WO2023105165A1 - Method for maintaining a steam generator involving a model - Google Patents

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WO2023105165A1
WO2023105165A1 PCT/FR2022/052276 FR2022052276W WO2023105165A1 WO 2023105165 A1 WO2023105165 A1 WO 2023105165A1 FR 2022052276 W FR2022052276 W FR 2022052276W WO 2023105165 A1 WO2023105165 A1 WO 2023105165A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam generator
simulation
steam
instant
clogging
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/052276
Other languages
French (fr)
Inventor
Enrico DERI
Jérémie NEBES
Original Assignee
Electricite De France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electricite De France filed Critical Electricite De France
Publication of WO2023105165A1 publication Critical patent/WO2023105165A1/en

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/002Component parts or details of steam boilers specially adapted for nuclear steam generators, e.g. maintenance, repairing or inspecting equipment not otherwise provided for
    • F22B37/003Maintenance, repairing or inspecting equipment positioned in or via the headers

Definitions

  • the invention belongs to the field of the maintenance of a steam generator, and more specifically deals with a maintenance of a steam generator operating a heat exchange between a primary circuit and a secondary circuit, for example in a power plant nuclear.
  • a steam generator is generally made up of a bundle of tubes in which the hot fluid circulates, and around which the fluid to be heated circulates.
  • the steam generators are heat exchangers that use the energy from the primary circuit resulting from the nuclear reaction to transform the water in the secondary circuit into steam which will power the turbine and thus produce electricity.
  • the primary circuit 10 circulates a primary heat transfer fluid, typically pressurized water, by means of a pump 11.
  • the primary fluid passes through a reactor vessel 12 to enter the core 13 of the reactor in which the fuel assemblies are located and where nuclear fission occurs, forming the heat source of the primary circuit 10.
  • the primary fluid is brought to high temperature, around 330°C.
  • a pressurizer 14 makes it possible to establish a pressure of approximately 155 bars, so that the primary fluid remains in the liquid state.
  • the primary fluid then enters a steam generator 22 effecting a heat exchange between the primary fluid and a secondary fluid of a secondary circuit 20, typically water.
  • the primary fluid is then returned by pump 11 to reactor vessel 12.
  • the steam generator 22 brings the secondary fluid from a liquid water state to the vapor state just at the saturation limit, using the heat of the primary fluid. This circulates in tubes around which the secondary water circulates.
  • the outlet of the steam generator 22 is the highest point in temperature and pressure of the secondary circuit 20.
  • the secondary circuit 20 recovers the steam produced by the steam generator 22 to actuate a set of turbines 24, in order to produce electricity via an alternator 26.
  • the secondary fluid returns to the liquid state through a condenser 28 which exchanges its calories with a cold source SF, before returning, via a pump 29, to the steam generator 22.
  • a nuclear power plant may comprise several steam generators depending on the calories to be evacuated, each steam generator being connected to the reactor vessel and to the turbines according to the simplified representation of FIG. 1.
  • a nuclear power plant of the type REP 900 MW generally includes three steam generators
  • a nuclear power plant of the EPR 1650 MW type will include four steam generators.
  • the exchange surface physically separating the primary circuit and the secondary circuit, is thus made up of a tube bundle, made up of 3,000 to 15,000 tubes, depending on the model, in which circulates the primary water heated to high temperature (330° C) and high pressure (155 bar).
  • These tubes of the steam generator are held by spacer plates arranged generally perpendicular to the tubes which pass through them.
  • the passages of these spacer plates are foliated, that is to say their shape has lobes around the tubes.
  • the secondary fluid passes from the liquid state to the vapor state, it deposits on the spacer plates, with each passage, a certain quantity of materials which it transports, forming deposits accumulating and fixing over time , eventually clogging the foliated passages.
  • the deposits are often in the form of an iron oxide called magnetite resulting from the corrosion of the pipe elements, or other iron oxides or even an oxide of another metal.
  • FIG. 2 schematically illustrates a foliated passage in a spacer plate 30, through which passes a tube 31.
  • the lobe-shaped passages 32 allow water to pass through the spacer plate 30 along the tube 31, thus allowing the water in the steam generator.
  • the number of lobes 32 can vary: there are, for example, steam generator spacer plates comprising foliated passages with three lobes 32 instead of four, which are just as likely to clog.
  • a deposit 33 is visible at the level of a lobe of the passage 32, clogging said lobe. This deposit can be located on the side of the tube 31 and/or on the side of the spacer plate 30.
  • the deposits of material are made in the lobes of the passages 32, they reduce the free passage: this is the clogging, which is therefore the progressive sealing, by deposits, of the holes intended for the passage of the liquid/vapor mixture. If the deposits of material are made along the tubes, this is fouling which limits the heat transfer between the primary circuit and the secondary circuit, causing a reduction in the operating pressure of the steam generator 22 for the same power. and therefore a drop in the overall efficiency of the plant and of electricity production.
  • the second case notably involves a shutdown that lasts for several months, in order to prepare for the clean-up operation.
  • the level of clogging or fouling is estimated by extrapolating measurements taken during inspection.
  • the only non-destructive examination system that is capable of accessing all of the tube/spacer plate intersections of the steam generators 22 is the axial eddy current probe. Eddy currents appear in a conductive material when the magnetic flux nearby is varied. A multi-frequency eddy current probe is thus circulated in a tube of said exchanger and a measurement signal is measured with it, depending on the environment in which the probe is located, from which information can be extracted as to anomalies in the heat exchanger.
  • a variation of the magnetic induction typically by a coil in which an alternating current circulates, generates eddy currents, the induced variation of the magnetic field of which is detected. Typically, the voltage difference generated by the impedance variation of the coil is measured.
  • the invention therefore aims to allow the maintenance of a steam generator operating a heat exchange between a primary circuit and a secondary circuit, by setting up a digital twin of said steam generator, which by appropriately exploiting certain data, allows to reproduce the evolution of clogging and fouling in the steam generator as well as possible, and therefore to plan the implementation of a steam generator cleaning operation as well as possible.
  • a method for maintaining a steam generator operating a heat exchange between a primary circuit and a secondary circuit comprising a plurality of tubes passing through an internal medium, a primary fluid of the primary circuit circulating in said tubes while a secondary fluid of the secondary circuit circulates in the internal medium, the steam generator further comprising a plurality of plates through which said tubes pass and in which passages are provided along the tubes allowing the circulation of the secondary fluid, the method comprising, during a period of simulation comprising a plurality of simulation instants, a simulation of the operation of the steam generator using a model of said steam generator comprising geometric parameters of the steam generator and taking into account imposed operating data, the model establishing characteristics related to the flow of the primary fluid and the secondary fluid and to the heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid at each instant of simulation, from the geometric parameters, the imposed operating data, and internal variables, and in the method, following an observation of an observed value of a parameter of the steam generator on said steam generator at a simulation instant following previous simulation instants, an internal variable is
  • the observed value of the parameter of the steam generator is a temperature related to the pressure in the internal medium, said temperature being measured instead of the pressure, the adjusted internal variable still being a fouling resistance affecting the heat transfer;
  • the steam generator operates for a time interval between a first simulation instant and a second simulation instant, and operating data imposed on the model during this second simulation instant come from the operation of the steam generator during this time interval;
  • the operating data imposed include at least one of a thermal power corresponding to the power exchanged between the primary circuit and the secondary circuit, a temperature difference in the primary circuit between the inlet of the steam generator and the outlet of the steam generator, and a steam flow in the secondary circuit at the outlet of the steam generator;
  • the observed value of the parameter of the steam generator is a rate of clogging of passages or a fouling resistance following cleaning of the steam generator, the adjusted internal variable then being said rate of clogging or said fouling resistor, respectively;
  • the observed value of the parameter of the steam generator describes a blockage of a tube, and a modifier reflecting said blockage is applied to the geometric parameters of the model of the steam generator;
  • the simulation at each moment of simulation, implements: a) a determination of characteristic fields linked to the flow of the primary fluid and the secondary fluid and to the heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid, b) a determination of chemical quantities of the secondary fluid from the thermo-hydraulic fields, c) a determination of a relation of transport and deposition of matter, the rate of clogging and/or fouling being determined from said transport relation and material deposition;
  • the clogging rate is determined from internal variables using an estimate of a deposit accumulation rate involving a particle deposit term and a precipitation term of soluble species, from which is subtracted a term representing a tearing flux, and in which at least one instant of simulation, the fouling is determined from the sum of two fluxes of materials: a flux induced by the parietal precipitation of the soluble species, and a flux induced by parietal boiling;
  • the method comprises the implementation of a steam generator cleaning operation following the determination of the clogging rate and/or the fouling resistance;
  • FIG. 3 shows an example of a steam generator.
