EP0167513A1

EP0167513A1 - Procédé pour réparer les tubes d'un générateur de vapeur

Info

Publication number: EP0167513A1
Application number: EP85870067A
Authority: EP
Inventors: Stanislas Ulens; Herman Bosquet
Original assignee: Nv Verenigde Energiebedrijven Van Het Scheldeland (ebes)
Current assignee: Nv Verenigde Energiebedrijven Van Het Scheldeland (ebes)
Priority date: 1984-05-11
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1986-01-08
Also published as: ES543044A0; ES8701371A1; DE3563988D1; US4696723A; BE899632A; EP0167513B1

Abstract

Pour réparer les tubes (2') d'un générateur de vapeur (1), on forme le long de la zone défectueuse (26) de la paroi interne d'un tube (2'), un manchon métallique étanche, par un traitement à voie humide. Le traitement de surface est réalisé sur place dans le tube (2') à l'aide d'une solution de nickel exempte de chlore, de préférence une solution de sulfamate de nickel exempte de chlore.

Description

La présente invention est relative à un procédépour réparer les tubes de générateurs de vapeur par l'apport d'un manchon métallique interne étanche, afin de recouvrir une zone défectueuse.
Elle trouve sa principale application dans une centrale nucléaire à eau pressurisée du type PWR, lors des réparations au moyen d'un manchon des tubes d'un générateur de vapeur atteints de corrosion localisée.
Le générateur de vapeur est un échangeur de chaleur, dans lequel le liquide primaire qui refroidit le réacteur cède sa chaleur sous une pression de plus de 155 bars et une température d'environ 325^* C, à un circuit secondaire, qui par évaporation, livre la vapeur nécessaire à l'entraînement de la turbine.
Bien que les tubes d'un générateur de vapeur sont réalisés en aciers spéciaux inoxydables, afin de résister aux tensions et sollicitations sévères de service et notamment à la corrosion, ils peuvent s'endommager et présenter des fissures perforantes microscopiques, sources de fuites du circuit primaire vers le circuit secondaire.
Les phénomènes de corrosion introduisent de par eux-mêmes, le danger, que le liquide primaire, qui contient des composés radio-actifs polluants, se mélange au liquide secondaire avec comme conséquence fâcheuse l'impossibilité de maintenir la radio-activité sous un niveau déterminé.
Le procédé de réparation actuellement le plus répandu pour réparer de tels tubes de générateur de vapeur, consiste à masquer la zone endommagée de chaque tube par un manchon interne métallique.
Après insertion et positionnement précis, le manchon métallique est fixé au tube, généralement au voisinage des ses deux extrémités. Suivant le mode de fixation, les réparations ainsi effectuées sont de l'un ou l'autre des types suivants

- manchon perméable à l'eau à une des extrémités, on réalise la fixation par emboutissage d'un manchon contre le tube avec déformation permanente. Ce procédé laisse subsister un petit interstice qui ne supprime pas toute fuite mais limite la perte par infiltration, et
- manchon étanche : au voisinage des deux extrémités au moins, le manchon est fixé de manière étanche par soudage ou brasage.

Le désavantage principal de ces méthodes de réparation connues consiste dans le fait qu'elles peuvent induire dans le tube, au voisinage des zones de fixation, des tensions internes par dilatation et/ou échauffement.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients susdits. Elle propose un procédé, qui permet d'obtenir une liaison étanche sans déformation ni échauffement local du tube & réparer. Elle concerne un procédé pour réparer les tubes de générateurs de vapeur par l'apport d'un manchon métallique interne étanche, afin de recouvrir une zone défectueuse,caractérisé en ce qu'on réalise ledit manchon de la zone défectueuse de la paroi interne du tube par un traitement par voie humide effectué sur place dans le tube.
Dans une forme de réalisaion particulière, ledit manchon est formé par déposition électrolytique de nickel à partir d'une solution de sulfamate de nickel exempte de chlore.
Suivant une particularité de l'invention, on aménage la cavité fermée dans le tube défectueux, en obturant la partie frontale du tube sur une longueur de 20 à 80 cm à la manière d'une cellule électrolytique, à l'aide d'une anode de consommation en nickel ou support d'alliage de nickel, qui est immergée dans la solution de sulfamate de nickel susdite et est agrippéxaux au tube à traiter par deux tampons en matière synthétique.
A la partie supérieure de la cellule électrolytique, on prévoit un tube capillaire de dégagement, par lequel les gaz formés au cours du procédé, peuvent s'échapper.
Ces caractéristiques et particularités de l'invention ainsi que a'autres, apparaîtront en cours de la descripticn détaillée suivante d'une forme particulière de l'invention, en faisant référence aux dessins suivants qui représentent schématiquement cette dernière.
Dans ces dessins

- la figure 1, est une coupe axiale longitudinale d'une cellule électrolytique destinée à la réparation de tubes suivant l'invention
- la figure 2 est une vue schématique du dispositif montré à la figure 1, monté dans le faisceau de tubes du générateur de vapeur.

