Brevet FR2931241A1 — publié le 20091120

La présente invention concerne le domaine général des procédés et des dispositifs de détection magnétiques et plus particulièrement le domaine des procédés et des dispositifs de détection d'encrassement ou de colmatage par des dépôts de matériaux ferromagnétiques sur ou à proximité de tubes de refroidissement d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression dit REP. Dans le domaine des centrales électronucléaires de type REP selon l'acronyme � Réacteur à Eau sous Pression �, il est bien connu que la chaleur produite dans le coeur du réacteur est transmise au moyen d'un circuit fermé dit circuit primaire dans lequel circule de l'eau à un circuit dit secondaire dont l'eau transformée en vapeur alimente les turbines pour la production d'électricité. En référence à la figure 1 qui représente un générateur de vapeur en perspective déchirée, chaque centrale électronucléaire de type REP comportant généralement trois ou quatre générateurs de vapeur, ledit générateur de vapeur est constitué d'une enceinte de confinement 5 recevant le circuit primaire 10 et le circuit secondaire 15. L'échange thermique entre le circuit primaire 10 et le circuit secondaire 15 se fait à travers une pluralité de tubes 20 en U inversé. Lesdits tubes 20 sont maintenus en place par des plaques entretoises 25 immobilisées par des tirants fixés en partie basse du générateur de vapeur. En référence à la figure 2 qui représente une vue en perspective d'un détail des plaques d'entretoises 25 et des tubes 20, lesdites plaques d'entretoises 25 comportent des trous 30 en forme de croix dits quadrifolliages au travers desquels passent lesdits tubes 20 cylindriques. Il est connu que des dépôts de colmatage 35 se forment au niveau des quadrifolliages 25 (figure 2) entre les tubes 20 et les plaques d'entretoises 25. Ces dépôts 35 ont pour conséquence d'une part, en fonctionnement normal, de modifier les contraintes mécaniques sur les tubes 4 et d'autre part, en cas d'incident ou d'accident, d'augmenter les efforts sur les plaques d'entretoises 25 augmentant ainsi le risque de rupture des tubes 20. De plus, il est également connu que des dépôts dits d'encrassement se forment sur la surface externe des tubes 20 causant une diminution des performances de l'échange thermique dans le générateur de vapeur. Afin de supprimer ces dépôts de colmatage ou d'encrassement, il est bien connu de nettoyer les tubes et les plaques d'entretoise par des procédés de nettoyage chimiques. Ces procédés consistent à injecter des réactifs chimiques dans le circuit secondaire des générateurs de vapeur afin de déstructurer et dissoudre ces dépôts d'oxydes tels que des magnétites. Toutefois, la quantité de réactifs à injecter dépend de la quantité présente d'oxydes dans les générateurs de vapeur. Par conséquent, il est préalablement nécessaire de déterminer la quantité d'oxydes. A cet effet, on connaît bien des procédés et des dispositifs de détection de dépôts de magnétites utilisant une sonde axiale à courant de Foucault basse fréquence, ladite sonde étant introduite dans les tubes du générateur de vapeur, dont les mesures sont corrélées avec des images télévisuelles ou des étalons en ligne représentatifs des dépôts rencontrés. Ce type de procédé présente l'inconvénient de nécessiter un temps d'analyse des acquisitions des données d'environ 1 mois grevant de manière considérable les coûts. De plus, les mesures obtenues par ce type de procédé présentent une faible précision. On connaît, par ailleurs, le procédé et le dispositif de détection de dépôts décrit dans le brevet américain US 4,088,946. Ledit dispositif comporte une sonde à courant de Foucault qui est déplacé à vitesse constante dans un tube pour détecter des dépôts. De la même manière que précédemment, cette sonde présente une faible précision et nécessite l'acquisition d'images vidéo. D'autres procédés et dispositifs de détection de dépôt sur la paroi externe de tubes présentant les mêmes inconvénients sont notamment décrits dans la demande de brevet français FR 2 459 490 et dans le brevet américain US 4,700,134. L'un des buts de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif détection de dépôts comportant au moins un matériau ferromagnétique sur ou à proximité de la paroi externe d'un tube, plus particulièrement