  • a steam generator 22 uses water as the heat transfer fluid both for the primary circuit and for the secondary circuit.
  • a steam generator 22 measures approximately 20 meters in height, 3 meters in diameter, and weighs up to 300 tons.
  • a steam generator 22 comprises a set of tubes 31 in which the primary fluid circulates, spacer plates 30 holding said tubes, 31.
  • the tubes 31, for example in the shape of an inverted U, and form a tube bundle.
  • the tubes 31 are relatively thin since their diameter measures about 2 cm, and their number varies between 3000 and 15000, tubes depending on the type of steam generator 22.
  • the tube bundle has a large exchange surface, between 4700 m2 and 10000 m2, in order to allow maximum heat transfer between the fluid of the primary circuit circulating inside the tubes and the fluid of the secondary circuit circulating outside the tubes.
  • Anti-vibration bars 34 enclosing the bundle of tubes 31 prevent vibrations and maintain the tubes 31 at the level of the curved part at the top of the bundle of tubes 31.
  • the steam generator 22 comprises plates for holding the bundle of tubes: a tube plate 35 on which the tubes 31 are fixed at the bottom of the steam generator, is pierced with passage holes for the tubes 31, the spacer plates 30 are positioned horizontally along the steam generator 22.
  • the number of spacer plates depends on the type of steam generator 22 and the bearing of the nuclear power plant, the bearing being defined among other things by the power of the nuclear power plant; we will talk about 900 MW, 1300 MW, 1650 MW etc.
  • the spacer plates 30 are provided with foliated passages through which the tubes 31 pass. Typically, these foliated passages are distributed uniformly over each spacer plate 30, and there are as many per spacer plate 30 as there are tubes 31.
  • the steam generator 22 comprises an enclosure 36 confining the secondary water, both in liquid form at the bottom of the steam generator and in steam form.
  • a water box 37 onto which the tubes 31 open is part of the primary circuit and allows the primary water to join the tubes 31.
  • the water box 37 is typically in two compartments, one forming the inlet of the steam generator 22 for the primary water, and the other forming the outlet of the steam generator 22 for the primary water after having passed through the tubes 31.
  • the water box 37 generally allows access to the tubes 31, by example to plug them with plugs.
  • the water from the primary circuit 10 enters the tube bundle at the bottom of the steam generator 22 on the Hot Leg (BC) side.
  • the water in the primary circuit 10 is at a temperature of between 320° C. and 330° C., and at a pressure of approximately 155 bars.
  • the primary water cools by transferring its thermal energy by conduction and convection through the wall of the tubes 31 to the secondary fluid circulating outside the tubes 31.
  • the water primary After its ascent, the water primary begins a descent phase in the tubes 31 on the Eroide Branch (BE) side where it continues to transfer its thermal energy to the secondary fluid.
  • the primary water then leaves the steam generator 22 then is reinjected by a pump 11 into the core of the reactor to recover thermal energy from the nuclear reaction.
  • the temperature of the water in the primary circuit is between 284° C. and 293° C.
  • the area located between the hot leg and the cold leg in the uncased part at the center of the steam generator 22 is called the water street.
  • the secondary water also called feed water for the steam generator 22 is injected into the upper part of the steam generator 22 via a secondary inlet 38 where it is distributed over the entire periphery of the steam generator 22 via a feed torus 40.
  • This feed water on leaving the torus 40, mixes with the drainage water from the steam separation and drying equipment then descends in the water return to the bottom of the steam generator 22.
  • Feed water then flows from bottom to top along the tubes 31, and in the water channel of the steam generator 22, either on the hot branch side or on the cold branch side. In contact with the tubes, the water in the secondary circuit 20 absorbs the thermal energy supplied by the primary circuit 10, heats up and then vaporizes.
  • the steam generated on the secondary side rises along the bundle of tubes 31 where it reaches a pressure of between 55 bars and 74 bars, depending on the type of steam generator 22 associated with a given stage.
  • the temperature of the vapor is the saturation temperature associated with the pressure, namely of the order of 270°C to 290°C.
  • the steam continues its ascent through the equipment for separating and drying the water-steam mixture, the function of which is to separate the liquid phase and the gaseous phase.
  • This equipment comprises separators of the cyclone type 42 and dryer frames 44 located above the separators 42 delivering dry steam with a titer preferably greater than 99%, or even 99.5%, in order to be dry enough to avoid any deterioration of the fins of the turbine 24.
  • the steam then escapes through the steam exhaust 46 located on the upper bottom at the top of the steam generator 22, and is brought through the secondary circuit 20 to the turbine 24.
  • the primary circuit 10 and the secondary circuit 20 are equipped with sensors, making it possible to measure certain physical quantities, from which the operating parameters of the steam generator 22 can be deduced.
  • the primary circuit 10 is equipped with temperature sensors, typically thermometers such as than thermocouples, making it possible to determine the temperature at the inlet and at the outlet of the heat exchanger 22.
  • the secondary circuit 20 is equipped with at least one sensor making it possible to obtain the flow rate of steam at the outlet of the steam generator 22 ( a steam flow meter), and at least one sensor for measuring the pressure at the top of the steam generator 22, downstream of the steam exhaust 46.
  • a temperature sensor measuring the temperature of the feed water, at the inlet of the steam generator 22, and a steam humidity rate sensor, for example at the steam exhaust. 46.
  • Multiple other sensors may be provided, in particular to ensure the operational safety of the steam generator 22.
  • the conduct of the operation of the steam generator 22 is generally done via the imposition of a thermal power, which corresponds to the power exchanged between the primary circuit 10 and the secondary circuit 20. Indeed, it is this thermal power which conditions the power supplied to the turbine 24 and therefore to the alternator 26.
  • This thermal power is generally deduced from the temperature differential in the primary circuit 10 between the inlet of the steam generator 22 and the outlet of the steam generator 22, and/ or the steam flow in the secondary circuit 22 at the outlet of the steam generator 22.
  • a computer simulation of the steam generator 22 simulates the operation of the steam generator 22 during a simulation period comprising a plurality of successive simulation instants.
  • the simulation is implemented by a computer comprising a processor and a memory, and communication interfaces.
  • the simulation of the operation of the steam generator 22 using a model of the steam generator 22 comprising geometric parameters of the steam generator 22 and taking into account imposed operating data.
