forme générale cylindrique disposée avec son axe vertical dans laquelle est disposée un faisceau de tubes d'échange de chaleur et une boîte à eau de forme sensiblement hémisphérique constituant la partie inférieure du générateur de vapeur, en dessous de l'enveloppe renfermant le faisceau. Une plaque tubulaire de forte épaisseur, disposée horizontalement et traversée par des trous de direction verticale, disposés suivant un réseau, assure la séparation entre la partie supérieure du générateur de vapeur et la boîte à eau. Les tubes du faisceau du générateur de vapeur sont engagés et fixés de manière étanche par leurs parties d'extrémités dans les trous de la plaque tubulaire. La boîte à eau est délimitée, d'une part, par la paroi hémisphérique constituant la partie inférieure de l'enveloppe du générateur de vapeur et, d'autre part, par la surface inférieure horizontale de la plaque tubulaire suivant laquelle débouchent les trous de passage et de fixation des tubes du faisceau. Chacun des tubes du faisceau est cintré à sa partie supérieure et présente deux branches rectilignes dont les extrémités sont engagées dans les trous traversant la plaque tubulaire de part et d'autre d'une plaque de partition séparant la boîte à eau en deux compartiments reliés chacun, par une tubulure, à une conduite du circuit primaire, de manière que l'eau de refroidissement du réacteur pénètre dans la boîte à eau à l'intérieur de l'un des compartiments, pour être distribuée dans chacun des tubes du faisceau. L'eau de refroidissement sous pression circulant à l'intérieur des tubes du faisceau est récupérée dans le second compartiment de la boîte à eau pour être reprise par une conduite du circuit primaire reliée au second compartiment de cette boîte à eau. Afin de pouvoir accéder à la boîte à eau, l'enveloppe hémisphérique de cette boîte à eau est traversée par une ouverture de visite ou trou d'homme, dans chacune des deux parties de l'enveloppe hémisphérique délimitant un compartiment de la boîte à eau. La plaque tubulaire comporte, sur sa face inférieure, une bande formant une surépaisseur, également dénommée attente de plaque, et sur laquelle vient s'aligner le bord supérieur de la plaque de partition. La plaque de partition est fixée sur la plaque tubulaire au niveau de chacun de ces bords longitudinaux, par une soudure. Pendant le fonctionnement du réacteur nucléaire, la plaque tubulaire et la plaque de partition subissent des contraintes mécaniques et thermiques. Ces contraintes se répercutent également au niveau des zones de raccordement entre la plaque tubulaire et la plaque de partition, c'est à dire dans la soudure elle-même et surtout dans les zones contiguës à cette soudure. Après un certain temps de fonctionnement, ces contraintes peuvent générer l'apparition de fissures ou d'amorces de fissures dans les zones de raccordement et qui doivent être détectées de manière à éviter toute fuite d'eau de refroidissement sous pression dans le volume intérieur de l'enveloppe du générateur de vapeur dans lequel on introduit l'eau d'alimentation et de manière à ce qu'elles ne puissent pas porter atteinte à l'intégrité de l'enveloppe sous pression en cas de propagation des fissures. Dans le cas où des fissures ou des amorces de fissures sont détectées dans ces zones, une réparation doit être effectuée pour éviter des risques de fuite ou de remise en cause de l'intégrité de l'enveloppe sous pression lors de la remise en fonctionnement du générateur de vapeur. Ces réparations sont, en général, réalisées pendant les arrêts programmés de la centrale nucléaire pour le rechargement de la cuve du réacteur en assemblages de combustible. Ces réparations peuvent être effectuées par des opérateurs travaillant à l'intérieur de la boîte à eau du générateur de vapeur. Cette technique présente l'inconvénient de faire travailler les opérateurs dans une zone fortement radioactive contenant des dépôts de matériaux activés qui sont amenés dans la boîte à eau par l'eau de refroidissement du réacteur nucléaire circulant au contact des assemblages de combustible du coeur. De ce fait, les doses reçues par les opérateurs peuvent être importantes, même dans le cas d'opérations réalisées de manière très rapides avec une présence la plus réduite de chacun des opérateurs à l'intérieur de la boîte à eau du générateur de vapeur. Il est donc nécessaire de faire intervenir un nombre important d'opérateurs de façon à limiter les doses qu'ils reçoivent. Pour éviter les inconvénients liés à la nécessité de faire pénétrer des opérateurs dans la boîte à eau, il est connu d'utiliser des dispositifs commandés à