destiné à la détection de dépôt sur ou à proximité des tubes d'un générateur de vapeur d'une centrale électronucléaire de type REP, de conception simple et peu onéreuse, et présentant une grande précision ainsi qu'une grande fiabilité. A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un procédé de détection de dépôts d'encrassement ou de colmatage comportant au moins un matériau ferromagnétique, tel que du nickel, de la magnétite ou similaire, sur ou à proximité de la paroi externe d'un tube remarquable en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes de déplacement d'une source aimantée à l'intérieur du tube dans le sens de sa longueur au moyen d'un moteur électrique, de mesure de l'intensité du courant dans le moteur électrique, et de détermination de la position et/ou de l'épaisseur et/ou du volume dudit dépôt en fonction des variations de l'intensité du courant mesuré dans le moteur électrique. De préférence, la source aimantée consiste dans au moins un aimant permanent. Par ailleurs, ladite source aimantée est déplacée dans le tube à une vitesse constante, ladite source aimantée étant déplacée dans une première direction puis dans sa direction opposée. De plus, l'étape de détermination de la position et/ou de l'épaisseur et/ou du volume dudit dépôt comporte une étape de comparaison de la variation de l'intensité du courant mesuré dans le moteur avec un modèle de référence et/ou un modèle calibré. Un autre objet de l'invention concerne un dispositif de détection mettant en oeuvre le procédé remarquable en ce qu'il comporte au moins une source aimantée, des moyens de déplacement de ladite source aimantée à l'intérieur dudit tube dans le sens de la longueur comprenant un moteur électrique, des moyens de mesure de l'intensité du courant dans ledit moteur électrique et des moyens de détermination de la position et/ou de l'épaisseur et/ou du volume dudit dépôt en fonction des variations de l'intensité du courant mesuré dans le moteur électrique. Ladite source aimantée consiste de préférence dans au moins un aimant permanent. Lesdits moyens de déplacement de la source aimantée consistent en un piston dont l'une des extrémités porte ladite source aimantée et dont l'extrémité opposée comporte un écrou coopérant avec une vis sans fin solidaire de l'axe d'entraînement rotatif. Par ailleurs, l'axe d'entraînement rotatif consiste dans l'axe de sortie d'un réducteur couplé à un moteur électrique. De manière avantageuse, le dispositif comporte des moyens de blocage des moyens d'entraînement à l'intérieur d'un tube. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, du dispositif de détection de dépôts magnétiques sur ou à proximité d'un tube amagnétique conforme à l'invention, à partir des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective déchirée d'un générateur de vapeur des centrales électronucléaires de type REP, - la figure 2 est une vue en perspective d'un détail des tubes passant dans les quadrifolliages des plaques d'entretoise, lesdits quadrifolliages comportant des dépôts dit de colmatage, - la figure 3 est une représentation schématique, en coupe longitudinale, du dispositif de détection conforme à l'invention introduit dans un tube comportant un dépôt d'encrassement, - la figure 4 est une représentation schématique des différentes positions de la sonde du dispositif suivant l'invention par rapport à un dépôt, des forces d'attraction en fonction de la position de la sonde et des variations de l'intensité du courant moteur, - la figure 5 est une représentation schématique des différentes positions de la sonde du dispositif suivant l'invention par rapport à un dépôt, des forces d'attraction en fonction de la position de la sonde, du bilan des forces, et des variations de l'intensité du courant moteur, - la figure 6 est une représentation schématique des différentes positions de la sonde du dispositif suivant l'invention par rapport à un dépôt, des forces d'attraction en fonction de la position de la sonde, des forces exercés sur les filets de la vis et de l'écrou des moyens de déplacement de la sonde, et des variations de l'intensité du courant moteur, - la figure 7 est une représentation graphique des variations de l'intensité du courant moteur lorsque la sonde du dispositif suivant l'invention est déplacée dans un tube comportant des dépôts