Brevet FR2949016A1 — publié le 20110211

Dispositif et procédé de contrôle de la fixation et de l'étanchéité d'un bouchon dans un tube de ciénérateur de vapeur d'une centrale nucléaire à eau sous pression La présente invention concerne un dispositif et un procédé de contrôle de la fixation et de l'étanchéité d'un bouchon dans un tube de générateur de vapeur d'une centrale 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 de l'eau d'alimentation, le chauffage et la vaporisation de l'eau d'alimentation, de manière à produire de la vapeur qui est envoyée à la turbine de la centrale nucléaire. Les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent une enveloppe de pression de forme générale cylindrique disposée avec son axe vertical dans laquelle est placé 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, au-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 de l'enveloppe 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 leur partie d'extrémité 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 droites dont les extrémités sont engagées dans des trous traversant la plaque tubulaire de part et d'autre d'une cloison 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 ayant circulé 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 la boîte à eau. De manière que l'on puisse 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 la paroi hémisphérique délimitant un compartiment de la boîte à eau. L'eau de refroidissement en circulation à l'intérieur des tubes du faisceau assure, dans la partie supérieure du générateur de vapeur délimitée par l'enveloppe cylindrique verticale de ce générateur de vapeur, l'échauffement et la vaporisation d'eau d'alimentation qui est introduite à l'intérieur de l'enveloppe du générateur de vapeur, dans sa partie supérieure. La vapeur d'eau formée dans les générateurs de vapeur est récupérée dans la partie supérieure de l'enveloppe du générateur de vapeur. Après un certain temps de fonctionnement du générateur de vapeur, les tubes du faisceau qui sont en contact avec des fluides à haute température et à haute pression contenant des espèces chimiques et ayant une certaine agressivité, sont susceptibles d'être détériorés et de présenter, par exemple, des fissures traversant leurs parois. Ces fissures peuvent se traduirent par des fuites d'eau sous pression présentant une certaine radioactivité dans la partie du générateur de vapeur contenant l'eau d'alimentation. En outre, les fissures sont susceptibles d'évoluer et d'entraîner des ruptures de tubes du faisceau. Afin d'éviter les risques de rupture de tubes qui nécessiteraient un arrêt immédiat du réacteur nucléaire et une réparation non programmée des tubes qui entraînerait des coûts d'immobilisation importants de la centrale nucléaire, on réalise, pendant une période d'arrêt programmée du réacteur nucléaire, un bouchage des tubes des générateurs de vapeur présentant des défauts. Le bouchage des tubes défectueux du générateur de vapeur est réalisé en plaçant dans ce tube au niveau de la plaque tubulaire, un bouchon adapté de façon à sécuriser le tube réputé fissuré ou pouvant se fissurer. Mais, au cours de certains contrôles d'étanchéité, il a été constaté que des bouchons peuvent susciter des doutes sur leur efficacité et sur le maintien de l'étanchéité. Dans le cas d'un mauvais maintien du bouchon, ce dernier peut se déplacer et être projeté dans le tube. A l'heure actuelle, lors de la pose d'un bouchon on contrôle et on archive les paramètres de pose, comme par exemple les courbes de pression, l'effort et la position de son expanseur. La bonne tenue dans le temps des bouchons est en principe garantie par le respect des paramètres de pose. En cas de perte accidentelle de ces paramètres, on ne peut plus justifier la tenue des bouchons concernés. Par ailleurs, il est nécessaire de pouvoir assurer un suivi en service de l'état des bouchons. Pour cela, au moins lors de chaque arrêt, un contrôle visuel de la présence des bouchons est effectué, ainsi qu'une vérification de leur altitude dans le tube afin de détecter un déplacement éventuel. Ce genre de vérification n'a pas une précision suffisante pour détecter les éventuels problèmes de manque d'étanchéité. Une solution pour vérifier le maintien de chaque bouchon dans le tube correspondant est d'appliquer une sollicitation mécanique