  • the model establishes fields of characteristics linked to the flow of the primary fluid and of the secondary fluid and to the heat exchange between primary fluid and secondary fluid at each instant of simulation. To do this, the model uses geometric parameters, imposed operating data, and internal variables.
  • the geometric parameters of the steam generator 22 reflect the spatial structure of the steam generator 22, in particular in order to model the volumes in which the primary fluid and the secondary fluid flow.
  • the geometric parameters of the steam generator 22 model, for example, the tubes and the passages along the tubes passing through the plates, but include many other data allowing a three-dimensional modeling of the steam generator 22.
  • the model of the steam generator 22 presents a resolution of the structure of a few centimeters, allowing the modeling of the fields of characteristics related to the flow of the primary fluid and the secondary fluid with a resolution of the order of the liter.
  • the operating data imposed include at least the thermal power at each simulation instant, with at least the temperature difference of the primary fluid between the inlet in the steam generator 22 and the outlet of the steam generator 22.
  • Others imposed operating data can be used, such as for example the steam flow at the outlet of the steam generator 22.
  • These imposed operating data are typically those used by the operator of the steam generator 22 to control the operation of the latter. this.
  • Other operating data form boundary conditions, such as feedwater temperatures, for example.
  • the internal variables are variables involved in the model of the steam generator 22, which result from the operation of the steam generator 22 and are necessary to model the relationships between the different physical quantities involved in the operation of the steam generator 22. These internal variables are very numerous, and include for example the temperature of the secondary fluid at different points of the secondary circuit, the evolution of the temperature of the primary fluid along the tubes 31, and many others. Significantly, certain internal variables can account for the evolution of the steam generator 22 over a long period, extending over several weeks, months, or even years.
  • thermo-hydraulic fields comprising for example a temperature field for the primary fluid, and for the secondary fluid a field of temperature, a field of vector velocity, a density field, a void fraction, and a pressure or temperature field (the two being linked for the secondary fluid).
  • the simulation carried out at a simulation time determines the internal variables at this simulation time, in particular those intervening in the thermal-hydraulic fields, from the internal variables of the previous simulation time, the geometric parameters, and the imposed operating data. , including boundary conditions.
  • the determination of the thermo-hydraulic fields therefore makes it possible to have, at each instant of simulation, and for a plurality of points spatially distributed in the steam generator 22, at least for points of the secondary fluid the pressure P, a vacuum rate ⁇ (representative of the quantity of bubbles - on a given section, the ratio between the surface occupied by the vapor and the total surface), a density p and a velocity U of secondary fluid (vector), as well as a temperature for the primary fluid.
  • the deposit accumulation rate rh on a spacer plate 30 is represented by the following equation:
  • This material accumulation rate is therefore written as the sum of a term for the deposition of particles ⁇ p and a term for the precipitation of soluble species ⁇ s , from which we subtract a term ⁇ r which represents the flow of tearing, all within the framework of the secondary fluid.
  • T p the particle mass fraction in the flow
  • K p a particle deposition rate at the wall
  • p a density of the secondary fluid
  • Ci the concentration in solution in the secondary water of species i (typically iron oxide).
  • the flux of precipitated soluble species ⁇ s forming the fouling along a tube 31 is determined from the sum of two fluxes of matter: a flux ⁇ s th induced by the parietal precipitation of the soluble species, and a flux ⁇ s eb induced by parietal boiling:
  • the flux ⁇ s th induced by the parietal precipitation of soluble species involves two main mechanisms, a mechanism for transporting soluble species to the wall, characterized by a speed Kt, s , and a crystal growth mechanism characterized by a speed Kcrist: with r s the mass fraction of soluble species in the flow, and ⁇ s max the saturation mass fraction of soluble species.
  • the deposit pull-out flux ⁇ r can be taken into account as being proportional to the surface mass m d previously deposited on the wall:
  • E r represents a tearing rate which is linked to the turbulent shear stresses in the wall. This tearing rate is calculated from the turbulent friction velocity U ⁇ at the wall and the kinematic viscosity v of the secondary fluid: where the parameter a r represents a modeling constant and adjusts the intensity of the pull-out phenomenon.
  • the clogging rate ⁇ c of a foliated passage 32 quantifies its fluid passage restriction induced by the formation of a deposit. It is defined as being the ratio between the section S c of the clogging deposit in a foliated passage 32 and the initial total section So of this same “clean” foliated passage, that is to say not having undergone any phenomenon of deposit.
  • a clogging rate value equal to 0 means that the foliated passage is not clogged at all, while a value equal to 1 means that it is completely clogged:
  • the clogging rate can also be expressed in the form of a clogging percentage p c of between 0% and 100%.
  • the simulation duration is defined as the duration during which the operation of the steam generator 22 is simulated. This simulation duration extends over several days, preferably over several months, or even several years. This long simulation time makes it possible to simulate the long-term alterations of the steam generator 22, and not only to determine the operation of the steam generator 22 for the purpose of controlling the latter. However, over such a long simulation time, certain parameters of the steam generator 22 vary (variation of geometry parameter or of internal variables). These variations can result both from the operation of the steam generator 22, such as clogging or fouling, or can be caused by causes external to the steam generator, such as for example the clogging of tubes
  • the observed value of the parameter of the steam generator 22 may be a rate of clogging of passages 32 observed during an inspection of said steam generator 22.
  • inspections of the steam generator 22 are periodically carried out. During these inspections, measurements of the clogging rate can be carried out.
  • patent applications FR3028042, FR2999776 or even WO2015097221 deal with such inspection methods making it possible to obtain clogging rates of passages 32 of plates 30. These observed clogging rates, derived from measurements, are estimated to be more accurate than those from the simulation, because from the real steam generator 22.
  • the observed clogging rate is taken into account. in the model by adjusting a pressure drop in the flow of the secondary fluid at the level of said passage 32 whose clogging rate has been observed.
  • the observed value of the parameter of the steam generator 22 can be a steam pressure measured in the environment internal to the steam generator, in the secondary circuit, and typically be a pressure measurement at the top of the steam generator 22, downstream of the steam generator.
  • steam exhaust 46 for example obtained by means of a steam sensor.
  • This pressure may correspond to an internal variable determined during the simulation. If too great a difference happens to exist between this observed pressure and the pressure determined as an internal variable by the simulation in the model of the steam generator 22 at the same point, this means that the heat transfer is not correctly modeled in the model of the steam generator 22.
  • the main internal variable affecting the heat transfer, and liable to change, is the fouling resistance, which reflects the negative effect of the fouling of the tubes 31 on the heat transfer between the primary circuit 10 and the secondary circuit 20.
  • the fouling resistance is then modified so that the heat transfer in the simulation approaches that of the operation of the steam generator 22, which is verified by the rimpedement between the observed pressure and the pressure determined by simulation.
  • the fouling resistance is increased, whereas if the observed pressure is higher than the determined pressure, the fouling resistance is decreased.
  • the pressure and the temperature of the secondary fluid are linked since the steam generator 22 operates in steam saturation.
  • the fouling of the tubes 31 therefore affects both the temperature and the pressure of the secondary fluid. It is therefore also possible to observe a temperature in the secondary fluid at the level of the steam generator 22, and if too great a difference happens to exist between this observed temperature and the temperature determined as an internal variable by the simulation in the model of the steam generator 22 at the same point, the fouling resistance can be similarly changed.
  • the adjustment of the model by modifying an internal variable, is taken into account during the simulation times following the simulation duration.