d'encrassement d'épaisseur et de longueur différentes, - la figure 8 est une vue en coupe longitudinale de la sonde du dispositif suivant l'invention introduite dans un tube au niveau d'un quadrifolliage d'une plaque d'entretoise, - la figure 9 est une en perspective partielle d'un tube passant dans le quadrifolliage d'une plaque d'entretoise, - la figure 10 est une vue en coupe suivant la ligne de coupe X-X' d'un tube et d'un quadrifolliage représenté sur la figure 9, - la figure 11 est une représentation graphique des variations de l'intensité du courant moteur lorsque la sonde du dispositif est déplacée dans un tube, suivant une première direction, au niveau d'un quadrifolliage ne comportant pas de dépôt de colmatage, - la figure 12 est une représentation graphique des variations de l'intensité du courant moteur lorsque la sonde du dispositif est déplacée dans un tube, suivant une direction opposée, au niveau d'un quadrifolliage ne comportant pas de dépôt de colmatage, - la figure 13 est une représentation graphique des variations de l'intensité du courant moteur lorsque la sonde du dispositif est déplacée dans un tube, dans une première direction puis dans la direction opposée, au niveau d'un quadrifolliage ne comportant pas de dépôt de colmatage, - la figure 14 est une vue en coupe longitudinale de la sonde du dispositif suivant l'invention introduite dans un tube au niveau d'un quadrifolliage d'une plaque d'entretoise comportant un dépôt de colmatage, - la figure 15 est une représentation graphique de la variation de l'intensité du courant moteur du dispositif suivant l'invention lorsque la sonde est déplacée, dans une première direction, dans un tube au niveau d'un quadrifolliage comportant un dépôt de colmatage, - la figure 16 est une représentation graphique de la variation de l'intensité du courant moteur du dispositif suivant l'invention lorsque la sonde est déplacée, dans une direction opposée, dans un tube au niveau d'un quadrifolliage comportant un dépôt de colmatage, - la figure 17 est une représentation schématique des différentes positions de la sonde du dispositif suivant l'invention par rapport à un dépôt, des forces d'attraction en fonction de la position de la sonde, et des variations de l'intensité du courant moteur lorsque la sonde est déplacée, suivant une première direction, dans un tube au niveau d'un quadrifolliage comportant un dépôt de colmatage, - la figure 18 est une représentation schématique des différentes positions de la sonde du dispositif suivant l'invention par rapport à un dépôt, des forces d'attraction en fonction de la position de la sonde, et des variations de l'intensité du courant moteur lorsque la sonde est déplacée, dans une direction opposée, dans un tube au niveau d'un quadrifolliage comportant un dépôt de colmatage. En référence à la figure 1, le dispositif de détection 100 suivant l'invention comporte une source aimantée 105 comprenant un ou plusieurs aimants permanents, ladite source aimantée 105 formant une sonde, des moyens de déplacement 110 de ladite source aimantée 105 à l'intérieur d'un tube 115 dans le sens de sa longueur, lesdits moyens de déplacement 110 comprenant au moins un moteur électrique 120, comme il sera détaillé plus loin, des moyens de mesure de l'intensité du courant 125 dans ledit moteur électrique 120 et des moyens de détermination 130 de la position et/ou de l'épaisseur et/ou du volume d'un dépôt sur ou à proximité de la paroi externe du tube 115, en fonction des variations de l'intensité du courant mesuré dans le moteur électrique 120. Les moyens de déplacement 110 de la source aimantée 105 consistent en un piston 135 dont l'une des extrémités porte ladite source aimantée 105 et dont l'extrémité opposée comporte un écrou 140 coopérant avec une vis sans fin 145 solidaire d'un axe d'entraînement rotatif 150. Ledit axe d'entraînement rotatif 150 consiste dans l'axe de sortie d'un moto-réducteur 155 constitué d'un réducteur 160 couplé à un moteur électrique 120. Ledit moteur électrique 120 est alimenté avec une tension fixe régulée de sorte que, pour compenser l'augmentation de puissance nécessaire pour passer les points durs liés à l'attraction des aimants de la source aimantée 105, l'intensité du courant moteur augmente. En effet, en présentant une source aimantée 105 dite sonde, constituée d'un ou