EP2945727A1 - Systeme de caracterisation en ligne de produits de corrosion - Google Patents

Systeme de caracterisation en ligne de produits de corrosion

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EP2945727A1
EP2945727A1 EP14702463.2A EP14702463A EP2945727A1 EP 2945727 A1 EP2945727 A1 EP 2945727A1 EP 14702463 A EP14702463 A EP 14702463A EP 2945727 A1 EP2945727 A1 EP 2945727A1
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EP
European Patent Office
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corrosion products
cooling circuit
nuclear reactor
temperature
filtration means
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Withdrawn
Application number
EP14702463.2A
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German (de)
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Inventor
Nowotka KARSTEN
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Areva SA
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Areva SA
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Publication date
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    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/02—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator
    • G21C17/022—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator for monitoring liquid coolants or moderators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G01N1/20—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials
    • G01N1/2035—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials by deviating part of a fluid stream, e.g. by drawing-off or tapping
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0272—Investigating particle size or size distribution with screening; with classification by filtering
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/28—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core
    • G21C19/30—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
    • G21C19/307—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps specially adapted for liquids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the field of invention is that of online characterization of corrosion products formed in primary and secondary circuit of a nuclear reactor.
  • the water of the primary circuit which has a high temperature, is charged with insoluble solid corrosion products, leading to contamination and possibly to degradation of certain parts of the primary circuit because of the formation of solid deposits.
  • the colloids of the corrosion products participate in the formation phenomenon of deposition in the steam generators, thus leading to a decrease in the efficiency of the plant and possibly to a degradation of the secondary circuit.
  • the invention aims to propose a system for characterizing corrosion products that makes it possible to characterize the corrosion products present in a primary and / or secondary circuit as close as possible to the operating conditions.
  • the invention provides a corrosion products characterization system present in a cooling circuit of a nuclear reactor, said characterization system having a tube connected to the reactor cooling circuit in which circulates the cooling fluid, the system being characterized in that it comprises:
  • the downstream filtering means having a pore size smaller than the upstream filtration means, the filtering means being able to be traversed by the cooling fluid;
  • a temperature regulating means regulating the temperature of said liquid flowing in the tubing.
  • the corrosion products can be characterized in temperatures close conditions of the nominal operating conditions of the reactor.
  • the characterization system according to the invention therefore makes it possible to identify the nature of the particles and the quantity of corrosion products in the cooling cooked circumstances (primary circuit and secondary circuit) of a nuclear reactor.
  • Such a device thus makes it possible to obtain a better representability solid corrosion products present in the primary circuit and / or secondary during operation of the nuclear reactor.
  • Such a device also makes it possible to establish a law on the physico-chemical behavior of the corrosion products as a function of the liquid temperature, means of regulation for increasing or reducing the liquid temperature.
  • a characterization system of the invention would also make it possible to better understand the volume and surface activities of radionuclides in the wafer, to draw up an inventory of the corrosion products of the wafer and to develop suitable membranes and purification filters. to the needs of the market.
  • the system comprises three cascade filtration means having different filtering characteristics
  • a first filtering means has pores whose size is between 3 pm and 5 pm;
  • a second filtration means has pores whose size is between 0.4 ⁇ m and 0.6 ⁇ m;
  • a third filtering means has pores whose size is between 0.01 pm and 0.1 pm;
  • differential pressure sensors associated with each of the filtering means to determine the rate of obstruction in each line filtering means
  • the temperature control means is formed by first heating and / or cooling means for regulating the temperature of the liquid passing through said at least two cascade filtration means, and / or by a second heating and / or cooling means for regulate the temperature of the circulating liquid upstream of the filtration means;
  • the temperature control means regulates the temperature of the liquid between 200 C and 360 C;
  • the system comprises means for maintaining a pressure between 60 and 150 bars at the filtration means.
  • the single figure illustrates a schematic view of the line characterization system of corrosion products within a cooling circuit of a nuclear reactor according to the invention.
  • the characterization system 100 is an apparatus for performing a cascade fiitration, advantageously in line (i.e continuous during operation of the reactor) under the conditions similar to the nominal operating conditions of the nuclear reactor.
