Brevet FR2927724A1 — publié le 20090821

Dispositif et procédé de détection et de mesure du taux de colmatage des passaqes d'eau dans un circuit secondaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. La présente invention concerne un dispositif et un procédé de détection et de mesure du taux de colmatage des passages d'eau d'un circuit secondaire dans des plaques entretoises d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent des générateurs de vapeur qui assurent l'échauffement et la vaporisation d'eau d'alimentation par la chaleur transportée par l'eau sous pression de refroidissement du coeur du réacteur. Les réacteurs à eau sous pression comportent, sur chacune de leurs branches primaires, un générateur de vapeur ayant une partie primaire dans laquelle circule l'eau sous pression de refroidissement du réacteur et une partie secondaire recevant de l'eau d'alimentation qui est échauffée et vaporisée progressivement et ressort de la partie secondaire du générateur de vapeur sous forme de vapeur qui est envoyée à une turbine associée au réacteur nucléaire pour assurer l'entraînement d'un alternateur de production du courant électrique. De tels générateurs de vapeur comportent une enveloppe externe, appelée enveloppe de pression, de forme générale cylindrique disposée avec son axe vertical et solidaire d'une plaque tubulaire sensiblement horizontale dont la face inférieure ou face d'entrée constitue une paroi de la boîte à eau d'alimentation du générateur de vapeur, en eau sous pression constituant le fluide primaire. Le générateur de vapeur comporte également un faisceau de tubes cintrés en U comportant chacun deux branches droites parallèles entre elles dont les extrémités sont fixées dans des trous traversant la plaque tubulaire entre la face inférieure d'entrée de la plaque tubulaire et la face supérieure de sortie depuis laquelle les tubes du faisceau sont maintenus dans la partie secondaire du générateur de vapeur dans laquelle une enveloppe interne, appelée enveloppe de faisceau, disposée dans une position coaxiale à l'intérieur de l'enveloppe de pression, délimite un espace annulaire avec cette enveloppe de pression. Les tubes du faisceau sont de plus maintenus dans une position régulière dans des plans transversaux perpendiculaires à l'axe du faisceau, par des plaques entretoises qui sont réparties à des distances régulières suivant la hauteur du faisceau. Les plaques entretoises sont traversées par un réseau d'ouvertures qui est identique au réseau d'ouvertures de la plaque tubulaire du générateur de vapeur. Ces plaques entretoises qui maintiennent les tubes du faisceau de tubes dans l'enveloppe de faisceau, disposent de passages d'eau secondaire le long des tubes du faisceau, au travers de l'épaisseur de chaque plaque entretoise et qui sont en forme de lobes, appelés passages tri ou quadri-foliés. Pendant le fonctionnement du générateur de vapeur, l'eau d'alimentation circulant en contact avec la surface extérieure des tubes du faisceau et à l'intérieur du circuit secondaire du réacteur, se charge en impuretés de nature diverse et notamment de type magnétite, qui peuvent se déposer sous la forme de boue dans différentes parties du générateur de vapeur et en particulier dans les interstices ménagées entre les tubes du faisceau et les passages des plaques entretoises qui leur sont réservés pour permettre la circulation de l'eau de refroidissement autour des tubes du faisceau. Les dépôts qui s'accumulent entre les passages des plaques entretoises et la surface extérieure des tubes du faisceau colmatent progressivement ces passages empêchant une circulation de l'eau de refroidissement et pouvant produire un certain encastrement des tubes dans les passages, de telle sorte que les tubes se trouvent rigidement fixés dans la plaque entretoise et ne peuvent plus se déplacer dans la direction axiale commune au passage et au tube et sont également immobilisés dans les directions radiales. Dans ces conditions, le rendement thermique du générateur de vapeur est largement dégradé et à l'extrême, les tubes risquent d'être mis sous contrainte au droit des plaques entretoises et de se fissurer en provoquant alors une fuite d'eau primaire dans le circuit secondaire qui entraîne l'arrêt du réacteur nucléaire. L'invention a donc pour but de proposer un dispositif et un procédé permettant par des moyens simples à mettre en oeuvre, de détecter et d'estimer le taux de colmatage des passages de l'eau dans les plaques entretoises du circuit secondaire des générateurs de vapeur des centrales nucléaires à eau sous pression. L'invention a donc pour objet un dispositif de détection et de mesure du taux de colmatage par des dépôts ayant une concentration élevée de type magnétite, des