  • the adjustment of the internal variables of the model of the steam generator model results in a discontinuity in the evolution of these internal variables compared to their evolution prior to this adjustment. It follows that during a second part of the simulation time following the adjustment of the model of the steam generator 22, the model is no longer a simulated evolution of the initial model.
  • the cleaning is a chemical cleaning comprising the injection of chemical reagents into the secondary circuit of the steam generators 22 in order to destructure and dissolve the deposits responsible for clogging and fouling.
  • the clogging of the tubes 31 can be informed with the number and position of the tubes 31 clogged.
  • the information on the blockages of tubes 31 can be recorded in the maintenance databases, and be taken into account to adjust the model.
  • the model can be updated with each new capping or once a given number of capped tubes has been reached (depending on the level of detail desired by the operator).
  • this is immediately taken into account in the simulation, in particular for the geometric parameters of the model.
  • the effects of this clogging will be taken into account by the calculation of new thermo-hydraulic fields, by the re-evaluation of the chemical quantities and by a new calculation of the distributions of suspended and dissolved species, during the following simulation moments.
  • the simulation of the operation of the steam generator 22 using a model of said steam generator 22 aims to determine the most opportune time to carry out the cleaning, neither too late nor too early, and is part of a maintenance process for the steam generator. steam generator 22.
  • the steam generator 22 actually operates for at least part of the simulation time, the model of the steam generator 22 therefore constitutes a digital twin of the steam generator 22.
  • the model is interfaced with sensors equipping the steam generator 22, for example via a database accessible both by a system collection of values measured by the sensors in order to inform these measured values, and by the computer operating the simulation so that it can draw therefrom the data measured for the simulation.
  • the operating data imposed are accessible to the computer operating the simulation, such as for example the thermal power at each instant of simulation, the temperature difference of the primary fluid between the inlet and the outlet of the steam generator 22, the steam flow at the outlet of the generator of steam 22, or food water temperatures.
  • the computer operating the simulation can access a maintenance database, in which can be entered events such as the clogging of the tubes 31, the rate of clogging observed, or even the occurrence of a cleaning operation. .
  • the simulation duration is defined as the duration during which the operation of the steam generator 22 is simulated.
  • at least part of the simulation duration is synchronous with the actual operation of the steam generator 22, i.e. the steam generator 22 operates for an interval between a first simulation instant and a second instant. simulation, and operating data imposed on the model during this second simulation instant come from the operation of the steam generator 22 during this interval.
  • the simulation duration includes operation prior to this implementation, which the simulation can catch up by means of a history of operating data and data of maintenance.
  • the simulation is implemented at the same time as the operation of a steam generator 22 begins, there is of course no need for this adjustment.
  • the simulation of the operation of the steam generator 22 in parallel with the steam generator 22 makes it possible to accurately estimate the state of the steam generator 22, and in particular the rate of clogging and the fouling resistance.
  • this anticipation of the state of the steam generator 22 is made on the basis of a best updated state of the steam generator 22.

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Abstract

A method for maintaining a steam generator carrying out heat exchange between a first circuit (10) and a second circuit (20), the method comprising, over the course of a simulation comprising a plurality of simulation times, a simulation of the operation of the steam generator (22) using a model establishing fluid characteristic fields, in which, following a finding of an observed value of a parameter of the steam generator (22), an internal variable is adjusted so as to match a simulation value of the parameter to the observed value, which variable may be the clogging rate of the pipe segments, the pressure drop in the flow of the secondary fluid at the segment and/or the steam pressure, the clogging resistance subsequently being adjusted and the generator scheduled to be cleaned according to the clogging rate and/or the clogging resistance.

Description

Procédé d'entretien d'un générateur de vapeur impliquant un modèle Method of maintaining a steam generator involving a model
Domaine technique Technical area
L'invention appartient au domaine de la maintenance d'un générateur de vapeur, et plus précisément traite d'un d'entretien d'un générateur de vapeur opérant un échange thermique entre un circuit primaire et un circuit secondaire, par exemple dans une centrale nucléaire. The invention belongs to the field of the maintenance of a steam generator, and more specifically deals with a maintenance of a steam generator operating a heat exchange between a primary circuit and a secondary circuit, for example in a power plant nuclear.
Arrière-plan technologique Technology background
Un générateur de vapeur est généralement composé d'un faisceau de tubes dans lesquels circule le fluide chaud, et autour desquels circule le fluide à chauffer. Par exemple, dans le cas d'un générateur de vapeur d'une centrale nucléaire de type Réacteur à Eau Pressurisée, REP, les générateurs de vapeur sont des échangeurs de chaleur qui utilisent l'énergie du circuit primaire issue de la réaction nucléaire pour transformer l'eau du circuit secondaire en vapeur qui alimentera la turbine et ainsi à produire de l'électricité. A steam generator is generally made up of a bundle of tubes in which the hot fluid circulates, and around which the fluid to be heated circulates. For example, in the case of a steam generator of a Pressurized Water Reactor (PWR) nuclear power plant, the steam generators are heat exchangers that use the energy from the primary circuit resulting from the nuclear reaction to transform the water in the secondary circuit into steam which will power the turbine and thus produce electricity.
En référence à la figure 1 qui présente une vue en coupe très simplifiée de la structure d'une centrale nucléaire, le circuit primaire 10 fait circuler un fluide primaire caloporteur, typiquement de l'eau sous pression, au moyen d'une pompe 11. Le fluide primaire traverse une cuve de réacteur 12 pour entrer dans le cœur 13 du réacteur dans lequel se trouve les assemblages combustibles et où se produit la fission nucléaire, formant la source chaude du circuit primaire 10. Le fluide primaire est porté à haute température, au voisinage de 330°C. En sortie de la cuve 12, un pressuriseur 14 permet d'établir une pression d'environ 155 bars, afin que le fluide primaire reste à l'état liquide. Le fluide primaire pénètre ensuite dans un générateur de vapeur 22 opérant un échange thermique entre le fluide primaire et un fluide secondaire d'un circuit secondaire 20, typiquement de l'eau. Le fluide primaire est ensuite renvoyé par la pompe 11 vers la cuve de réacteur 12. Referring to Figure 1 which shows a very simplified sectional view of the structure of a nuclear power plant, the primary circuit 10 circulates a primary heat transfer fluid, typically pressurized water, by means of a pump 11. The primary fluid passes through a reactor vessel 12 to enter the core 13 of the reactor in which the fuel assemblies are located and where nuclear fission occurs, forming the heat source of the primary circuit 10. The primary fluid is brought to high temperature, around 330°C. At the outlet of the tank 12, a pressurizer 14 makes it possible to establish a pressure of approximately 155 bars, so that the primary fluid remains in the liquid state. The primary fluid then enters a steam generator 22 effecting a heat exchange between the primary fluid and a secondary fluid of a secondary circuit 20, typically water. The primary fluid is then returned by pump 11 to reactor vessel 12.