Dans ces deux figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
Comme illustré à la figure 1, un générateur de vapeur annoté dans son ensemble par le numéro de référence 1, d'une centrale nucléaire à eau pressurisée, d'un échangeur de chaleur en acier inoxydable dont le faisceau de tubes est parcouru intérieurement sous une pression de 155 bars par un circuit primaire et entouré extérieurement par un circuit secondaire. Les tubes 2 présentent un diamètre d'environ 20 mm et une longueur d'environ 12 m , replié en forme de U renversé. Ces tubes sont réalisés en alliages austénitiques inoxydables à base de nickel, commercialisé sous la marque INCONEL 600 ^R ou INCONEL SB 163 comprenant 75 % de nickel et 13 à 18 % de chrome et du fer.
La nomenclature ASME s'intitule "Alliage Nickel-chrome-fer UNS 6600 selon SB 163".
Après un certain temps, quelques tubes 2' peuvent être endommagés par corrosion sous tension. Celle-ci est provoquée par les conditions de service sévères de pression et de température, sous lesquelles se trouve le liquide primaire, qui consiste en eau pure additionnée d'acide borique et d'hydroxyde de lithium.
Les phénomènes de corrosion ont lieu surtout à hauteur de la plaque tubulaire 3.
Des travaux de réparation ne peuvent naturellement être effectués que lors d'un arrêt de la centrale nucléaire, à partir du moment où l'on a accès à la plaque tubulaire 3 à l'entrée du générateur de vapeur 1.
Comme illustré à la figure 1, une cellule électrolytique, représentée dans son ensemble par la notation de référence 4', est formée sur place le long de la paroi intérieure du tube endommagé 2'.
Le procédé selon l'invention prévoit une pièce frontale 5 en vue d'obturer le tube 2' par deux bouchons. Le matériel nécessaire dans ce but comprend :

- une pièce supérieure 6, réalisée de préférence en matière synthétique et pourvue de doigts ou de lamelles élastiques destinés à centrer l'appareil
- une bague 9 en mousse synthétique qui assure une connexion étanche entre la pièce supérieure 6 et le tube 2' ₁
- un conduit capillaire d'évacuation 10 pour les gaz formés aux cours du procédé
un conduit de liaison 11 entre la partie externe et interne de l'anode 12, afin d'assurer une circulation de l'électrolyte
- une électrode creuse tubulaire 12 réalisée en nickel, dont la longueur est adaptée à la longueur de la pièce frontale 5 à réparer. Cette pièce est fixée par un filetage 13 ;
- une conduite d'amenée 14 pour assurer l'alimentation en solution électrolytique fraîche ;
- une conduite d'évacuation 15 de la solution électrolytique fraîche ;
- Une pièce inférieure 16 pourvue de doigts élastiques 8 et d'une bague étanche 9 en matière synthétique.