plusieurs aimants permanents, à proximité d'un dépôt 165 comportant au moins un matériau ferromagnétique, tel que du nickel, de la magnétite ou similaire, sur ou à proximité de la paroi externe du tube 115, on obtient des forces d'attraction qui varient en fonction du volume du dépôt 165, de la distance entre la sonde 105 et le dépôt 165, et de la position relative entre la sonde 105 et le dépôt 165. Si on motorise le déplacement de cette sonde 105 à une vitesse constante, sous l'effet des forces d'attraction, on obtient une variation d'intensité du courant d'alimentation du moteur 120, qui calibrée, permet de détecter la présence et d'avoir une estimation du volume du dépôt 165. La force maximale est atteinte lorsque le volume minimum du matériau magnétique est égal au volume de l'aimant de la sonde 105. Les forces d'attraction générées par les aimants permanents de la sonde peuvent être actives ou résistantes, favoriser le déplacement ou s'opposer au déplacement. Le procédé de contrôle avec une sonde magnétique de l'encrassement et du colmatage consiste à motoriser dans le tube 115 le déplacement à vitesse constante d'une sonde 105, comportant un ou plusieurs aimants permanents, et de réaliser l'acquisition du courant moteur dont l'intensité varie en fonction de la présence, de la distance et du volume de dépôts. Accessoirement, les signaux acquis sont comparés au signal tube ou à des signaux de référence calibrés représentatifs de données dimensionnelles de formes de dépôts. Par ailleurs, afin de maintenir le dispositif en place à l'intérieur du tube 115 pendant le déplacement de la sonde, le dispositif comporte des moyens de blocage 165 des moyens de déplacement 110 à l'intérieur dudit tube 115. Lesdits moyens de blocage 115 pourront consister dans tous moyens bien connus de l'homme du métier tel que des moyens mécaniques ou des moyens à déformation plastique par exemple. De plus, les moyens de mesure de l'intensité du courant 125 consistent en un dispositif de type ampèremètre connecté à un ordinateur 170 de type PC au moyen d'une carte d'acquisition USB 175. Un algorithme se présentant sous la forme d'un logiciel enregistré sur un support physique, tel que le disque dur et/ou la mémoire de l'ordinateur 165, la position et/ou de l'épaisseur et/ou du volume d'un dépôt sur ou à proximité de la paroi externe du tube 115, en fonction des variations de l'intensité du courant mesuré dans le moteur électrique 120, les mesures de l'intensité étant transmises à l'ordinateur 170 au moyen de la carte d'acquisition USB 175. On expliquera maintenant le fonctionnement du dispositif de détection de dépôts comportant au moins un matériau ferromagnétique, tel que du nickel, de la magnétite ou similaire, sur ou à proximité de la paroi externe d'un tube amagnétique, en référence aux figures 3 à 18. Le dispositif suivant l'invention, en référence à la figure 3, est bloqué 25 dans un tube 115 comportant un dépôt d'encrassement 165 simulé par une bague magnétique. Lorsque l'on déplace la sonde 105 à vitesse constante dans le tube amagnétique 115, il est nécessaire d'exercer une force de motorisation de la sonde qui dépend de sa position par rapport au dépôt 165. 30 Le déplacement de la sonde 105 est réalisé à vitesse constante, la tension étant régulée, la fonction de puissance du moteur électrique 120 à courant continu s'écrit sous la forme P(t)=U x I(t). L'intensité I(t) varie en fonction de la position relative entre les aimants permanents de la sonde 105 et le dépôt 165, ladite position relative générant une variation des forces d'attraction. Dans certaines phases (entrée et sortie de la zone du dépôt 165), les forces d'attraction ont tendance à tirer sur la mécanique et génèrent des contraintes axiales qui sont compensées par le courant moteur. Les points repérés sur les courbes de la figure 4 donnent les informations du début de bague (A) et de fin de bague (C). La longueur du dépôt 165 est égale dans ce cas à X(C)-X(A), ou X est égal à la base temps multiplié par la vitesse de déplacement de la sonde 105. Un point très caractéristique de ces courbes est le point d'inflexion (B) qui indique que la sonde est en équilibre matière, c'est-à-dire qu'il y a autant de matière magnétique de part et d'autre de l'axe normal de la sonde 105. La figure 5 permet de comprendre le comportement