Le générateur de vapeur 22 amène le fluide secondaire d'un état d'eau liquide à l'état de vapeur juste en limite de saturation, en utilisant la chaleur du fluide primaire. Celle-ci circule dans des tubes autour desquels circule l'eau secondaire. La sortie du générateur de vapeur 22 est le point le plus haut en température et pression du circuit secondaire 20. Le circuit secondaire 20 récupère la vapeur produite par le générateur de vapeur 22 pour actionner un ensemble de turbines 24, afin de produire de l'électricité via un alternateur 26. Le fluide secondaire retourne à l'état liquide au travers d'un condenseur 28 qui échange ses calories avec une source froide SF, avant de retourner, via une pompe 29, vers le générateur de vapeur 22. The steam generator 22 brings the secondary fluid from a liquid water state to the vapor state just at the saturation limit, using the heat of the primary fluid. This circulates in tubes around which the secondary water circulates. The outlet of the steam generator 22 is the highest point in temperature and pressure of the secondary circuit 20. The secondary circuit 20 recovers the steam produced by the steam generator 22 to actuate a set of turbines 24, in order to produce electricity via an alternator 26. The secondary fluid returns to the liquid state through a condenser 28 which exchanges its calories with a cold source SF, before returning, via a pump 29, to the steam generator 22.
Une centrale nucléaire peut comporter plusieurs générateurs de vapeur en fonction des calories à évacuer, chaque générateur de vapeur étant connecté à la cuve du réacteur et au turbines selon la représentation simplifiée de la figure 1. Par exemple et non limitativement, une centrale nucléaire du type REP 900 MW comprend en général trois générateurs de vapeur, une centrale nucléaire de type EPR 1650 MW comprendra quatre générateurs de vapeur. A nuclear power plant may comprise several steam generators depending on the calories to be evacuated, each steam generator being connected to the reactor vessel and to the turbines according to the simplified representation of FIG. 1. For example and not limited to, a nuclear power plant of the type REP 900 MW generally includes three steam generators, a nuclear power plant of the EPR 1650 MW type will include four steam generators.
La surface d'échange, séparant physiquement le circuit primaire et le circuit secondaire, est ainsi constituée d'un faisceau tubulaire, composé de 3000 à 15000 tubes, selon le modèle, dans lesquels circule l'eau primaire portée à haute température (330 °C) et haute pression (155 bars). Ces tubes du générateur de vapeur sont maintenus par des plaques entretoises disposées généralement perpendiculairement aux tubes qui les traversent. The exchange surface, physically separating the primary circuit and the secondary circuit, is thus made up of a tube bundle, made up of 3,000 to 15,000 tubes, depending on the model, in which circulates the primary water heated to high temperature (330° C) and high pressure (155 bar). These tubes of the steam generator are held by spacer plates arranged generally perpendicular to the tubes which pass through them.
Afin de laisser passer le fluide qui se vaporise, les passages de ces plaques entretoises sont foliés, c'est-à-dire que leur forme présente des lobes autour des tubes. Comme le fluide secondaire passe de l'état liquide à l'état vapeur, il dépose sur les plaques entretoises, à chaque passage, une certaine quantité de matières qu'il transporte, formant des dépôts s'accumulant et se fixant au fil du temps, finissant par colmater les passages foliés. Les dépôts se font souvent sous la forme d'un oxyde de fer appelé magnétite issu de la corrosion des éléments de tuyauterie, ou bien d'autres oxydes de fer ou encore d'un oxyde d'un autre métal. In order to allow the fluid which vaporizes to pass, the passages of these spacer plates are foliated, that is to say their shape has lobes around the tubes. As the secondary fluid passes from the liquid state to the vapor state, it deposits on the spacer plates, with each passage, a certain quantity of materials which it transports, forming deposits accumulating and fixing over time , eventually clogging the foliated passages. The deposits are often in the form of an iron oxide called magnetite resulting from the corrosion of the pipe elements, or other iron oxides or even an oxide of another metal.
La figure 2 illustre schématiquement un passage folié dans une plaque entretoise 30, dans lequel passe un tube 31. Les passages 32 sous forme de lobe permettent à l'eau de traverser la plaque entretoise 30 le long du tube 31, permettant ainsi la circulation de l'eau dans le générateur de vapeur. Le nombre de lobes 32 peut varier : il existe par exemple des plaques entretoises de générateurs de vapeur comprenant des passages foliés à trois lobes 32 au lieu de quatre, tout autant susceptibles de se colmater. Un dépôt 33 est visible au niveau d'un lobe du passage 32, colmatant ledit lobe. Ce dépôt peut être situé du côté du tube 31 et/ou du côté de la plaque entretoise 30. Le colmatage conduit à des modifications de l'écoulement du fluide secondaire dans le générateur de vapeur 22, et ainsi à favoriser l'apparition de vibrations excessives des tubes 31, ainsi qu'induire des efforts mécaniques importants sur les structures internes des générateurs de vapeur 22 ou encore modifier la stabilité du générateur de vapeur pendant les transitoires de puissance. Cette dégradation a donc des effets à la fois sur la sûreté et sur les performances des installations, d'où la nécessité d'une maintenance régulière, typiquement lors des arrêts périodiques de la tranche nucléaire concernée. FIG. 2 schematically illustrates a foliated passage in a spacer plate 30, through which passes a tube 31. The lobe-shaped passages 32 allow water to pass through the spacer plate 30 along the tube 31, thus allowing the water in the steam generator. The number of lobes 32 can vary: there are, for example, steam generator spacer plates comprising foliated passages with three lobes 32 instead of four, which are just as likely to clog. A deposit 33 is visible at the level of a lobe of the passage 32, clogging said lobe. This deposit can be located on the side of the tube 31 and/or on the side of the spacer plate 30. The clogging leads to modifications of the flow of the secondary fluid in the steam generator 22, and thus to promote the excessive tubes 31, as well as induce significant mechanical forces on the internal structures of the steam generators 22 or modify the stability of the steam generator during power transients. This degradation has therefore effects both on the safety and on the performance of the facilities, hence the need for regular maintenance, typically during periodic shutdowns of the nuclear unit concerned.
Si les dépôts de matière se font dans les lobes des passages 32, ils diminuent le passage libre : c'est le colmatage, qui est donc l'obturation progressive, par des dépôts, des trous destinés au passage du mélange liquide/vapeur. Si les dépôts de matière se font le long des tubes, il s'agit d'encrassement qui limite le transfert thermique entre le circuit primaire et le circuit secondaire, entrainant une diminution de la pression de fonctionnement du générateur de vapeur 22 pour une même puissance thermique et donc une baisse du rendement global de la centrale et de la production électrique. If the deposits of material are made in the lobes of the passages 32, they reduce the free passage: this is the clogging, which is therefore the progressive sealing, by deposits, of the holes intended for the passage of the liquid/vapor mixture. If the deposits of material are made along the tubes, this is fouling which limits the heat transfer between the primary circuit and the secondary circuit, causing a reduction in the operating pressure of the steam generator 22 for the same power. and therefore a drop in the overall efficiency of the plant and of electricity production.
Dans le but de réduire, voire de supprimer, ces dépôts, il est possible de nettoyer les tubes et les plaques entretoises par des procédés chimiques. Ces procédés sont mis en œuvre pendant les arrêts périodiques de la centrale nucléaire et consistent à injecter des réactifs chimiques dans le circuit secondaire des générateurs de vapeur afin de déstructurer et dissoudre ces dépôts de magnétite. In order to reduce, or even eliminate, these deposits, it is possible to clean the tubes and the spacer plates by chemical processes. These processes are implemented during periodic shutdowns of the nuclear power plant and consist of injecting chemical reagents into the secondary circuit of the steam generators in order to destructure and dissolve these magnetite deposits.