La pièce inférieure fait partie d'un dispositif d'agrippage 16 destiné à fixer la partie inférieure de deux tampons élastiques 17 à une plaque tubulaire 3.
Le dispositif d'agrippage comprend deux tampons élastiques 17 qui sont introduits et amenés dans des tubes voisins.
Le tronçon frontal défectueux 5 du tube 2' sur lequel il faut ménager un manchon doit être prétraité, avant de le soumettre à un traitement de surface en vue de le réparer. La surface intérieure du tube 2', doit en particulier être suffisamment propre pour rendre possible une fixation parfaite du métal déposé, ce qui exige généralement un nettoyage préalable de la surface.
Le manchon le long de la zone défectueuse 26 de la paroi intérieure du tube 2' est formé, à l'aide d'un traitement de surface effectué sur place, dans le tube 2', par exemple par dépôt à partir d'une phase liquide, qui est en contact avec la surface à recouvrir.
Si des gaz se dégagent lors du traitement ce qui est généralement le cas, le procédé ne s'applique pas aux tubes horizontaux, parce que le contact entre le métal et la phase liquide n'est plus assuré au voisinage de la couche supérieure.
Comme de très nombreuses compositions de bains électrolytiques sont décrites dans la littérature, pour répondre aux diverses exigences des caractéristiques mécaniques, l'épaisseur et la vitesse de dépôt, l'invention consiste à décrire les conditions opératoires précises, pour créer un revêtement résistant à la corrosion à l'aide d'un bain électrolytique exempt de chlore.
La présence d'ions chlore, généralement sous la forme de 250 à 300g/lde chlorure de nickel hydraté, est à ce jour toujours considérée comme une condition indispensable pour éviter la passivation d'une anode de nickel et assurer ainsi une vitesse de croissance suffisante de la couche de nickel déposée.
Pour le reste du circuit primaire, l'emploi d'ions chlore est absolument exclu en raison de la formation possible d'attaques par corrosion sous tension.
Dans les paragraphes suivants, on présente les compositions et les principales caractéristiques de fonctionnement de deux modes de mises en oeuvre de bains d'électro-déposition.
La surface interne du générateur de vapeur est nettoyée sur une distance correspondant aux soixante premiers centimètres du faisceau de tubes. Les dépôts et oxydes qui se sont formés après la mise en service, sont éliminées par nettoyage avec une brosse métallique cylindrique.
Enfin on effectue un nettoyage soigné, à l'aide d'une brosse de soie.
La solution électrolytique est préparée en mélangeant de l'acide sulfamique (amino-sulfonique) sous forme cristallisée et du carbonate de nickel en présence d'inhibiteurs d'hydrolyse. La réaction s'effectue selon l'équation suivante :
NiC₀₃ + 2 _NH2 SO₃ H→Ni (H₂NSO₃)₂ + _H20 +CO₂
et procure une solution concentrée à 48° Baumé contenant 550 à 650 g/1 de sulfamate de nickel. La pureté de la solution sulfamate de nickel atteint plus de 99 % .
La composition du bain électrolytique influence grandement la qualité du revêtement quant à la fixation à un support, l'épaisseur constante, la résistance à la corrosion, la dureté et la soudabilité.
A titre d'exemple, on évite par l'addition de quelques additifs, tels qu'un inhibiteur, la décomposition du sulfamate de nickel. La décomposition est également évitée par addition de faibles quantités d'acide borique (environ 25 g/1) par laquelle le pH est réglé entre 3 et 5.
L'addition de colloïdes permet d'améliorer la brillance de la couche de nickel.
Pour éviter les piqûres d'hydrogène, on ajoute de petites quantités d'agents mouillants. Dans ce but on utilise des sulfates d'akyle comme par exemple le sulfate de lauryle (0,15 - 0,30 g/1).
Comme représenté à la figure 2, la solution électrolytique fralchement préparée est versée dans le récipient 19 et s'écoule sous la pesanteur, par la vanne 20, le débitmètre 21, la vanne de réglage 22, le thermostat 23, le pH-mètre 24 et entre dans la cellule d'électrolyse 1 par la conduite d'alimentation 14.
La solution électrolytique fraîche se propage dans l'espace annulaire 25 formé par la paroi à réparer du tube 2 du générateur de vapeur. Cette paroi est limitée par les boulons supérieur 6 et inférieur 7. Cet espace 25 est entièrement empli de liquide.
Le liquide déborde par une conduite supérieure de liaison et s'écoule par l'espace annulaire 27 de la cavité creuse de l'électrode 12 vers le conduit d'évacuation 15.
La solution usée est recueillie par le conduit et la vanne à trois voies 28 dans des requêtes de verre 29 desquels la solution est rejetée ou régénérée afin de pouvoir être utilisée une nouvelle fois dans un des récipients 4 ou 5. Le débit est ajusté à la valeur de consigne de la vitesse d'écoulement souhaitée dans l'électrolyse, environ 1 à 15 cm/s.
La température est maintenue constante à 55-65 °C et à une valeur de pH de 3 à 5° Soerensen.
Comme anode, on prend un petit tube creux à base de nickel, de préférence de nickel S. _Cette anode est réalisée par exemple à partir d'un tube de titane extrudé, sur lequel un revêtement de nickel à consommer 30 est déposé électrolytiquement avec une teneur en soufre de 0,02 %. Le nickel S procure l'avantage de ne pas passiver. Les extrémités du tube 12 sont pourvues de filetages pour permettre la désodorisation avec la tête supérieure 6 et la tête inférieure 7.
Dès que les conditions opératoires sont atteintes, on constate grâce à la source externe stabilisée, une différence de potentiel entre les deux électrodes, égale à 2 à 5 V.
Les conditions opératoires doivent être soigneusement maintenues pour la température à l'entrée de la cellule, la différence de potentiel, la densité de courant, le débit et la composition.
Les gaz qui sont éventuellement formés dans la cellule d'électrolyse, s'échappent à la partie supérieure par le tube capillaire, tandis que le liquide est retenu par sa viscosité plus élevée.
Dès que l'épaisseur souhaitée du manchon est atteinte, on interrompt le courant électrique d'alimentation, on vide l'installation et on la rince avec de l'eau distillée de la manière suivante :

