Brevet FR2905029A1 — publié le 20080222

B07-1934FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Procédé pour créer un environnement sec pour réparer sous l'eau le fond d'une cuve de réacteur à l'aide d'un caisson segmenté Invention de : ORTEGA Franck Priorité d'une demande de brevet déposé aux Etats-Unis d' Amérique le 10 Juillet 2006 sous le n 11/482.798 1 2905029 2 PROCEDE POUR CREER UN ENVIRONNEMENT SEC POUR REPARER SOUS L'EAU LE FOND D'UNE CUVE DE REACTEUR A L'AIDE D'UN CAISSON SEGMENTE La présente invention est relative à des procédés pour créer un environnement sec pour des réparations sous l'eau de fonds de cuves de réacteur dans des conditions d'accès limité. On a de plus en plus besoin de réaliser des soudures pour réparer le fond de la cuve des réacteurs à eau bouillante. Par exemple, la réparation de tubes d'extrémités, de pénétrations de logements à l'intérieur du coeur, de pénétrations de conduites sous pression et de la surface de revêtements au fond de la cuve d'un réacteur nucléaire nécessitent souvent des travaux de soudage. Globalement, ces soudures de réparation de fond de cuve ont été effectuées à la suite d'une vidange de la cuve du réacteur nucléaire pour créer un environnement sec permettant le soudage. De la sorte, on a besoin d'un procédé pour réaliser des soudures de réparation et des examens du fond de cuves de réacteurs nucléaires dans un environnement totalement sec et sans vidanger la cuve du réacteur. Dans une forme préférée de réalisation de la présente invention est proposé, dans une cuve de réacteur nucléaire ayant une plaque de coeur et un fond de cuve de forme globalement hémisphérique avec une pluralité de pénétrations permettant à des mécanismes pour barres de commande de passer par les pénétrations pour soutenir des barres de commande, un procédé pour supprimer ou atténuer la formation de fissures au fond de la cuve, comprenant les étapes consistant à : faire passer des segments d'un premier caisson à travers des trous de la plaque de coeur jusqu'à un emplacement autour d'un tube fixé au fond de cuve et entourant une pénétration ; assembler les segments autour du tube ; fixer les segments les uns aux autres et au fond de cuve ; faire passer un second caisson à travers un trou de la plaque de coeur et l'accoupler avec le premier caisson ; évacuer de l'eau contenue dans le premier et le second caissons pour créer un environnement sans eau pour le soudage ; et descendre une tête de soudage à travers le second caisson et jusque dans le premier caisson pour réaliser une soudure autour du tube ou sur le fond de cuve. On peut réaliser des segments arqués, on peut assembler les segments pour former un volume annulaire autour du tube et on peut assembler les segments pour 2905029 3 former, pour le premier caisson, un diamètre plus grand que le diamètre du trou de la plaque de coeur. On peut former au moins une paire de segments du premier caisson de façon exclusive et avec une configuration différente de l'un à l'autre pour s'adapter à la 5 forme hémisphérique dudit fond de cuve. On peut définir un procédé, dans lequel le fond hémisphérique de cuve a un axe vertical passant par son point le plus bas, et dans lequel on peut former au moins une paire des segments du premier caisson ayant des hauteurs différentes l'un de l'autre de façon que leurs bords supérieurs se trouvent dans un plan horizontal 10 perpendiculaire à l'axe. Les bords inférieurs des segments peuvent être coniques pour s'adapter à des pentes le long du fond hémisphérique de cuve. On peut faire passer une attache par un trou de la plaque de coeur, on peut fixer une attache au fond de cuve au voisinage immédiat de l'endroit de la soudure et 15 on peut accoupler l'attache et au moins un segment afin de maintenir le segment au voisinage immédiat d'une surface intérieure du fond de cuve avant de fixer les segments les uns aux autres et au fond de cuve. On peut former l'attache sous la forme d'au moins deux parties distinctes, on peut faire passer séparément les parties distinctes par un ou plusieurs des trous de la 20 plaque de coeur, on peut assembler les parties de l'attache les unes avec les autres sous la plaque de coeur et dans le milieu constitué d'eau de la cuve de réacteur, et on peut accoupler l'attache assemblée et le segment afin de maintenir le segment au voisinage immédiat de la surface du fond de cuve. On peut définir un procédé dans lequel le fond de cuve comporte une 25 pluralité de carters de mécanismes