  • the system 100 comprises a pipe 20 connected by a tapping to the cooling circuit 1 of the reactor (primary or secondary circuit) so as to allow a permanent circulation of the cooling fluid in the pipe 20, in the direction indicated by the arrows.
  • the cooling fluid passes through a fiitration apparatus 21 consisting of three membranes of fiitration respectively referenced 13, 14 and 15 in the direction of circulation of the liquid in the tubing 10.
  • Each of the membranes 13, 14, 15 has a size of different pores, the membrane positioned downstream having a pore size smaller than the membrane positioned upstream.
  • the apparatus fiitration allows to characterize the size distribution of the corrosion products in the form of colloids (ie between 1 nm (nanometer) and 1 micron (micrometer)).
  • the first filter membrane 13 has pores whose size is between 3 ⁇ m and 5 ⁇ m.
  • the second filter membrane 14, situated downstream of the first membrane 13, has pores whose size is between 0.4 ⁇ m and 0.6 ⁇ m.
  • the third filter membrane 15, located downstream of the second membrane 14, has pores whose size is between 0.01 pm and 0.1 pm.
  • the various membranes 13, 14 and 15 become clogged depending on the amount and the nature of the corrosion products present in the cooling fluid. Clogging of each of the membranes 13, 14, 15 is followed in line by a opera- tor by differential pressure sensors 16 measuring the fluid pressure difference between the upstream and downstream of each of the membranes 13, 14, 15. From the measurements made by the differential pressure sensors 16, the nature and the concentrations of the corrosion products can be estimated by comparison with standards.
  • the tubing 20 also includes a means for regulating the temperature of 22, positioned upstream of the filtering apparatus 21.
  • the characterization system 100 is particularly intended to characterize the corrosion products present in the coolant under nominal operating conditions.
  • the regulating means 22 makes it possible to regulate the liquid at a temperature of between 200 ° C. and 360 ° C.
  • the filtration equipment 21 is surrounded by second temperature control means 23 for maintaining the liquid temperature at the desired temperature when passing through the membranes 13, 14, 15.
  • the temperature regulation means 23 are formed by an oven making it possible to maintain the liquid flowing through the membranes between 200 ° C. and 360 ° C.
  • the tubing 20 of the characterization system 100 can be used to characterize the corrosion products in a quide li- in temperature conditions ranging from 200 C to 360 C and pressures ranging conditions from 60 to 150 bar by a set of valves and pressure sensors.
  • the system 100 also comprises a cooling means 4 for cooling the liquid after filtration before being collected for reprocessing.
  • a cooling means 4 for cooling the liquid after filtration before being collected for reprocessing.
  • the membranes can be disassembled and recovered for further analysis in order to obtain more specific information on the chemical and / or morphological nature of the colloids.
  • the system according to the invention allows to obtain a better representative tability of corrosion products circulating in the primary circuit and / or secondary nuclear reactors.
  • the results obtained with the system of the invention would better understand such developments fouling or clogging rate of a steam generator

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Abstract

La présente invention concerne un système (100) de caractérisation de produits de corrosion présents dans un circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire, ledit système de caractérisation présentant une tubulure (20) reliée au circuit de refroidissement du réacteur (1) dans lequel circule le fluide de refroidissement, le système comportant au moins deux moyens de filtration (13, 14, 15) en cascade, le moyen de filtration en aval présentant une taille des pores inférieure au moyen de filtration situé en amont, les moyens de filtration (13, 14, 15) étant aptes à être traversés par le fluide de refroidissement; des capteurs de pression différentielle (16) associés à chacun des moyens de filtration permettant de déterminer le taux d'obstruction de chacun des moyens de filtration; un moyen de régulation de la température (22, 23) régulant la température dudit liquide circulant dans la tubulure (20).

Description

SYSTEME DE CARACTERISATION EN LIGNE DE
PRODUITS DE CORROSION.
DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine de l'invention est celui de la caractérisation en ligne des produits de corrosion se formant dans le circuit primaire et secondaire d'un réacteur nucléaire.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans le circuit primaire et/ou secondaire d'un réacteur nucléaire, il se pro- duit une certaine corrosion du circuit qui entraîne la formation de produits de corrosion qui sont solubles en partie dans l'eau primaire et/ou secondaire du circuit. Ces colloïdes de produits de corrosion ont une solubilité dans l'eau qui diminue lorsque la température de l'eau augmente.