Ces procédés sont lourds, la capacité industrielle du marché est limitée, et la préparation se fait avec des années d'avance. De plus, un générateur de vapeur 22 ne peut subir qu'un nombre limité de nettoyage afin d'éviter tout dommage induit par les produits chimiques employés. Les deux situations suivantes doivent donc être évitées : These processes are cumbersome, the industrial capacity of the market is limited, and the preparation is done years in advance. In addition, a steam generator 22 can only undergo a limited number of cleanings in order to avoid any damage induced by the chemicals used. The following two situations must therefore be avoided:
1) réaliser un nettoyage d'un générateur de vapeur 22 qui n'en a pas encore besoin ;1) carry out a cleaning of a steam generator 22 which does not yet need it;
2) découvrir pendant un arrêt périodique qu'un générateur de vapeur 22 présente trop de dépôt, et ne pas avoir l'autorisation à redémarrer avant de réaliser un nettoyage en urgence. 2) discovering during a periodic shutdown that a steam generator 22 has too much deposit, and not having the authorization to restart before carrying out an emergency cleaning.
Le deuxième cas implique notamment un arrêt qui se prolonge de plusieurs mois, afin de préparer l'opération de nettoyage. The second case notably involves a shutdown that lasts for several months, in order to prepare for the clean-up operation.
Afin de lutter contre le colmatage et l'encrassement et ainsi ramener le générateur de vapeur 22 dans un état compatible avec un fonctionnement en toute sûreté et rentable, il est alors nécessaire de disposer d'un outil qui soit capable de réaliser des estimations et des prévisions de l'évolution dans le temps du colmatage et de l'encrassement pour un générateur de vapeur 22 en particulier afin de limiter les aléas et d'optimiser le calendrier des nettoyages : on veut éviter de nettoyer trop tôt des générateurs de vapeur mais pas trop tard afin de rester en dessous des limites techniques prescrites. In order to fight against clogging and fouling and thus bring the steam generator 22 back to a state compatible with safe and profitable operation, it is then necessary to have a tool which is capable of carrying out estimates and predictions of the evolution over time of clogging and fouling for a steam generator 22 in particular in order to limit the hazards and to optimize the cleaning schedule: we want to avoid cleaning the steam generators too early but not too late to stay below the prescribed technical limits.
Classiquement, le taux de colmatage ou l'encrassement est estimé en extrapolant des mesures faites lors d'inspection. Actuellement, le seul système d'examen non destructif qui soit capable d'accéder à la totalité des intersections tubes/plaques entretoises des générateurs de vapeur 22 est la sonde axiale à courant de Foucault. Les courants de Foucault apparaissent dans un matériau conducteur lorsque l'on fait varier le flux magnétique à proximité. On fait ainsi circuler dans un tube dudit échangeur une sonde à courant de Foucault multifréquence et on mesure avec celle-ci un signal de mesure fonction de l'environnement dans lequel la sonde se trouve, duquel on peut extraire des informations quant à des anomalies dans l'échangeur thermique. Une variation de l'induction magnétique, typiquement par une bobine dans laquelle circule un courant alternatif, engendre des courants de Foucault, dont la variation induite du champ magnétique est détectée. Typiquement, on mesure la différence de tension engendrée par la variation d'impédance de la bobine. Conventionally, the level of clogging or fouling is estimated by extrapolating measurements taken during inspection. Currently, the only non-destructive examination system that is capable of accessing all of the tube/spacer plate intersections of the steam generators 22 is the axial eddy current probe. Eddy currents appear in a conductive material when the magnetic flux nearby is varied. A multi-frequency eddy current probe is thus circulated in a tube of said exchanger and a measurement signal is measured with it, depending on the environment in which the probe is located, from which information can be extracted as to anomalies in the heat exchanger. A variation of the magnetic induction, typically by a coil in which an alternating current circulates, generates eddy currents, the induced variation of the magnetic field of which is detected. Typically, the voltage difference generated by the impedance variation of the coil is measured.
Toutefois, de telles inspections sont ponctuelles, et l'évolution du taux de colmatage repose alors sur des hypothèses telles qu'une progression linéaire de celui-ci au cours du temps, qui ne peuvent constituer qu'une approximation grossière de la réalité. Il en résulte que le taux de colmatage ou l'encrassement n'est pas connu avec précision, et ne peut être prédit, alors même que les enjeux en termes de sûreté ou de production électrique sont importants. However, such inspections are occasional, and the evolution of the clogging rate is then based on assumptions such as a linear progression of the latter over time, which can only constitute a rough approximation of reality. As a result, the rate of clogging or fouling is not known with precision, and cannot be predicted, even though the stakes in terms of safety or electrical production are high.
Il est par ailleurs bien connu la pratique des Examens Télévisuels qui permettent l'observation directe de la présence de dépôt 33 à l'intérieur des passages 32 des plaques entretoises 30. Toutefois, ces examens sont d'une part trop espacés dans le temp, et d'autre part ils ne permettent d'examiner qu'une petite portion de la plaque entretoise 30 et seules quelques plaques entretoises d'un même générateur de vapeur 22 sont accessibles. It is also well known the practice of Television Examinations which allow the direct observation of the presence of deposit 33 inside the passages 32 of the spacer plates 30. However, these examinations are on the one hand too spaced out in time, and on the other hand they only allow a small portion of the spacer plate 30 to be examined and only a few spacer plates of the same steam generator 22 are accessible.
Présentation de l'invention Presentation of the invention
L'invention vise donc à permettre la maintenance d'un générateur de vapeur opérant un échange thermique entre un circuit primaire et un circuit secondaire, en mettant en place un jumeau numérique dudit générateur de vapeur, qui en exploitant de manière appropriée certaines données, permet de reproduire au mieux l'évolution du colmatage et de l'encrassement dans le générateur de vapeur, et donc de planifier au mieux la mise en œuvre d'une opération de nettoyage du générateur de vapeur. The invention therefore aims to allow the maintenance of a steam generator operating a heat exchange between a primary circuit and a secondary circuit, by setting up a digital twin of said steam generator, which by appropriately exploiting certain data, allows to reproduce the evolution of clogging and fouling in the steam generator as well as possible, and therefore to plan the implementation of a steam generator cleaning operation as well as possible.