distance depuis l'extérieur de la boîte à eau pour réaliser les opérations de contrôle ainsi que pour réaliser les différentes interventions par exemple pour éliminer les fissures ou les amorces de fissures ou pour toute autre intervention. Ces dispositifs d'intervention à distance permettent de réduire le temps de présence d'opérateurs dans la boîte à eau du générateur de vapeur ou même de supprimer le besoin de faire intervenir des opérateurs dans la boîte à eau. A cet effet, on connaît un bras robot de type anthropomorphe qui est introduit à l'intérieur de la boîte à eau par l'ouverture de visite et qui comporte une partie d'accrochage fixée sur la paroi de la boîte à eau au voisinage de cette ouverture. On connaît également des dispositifs d'intervention dans une boîte à eau d'un générateur de vapeur qui comporte une platine d'accrochage du dispositif sous la surface inférieure de la plaque tubulaire et une tourelle montée rotative sur la platine d'accrochage autour d'un axe perpendiculaire à la platine, c'est à dire un axe vertical perpendiculaire à la plaque tubulaire pendant l'intervention. Le dispositif comporte également un ou deux bras télescopiques solidaires en rotation de la tourelle de manière à pouvoir être déplacés en rotation autour de l'axe de la tourelle, pour balayer une ou deux zones annulaires. Les dispositifs d'intervention utilisés jusqu'à présent sont, d'une manière générale, d'un encombrement assez important et extrêmement complexes quant à leur structure et nécessitent des opérations longues et difficiles en particulier pour leur introduction et leur mise en place dans la boîte à eau du générateur de vapeur. De plus, ces dispositifs sont généralement prévus pour des opérations spécifiques et ne sont pas destinés à supporter des efforts importants, notamment au cours d'opérations d'usinage. Par ailleurs, la mise en place du dispositif à l'intérieur de la boîte à eau, dans une phase initiale de l'intervention, est une opération complexe qui peut nécessiter la présence d'au moins un opérateur à l'intérieur de la boîte à eau. L'invention a donc pour but de proposer un procédé de réparation d'au moins une zone de raccordement d'une plaque de partition sur une plaque tubulaire dans une boîte à eau d'un échangeur de chaleur, qui évite les inconvénients précédemment mentionnés. L'invention a donc pour objet un procédé de réparation d'au moins une zone de raccordement d'une plaque de partition sur une plaque tubulaire d'une boîte à eau d'un échangeur de chaleur, ladite boîte à eau comportant une paroi de forme sensiblement hémisphérique munie d'au moins une ouverture de visite et délimitée, à sa partie supérieure, par la plaque tubulaire traversée par une pluralité de trous verticaux et transversalement par la plaque de partition, caractérisé en ce que : - on détermine la zone de raccordement à réparer, - on introduit dans la boîte à eau par l'ouverture de visite, au moins un rail supportant au moins un chariot déplaçable le long dudit rail et équipé d'un moyen de levage pendulaire, - on fixe ledit rail au-dessous de la plaque tubulaire, - on introduit par l'ouverture de visite un bras robotisé, - on hisse le bras robotisé à l'intérieur de la boîte à eau par l'intermédiaire du moyen de levage et on fixe ledit bras robotisé au-dessous de la plaque tubulaire, - on commande à distance le bras robotisé, - on prend un référentiel lié à la position du bras dans la boîte à eau et on usine au moyen d'un outil la zone de raccordement à réparer sur une profondeur prédéterminée pour éliminer les fissures ou les amorces de fissures dans ladite zone, et - on contrôle l'élimination de ces fissures ou de ces amorces de 15 fissures. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - après le contrôle de l'élimination des fissures ou des amorces de fissures, on effectue, le cas échéant, par une torche de soudage portée par le bras robotisé, un rechargement de la zone usinée, 20 - après le contrôle de l'élimination des fissures ou des amorces de fissures ou après le rechargement par soudage de la zone usinée, on effectue par un outil porté par le bras robotisé, un martelage de la zone réparée pour mettre en compression cette zone. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui 25 va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig. 1 est une vue schématique en perspective partiellement arrachée de la partie inférieure d'un générateur de vapeur comportant une boîte à eau dans laquelle une réparation d'une zone de raccordement est réalisée par 30 le procédé conforme à l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique en coupe transversale de la boîte à eau montrant la position de la plaque de partition, 10 - la Fig. 3 est une vue schématique en perspective d'un rail et d'un chariot de support et de déplacement d'un bras robotisé, - la Fig. 4 est une vue schématique en perspective d'une rampe d'introduction d'un bras robotisé, - la Fig. 5 est une vue schématique en perspective d'une embase de fixation du bras robotisé sur la plaque tubulaire, et - la Fig. 6 est une vue schématique partielle en perspective de la boîte à eau du générateur de vapeur équipée du bras robotisé. Sur la Fig. 1, on a représenté la partie inférieure d'un échangeur de chaleur, comme par exemple d'un générateur de vapeur d'une centrale nucléaire, désigné d'une manière générale par la référence 1. Ce générateur de vapeur comporte une enveloppe externe 2 de forme générale cylindrique dans laquelle est disposé un faisceau d'échange thermique constitué par un ensemble de tubes 3. Chacun des tubes 3 du faisceau d'échange du générateur de vapeur présente, de manière classique, une forme en U et comporte une partie supérieure cintrée et deux branches rectilignes dont les extrémités inférieures sont engagées et fixées dans les trous verticaux d'une plaque tubulaire 5 séparant la partie supérieure du générateur de vapeur renfermant le faisceau de tubes 3, d'une partie inférieure délimitée par une paroi sensiblement hémisphérique 6 constituant la boîte à eau 7 du générateur de vapeur. Cette boîte à eau 7 est délimitée, à sa partie supérieure, par la surface inférieure de la plaque tubulaire 5. Ainsi que montré plus particulièrement à la Fig. 2, la boîte à eau 7 est séparée en deux compartiments A et B par une cloison verticale formant une plaque de partition 8. Cette plaque de partition est disposée dans un plan diamétrale de la plaque tubulaire 5 constituant un plan de symétrie, de part et d'autre duquel sont fixées les extrémités des branches rectilignes de chacun des tubes 3 du faisceau du générateur de vapeur 1. La plaque de partition 8 sépare donc la boîte à eau 7 en un premier et en un second compartiment, respectivement A et B, qui sont reliés respectivement à une conduite d'entrée et à conduite de départ d'eau de refroidissement, non représentées, du réacteur nucléaire à eau sous pression, qui circule à l'intérieur des tubes 3 entre le compartiment d'entrée et le compartiment de sortie séparés par la plaque de partition 8. Ainsi que représenté à la Fig. 2, la plaque tubulaire 5 comporte, sensiblement en son milieu, une bande 5a formant une surépaisseur, également dénommée attente de plaque et généralement soudée pleine pénétration sur la plaque tubulaire, et sur laquelle vient s'aligner le bord supérieur de la plaque de partition 8. La plaque de partition 8 est fixée sur la plaque tubulaire 5, au niveau de chacun de ses bords longitudinaux, par une soudure 5b s'étendant sur toute la longueur de la plaque de partition 8. Chaque soudure 5b et les zones contiguës à cette soudure forment des zones de raccordement dans lesquelles des fissures ou des amorces de fissures peuvent se produire après un certain temps de fonctionnement du générateur de vapeur. La paroi 6 de la boîte à eau 7 est traversée par une ouverture de visite 9 ou trou d'homme permettant d'accéder à l'intérieur du compartiment de cette boîte à eau. L'ouverture de visite 9 (Figs. 1 et 4) peut être utilisée en particulier pour introduire dans la boîte à eau 7 du générateur de vapeur, un dispositif de réparation désigné par la référence générale 10 utilisé pour éliminer les fissures ou les amorces de fissures dans chaque zone de raccordement entre la plaque tubulaire 5 et la plaque de partition 8. Le dispositif de réparation 10 se compose de plusieurs éléments indépendants permettant l'introduction d'organes d'intervention à l'intérieur de la boîte à eau 7, ainsi que le déplacement de ces organes d'intervention à l'intérieur de ladite boîte à eau 7. Ainsi que représenté sur les Figs. 1 à 4, le dispositif de réparation comprend au moins un rail 11 muni d'organes de fixation 18 au-dessous de la plaque tubulaire 5. Comme montré à la Fig. 3, le rail 11 est formé d'une semelle 12 destinée à être appliquée sur la face inférieure de la plaque tubulaire 5 et d'un chemin de roulement 13 supporté par la semelle 12 et sur lequel se déplace au moins un chariot 15. Le chemin de roulement 13 s'étend sur toute la longueur de la semelle 12 du rail 11. De préférence, le rail 11 est formé de deux portions de rail de façon à faciliter leur introduction dans la boîte à eau 7 par l'intermédiaire de l'ouverture de visite 9 et chaque rail 11 comporte des