Ainsi au cours du fonctionnement du réacteur nucléaire, l'eau du circuit pri- maire qui présente une température élevée se charge en produits de corrosion solides, insolubles, conduisant à une contamination et éventuellement à une dégradation de certaines parties du circuit primaire en raison de la formation de dépôts solides.
Dans le circuit secondaire, les colloïdes des produits de corrosion partici- pent au phénomène de formation de dépôt dans les générateurs de vapeur, entraînant ainsi une baisse de rendement de la centrale et éventuellement à une dégradation du circuit secondaire.
Par conséquent, il est nécessaire de pouvoir contrôler, au cours du fonctionnement du réacteur, la teneur en produits de corrosion solides et insolubles dans le circuit primaire et/ou secondaire du réacteur.
Il est connu dans le document EP 0077258 (D1 ), un procédé et un système visant à déterminer la concentration en produits de corrosion solides, insolubles présents dans un liquide à température et à pression élevées, de manière à s'approcher des conditions nominales de fonctionnement d'un réacteur nucléaire.
Toutefois, le système décrit dans le document D1 ne permet pas de caractériser précisément la quantité de produits de corrosion présents dans le liquide circulant dans le circuit de refroidissement puisque l'étape d'analyse intervient après une diminution de la température et de la pression de l'échantillon prélevé dans le circuit de refroidissement.
Par conséquent, un tel dispositif n'est pas représentatif des produits de corrosion dans le circuit primaire et/ou secondaire dans les conditions réelles de fonc- tionnement du réacteur.
EXPOSE DE L'INVENTION
Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un système de caractérisation de produits de corrosion permettant de caractériser les produits de corrosion présents dans un circuit primaire et/ou secondaire au plus près des conditions de fonc- tionnement.
A cette fin, l'invention propose un système de caractérisation de produits de corrosion présents dans un circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire, ledit système de caractérisation présentant une tubulure reliée au circuit de refroidissement du réacteur dans lequel circule le fluide de refroidissement, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte :
au moins deux moyens de filtration en cascade, le moyen de filtration en aval présentant une taille des pores inférieure au moyen de filtration situé en amont, les moyens de filtration étant aptes à être traversés par le fluide de refroidissement ;
- des capteurs de pression différentielle associés à chacun des moyens de filtration permettant de déterminer le taux d'obstruction de chacun des moyens de filtration ;
un moyen de régulation de la température régulant la température dudit liquide circulant dans la tubulure.
Grâce au dispositif selon l'invention, les produits de corrosion peuvent être caractérisés dans des conditions de températures proches des conditions nominales de fonctionnement du réacteur.
Le système de caractérisation selon l'invention permet donc d'identifier la nature des particules ainsi que la quantité des produits de corrosion dans les cir- cuits de refroidissement (circuit primaire et circuit secondaire) d'un réacteur nucléaire. Un tel dispositif permet donc d'obtenir une meilleure représentabilité des produits de corrosion solides présents dans le circuit primaire et/ou secondaire lors du fonctionnement du réacteur nucléaire.
Un tel dispositif permet également d'établir une loi sur le comportement physico-chimique des produits de corrosion en fonction de la température du liquide, les moyens de régulations permettant d'augmenter ou réduire la température du liquide.
De plus, un tel système de caractérisation de l'invention permettrait également de mieux appréhender les activités volumique et surfacique en radionucléides de la tranche, de dresser un inventaire des produits de corrosion de la tranche et de développer des membranes et des filtres de purification adaptés aux besoins du marché.