pour barres de commande faisant saillie vers le haut depuis celui-ci en divers endroits autour dudit tube, et dans lequel on peut faire passer séparément plusieurs parties distinctes d'attaches par un ou plusieurs des trous de la plaque de coeur afin d'assembler plusieurs attaches, on peut fixer plusieurs attaches à des carters de mécanismes pour barres de commande autour du tube, et on 30 peut accoupler les attaches assemblées et les segments les uns avec les autres afin de maintenir les segments au voisinage immédiat du fond de cuve autour du tube. Dans une autre forme préférée de réalisation de la présente invention, est proposé, dans une cuve de réacteur nucléaire ayant une plaque de coeur et un fond de 35 cuve de forme globalement hémisphérique, un procédé pour supprimer ou atténuer la 2905029 4 formation de fissures au fond de la cuve, comprenant les étapes consistant à : faire passer des segments d'un premier caisson à travers des trous d'une plaque de coeur jusqu'à un emplacement adjacent au fond de la cuve ; assembler les segments pour former une enceinte ; fixer les segments les uns aux autres et au fond de la cuve ; 5 faire passer un second caisson à travers un trou de la plaque de coeur et fixer une extrémité inférieure de celui-ci au premier caisson ; évacuer l'eau contenue dans le premier et le second caisson pour créer un environnement sans eau permettant le soudage ; et descendre une tête de soudage à travers le second caisson et jusque dans le premier caisson pour réaliser une soudure. 10 On peut réaliser des segments arqués, on peut assembler les segments pour constituer un espace annulaire et on peut assembler les segments pour former, pour le premier caisson, un diamètre plus grand que le diamètre du trou de la plaque de coeur. 15 L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : la Fig. 1 est une illustration en perspective, avec des parties révélées en coupe transversale, d'une cuve de réacteur nucléaire à eau bouillante ; 20 les figures 2 à 4 sont des vues partielles en perspective, orientées vers le bas, de la surface intérieure du fond, de forme globalement hémisphérique, de la cuve d'un réacteur nucléaire ; la Fig. 5 est une vue partielle agrandie en coupe transversale représentant un caisson segmenté autour d'un tube d'extrémité nécessitant une réparation ; et 25 la Fig. 6 est une vue similaire à la Fig. 5, représentant une tête de soudage réalisant la soudure de réparation à l'intérieur du caisson. Considérant maintenant la Fig. 1, il y est représenté une cuve de réacteur nucléaire désignée globalement par le repère 10 et comprenant une pluralité 30 d'assemblages combustibles 12 reposant sur une plaque 14 de coeur, un guide supérieur 16, un ensemble de séparateur de vapeur 18, un ensemble d'assécheur de vapeur 20 et un couvercle 22 de cuve. La plaque de coeur comporte une pluralité d'ouvertures 15. Sous la plaque de coeur 14 se trouve un fond 24 de cuve de forme globalement hémisphérique à travers lequel sont installées diverses pénétrations, 35 dont des tubes d'extrémités 26 et des carters 34 de barres de commande à travers 2905029 5 lesquels sont reçus des mécanismes 28 de barres de commande, ainsi que d'autres logements dans le coeur. On notera que le fond de cuve contient l'eau présente dans la cuve 10. On remarquera également la virole 30 de coeur qui entoure le coeur et constitue un obstacle pour séparer le flux montant traversant le coeur du flux 5 descendant entre le coeur annulaire 30 et la paroi extérieure de la cuve. On notera également que chacun des assemblages combustibles qui constituent le coeur repose sur un support à orifices monté au-dessus des tubes de guidage de barres de commande. Le guide supérieure 16 vient contre le haut de chaque assemblage combustible et assure un soutien latéral pour les assemblages combustibles. 