organes de fixation au-dessous de la plaque tubulaire 5. Ces organes de fixation comprennent, de préférence, trois pinces de bridage 18 réparties sur toute la longueur de la semelle 12 du rail 11, ainsi que montré à la Fig. 3. Les pinces de bridage 18 sont de type classique et comprennent chacune des douilles expansibles radialement et présentant chacune un diamètre externe nominal très légèrement inférieur au diamètre interne des trous verticaux 4. L'expansion des douilles des pinces 18 est manoeuvrable depuis l'extérieur de la boîte à eau 7 par un organe d'entraînement de type approprié et connu. Ainsi que montré à la Fig. 3, le chariot 15 est équipé d'un moyen de levage 19 pendulaire formé par une chaîne ou un câble ou par tout autre organe approprié de type connu. Le dispositif de réparation 10 comprend également un bras robotisé désigné dans son ensemble par la référence générale 20. Ce bras robotisé 20 de type connu comporte plusieurs éléments de bras 21 articulés les uns avec les autres pour permettre à l'extrémité libre 22 de pouvoir évoluer dans l'espace sur 360 . L'extrémité libre 22 du bras robotisé 20 est pourvue de moyens de fixation d'un outil de réparation adapté à l'intervention à effectuer. Le bras robotisé 20 comporte une embase 30 de fixation au-dessous de la plaque tubulaire 5 et, ainsi que montré à la Fig. 5, cette embase de fixation 30 est formée par une plaque d'appui 31 de forme générale parallélépipédique. La plaque d'appui 31 de l'embase de fixation 30 au-dessous de la plaque tubulaire 5 comporte un logement central 32 dans lequel est placé un moyen d'entraînement 33 coopérant avec le moyen de levage 19 de façon à accoster l'embase 30 contre ladite plaque tubulaire. Le moyen d'entraînement 33 est formé par une roue, non représentée, disposée dans un coffre 34 et cette roue est portée par un axe 35 entraîné en rotation par un moto-réducteur 36. Cette roue est équipée d'organes de prise avec le moyen de levage 19 et dans le cas où ce moyen de levage 19 est formé par une chaîne, la roue est une roue dentée. Pour permettre le passage de la chaîne 19, le coffre 34 comporte une ouverture 34a d'entrée de la chaîne 19 et une ouverture 34b de sortie de cette chaîne 19. Par ailleurs, la plaque d'appui 31 comporte sur deux de ses côtés opposés, un évidement 37 de positionnement du rail 11. La plaque d'appui 31 comporte également au moins deux pinces de bridage 40 hydrauliques, de type connu, destinées chacune à pénétrer dans un trou vertical 4 de la plaque tubulaire 5. De préférence et ainsi que montré à la Fig. 5, la plaque d'appui 31 est pourvue de quatre pinces de bridage 40 hydrauliques, disposées chacune à un coin de cette plaque d'appui 31. Ces pinces de bridage 40 comportent chacune une douille expansible radialement de façon à bloquer la pince correspondante à l'intérieur d'un trou vertical 4 pour maintenir l'embase 30 et le bras robotisé au-dessous de la plaque tubulaire 5 à l'intérieur de la boîte à eau 7. Afin de faciliter l'introduction du bras robotisé 20 à l'intérieur de la boîte à eau 7, le dispositif comporte une rampe 50 (Figs. 1 et 4) de support et d'introduction de ce bras robotisé 20. Cette rampe 50 est mobile et est pourvue d'éléments de fixation 51 à la périphérie externe de l'ouverture de visite 9 et comporte un plateau 52 de support du bras robotisé 20 avec son embase 30 placée en regard de l'ouverture de visite 9. Ce chariot 52 est déplaçable sur la rampe 50. La réparation d'une ou de plusieurs zones de raccordement de la plaque de partition 8 sur la plaque tubulaire 5 de la boîte à eau 7 est réalisée de la façon suivante. Tout d'abord, on détermine par des moyens appropriés et connus, la zone de raccordement à réparer et dans laquelle des fissures ou des amorces de fissures sont présentes. Puis, un opérateur situé dans cette boîte à eau 7 réceptionne à travers l'orifice de visite 9, le premier rail 11 sur lequel est placé un chariot 15. L'opérateur verrouille les pinces de bridage 18. Ensuite, il effectue la même opération avec le second rail 11 de façon à ce que les rails 11 forment un chemin de roulement continu. Le rail 11 comporte au moins un chariot 15 à partir duquel pend à l'intérieur de la boîte à eau 7, une chaîne 19. Ensuite, l'opérateur bride la rampe 50 sur le bord externe de l'ouverture de visite 9 par les éléments de fixation 51, ainsi que montré à la Fig. 4. Le chariot 52 de la rampe 50 supporte le bras robotisé 20, l'embase de fixation 30 de ce bras robotisé étant placée en regard de l'ouverture de visite 9. L'opérateur introduit l'extrémité libre d'une chaîne 19 dans l'ouverture 34a du moyen