passages d'eau d'un circuit secondaire dans des plaques entretoises d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, ledit générateur de vapeur comprenant un faisceau de tubes de circulation de l'eau primaire, dont les branches verticales sont maintenues dans lesdits passages d'eau des plaques entretoises, caractérisé en ce qu'il comprend une sonde comportant un corps de forme générale cylindrique portant, sur sa face externe, au moins deux détecteurs de champ magnétique disposés coaxialement et solidairement audit corps et contenant au moins un dipôle magnétique produisant un champ magnétique continu, coaxial à ce corps et dont l'orientation nord-sud coïncide avec l'axe longitudinal du corps, lesdits au moins deux détecteurs étant reliés par des moyens de connexion à un système d'amplification et de visualisation des variations des signaux transmis par ces détecteurs lors du déplacement de la sonde dans un tube du générateur de vapeur au niveau des passages à examiner dans les plaques entretoises. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - ledit au moins dipôle magnétique est formé par au moins un aimant permanent, - ledit au moins aimant permanent est formé par un cylindre de base circulaire, - ledit au moins aimant permanent présente une longueur supérieure à son diamètre, - ledit au moins dipôle magnétique est formé par au moins un bobinage alimenté par un courant continu, - ledit au moins bobinage contient un barreau amplificateur de champ, - ledit amplificateur de champ est un barreau de ferrite, - un desdits au moins deux détecteurs est positionné sensiblement au droit d'une des extrémités du dipôle magnétique, - les détecteurs sont positionnés les uns à proximité des autres, - les détecteurs sont formés chacun par une bobine, et - les détecteurs de champ magnétique sont formés par une multitude de capteurs ponctuels répartis de manière régulière sur au moins une circonférence du corps de la sonde, - le corps de la sonde comporte, à sa périphérie, des moyens de centrage pour maintenir ledit corps sensiblement dans l'axe longitudinal du tube dans lequel ladite sonde se déplace, - les moyens de centrage sont formés par deux bagues montées chacune à une extrémité dudit corps, - le corps de la sonde est en un matériau amagnétique, et - le corps de la sonde est relié à des moyens de déplacement dans le tube. L'invention a également pour objet un procédé de détection et de mesure du taux de colmatage par des dépôts ayant une concentration élevée de type magnétite, des passages d'eau d'un circuit secondaire dans des plaques entretoises d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, au moyen d'une sonde telle que précédemment définie, caractérisé en ce que : - on introduit au moins une sonde dans au moins un tube du faisceau de tubes du générateur de vapeur, - on déplace à une vitesse déterminée ladite au moins sonde dans ledit au moins tube, et - on amplifie et on visualise les variations des signaux transmis par lesdits détecteurs lors du déplacement de ladite au moins sonde dans le tube au niveau de chaque passage à examiner dans les plaques entretoises. Selon une autre caractéristique, en fonction des signaux transmis par lesdits détecteurs, on établit une carte de répartition des dépôts pour au moins une plaque entretoise du générateur de vapeur. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui 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 d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, - la Fig. 2 est une vue schématique de dessus partielle d'une plaque entretoise d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, - la Fig. 3 est une vue schématique en coupe verticale d'un passage d'un tube du faisceau de tubes dans une plaque entretoise, - la Fig. 4 est une vue schématique en perspective d'une sonde du dispositif de détection et de mesure, conforme à l'invention, et - la Fig. 5 est une vue schématique d'un tube d'un générateur de vapeur, partiellement arraché et montrant la position d'une sonde au droit d'une plaque entretoise. Sur la Fig. 1, on a représenté la partie inférieure d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, désigné de manière générale par la référence 1. Le générateur de vapeur 1 comporte de manière classique une enveloppe de pression 2 de forme sensiblement cylindrique à l'intérieur de laquelle est disposée de manière coaxiale, une enveloppe de faisceau 3 contenant un faisceau de tube 4 du générateur de vapeur 1. Le faisceau de tube 4 est constitué par un très grand nombre de tubes 5 pliés en U, comportant chacun deux branches droites qui sont engagées et fixées à leur extrémité dans une plaque tubulaire 6 fixée à la partie inférieure de l'enveloppe de pression du générateur de