10 Considérant les figures 2 à 4, il y est représenté des carters 34 de mécanismes pour barres de commande et des tubes d'extrémités 36 fixés au fond hémisphérique 24 de cuve, dont le revêtement en acier 37 se trouve sur sa surface intérieure. Comme indiqué précédemment, il est fréquent que des soudures de réparation soient nécessaires au voisinage immédiat du fond 24 de cuve, par exemple 15 autour des tubes d'extrémités 36 et pour remettre en état la surface du revêtement du fond de cuve. Antérieurement, on évacuait l'eau présente dans la cuve du réacteur pour procéder aux réparations. Cependant, il est plus économique que la cuve ne doive pas être vidangée pour procéder à ces réparations et que, au contraire, les réparations puissent s'effectuer sous l'eau. Cela nécessite un environnement sec. 20 Selon un aspect préféré de la présente invention, un environnement de soudage sec est créé en déployant un caisson. Cependant, la constitution d'un caisson pour créer un environnement sec permettant le soudage pose certaines difficultés. Par exemple, la mise en place du caisson sur la surface hémisphérique et irrégulière du revêtement du fond de cuve est difficile, car les dimensions du diamètre des trous de 25 la plaque de coeur à travers lesquels tous les équipements doivent passer pour accéder à l'intérieur du fond de cuve imposent des limites quant aux dimensions. Deuxièmement, il est difficile de fixer le caisson contre la surface très irrégulière du fond de cuve du fait de la présence du revêtement sur la surface hémisphérique. Il est encore plus difficile de fixer le caisson sur la forte pente du fond de cuve au 30 voisinage du pourtour extérieur du fond. Globalement, le diamètre des trous de la plaque de coeur est plus petit que l'espace nécessaire au passage d'un caisson à travers un trou. Les trous sont également trop petits pour permettre à un appareil de soudage de manoeuvrer dans l'espace de travail, c'est-à-dire de le faire passer à travers le trou de la plaque de coeur 35 jusqu'à un emplacement adjacent à la surface intérieure du fond de cuve. La présente 2905029 6 invention résout ces deux problèmes en proposant un caisson inférieur segmenté 48, caisson dont des segments peuvent être reçus à travers les trous de la plaque de coeur pour être assemblés au voisinage immédiat de la surface intérieure du fond de cuve. Chaque segment pour chaque caisson inférieur peut être exclusif, en fonction de son 5 emplacement sur la surface intérieure du fond de cuve. En raison de la forme hémisphérique du fond de cuve en chaque endroit où des soudures de réparations doivent être réalisées, on notera que les bords inférieurs de chaque caisson segmenté sont biseautés ou coniques pour former un bord complémentaire de la forme du fond de cuve à cet endroit. Par exemple, comme illustré sur les figures 2 et 5, un segment 10 inférieur 50 de caisson comporte une paroi, de préférence sous la forme d'un secteur de cylindre, ayant un bord inférieur globalement complémentaire de la forme de la surface intérieure du fond de cuve 24 sur laquelle sera fixé le bord inférieur du segment afin de constituer, conjointement avec d'autres segments de caisson, un environnement de caisson sec. Le bord supérieur du segment 50 de caisson a un 15 rebord plat 52 orienté vers l'intérieur, lequel, lorsque tous les segments de caisson sont solidement fixés autour, par exemple, d'un tube d'extrémité 36, constituera une surface horizontale de support destinée à recevoir le bord inférieur d'un caisson cylindrique supérieur. Sur la Fig. 2 est représenté un seul segment ; sur la Fig. 3, deux segments sont représentés et, sur la Fig. 4, quatre segments constituant un 20 espace annulaire complet autour du tube d'extrémité 36 sont représentés. On notera aussi que l'ensemble annulaire final assemblé, écrit plus loin, a un diamètre plus grand que le diamètre des ouvertures 15 de la plaque de coeur et qu'on ne peut donc pas le faire passer à travers les ouvertures 15 de la plaque de coeur une fois qu'il est assemblé. 25 Pour former le caisson inférieur autour du tube d'extrémité ou pour assujettir un caisson inférieur au fond de cuve dans le but de réaliser des soudures de réparations et sans commencer par évacuer l'eau de la cuve du réacteur, on commence par installer des attaches 53 de segments. Considérant la Fig. 2, chaque attache 53 de segment comporte un anneau 54 dont les dimensions permettent de 30 l'engager autour d'un carter 34 de mécanisme de barre de commande, et une patte d'attache séparée 56. L'anneau 54 et la patte 56 ont des dimensions leur permettant de passer à travers les trous 15 de la plaque de coeur. L'anneau étant correctement disposé autour d'un carter 34 de mécanisme de barre de commande à l'aide d'outils appropriés classiques, la patte séparée 56 peut être fixée par des boulons sur une face 35 de l'anneau 54 au voisinage immédiat du tube d'extrémité 36 sur lequel seront 2905029 7 réalisées les réparations. La patte 56 comporte un rebord 58 qui, après un assemblage avec l'anneau 54, peut couvrir et immobiliser le segment 50 de caisson. Quatre attaches 53 de segments étant disposées sur les carters 34 de façon à entourer le tube d'extrémité 56 nécessitant une réparation, les quatre segments 50 sont 5 successivement mis en place, c'est-à-dire insérés à travers les ouvertures 15 de la plaque de coeur et placés sous les rebords 58. Selon une autre possibilité, chaque attache 53 est installée avant l'installation d'un segment 50, qui est disposé sous le rebord 58 de l'attache installée 53. Ainsi, les rebords 58 présents sur les pattes 56 retiennent les segments entre les rebords et la surface intérieure du fond de cuve 24. 