d'entraînement 33 porté par l'embase 30 du bras robotisé 20 et engrène cette chaîne 19 avec la roue dentée de ce moyen d'entraînement 33. L'extrémité de la chaîne ressort par l'ouverture de sortie 34b. La roue dentée du moyen d'entraînement 33 est entraînée par le moto-réducteur 36. Le chariot 52 se déplace sur la rampe 50 grâce à un treuil, non représenté, afin d'introduire le bras robotisé 20 jusqu'à sa première articulation à l'intérieur de la boîte à eau 7. Le bras robotisé 20 est hissé par l'intermédiaire de la chaîne 19 et de la roue dentée du moyen d'entraînement 33 afin que les appuis de la plaque 31 de l'embase de fixation 30 soient au contact de la face inférieure de la plaque tubulaire 5. Les pinces de bridage 40 viennent se positionner chacune dans un trou vertical 4 de cette plaque tubulaire 5. Dès que cette embase de fixation 30 est plaquée contre la face inférieure de la plaque tubulaire 5, le bras robotisé 20 est verrouillé sur ladite plaque tubulaire 5 au moyen des pinces de bridage 40 hydrauliques. Le bras robotisé 20 étant équipé d'un outil d'usinage, comme par exemple une fraise, une meule ou une buse de jet d'eau abrasif, un opérateur commande à distance depuis l'extérieur de la boîte à eau 7, le bras robotisé 20. Un relevé du profil et de la planéité de la zone de raccordement est réalisé au moyen du bras robotisé 20 commandé à distance par l'opérateur depuis l'extérieur de la boîte à eau 7. Ce relevé, effectué par exemple au moyen d'un palpeur, permet de créer un référentiel avant tout usinage. Le bras robotisé 20 prend un référentiel lié à sa position dans la boîte à eau 7 et il usine par l'intermédiaire d'un outil qu'il porte, la zone de raccordement à réparer sur une profondeur déterminée pour éliminer les fissures ou les amorces de fissures dans cette zone. Ensuite, l'opérateur contrôle l'absence d'indications de fissures ou d'amorces de fissures dans la zone de raccordement ainsi réparée et le bras robotisé 20 équipé d'un système approprié de type connu effectue éventuellement un rechargement par soudage au moyen d'une torche de soudage portée par le bras robotisé, si les résultats du contrôle l'imposent, ou un martelage de la surface usinée pour mettre en compression la zone réparée. Ces opérations peuvent donc être effectuées sans nécessiter la présence d'opérateurs à l'intérieur de la boîte à eau du générateur de vapeur. En effet, l'introduction, la mise en place et la fixation du bras robotisé à l'intérieur de la boîte à eau peuvent être réalisées entièrement depuis l'extérieur de cette boîte à eau. REVENDICATIONS 1. Procédé de réparation d'au moins une zone de raccordement d'une plaque de partition (8) sur une plaque tubulaire (5) d'une boîte à eau (7) d'un échangeur de chaleur (1), ladite boîte à eau (7) comportant une paroi (6) de forme sensiblement hémisphérique munie d'au moins une ouverture de visite (9) et délimitée, à sa partie supérieure, par la plaque tubulaire (5) traversée par une pluralité de trous verticaux (4) et transversalement par la plaque de partition (8), caractérisé en ce que : - on détermine la zone de raccordement à réparer, - on introduit dans la boîte à eau (7) par l'ouverture de visite (9) au moins un rail (11) supportant au moins un chariot (15) déplaçable le long dudit rail (11) et équipé d'un moyen de levage (19) pendulaire, - on fixe ledit rail (11) au-dessous de la plaque tubulaire (5), - on introduit par l'ouverture de visite (9), un bras robotisé (20), - on hisse le bras robotisé (20) à l'intérieur de la boîte à eau (7) par l'intermédiaire du moyen de levage (19) et on fixe ledit bras robotisé (20) au-dessous de la plaque tubulaire (5), - on commande à distance le bras robotisé (20), - on prend un référentiel lié à la position du bras robotisé (20) dans la boîte à eau (7) et on usine au moyen d'un outil la zone de raccordement à réparer sur une profondeur prédéterminée pour éliminer les fissures ou les amorces de fissures dans ladite zone, et - on contrôle l'élimination de ces fissures ou de ces amorces de fissures. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après le contrôle de l'élimination des fissures ou des amorces de fissures, on effectue, le cas échéant, par une torche de soudage portée par le bras robotisé (20), un rechargement par soudage de la zone usinée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'après le contrôle de l'élimination des fissures ou des amorces de fissures ou après le rechargement par soudage de la zone usinée, on effectue par un outilporté par le bras robotisé (20), un martelage de la zone réparée pour mettre en compression cette zone.