par exemple par rotation ou par traction sur le bouchon à tester, avec un effort limité, mais suffisant. Le fait de réussir à faire bouger le bouchon peut indiquer qu'il n'est peut être plus étanche ou risque de se déplacer. Mais, les sollicitations mécaniques sont difficiles à doser et risquent de détériorer un bouchon éventuellement sain auparavant. De plus, on ne peut pas statuer vraiment sur l'étanchéité et la tenue mécanique du bouchon testé aux conditions nominales dans le cas où ce bouchon ne bouge pas. L'invention a pour but de proposer un dispositif de contrôle de la fixation et de l'étanchéité d'un bouchon dans un tube simple à mettre en oeuvre permettant de vérifier la tenue d'un bouchon en condition d'épreuve et donc de garantir son bon fonctionnement en condition nominale. L'invention a donc pour objet un dispositif de contrôle de la fixation et de l'étanchéité d'un bouchon dans un tube de générateur de vapeur d'une centrale nucléaire à eau sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend un corps cylindrique apte à être placé dans le tube au-dessous du bouchon à contrôler et comportant : - une enveloppe expansive radialement disposée à la périphérie dudit corps, - un premier circuit d'injection d'un fluide sous pression à l'intérieur de l'enveloppe, - un second circuit d'injection d'un fluide sous pression au-dessous du bouchon, et - un capteur de déplacement solidaire du corps. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - l'enveloppe comporte deux bords périphériques d'extrémité, opposés et montés chacun de manière étanche sur le corps et une portion centrale déplaçable entre une première position plaquée contre le corps et une seconde position expansée et plaquée contre la paroi interne du tube correspondant par le fluide sous pression, - le premier circuit est formé par un passage ménagé dans le corps et comportant une première extrémité débouchant à la périphérie dudit corps au niveau de la partie centrale de l'enveloppe et une seconde extrémité apte à être reliée à des moyens d'alimentation en fluide sous pression, - le second circuit est formé par un passage ménagé dans le corps et comportant une première extrémité libre débouchant à l'extrémité libre du corps et une seconde extrémité apte à être reliée à des moyens d'alimentation en fluide sous pression, - le corps présente un diamètre extérieur inférieur au diamètre à l'intérieur du tube, et - l'enveloppe est formée par un polymère semi-rigide, comme par exemple du polyuréthane. L'invention a aussi pour objet un procédé de contrôle de la fixation et de l'étanchéité d'un bouchon dans un tube de générateur de vapeur d'une centrale nucléaire à eau sous pression au moyen d'un dispositif tel que précédemment défini, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - on vérifie la position du bouchon dans le tube correspondant, - on introduit le corps dans le tube au-dessous du bouchon en positionnant le capteur contre la face inférieure d'une plaque tubulaire portant ledit tube, - on fait le vide dans le premier circuit, - on injecte le fluide sous pression dans le premier circuit pour expanser radialement l'enveloppe contre la paroi interne du tube, - on fait le vide dans le second circuit, - on injecte le fluide sous pression dans le second circuit et on maintient la pression pendant une durée déterminée au-dessous du bouchon à contrôler, - on vérifie à l'aide du capteur que le corps de ne se déplace pas dans le tube, - on dépressurise successivement le second circuit, puis le premier circuit, - on retire le corps du tube, et - on vérifie la position du bouchon dans le tube. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe dans un plan vertical de la partie inférieure d'un générateur de vapeur comprenant une boîte à eau dans laquelle est positionné un dispositif de contrôle de la fixation et de l'étanchéité d'un bouchon dans un tube de ce générateur de vapeur, - la Fig. 2 est une vue en coupe axiale du bouchon monté à l'intérieur d'un tube du générateur de vapeur, - la Fig. 3 est une vue extérieure du dispositif de contrôle conforme à l'invention, placé dans un tube du générateur de vapeur, - la Fig. 4 est une vue en coupe axiale du dispositif de contrôle, conforme à l'invention, - la Fig. 5 est une vue à plus grande échelle de la partie V encadrée de la Fig. 4, et - la Fig. 6 est