de la sonde 105 lorsqu'elle est soumise aux forces d'attraction et d'en tirer les éléments graphiques pour structurer l'analyse. Cette figure 5 montre pour chaque position relative de la sonde 105 par rapport au dépôt 165 le diagramme des forces d'attraction, le bilan des forces en jeu, c'est-à-dire le bilan de la force motrice et des forces d'attraction, l'impact sur la transmission mécanique et leur liaison avec la courbe d'intensité moteur. On observera que la valeur de ces forces dépend du volume des dépôts rencontrés. Pour pouvoir conserver un déplacement à vitesse constante, le moteur 120 doit compenser l'effet des forces d'attraction lorsqu'elles sont motrices ou résistantes. Lorsqu'elles sont motrices, elles sont plus importantes que la force d'avance. En référence à la figure 6, elles ont pour effet de tirer sur la transmission vis/ écrou et par conséquent de générer des contraintes sur les filets. Dans le cas de l'exemple particulier de réalisation de l'invention dans laquelle la transmission consiste dans une transmission par vis /écrou, les forces magnétiques génèrent une force axiale sur l'axe du motoréducteur. Ces forces magnétiques sont parfois tellement motrices qu'elles en deviennent résistantes pour la mécanique. En référence à la figure 7 qui représente la variation de l'intensité du courant moteur lorsque la sonde du dispositif est déplacée à l'intérieur d'un tube 115 comprenant deux bagues d'épaisseur et de longueur différentes, lesdites bagues simulant des dépôts d'épaisseur et de longueur différentes, il apparaît que l'analyse de la forme du signal acquis procure des données relatives au début du dépôt, à la longueur du dépôt, corrélée avec la vitesse d'avance, et à l'épaisseur du dépôt (el ou e2), corrélée avec l'amplitude de l'intensité des bagues étalons. Par conséquent, le dispositif suivant l'invention permet de détecter la présence d'un dépôt autour du tube et de déterminer la longueur de ces dépôts et leur épaisseur. De plus, le dispositif suivant l'invention permet d'avoir une lecture 15 directe à l'écran des résultats en comparant les signaux acquis au signal tube de référence ou à des signaux calibrés. En référence aux figures 8 à 10, on peut appliquer le procédé suivant l'invention à la liaison tube/plaque entretoise. On peut ainsi déterminer par l'analyse des forces de déplacements (fonction de la position de la sonde 20 par rapport à la plaque entretoise) s'il y a une variation de volume de matière. Des essais réalisés avec le dispositif suivant l'invention ont montré que la variation de volume des dépôts pouvait être décelée par comparaison à un signal de référence, le signal de référence consistant dans les variations 25 de l'intensité du courant moteur lorsque la sonde est déplacée dans un tube ne comportant aucun dépôt, ou par la différence des signaux entrée et sortie de plaque. S'il y a un dépôt de colmatage, il n'est présent que d'un coté de la plaque entretoise, ce qui permet de comparer les signaux correspondants. 30 Dans le cas d'une analyse comparative entrée/sortie, pour augmenter la précision de détection et de caractérisation des dépôts, il est nécessaire de réaliser une double acquisition (aller/retour) car le comportement de la sonde est différent si on entre par le côté colmaté ou si on sort par le côté colmaté. Le premier essai, en référence aux figures 11 et 12, a consister avec le dispositif suivant l'invention à réaliser l'acquisition de l'intensité d'un déplacement aller retour de la sonde dans un tube monté dans une plaque entretoise dont les passages quadrifolliés ne sont pas obstrués. En référence à la figure 13, il est montré la relation entre la position de la sonde par rapport à la plaque entretoise et la courbe d'acquisition moteur. Pour pouvoir faire l'analyse des signaux, il faut localiser sur la courbe des points caractéristiques. Une variation de l'intensité du courant moteur à ces points révèlera la présence d'une variation de volume de matière, c'est-à-dire la présence d'un dépôt de colmatage. En référence à la figure 14, un dépôt de colmatage 180 a été simulé en positionnant une bague magnétique dans le passage quadrifollié d'une 15 plaque d'entretoise. En référence aux figures 15 et 17, on constate une évolution de signaux pour les deux points de référence (A) et (B). En entrée de plaque (A), il