Le système de caractérisation selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
le système comporte trois moyens de filtration en cascade présentant des caractéristiques de filtrage différentes ;
un premier moyen de filtration présente des pores dont la taille est comprise entre 3 pm et 5 pm ;
- un deuxième moyen de filtration présente des pores dont la taille est comprise entre 0.4 pm et 0.6 pm ;
un troisième moyen de filtration présente des pores dont la taille est comprise entre 0.01 pm et 0.1 pm ;
les capteurs de pression différentielle associés à chacun des moyens de fil- tration permettent de déterminer le taux d'obstruction en ligne de chacun des moyens de filtration ;
le moyen de régulation de la température est formé par premier moyen chauffage et/ou de refroidissement pour réguler la température du liquide traversant lesdits au moins deux moyens de filtration en cascade, et/ou par un deuxième moyen de chauffage et/ou de refroidissement pour réguler la température du liquide circulant en amont des moyens de filtration ;
le moyen de régulation de la température régule la température du liquide entre 200 C et 360 C ;
le système comporte des moyens pour maintenir une pression entre 60 et 150 bars au niveau des moyens de filtration. BREVES DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure unique illustrant schématiquement un système de caractérisation selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION
La figure unique illustre une vue schématique du système de caractérisation en ligne de produits de corrosion présents dans un circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire selon l'invention.
Le système de caractérisation 100 selon l'invention est un appareillage permettant de réaliser une fiitration en cascade, avantageusement en ligne (i.e continu pendant le fonctionnement du réacteur) dans les conditions similaires aux conditions nominales de fonctionnement du réacteur nucléaire.
Le système 100 comporte une tubulure 20 reliée par un piquage au circuit de refroidissement 1 du réacteur (circuit primaire ou secondaire) de manière à permettre une circulation permanente du fluide de refroidissement dans la tubulure 20, dans le sens indiqué par les flèches.
Le fluide de refroidissement passe au travers d'un appareillage de fiitration 21 composé de trois membranes de fiitration référencées respectivement 13, 14 et 15 selon le sens de circulation du liquide dans la tubulure 10. Chacune des membranes 13, 14, 15 présente une taille de pores différente, la membrane positionnée en aval présentant une taille de pores inférieure à la membrane positionnée en amont. Ainsi l'appareillage de fiitration permet de caractériser la distribution en taille des produits de corrosion sous forme de colloïdes (i.e entre 1 nm (nanomètre) et 1 pm (micromètre)). Avantageusement, la première membrane filtrante 13 présente des pores dont la taille est comprise entre 3 pm et 5 pm.
Avantageusement, la deuxième membrane filtrante 14, située en aval de la première membrane 13, présente des pores dont la taille est comprise entre 0,4 pm et 0,6 pm.
Avantageusement, la troisième membrane filtrante 15, située en aval de la deuxième membrane 14, présente des pores dont la taille est comprise entre 0,01 pm et 0.1 pm. Lors de la circulation du fluide de refroidissement dans la tubulure 20, les différentes membranes 13. 14 et 15 se colmatent en fonction de la quantité et la nature des produits de corrosion présents dans le fluide de refroidissement. Le colmatage de chacune des membranes 13, 14, 15 est suivi en ligne par un opéra- teur par des capteurs de pression différentielle 16 mesurant la différence de pression du fluide entre l'amont et l'aval de chacune des membranes 13, 14, 15. A partir des mesures effectuées par les capteurs de pression différentielle 16, la nature et les concentrations des produits de corrosion peuvent être estimées par comparaison avec des étalons.
La tubulure 20 comporte également un moyen de régulation de la température 22, positionné en amont de l'appareillage de filtration 21 . Ce moyen de régulation 22 de la température permet de refroidir et/ou de réchauffer le liquide à la température de caractérisation désirée avant qu'il ne traverse l'appareillage de filtration 21 .
Le système de caractérisation 100 selon l'invention est particulièrement destiné à caractériser les produits de corrosion présents dans le liquide de refroidissement dans les conditions nominales de fonctionnement. Ainsi par exemple, le moyen de régulation 22 permet de réguler le liquide à une température comprise entre 200 C et 360 C.
De manière à améliorer davantage le système et à garantir la réalisation d'une caractérisation en produits de corrosion à une température donnée, l'appareillage de filtration 21 est entouré par des seconds moyens de régulation de la température 23 permettant de maintenir la température du liquide à la température désirée lors du passage au travers des membranes 13, 14, 15.
Avantageusement, les moyens de régulation de la température 23 sont formés par un four permettant de maintenir le liquide circulant au travers des membranes entre 200 C et 360 C.