vapeur 1. L'enveloppe de pression 2 est raccordée à un fond hémisphérique délimitant une boîte à eau en deux parties. A l'intérieur de l'enveloppe du faisceau 3, sont fixées dans des positions successives suivant la hauteur du faisceau des plaques entretoises 8 destinées à maintenir les branches des tubes 5 du faisceau 4 pour les empêcher de vibrer pendant le fonctionnement du générateur de vapeur. Chacune des plaques entretoises 8 est percée d'un réseau d'ouvertures analogue au réseau d'ouvertures traversant la plaque tubulaire 6 dans laquelle sont fixées les extrémités des tubes 5 du faisceau 4. Les branches droites des tubes 5 du faisceau sont engagées dans les ouvertures alignées des plaques entretoises 8 espacées suivant la direction longitudinale du tube 5. Ainsi et comme montré à la Fig. 2, chaque plaque entretoise 8 est traversée par des ouvertures 10 de passage des tubes 5 du faisceau 4 du générateur de vapeur et ces ouvertures ont, dans l'exemple de réalisation représenté sur cette figure, une forme comportant quatre lobes appelée quadri-foliés. Ces ouvertures peuvent avoir une forme à trois lobes appelée tri-foliés, comme montré à la Fig. 5. Comme montré à la Fig. 5, chaque ouverture 10 comporte entre les lobes des arrêtes 10a qui assurent donc le maintien du tube 5 correspondant dans des directions transversales. Ces arrêtes 10a ménagent entre elles et avec la paroi externe de ce tube 5, un passage 11 de l'eau d'alimentation du générateur de vapeur circulant dans la direction verticale de bas en haut. L'eau en circulation dans le circuit secondaire et à l'intérieur de la partie secondaire du générateur de vapeur 1, en contact avec la surface extérieure des tubes 5 du faisceau 4, se charge en impuretés qui forment des dépôts 15 (Fig. 3) sur les plaques entretoises 8, en particulier dans les passages 11 entre les tubes 5 et les ouvertures 10 de ces plaques entretoises 8 qui doivent assurer le maintien des tubes 5 et le passage de l'eau d'alimentation au contact de la surface extérieure des tubes 5. Ces dépôts ont une concentration élevée de type magnétite et il a été constaté que le colmatage des passages 11 commence par la partie basse, c'est à dire à partir de la face inférieure de la plaque tubulaire 8, et progresse vers le haut par accumulation au fur et à mesure du fonctionnement du réacteur. Lors d'un arrêt du réacteur nucléaire, après un certain de temps de fonctionnement de ce réacteur, il faut pouvoir détecter la présence de ces dépôts et également mesurer le taux de colmatage dans les passages 11 des plaques entretoises 8. A cet effet, le dispositif selon l'invention se compose d'une sonde représentée à la Fig. 4 et désignée par la référence générale 20. La sonde 20 comporte un corps 21 de forme générale cylindrique et réalisée, de préférence, en une matière ne présentant pas de caractéristiques magnétiques. Le corps 21 est obturé, à l'une de ses extrémités, par un bouchon de tête 22 de forme conique et, à l'autre de ses extrémités, par un bouchon de queue 23. Ces bouchons, respectivement de tête 22 et de queue 23, sont fixés sur le corps 21 par tout moyen approprié, comme par exemple par vissage ou par collage. Le corps 21 de la sonde 20 comporte, à sa périphérie des moyens de centrage 31 pour maintenir ledit corps sensiblement dans l'axe longitudinal du tube 5 dans lequel se déplace cette sonde 20. Ainsi que représenté à la Fig. 4, les moyens de centrage sont formés par deux bagues 31 montées chacune à une extrémité du corps 21. Une bague 31 est montée à proximité du bouchon de tête 22 et une bague 31 est montée à proximité du bouchon de queue 23. De préférence, ces bagues 31 sont élastiques pour assurer un auto-centrage du corps 21 dans le tube 5. Le corps 21 de la sonde 20 porte sur sa surface externe, au moins deux détecteurs 24 de champ magnétique disposés coaxialement et solidaires dudit corps 21. Chaque détecteur 24 est constitué par une bobine disposée dans une gorge 25 creusée dans la paroi et s'étend transversalement par rapport à l'axe longitudinal du corps 21. Les détecteurs 24 sont reliés par des fils conducteurs 26 s'étendant le long du corps 21 jusqu'au bouchon de queue 23. Ce bouchon de queue 23 comporte un prolongement 27 situé dans l'axe du corps 21 et muni, à son extrémité libre, d'un connecteur 28 relié aux fils conducteurs 26 des détecteurs 24. Le corps 21 présente un diamètre intérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube 5. Le corps 21 contient au moins un dipôle magnétique 30 produisant un champ magnétique continu. Selon un premier mode de réalisation ledit au moins dipôle magnétique est formé par au moins un aimant permanent 30 coaxial à ce corps 21 et dont l'orientation nord-sud coïncide avec l'axe longitudinal