10 Comme illustré sur la Fig. 4, les quatre segments du caisson inférieur forment donc un espace annulaire autour du tube d'extrémité 36 et leurs bords inférieurs sont retenus contre la surface intérieure du fond de cuve 24. Un polymère pouvant durcir dans l'eau est injecté sous pression dans tous les joints entre les segments 50 du caisson inférieur ainsi qu'entre les bords inférieurs 15 des segments de caissons et la surface intérieure 37 du fond de cuve 24. Comme le polymère capable de durcir dans l'eau peut couler, il comble toutes les cavités constituant des cheminements de fuites potentiels. De plus, le caisson inférieur segmenté est doté d'une hauteur et d'une largeur qui laissent de la place pour faire manoeuvrer un outil de soudage ou un chalumeau entre le tube d'extrémité et le 20 caisson segmenté, tout en restant suffisamment court pour limiter le plus possible le travail d'assemblage. Par ailleurs, le caisson inférieur final assemblé présente une surface horizontale plane 52 à rebord qui permet d'accoupler avec celui-ci un second caisson supérieur sec plus grand 60. Le second caisson a un diamètre inférieur au diamètre des trous 15 de la plaque de coeur, permettant d'abaisser le second caisson à 25 travers les trous de la plaque de coeur de telle manière que son bord annulaire inférieur repose sur le rebord horizontal annulaire 52 du caisson inférieur. Un joint d'étanchéité 60 est disposé entre les caissons supérieur et inférieur, par exemple un joint torique qui peut être placé à l'extrémité inférieure du caisson supérieur pour assurer l'étanchéité contre le rebord. Le caisson supérieur 60 peut se présenter en 30 longueurs individuelles, des joints d'étanchéité tels que des joints toriques étant placés entre deux longueurs successives, de telle sorte que l'extrémité supérieure du caisson supérieur 60 pénètre dans le volume du couvercle 22 de cuve. Le caisson inférieur 48 étant fixé au fond 24 de cuve et le caisson supérieur 60 étant fixé au caisson inférieur 48, l'eau présente dans les caissons peut être pompée de manière à 35 vider les caissons 48, 60. Après cette évacuation, les équipements de soudage 2905029 8 peuvent être disposés dans le caisson inférieur 48 via le caisson supérieur 60 et une tête de soudage 64 est disposée de façon à procéder à la réparation le long du tube d'extrémité 36 ou sur le revêtement 37 de la surface intérieure du fond 24 de cuve, dans un environnement sec. On peut recourir à des procédés de soudage TIG. Une 5 fois que la ou les réparations ont été effectuées, les équipements de soudage peuvent être retirés, les équipements de soudage peuvent être ressortis, les caissons peuvent être démontés, de même que les attaches. 2905029 9 LISTE DES REPERES Cuve 10 de réacteur 5 Ensembles combustibles 12 Plaque 14 de coeur Ouvertures 15 Guide supérieur 16 Ensemble de séparateur de vapeur 18 10 Ensemble d'assécheur de vapeur 20 Couvercle 22 de cuve Fond 24 de cuve Tubes d'extrémités 26, 36 Mécanismes de barres de commande 28 15 Virole 30 de coeur Carter 34 de barres de commande Tubes d'extrémités 36 Revêtement en acier (ou surface intérieure) 37 du fond 24 de cuve Caisson inférieur segmenté 48 20 Segment 50 du caisson inférieur Rebord 52 Attaches 53 des segments Anneau 54 Patte 56 d'attache 25 Rebord 58 Caisson (supérieur) sec 60 Joint d'étanchéité 62 Tête de soudage 64 30 35 REVENDICATIONS 1. Dans une cuve (10) de réacteur nucléaire ayant une plaque (14) de coeur et un fond (24) de cuve de forme globalement hémisphérique avec une pluralité de pénétrations permettant à des mécanismes (28) pour barres de commande de passer par les pénétrations afin de soutenir les barres de commande, procédé pour supprimer ou limiter la formation de fissures dans le fond (24) de la cuve (10), dans lequel, on fait passer des segments (50) d'un premier caisson (48) à travers 10 des trous de la plaque (14) de coeur jusqu'à un emplacement autour d'un tube (36) fixé au fond de cuve et entourant une pénétration ; on assemble les segments (50) autour du tube (36) ; on fixe les segments les uns aux autres et au fond de cuve ; on fait passer un second caisson (60) à travers un trou de la plaque de 15 coeur et le placer au contact du premier caisson (48) ; on évacue l'eau des premier et second caissons pour créer un environnement sans eau permettant le soudage ; et on descend une tête de soudage (64) à travers le second caisson (60) et jusque dans le premier caisson (48) pour réaliser une soudure autour du tube (36) ou 20 sur le fond (24) de cuve. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise des segments arqués (50), on assemble les segments pour former un volume annulaire autour du tube (36) et on assemble les segments pour former, pour le premier caisson (48), un diamètre plus grand que le diamètre du trou de la plaque de coeur. 25 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on forme au moins une paire de segments du premier caisson (48) de façon exclusive et avec une configuration différente de l'un à l'autre pour s'adapter à la forme hémisphérique dudit fond (24) de cuve. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le fond hémisphérique 30 (24) de cuve a un axe vertical passant par son point le plus bas, et dans lequel on forme au moins une paire des segments (50) du premier caisson (48) ayant des hauteurs différentes l'un de l'autre de façon que leurs bords supérieurs se trouvent dans un plan horizontal perpendiculaire à l'axe. 2905029 11 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les bords inférieurs des segments (50) sont coniques pour s'adapter à des pentes le long du fond hémisphérique (24) de cuve. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on fait passer une 5 attache (53) par un trou de la plaque de coeur, on fixe une attache (53) au fond (24) de cuve au voisinage immédiat de l'endroit de la soudure et on accouple l'attache et au moins un segment afin de maintenir le segment au voisinage immédiat d'une surface intérieure du fond de cuve avant de fixer les segments les uns aux autres et au fond de cuve. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on forme l'attache (53) sous la forme d'au moins deux parties distinctes (54, 56), on fait passer séparément les parties distinctes par un ou plusieurs des trous de la plaque de coeur, on assemble les parties de l'attache les unes avec les autres sous la plaque de coeur et dans le milieu constitué d'eau de la cuve de réacteur, et on accouple l'attache assemblée et le segment afin de maintenir le segment au voisinage immédiat de la surface du fond de cuve. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le fond (24) de cuve comporte une pluralité de carters (34) de mécanismes pour barres de commande faisant saillie vers le haut depuis celui-ci en divers endroits autour dudit tube, et dans lequel on fait passer séparément plusieurs parties distinctes (54, 56) d'attaches par un ou plusieurs des trous de la plaque de coeur afin d'assembler plusieurs attaches (53), on fixe plusieurs attaches à des carters (34) de mécanismes pour barres de commande autour du tube (36), et on accouple les attaches assemblées et les segments les uns avec les autres afin de maintenir les segments au voisinage immédiat du fond de cuve autour du tube. 9. Dans une cuve (10) de réacteur nucléaire ayant une plaque (14) de coeur et un fond (24) de cuve de forme globalement hémisphérique, procédé pour supprimer ou limiter la formation de fissures au fond de la cuve, dans lequel : on fait passer des segments (50) d'un premier caisson (48) par des trous d'une plaque de coeur jusqu'à un endroit adjacent au fond de cuve ; on assemble les segments pour former une enceinte ; on fixe les segments les uns aux autres et avec le fond de cuve ; on fait passer un second caisson (60) à travers un trou de la plaque de coeur et fixer une extrémité inférieure de celui-ci au premier caisson ; 2905029 12 on évacue l'eau des premier et second caissons pour créer un environnement sans eau permettant le soudage ; et on descend une tête de soudage (64) via le second caisson et jusque dans le premier caisson pour réaliser une soudure. 5 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on réalise des segments arqués (50), on assemble les segments pour constituer un espace annulaire et on assemble les segments pour former, pour le premier caisson (48), un diamètre plus grand que le diamètre du trou de la plaque de coeur.