- vidange s ouvrir l'obturateur 20, ainsi que la vanne de détente 31 et la vanne d'évacuation 35 ;
- rinçage : fermer la vanne d'évacuation 35 et la vanne de détente 31, dévier la vanne 28 vers le bac de réception 34 du liquide de rinçage et ouvrir la vanne 33 ; et
vidange : fermer la vanne 33, ouvrir la vanne d'évacuation 35 et la vanne de détente 31.

L'appareil est retiré du tube réparé. Ce retrait de l'appareil est rendu possible par le fait que la pièce supérieure comprend une mousse polyuréthane élastique, qui est appliquée au-dessus du manchon.
Outre le fait que le manchon ne provoque aucune tension interne dans le tube réparé, le procédé procure les avantages suivants

1) diminition draconnienne des temps d'exposition à l'irradiation dans le générateur de vapeur du personnel chargé de la réparation, comparativement à la mise en place de manchons mécaniques connus actuellement
2) simplicité des opérations requise à l'intérieur de l'espace fermé du générateur de vapeur
3) possibilité de réparer plusieurs tubes simultanément
4) épaisseur uniforme de 0,10 à 0,15 millimètres de nickel pur
5) contrairement aux procédés connus, on ne provoque dans la paroi du tube une tension interne dans le matériau supérieur à 100 MPa
6) grande résistance du manchon ainsi réalisé, à l'encontre de corrosion du type alcalin.

La résistance du manchon a été prouvée par de nombreux tests de corrosion sous tension en milieu alcalin et dans de l'eau pure qui est chargé d'hydrogène, à une température de 350^*C.
Essais profilométriques, mesures avec courants de Foucault, essais de scintillements mesurés à l'aide d'une cellule photo-électrique ne dévoilent aucun défaut à l'alimentation.
L'intensité de courant est une grandeur dépendante de la surface immergée de la cathode.
On règle l'intensité du courant à l'aide de la différence de potentiel entre les électrodes. La conductibilité du bain et la distance entre l'anode creuse de nickel et la paroi du tube sont dans ce cas déterminantes.
Si plusieurs tubes sont réparés simultanément, l'intensité du courant doit être réglée séparément dans les diverses cellules.
Dans des cas particuliers , les dépôts de métal ont lieu selon un procédé totalement exempt de courant. Le recouvrement de nickel peut être déposé par exemple, par réduction catalytique à partir d'une solution de sels de nickel au moyen d'hypophosphites de sodium exempt de chlore.
Il est évident, que l'invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci- dessus, qui est plutôt décrite à titre d'exemple. On peut apporter de nombreuses modifications sans échapper à la portée des revendications suivantes.

Claims

1. Procédé pour réparer les tubes (2) de générateurs de vapeur par l'apport d'un manchon métallique interne étanche, afin de recouvrir une zone défectueuse, caractérisé en ce qu'on réalise ledit manchon le long de la zone défectueuse (26) de la paroi interne du tube (2') par un traitement par voie humide effectué sur place dans le tube (2').

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit manchon est formé par dépôt électrolytique de nickel à partir d'une solution de sulfamate de nickel exempte de chlore.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on aménage une cavité fermée dans le tube défectueux (2'), en obturant la partie frontale (26) du tube (2') sur une longueur de 20 à 80 cm à la manière d'une cellule électrolytique, à l'aide d'une anode de consommation(12) en nickel ou support d'alliage de nickel (30), qui est immergée dans la solution de sulfamate de nickel susdite et est agrippécaux tube à traiter (2') par deux tampons en matière synthétique (17).

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on prévoit, à la partie supérieure de la cellule électrolytique, un orifice capillaire (10), par lequel les gaz dégagés au cours du procédé peuvent s'échapper.