Il est proposé un procédé d'entretien d'un générateur de vapeur opérant un échange thermique entre un circuit primaire et un circuit secondaire, le générateur de vapeur comprenant une pluralité de tubes traversant un milieu interne, un fluide primaire du circuit primaire circulant dans lesdits tubes tandis qu'un fluide secondaire du circuit secondaire circule dans le milieu interne, le générateur de vapeur comprenant en outre une pluralité de plaques traversées par lesdits tubes et dans lesquelles sont ménagés des passages le long des tubes permettant la circulation du fluide secondaire, le procédé comprenant, au cours d'une durée de simulation comprenant une pluralité d'instants de simulation, une simulation du fonctionnement du générateur de vapeur utilisant un modèle dudit générateur de vapeur comprenant des paramètres géométriques du générateur de vapeur et prenant en compte des données d'exploitation imposées, le modèle établissant des champs de caractéristiques liées à l'écoulement du fluide primaire et du fluide secondaire et à l'échange thermique entre fluide primaire et fluide secondaire à chaque instant de simulation, à partir des paramètres géométriques, des données d'exploitation imposées, et de variables internes, et dans le procédé, suite à une constatation d'une valeur constatée d'un paramètre du générateur de vapeur sur ledit générateur de vapeur à un instant de simulation faisant suite à des instants de simulation précédents, une variable interne est ajustée de sorte à faire correspondre une valeur de simulation dudit paramètre audit instant de simulation avec la valeur constatée du paramètre, la simulation étant poursuivie au cours des instants de simulation suivants à partir de cette variable interne ajustée, et la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est un taux de colmatage de passages constaté lors d'une inspection dudit générateur de vapeur, la variable interne ajustée étant alors une perte de charge de l'écoulement du fluide secondaire au niveau dudit passage, et/ou la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est une pression de vapeur mesurée dans le milieu interne, la variable interne ajustée étant alors une résistance d'encrassement affectant le transfert thermique, et à l'issue de la durée de simulation, la mise en œuvre d'une opération de nettoyage du générateur de vapeur est planifiée sur la base du taux de colmatage et/ou de la résistance d'encrassement. A method for maintaining a steam generator operating a heat exchange between a primary circuit and a secondary circuit is proposed, the steam generator comprising a plurality of tubes passing through an internal medium, a primary fluid of the primary circuit circulating in said tubes while a secondary fluid of the secondary circuit circulates in the internal medium, the steam generator further comprising a plurality of plates through which said tubes pass and in which passages are provided along the tubes allowing the circulation of the secondary fluid, the method comprising, during a period of simulation comprising a plurality of simulation instants, a simulation of the operation of the steam generator using a model of said steam generator comprising geometric parameters of the steam generator and taking into account imposed operating data, the model establishing characteristics related to the flow of the primary fluid and the secondary fluid and to the heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid at each instant of simulation, from the geometric parameters, the imposed operating data, and internal variables, and in the method, following an observation of an observed value of a parameter of the steam generator on said steam generator at a simulation instant following previous simulation instants, an internal variable is adjusted so as to match a simulation value of said parameter at said simulation instant with the observed value of the parameter, the simulation being continued during the following simulation instants from this adjusted internal variable, and the observed value of the parameter of the steam generator is a rate of clogging of passages observed during an inspection of said steam generator, the adjusted internal variable then being a pressure drop in the flow of the secondary fluid at the level of said passage, and/or the observed value of the parameter of the steam generator is a steam pressure measured in the internal medium, the adjusted internal variable then being a fouling resistance affecting the heat transfer, and at the end of the simulation time, the implementation of a steam generator cleaning operation is planned based on clogging rate and/or fouling resistance.
Ce procédé est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : This method is advantageously supplemented by the following characteristics, taken alone or in any of their technically possible combination:
- la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est une température liée à la pression dans le milieu interne, ladite température étant mesurée à la place de la pression, la variable interne ajustée étant encore une résistance d'encrassement affectant le transfert thermique ; the observed value of the parameter of the steam generator is a temperature related to the pressure in the internal medium, said temperature being measured instead of the pressure, the adjusted internal variable still being a fouling resistance affecting the heat transfer;
- le générateur de vapeur fonctionne pendant un intervalle de temps entre un premier instant de simulation et un deuxième instant de simulation, et des données d'exploitations imposées au modèle lors de ce deuxième instant de simulation sont issues du fonctionnement du générateur de vapeur lors de cet intervalle de temps ; - les données d'exploitation imposées comprennent au moins l'un parmi une puissance thermique correspondant à la puissance échangée entre le circuit primaire et le circuit secondaire, une différence de température dans le circuit primaire entre l'entrée du générateur de vapeur et la sortie du générateur de vapeur, et un débit de vapeur dans le circuit secondaire en sortie du générateur de vapeur ; - the steam generator operates for a time interval between a first simulation instant and a second simulation instant, and operating data imposed on the model during this second simulation instant come from the operation of the steam generator during this time interval; - the operating data imposed include at least one of a thermal power corresponding to the power exchanged between the primary circuit and the secondary circuit, a temperature difference in the primary circuit between the inlet of the steam generator and the outlet of the steam generator, and a steam flow in the secondary circuit at the outlet of the steam generator;
- à au moins un instant de simulation, la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est un taux de colmatage de passages ou une résistance d'encrassement suite à un nettoyage du générateur de vapeur, la variable interne ajustée étant alors ledit taux de colmatage ou ladite résistance d'encrassement, respectivement ; - at at least one instant of simulation, the observed value of the parameter of the steam generator is a rate of clogging of passages or a fouling resistance following cleaning of the steam generator, the adjusted internal variable then being said rate of clogging or said fouling resistor, respectively;
- à au moins un instant de simulation, la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur décrit un bouchage d'un tube, et un modificateur reflétant ledit bouchage est appliqué aux paramètres géométriques du modèle du générateur de vapeur ; - at at least one instant of simulation, the observed value of the parameter of the steam generator describes a blockage of a tube, and a modifier reflecting said blockage is applied to the geometric parameters of the model of the steam generator;
- la simulation, à chaque instant de simulation, met en œuvre : a) une détermination de champs de caractéristiques liées à l'écoulement du fluide primaire et du fluide secondaire et à l'échange thermique entre fluide primaire et fluide secondaire, b) une détermination de grandeurs chimiques du fluide secondaire à partir du champs thermo-hydrauliques, c) une détermination d'une relation de transport et de dépôt de matière, le taux de colmatage et/ou l'encrassement étant déterminé à partir de ladite relation de transport et de dépôt de matière ; - the simulation, at each moment of simulation, implements: a) a determination of characteristic fields linked to the flow of the primary fluid and the secondary fluid and to the heat exchange between the primary fluid and the secondary fluid, b) a determination of chemical quantities of the secondary fluid from the thermo-hydraulic fields, c) a determination of a relation of transport and deposition of matter, the rate of clogging and/or fouling being determined from said transport relation and material deposition;
- à au moins un instant de simulation, le taux de colmatage est déterminé à partir de variables internes en utilisant une estimation d'un taux d'accumulation de dépôt faisant intervenir un terme de dépôt de particules et d'un terme de précipitation d'espèces solubles, auxquels est retranché un terme représentant un flux d'arrachement, et dans lequel à au moins un instant de simulation, l'encrassement est déterminé à partir de la somme de deux flux de matières : un flux induit par la précipitation pariétale des espèces solubles, et un flux induit par l'ébullition pariétale ; - at least one simulation instant, the clogging rate is determined from internal variables using an estimate of a deposit accumulation rate involving a particle deposit term and a precipitation term of soluble species, from which is subtracted a term representing a tearing flux, and in which at least one instant of simulation, the fouling is determined from the sum of two fluxes of materials: a flux induced by the parietal precipitation of the soluble species, and a flux induced by parietal boiling;
- le procédé comprend la mise en œuvre d'une opération de nettoyage du générateur de vapeur suite à la détermination du taux de colmatage et/ou de la résistance d'encrassement ;- the method comprises the implementation of a steam generator cleaning operation following the determination of the clogging rate and/or the fouling resistance;
- le nettoyage est un nettoyage chimique du générateur de vapeur nécessitant l'arrêt du fonctionnement du générateur de vapeur. Présentation des figures - the cleaning is a chemical cleaning of the steam generator requiring the shutdown of the steam generator. Presentation of figures
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : Other characteristics, objects and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and which must be read in conjunction with the appended drawings in which:
- la figure 1, déjà discutée, présente une vue en coupe très simplifiée du circuit primaire et du circuit secondaire d'une tranche de centrale nucléaire ; - Figure 1, already discussed, shows a very simplified sectional view of the primary circuit and the secondary circuit of a nuclear power station unit;
- la figure 2, déjà discutée, illustre schématiquement un passage folié dans une plaque entretoise 30 ; - Figure 2, already discussed, schematically illustrates a foliated passage in a spacer plate 30;
- la figure 3 montre un exemple de générateur de vapeur. - Figure 3 shows an example of a steam generator.