y a plus de matière car les forces d'attraction sont plus élevées, elles tirent sur la transmission générant une force résistante que le moteur 20 compense par l'augmentation du courant. En partie courante (B), les forces d'attraction dues au dépôt à l'entrée de plaque retiennent la sonde d'où l'augmentation de l'intensité. En référence à la figure 16 et 18, on constate une évolution de signaux pour les deux points de référence A et B. En sortie de plaque (A), il y a plus 25 de matière car les forces d'attraction sont plus élevées, elles poussent sur la transmission générant une force résistante que le moteur compense par l'augmentation du courant. En partie courante (B), les forces d'attraction dues au dépôt à la sortie de plaque attirent la sonde et la maintiennent en équilibre pendant un certain temps d'où la diminution de l'intensité. 30 Par conséquent, le dispositif suivant l'invention permet de détecter le colmatage des passages quadrifolliés des plaques entretoises avec une bonne sensibilité, de déterminer la profondeur de ce colmatage et son épaisseur. De plus, le dispositif suivant l'invention permet d'avoir une lecture directe écran des résultats en comparant les signaux acquis au signal tube 5 de référence ou à des signaux calibrés. Enfin, il va de soi que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention. REVENDICATIONS1 - Procédé de détection de dépôts d'encrassement ou de colmatage comportant au moins un matériau ferromagnétique, tel que du nickel, de la magnétite ou similaire, sur ou à proximité de la paroi externe d'un tube caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes de : - déplacement d'une source aimantée à l'intérieur du tube dans le sens de sa longueur au moyen d'un moteur électrique, - mesure de l'intensité du courant dans le moteur électrique, et - détermination de la position et/ou de l'épaisseur et/ou du volume dudit dépôt en fonction des variations de l'intensité du courant mesuré dans le moteur électrique. 2 - Procédé suivant la revendication précédente caractérisé en ce que la source aimanté consiste dans au moins un aimant permanent. 3 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite source aimantée est déplacée dans le tube à une vitesse constante. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 20 caractérisé en ce que la source aimantée est déplacée dans une première direction puis dans sa direction opposée. 5 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'étape de détermination de la position et/ou de l'épaisseur et/ou du volume dudit dépôt comporte une étape de 25 comparaison de la variation de l'intensité du courant mesuré dans le moteur avec un modèle de référence et/ou un modèle calibré. 6 - Dispositif de détection de dépôts d'encrassement ou de colmatage comportant au moins un matériau ferromagnétique, tel que du nickel, de la magnétite ou similaire, sur ou à proximité de la paroi externe 30 d'un tube caractérisé en ce qu'il comporte au moins une source aimantée, des moyens de déplacement de ladite source aimantée à l'intérieur dudit tube dans le sens de la longueur comprenant un moteur électrique, desmoyens de mesure de l'intensité du courant dans ledit moteur électrique et des moyens de détermination de la position et/ou de l'épaisseur et/ou du volume dudit dépôt en fonction des variations de l'intensité du courant mesuré dans le moteur électrique. 7 - Dispositif suivant la revendication 6 caractérisé en ce que la source aimantée consiste dans au moins un aimant permanent. 8 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 ou 7 caractérisé en que les moyens de déplacement de la source aimantée consistent en un piston dont l'une des extrémités porte ladite source aimantée et dont l'extrémité opposée comporte un écrou coopérant avec une vis sans fin solidaire de l'axe d'entraînement rotatif. 9 - Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé en ce que l'axe d'entraînement rotatif consiste dans l'axe de sortie d'un réducteur couplé à un moteur électrique. 10 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de blocage des moyens d'entraînement à l'intérieur d'un tube. 11 - Application du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 à la détection de dépôts dans les quadrifolliages des entretoises d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression dit REP.