dudit corps 21. L'aimant permanent 30 est formé par un cylindre de base circulaire et présente une longueur supérieure à son diamètre. Selon un second mode de réalisation, ledit au moins dipôle magnétique est formé par au moins un bobinage, non représenté, alimenté par un courant continu. Ce type de bobinage est généralement formé par un support cylindrique sur lequel un fil électrique est enroulé extérieurement avec des spires jointives en spirale depuis le pôle nord jusqu'au pôle sud. Le bobinage qui est alimenté par un courant continu peut être monté sur un amplificateur de champ, comme par exemple un barreau de ferrite placé à l'intérieur de l'enroulement. Mais, la solution préférentielle réside dans un aimant permanent comme dipôle magnétique car il ne nécessite pas une alimentation électrique et de plus l'aimant permanent produit un champ magnétique fort. Dans l'exemple de réalisation représenté sur le Fig. 4, le corps 21 comporte deux détecteurs 24 dont au moins un est positionné sensiblement au droit d'une des extrémités de l'aimant permanant 30. A titre d'exemple, l'un des détecteurs 24 est situé à proximité de l'extrémité nord de l'aimant permanent 30. Selon une variante, l'un des détecteurs 24 est situé à proximité de l'extrémité sud de l'aimant permanent 30. Les deux détecteurs 24 sont disposés à proximité l'un de l'autre. Le connecteur 28 est relié par des moyens appropriés de type connu, à un système d'amplification et de visualisation ou d'enregistrement des variations des signaux transmis par les détecteurs 24. Dans ce qui suit, le fonctionnement de la sonde 20 sera décrit avec un aimant permanent 30, le fonctionnement avec un bobinage alimenté par un courant continu étant identique. La détection et la mesure du taux de colmatage par des dépôts 15 du type magnétite dans les passages 11 d'eau du circuit secondaire d'une plaque entretoise 8 s'effectuent de la manière suivante. On introduit à partir d'une ouverture de visite d'une des boîtes à eau du générateur de vapeur (visible sur la Fig. 1), une sonde 20 à l'intérieur d'un tube 5 du faisceau 4. Cette sonde 20 est reliée au système d'amplification et de visualisation des variations des signaux transmis par les détecteurs 24. La sonde 20 est déplacée par des moyens appropriés de type connu, comme par exemple une perche, ou par l'intermédiaire d'un tireur-pousseur placé à l'extérieur de la boîte à eau du générateur de vapeur, à l'intérieur du tube 5 dont on souhaite examiner le colmatage des passages 11 des plaques entretoises 8 dans lesquelles ledit tube 5 est placé. L'aimant 30 placé dans le corps 21 de la sonde 20 émet un champ magnétique continu. Lors du passage de la sonde 1 au niveau d'une plaque entretoise 8, si aucun dépôt 15 de magnétite n'est présent, les lignes de champ de l'aimant permanent 30 sont modifiées et un courant apparaît dans les détecteurs 24. Par contre, si le passage 11 est partiellement ou totalement colmaté par un dépôt 15 de magnétite, lors de la circulation de la sonde 20 au niveau de ce passage 11, les lignes de champ de l'aimant permanent 30 sont différemment modifiées ce qui fait apparaître dans les détecteurs 24 un courant différent. Le signal ainsi émis est amplifié et visualisé indiquant ainsi la présence d'un dépôt 15 au niveau de la plaque entretoise 8. Selon l'amplitude des signaux ainsi tansmis, un opérateur peut déterminer le taux de remplissage d'un passage 11 d'une plaque entretoise 8. Les signaux transmis peuvent également être enregistrés. La sonde 10 est déplacée sur toute la hauteur du tube 5 permettant ainsi de détecter ou non la présence de dépots 15 dans les passage successifs de ce tube 5 dans les différentes plaques entretoises 8. Plusieurs sondes 20 peuvent être utilisées simultanément dans différents tubes 5 du faisceau de tubes 4 afin de détecter et de mesurer le taux de colmatage des passages de plusieurs tubes 5 en même temps pour dresser une carte de l'encrassement de chaque plaque entretoise 8. Selon une variante, les détecteurs de champ magnétique peuvent être formés par une multitude de capteurs ponctuels répartis de manière régulière sur une ou plusieurs circonférences du corps de la sonde afin d'augmenter la précision de la mesure du taux de colmatage. Le dispositif selon l'invention permet donc par des moyens peu onéreux et simples à mettre en oeuvre de détecter et de mesurer rapidement le taux de colmatage des passages d'eau d'un circuit secondaire dans les plaques entretoises d'un générateur de vapeur pour déterminer si un nettoyage des passages de ces plaques est nécessaire. D'une manière générale, l'invention s'applique à la détection et à le mesure du taux de colmatage par des dépôts de matériau magnétique dans des passages de tout générateur de vapeur ou échangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes maintenu par des plaques transversales dans lesquelles sont ménagées des ouvertures de passage d'eau. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de détection et de mesure du taux de colmatage par des dépôts (15) ayant une concentration élevée de type magnétite, des passages (11) d'eau d'un circuit secondaire dans des plaques entretoises (8) d'un générateur de vapeur (1) d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, ledit générateur de vapeur (1) comprenant un faisceau (4) de tubes (5) de circulation de l'eau primaire, dont les branches verticales sont maintenues dans lesdits passages (11) des plaques entretoises (8), caractérisé en ce qu'il comprend une sonde (20) comportant un corps (21) de forme générale cylindrique portant, sur sa face externe, au moins deux détecteurs (24) de champ magnétique disposés coaxialement et solidairement audit corps (21) et contenant au moins un dipôle magnétique (30) produisant un champ magnétique continu, coaxial à ce corps (21) et dont l'orientation nord-sud coïncide avec l'axe longitudinal du corps (21), lesdits au moins deux détecteurs (24) étant reliés par des moyens de connexion (26, 28) à un système d'amplification et de visualisation des variations des signaux transmis par lesdits détecteurs (24) lors du déplacement de la sonde (20) dans un tube (5) du générateur de vapeur (1) au niveau de chaque passage (11) à examiner dans les plaques entretoises (8). 2. û Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins dipôle magnétique est formé par au moins un aimant permanent (30). 3. û Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au moins aimant permanent (30) est formé par un cylindre de base circulaire. 4. û Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit au moins aimant permanent (30) présente une longueur supérieure à son diamètre. 5. û Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins dipôle magnétique est formé par au moins un bobinage alimenté par un courant continu. 6. û Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit au moins bobinage contient un barreau amplificateur de champ. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit amplificateur de champ est un barreau de ferrite. 8. û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que un desdits au moins deux détecteurs (24) est positionné sensiblement au droit d'une des extrémités du dipôle magnétique. 9. û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les détecteurs (24) sont positionnés les uns à proximité des autres. 10. û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits au moins deux détecteurs (24) de champ magnétique sont formés chacun par une bobine. 11. û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits au moins deux détecteurs (24) de champ magnétique sont formés par une multitude de capteurs ponctuels répartis de manière régulière sur au moins une circonférence du corps (21) de la sonde (20). 12. û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le corps (21) de la sonde (20) comporte, à sa périphérie, des moyens de centrage (31) pour maintenir ledit corps (21) sensiblement dans l'axe longitudinal du tube (5) dans lequel ladite sonde (20) se déplace. 13. û Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de centrage sont formés par deux bagues (31) montées chacune à une extrémité dudit corps (21). 14. û Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (21) de la sonde (20) est en un matériau amagnétique. 15. û Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (21) de la sonde (20) est relié à des moyens de 25 déplacement dans le tube (5). 16. û Procédé de détection et de mesure du taux de colmatage par des dépôts (15) ayant une concentration élevée du type magnétite, des passages (11) d'eau d'un circuit secondaire dans des plaques entretoises (8) d'un générateur de vapeur (1) d'un réacteur nucléaire d'eau sous pression, au moyen d'une sonde 30 (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - on introduit au moins une sonde (20) dans au moins un tube (5) du faisceau de tubes (4) du générateur de vapeur (1),- on déplace à une vitesse déterminée ladite au moins sonde (20) dans ledit au moins tube (5), et - on amplifie et on visualise les variations des signaux transmis par lesdits détecteurs (24) lors du déplacement de ladite au moins sonde (30) dans ledit au moins tube (5) au niveau de chaque passage (11) à examiner dans les plaques entretoises (8). 17. û Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'en fonction des variations des signaux transmis par lesdits détecteurs (24), on établit une carte de répartition des dépôts (15) pour au moins une plaque entretoise (8) du générateur de vapeur (1).