A titre d'exemple, la tubulure 20 du système de caractérisation 100 selon l'invention peut être utilisée pour caractériser les produits de corrosion dans un li- quide dans les conditions de température allant de 200 C à 360 C et des conditions de pressions allant de 60 à 150 bars par un jeu de vannes et de capteurs de pression.
Le système 100 comporte également un moyen de refroidissement 4 permettant de refroidir le liquide après filtration avant d'être collecté pour retraitement. Après analyse en ligne des produits de corrosion, les membranes peuvent être démontées et récupérées pour analyses complémentaires de manière à obtenir des informations plus spécifiques sur la nature chimique et/ou morphologique des colloïdes.
Ainsi, le système selon l'invention permet d'obtenir une meilleure représen- tabilité des produits de corrosion circulant dans le circuit primaire et/ou secondaire des réacteurs nucléaires. Ainsi, les résultats obtenus grâce au système selon l'invention permettraient de mieux appréhender par exemple les évolutions du taux d'encrassement ou de colmatage d'un générateur de vapeur

Claims

REVENDICATIONS
Système (100) de caractérisation de produits de corrosion présents dans un circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire, ledit système de caractérisation présentant une tubulure (20) reliée au circuit de refroidissement du réacteur (1 ) dans lequel circule le fluide de refroidissement, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte :
au moins deux moyens de filtration (13, 14, 15) en cascade, le moyen de filtration en aval présentant une taille des pores inférieure au moyen de filtration situé en amont, les moyens de filtration (13, 14, 15) étant aptes à être traversés par le fluide de refroidissement ;
des capteurs de pression différentielle (16) associés à chacun des moyens de filtration permettant de déterminer le taux d'obstruction de chacun des moyens de filtration ;
un moyen de régulation de la température (22, 23) régulant la température dudit liquide circulant dans la tubulure (20).
Système (100) de caractérisation en ligne de produits de corrosion présents dans un circuit de refroidissement (1 ) d'un réacteur nucléaire selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte trois moyens de filtration (13, 14, 15) en cascade présentant des caractéristiques de filtrage différentes.
Système (100) de caractérisation en ligne de produits de corrosion présents dans un circuit de refroidissement (1 ) d'un réacteur nucléaire selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'un premier moyen de filtration (13) présente des pores dont la taille est comprise entre 3 pm et 5 pm.
Système (100) de caractérisation en ligne de produits de corrosion présents dans un circuit de refroidissement (1 ) d'un réacteur nucléaire selon l'une des revendications 2 à 3 caractérisé en ce qu'un deuxième moyen de filtration (14) présente des pores dont la taille est comprise entre 0,4 pm et 0.6 pm. Système (100) de caractérisation en ligne de produits de corrosion présents dans un circuit de refroidissement (1 ) d'un réacteur nucléaire selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce qu'un troisième moyen de filtration (15) présente des pores dont la taille est comprise entre 0,01 m et 0.1 μη-ι.
Système (100) de caractérisation en ligne de produits de corrosion présents dans un circuit de refroidissement (1 ) d'un réacteur nucléaire selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les capteurs de pression différentielle (16) associés à chacun des moyens de filtration (13, 14, 15) permettent de déterminer le taux d'obstruction en ligne de chacun des moyens de filtration.
Système (100) de caractérisation en ligne de produits de corrosion présents dans un circuit de refroidissement (1 ) d'un réacteur nucléaire selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de régulation de la température est formé par premier moyen chauffage et/ou de refroidissement (23) pour réguler la température du liquide traversant lesdits au moins deux moyens de filtration en cascade (13, 14, 15), et/ou par un deuxième moyen de chauffage et/ou de refroidissement (22) pour réguler la température du liquide circulant en amont des moyens de filtration (13, 14, 15).
Système (100) de caractérisation en ligne de produits de corrosion présents dans un circuit de refroidissement (1 ) d'un réacteur nucléaire selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de régulation de la température (22, 23) régule la température du liquide entre 200 C et 360 C.
Système (100) de caractérisation en ligne de produits de corrosion présents dans un circuit de refroidissement (1 ) d'un réacteur nucléaire selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le système (100) comporte des moyens pour maintenir une pression entre 60 et 150 bars au niveau des moyens de filtration (13, 14, 15).
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