une vue à plus grande échelle de la partie VI encadrée de la Fig. 4. Sur la Fig. 1, on a représenté la partie inférieure d'un générateur de vapeur désigné de manière générale par le repère 1, qui comporte une enveloppe externe 1 a de forme générale cylindrique dans laquelle est disposé un faisceau d'échange thermique du générateur de vapeur constitué par un ensemble de tubes 5. Chacun des tubes 5 du faisceau d'échange du générateur de vapeur présente une forme en U et comporte une partie supérieure cintrée, non représentée, et deux branches droites dont les extrémités inférieures sont engagées et fixées dans des trous traversant 6 de direction verticale d'une plaque tubulaire 4 séparant la partie supérieure du générateur de vapeur renfermant le faisceau de tubes 5 d'une partie inférieure délimitée par une paroi sensiblement hémisphérique 3 constituant la boîte à eau 2 du générateur de vapeur. La boîte à eau 2 du générateur de vapeur est délimitée à sa partie supérieure par la face inférieure horizontale 4a de la plaque tubulaire 4. La boîte à eau 2 du générateur de vapeur est séparée en deux compartiments par une cloison 7 verticale disposée suivant un plan diamétrale de la plaque tubulaire 4 constituant un plan de symétrie de part et d'autre duquel sont fixées les extrémités des branches droites de chacun des tubes 5 du faisceau du générateur de vapeur. La cloison 7 sépare la boîte à eau 2 du générateur de vapeur en un premier et en un second compartiments qui sont reliés respectivement à une conduite d'arrivée et à une conduite de départ d'eau de refroidissement du réacteur nucléaire à eau sous pression qui circule à l'intérieur des tubes 5 entre le compartiment d'entrée et le compartiment de sortie séparés par cette cloison 7. Le plan de coupe de la Fig. 1 est un plan parallèle à la cloison 7, de sorte qu'un seul des deux compartiments de la boîte à eau 2 est visible sur cette figure. La paroi 3 de la boîte à eau est traversée par une ouverture de visite 8 ou trou d'homme permettant d'accéder à l'intérieur du compartiment de la boîte à eau, par exemple pour effecteur des opérations de contrôle ou de maintenance ou encore pour effectuer un bouchage d'un ou de plusieurs tubes 5 présentant des risques de fuite ou des fuites. Pour cela, un bouchon 10 du type représenté à la Fig. 2 est introduit dans le tube 5 défectueux au moyen d'un système approprié et de type connu. Ainsi que montré à la Fig. 2, le bouchon 10 fixé à l'intérieur d'un tube 5 comporte un corps tubulaire 11 fermé par un fond 12 à l'une de ses extrémités. Le corps tubulaire 11 comporte, sur sa surface extérieure, des parties en saillie 13 généralement de forme annulaire, obtenues par usinage du corps 11 du bouchon 10. Un noyau 14 comportant un alésage interne taraudé 14a est engagé dans l'alésage du corps tubulaire 11 du bouchon de manière à réaliser l'expansion diamétrale du corps 11 à l'intérieur du tube 5 et assurer le maintien du bouchon 10 dans ledit tube 5, les parties en saillie 13 du corps du bouchon 10 étant appliquées avec une forte pression contre la surface intérieure du tube 5 correspondant. L'expansion diamétrale du corps 11 du bouchon 10, est réalisée en déplaçant le noyau 14 dans la direction axiale à l'intérieur du bouchon 10, en utilisant par exemple une tige filetée de traction, non représentée. Le bouchon 10 est placé dans le tube 5 correspondant au niveau de la plaque tubulaire 4, ainsi que montré sur les Figs. 3 et 4. Le contrôle individuel de la fixation du bouchon 10 dans le tube 5 et par conséquent le contrôle de son étanchéité, est réalisé à distance à l'aide d'un dispositif désigné dans son ensemble par la référence 20 et représenté plus en détail sur les Figs. 3 et 4. Ainsi que représenté sur ces figures, le dispositif 20 comprend un support 21 portant un corps cylindrique 22 destiné à être placé dans le tube 5 au-dessous du bouchon 10 à contrôler et dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre intérieur de ce tube 5. Le corps cylindrique 22 du dispositif 20 porte à sa périphérie, une enveloppe 23 expansible radialement, formée par un polymère semi-rigide, comme par exemple du polyuréthane. Cette enveloppe 23 comporte deux bords périphériques d'extrémité 23a, opposés et montés chacun de manière étanche sur le corps 22. Entre ces deux bords d'extrémité 23a, l'enveloppe 23 comporte une partie centrale 23b libre déplaçable entre une première position plaquée contre le corps 22 et une seconde position expansée, plaquée contre la paroi interne du tube 5, ainsi qu'on le verra ultérieurement. Ainsi que montré sur les Figs. 5 et 6, chaque bord d'extrémité 23a de l'enveloppe 23 est maintenu contre le corps 22 par une bague métallique 28. Au moins un joint torique 29 est interposé entre le bord d'extrémité 23 correspondant et le corps 22 pour maintenir l'étanchéité entre la partie centrale 23b de l'enveloppe 23 et le corps 22. Du fait du serrage de chaque bord d'extrémité 23a par une bague 28, seule la partie centrale 23b de l'enveloppe 23 peut s'expanser. Le corps 22 comporte une extrémité libre 24 s'étendant au-dessus de l'enveloppe expansible 23 Le corps 22 comporte deux circuits d'injection de fluide sous pression, un premier circuit A destiné à expanser la partie centrale 23b de l'enveloppe 23 et un second circuit B destiné à contrôler la fixation et l'étanchéité du bouchon 10. Comme montré plus particulièrement à la Fig. 4, le premier circuit A est formé par un passage 25 ménagé dans le corps 22 et comportant une première extrémité 25a débouchant à la périphérie du corps 22 au niveau de la partie centrale 23b de l'enveloppe 23 et une seconde extrémité 25b destinée à être reliée à des moyens d'alimentation en fluide sous pression de type connu, non représentés. Le second circuit B est également formé par un passage 26 ménagé dans le corps 22 et comportant une première extrémité 26a débouchant à l'extrémité libre 24 de ce corps 22 et une seconde extrémité 26b destinée à être reliée à des moyens d'alimentation en fluide sous pression de type connu, non représentés. Enfin, le dispositif 20 comporte également un capteur de déplacement 30 fixé sur le support 21 et solidaire du corps 22. Ce capteur de déplacement 30 est destiné à détecter des éventuels déplacements du corps 22 dans le tube 5 et pour cela il comporte un palpeur 31 en appui sur la face inférieure de la plaque tubulaire 4. Les opérations de contrôle de la fixation et de l'étanchéité du bouchon 10 sont réalisées de la manière suivante. Tout d'abord et avant d'introduire le corps 22 dans le tube 5 au-dessous du bouchon 10 à contrôler, les opérateurs vérifient la position du bouchon 10 dans le tube 5. Ensuite, les opérateurs disposent le dispositif 20 dans le compartiment correspondant de la boîte à eau 7 au moyen d'un outillage approprié, comme par exemple des perches et ils placent le support 21 en butée contre la face inférieure de la plaque tubulaire 4 de façon à amener l'extrémité libre 24 du corps 22 à quelques millimètres du bouchon 10. Les opérateurs font le vide dans le premier circuit A au moyen par exemple d'une pompe à vide, puis ils branchent le circuit A aux moyens d'injection du fluide sous pression et commandent l'injection de ce fluide sous pression pour expanser radialement la partie centrale 23b de l'enveloppe 23 de façon à la plaquer contre la paroi interne du tube 5, comme montré à la Fig. 4. L'expansion de l'enveloppe 23 permet de maintenir le dispositif 20 en position à l'intérieur du tube 5 et de rendre la zone située entre l'enveloppe 23 et le bouchon 10 à l'intérieur du tube 5, étanche. Les opérateurs font ensuite le vide dans le circuit B en branchant ce circuit B sur une pompe à vide par exemple. Ensuite ce circuit B est relié à des moyens d'injection du fluide sous pression au-dessous du bouchon 10. La pression est maintenue pendant une durée déterminée. Les opérateurs vérifient au moyen du capteur 30 que le dispositif 20 ne bouge pas et que par conséquent le corps 22 ne glisse pas à l'intérieur du tube 5. Le circuit B est tout d'abord dépressurisé, puis le circuit A et les opérateurs procèdent au retrait du dispositif 20. Les opérateurs vérifient la position c'est-à-dire l'altitude du bouchon 10 dans le tube 5. Si au cours du contrôle, la pression du fluide injecté au-dessous du bouchon 10 est restée stable, ce bouchon 10 est déclaré conforme. Dans le cas où la pression a diminué au cours du contrôle, les opérateurs vérifient tout d'abord grâce au capteur 30 que cette baisse de pression n'est pas due à un déplacement du corps 22 dans le tube 5 ce qui amènerait à refaire le contrôle. Le fluide injecté est par exemple de l'eau déminéralisée. Si la pression du fluide injectée au-dessous du bouchon 10 a baissé sans que le corps 22 ait bougé dans le tube 5, le bouchon 10 est non-conforme. Les opérations peuvent être visualisées à distance par exemple par une caméra 9 (Fig. 1) placée dans le compartiment correspondant de la boîte à eau 2. Le dispositif de contrôle selon l'invention permet de tester des bouchons dans les tubes de façon individuelle et il présente l'avantage d'être d'utilisation facile lors de son montage dans le tube et il peut être mis en oeuvre manuellement depuis le trou d'homme de la boîte à eau avec une perche. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter le problème d'un départ accidentel d'un bouchon dans le tube du fait du très faible volume d'eau et de l'absence d'air pressurisé dans les circuits. Enfin, le dispositif selon l'invention peut également être utilisé pour contrôler l'étanchéité intégrale d'un tube du générateur de vapeur en plaçant à chacune des extrémités de ce tube un tel dispositif. Ce contrôle peut être effectué sur un tube en exploitation ou en fabrication. REVENDICATIONS1.- Dispositif de contrôle (20) de la fixation et de l'étanchéité d'un bouchon (10) dans un tube (5) de générateur de vapeur d'une centrale nucléaire à eau sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend un corps cylindrique (22) apte à être placé dans le tube (5) au-dessous du bouchon (10) à contrôler et comportant : - une enveloppe (23) expansible radialement disposée à la périphérie dudit corps (22), - un premier circuit A d'injection d'un fluide sous pression à l'intérieur de l'enveloppe (23), - un second circuit B d'injection d'un fluide sous pression au-dessous du bouchon (10), et - un capteur (30, 31) de déplacement solidaire du corps (22). 2. û Dispositif de contrôle (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (23) comporte deux bords périphériques (23a) d'extrémité, opposés et montés chacun de manière étanche sur le corps (22) et une portion centrale (23b) déplaçable entre une première position plaquée contre le corps (22) et une seconde position expansée et plaquée contre la paroi interne du tube (5) correspondant par le fluide sous pression. 3. - Dispositif de contrôle (20) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier circuit A est formé par un passage (5) ménagé dans le corps (22) et comportant une première extrémité (25a) débouchant à la périphérique du corps (22) au niveau de la partie centrale (23b) de l'enveloppe (23) et une seconde extrémité (25b) apte à être reliée à des moyens d'alimentation en fluide sous pression. 4. û Dispositif de contrôle (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second circuit B est formé par un passage (26) ménagé dans le corps (22) et comportant une première extrémité (26a) débouchant à l'extrémité libre (24) du corps (22) et une seconde extrémité (26b) apte à être reliée à des moyens d'alimentation en fluide sous pression. 5.- Dispositif de contrôle (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (22) présente un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur du tube (5). 6. ù Dispositif de contrôle (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe (23) est formée par un polymère semi-rigide, comme par exemple du polyuréthane. 7. ù Procédé de contrôle de la fixation et de l'étanchéité d'un bouchon (10) dans un tube (5) de générateur de vapeur d'une centrale nucléaire au moyen d'un dispositif (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - on vérifie la position du bouchon (10) dans le tube (5) correspondant, - on introduit le corps (22) dans le tube (5) au-dessous du bouchon (10) en positionnant le capteur (30, 31) contre la face extérieure d'une plaque tubulaire (4) portant ledit tube (5), - on fait le vide dans le premier circuit A, - on injecte le fluide sous pression dans le premier circuit A pour expanser radialement l'enveloppe (23) contre la paroi interne du tube (5), - on fait le vide dans le second circuit B, - on injecte le fluide sous pression dans le second circuit B, et on maintient la pression pendant une durée déterminée, - on vérifie à l'aide du capteur (30, 31) que le corps (22) ne se déplace pas dans le tube (5), - on dépressurise successivement le second circuit B, puis le premier circuit A, - on retire le corps (22) dudit tube (5), et - on vérifie la position du bouchon (10) dans le tube (5).