Description détaillée detailed description
Générateur de vapeur Steam generator
A titre non limitatif, la présente description est faite dans le cadre d'un générateur de vapeur 22 utilisant l'eau comme fluide caloporteur aussi bien pour le circuit primaire que pour le circuit secondaire. Généralement, un générateur de vapeur 22 mesure environ 20 mètres de hauteur, 3 mètres de diamètre, et pèse jusqu'à 300 tonnes. By way of non-limiting, the present description is given within the framework of a steam generator 22 using water as the heat transfer fluid both for the primary circuit and for the secondary circuit. Generally, a steam generator 22 measures approximately 20 meters in height, 3 meters in diameter, and weighs up to 300 tons.
En référence à la Figure 3, un générateur de vapeur 22 comprend un ensemble de tubes 31 dans lesquels circule le fluide primaire, des plaques entretoises 30 maintenant lesdits tubes, 31. Les tubes 31, par exemple en forme de U renversé, et forment un faisceau tubulaire. Les tubes 31 sont relativement fins puisque leur diamètre mesure environ 2 cm, et leur nombre varie entre 3000 et 15000, tubes selon le type de générateur de vapeur 22. Le faisceau tubulaire présente une surface d'échange importante, comprise entre 4700 m2 et 10000 m2, afin de permettre un transfert thermique maximal entre le fluide du circuit primaire circulant à l'intérieur des tubes et le fluide du circuit secondaire circulant à l'extérieur des tubes. Des barres antivibratoires 34 enserrant le faisceau de tubes 31 empêchent les vibrations et maintiennent les tubes 31 au niveau de la partie cintrée en haut du faisceau de tubes 31. Referring to Figure 3, a steam generator 22 comprises a set of tubes 31 in which the primary fluid circulates, spacer plates 30 holding said tubes, 31. The tubes 31, for example in the shape of an inverted U, and form a tube bundle. The tubes 31 are relatively thin since their diameter measures about 2 cm, and their number varies between 3000 and 15000, tubes depending on the type of steam generator 22. The tube bundle has a large exchange surface, between 4700 m2 and 10000 m2, in order to allow maximum heat transfer between the fluid of the primary circuit circulating inside the tubes and the fluid of the secondary circuit circulating outside the tubes. Anti-vibration bars 34 enclosing the bundle of tubes 31 prevent vibrations and maintain the tubes 31 at the level of the curved part at the top of the bundle of tubes 31.
Le générateur de vapeur 22 comprend des plaques de maintien du faisceau de tubes : une plaque tubulaire 35 sur laquelle sont fixées les tubes 31 en bas du générateur du vapeur, est percée de trous de passage pour les tubes 31, les plaques entretoises 30 sont positionnées horizontalement le long du générateur de vapeur 22. Le nombre de plaques entretoises dépend du type de générateur de vapeur 22 et du palier de la centrale nucléaire, le palier se définissant entre autres par la puissance de la centrale nucléaire ; on parlera de paliers 900 MW, 1300 MW, 1650 MW etc. Comme évoqué précédemment, les plaques entretoises 30 sont munies de passages foliés traversés par les tubes 31. Typiquement, ces passages foliés sont répartis de manière uniforme sur chaque plaque entretoise 30, et il y en a autant par plaque entretoise 30 que de tubes 31. The steam generator 22 comprises plates for holding the bundle of tubes: a tube plate 35 on which the tubes 31 are fixed at the bottom of the steam generator, is pierced with passage holes for the tubes 31, the spacer plates 30 are positioned horizontally along the steam generator 22. The number of spacer plates depends on the type of steam generator 22 and the bearing of the nuclear power plant, the bearing being defined among other things by the power of the nuclear power plant; we will talk about 900 MW, 1300 MW, 1650 MW etc. As mentioned previously, the spacer plates 30 are provided with foliated passages through which the tubes 31 pass. Typically, these foliated passages are distributed uniformly over each spacer plate 30, and there are as many per spacer plate 30 as there are tubes 31.
Le générateur de vapeur 22 comprend une enceinte 36 confinant l'eau secondaire, tant sous forme liquide en bas du générateur de vapeur que sous forme de vapeur. En bas, une boîte à eau 37 sur laquelle débouchent les tubes 31 fait partie du circuit primaire et permet à l'eau primaire de rejoindre les tubes 31. La boîte à eau 37 est typiquement en deux compartiments, l'un formant l'entrée du générateur de vapeur 22 pour l'eau primaire, et l'autre formant la sortie du générateur de vapeur 22 pour l'eau primaire après avoir parcouru les tubes 31. La boîte à eau 37 permet généralement d'accéder aux tubes 31, par exemple pour les boucher au moyen de bouchons. The steam generator 22 comprises an enclosure 36 confining the secondary water, both in liquid form at the bottom of the steam generator and in steam form. At the bottom, a water box 37 onto which the tubes 31 open is part of the primary circuit and allows the primary water to join the tubes 31. The water box 37 is typically in two compartments, one forming the inlet of the steam generator 22 for the primary water, and the other forming the outlet of the steam generator 22 for the primary water after having passed through the tubes 31. The water box 37 generally allows access to the tubes 31, by example to plug them with plugs.
L'eau du circuit primaire 10 pénètre dans le faisceau tubulaire en bas de générateur de vapeur 22 côté Branche Chaude (BC). En entrée de générateur de vapeur 22, l'eau du circuit primaire 10 est à une température comprise entre 320°C et 330°C, et à une pression d'environ 155 bars. Lors de son écoulement dans les tubes 31, l'eau primaire se refroidit en transférant son énergie thermique par conduction et convection à travers la paroi des tubes 31 au fluide secondaire circulant à l'extérieur des tubes 31. Après son ascension, l'eau primaire entame une phase de descente dans les tubes 31 côté Branche Eroide (BE) où elle continue à transférer son énergie thermique au fluide secondaire. L'eau primaire quitte ensuite le générateur de vapeur 22 puis est réinjectée par une pompe 11 dans le cœur du réacteur pour récupérer de l'énergie thermique issue de la réaction nucléaire. En sortie de générateur de vapeur 22, la température de l'eau du circuit primaire est comprise entre 284°C et 293 °C. La zone située entre la branche chaude et la branche froide dans la partie non tubée au centre du générateur de vapeur 22 est appelé la rue d'eau. The water from the primary circuit 10 enters the tube bundle at the bottom of the steam generator 22 on the Hot Leg (BC) side. At the steam generator inlet 22, the water in the primary circuit 10 is at a temperature of between 320° C. and 330° C., and at a pressure of approximately 155 bars. During its flow in the tubes 31, the primary water cools by transferring its thermal energy by conduction and convection through the wall of the tubes 31 to the secondary fluid circulating outside the tubes 31. After its ascent, the water primary begins a descent phase in the tubes 31 on the Eroide Branch (BE) side where it continues to transfer its thermal energy to the secondary fluid. The primary water then leaves the steam generator 22 then is reinjected by a pump 11 into the core of the reactor to recover thermal energy from the nuclear reaction. At the outlet of the steam generator 22, the temperature of the water in the primary circuit is between 284° C. and 293° C. The area located between the hot leg and the cold leg in the uncased part at the center of the steam generator 22 is called the water street.
L'eau secondaire, dite aussi eau alimentaire pour le générateur de vapeur 22, est injectée en partie haute du générateur de vapeur 22 via une entrée secondaire 38 où elle est répartie sur toute la périphérie du générateur de vapeur 22 par l'intermédiaire d'un tore d'alimentation 40. Cette eau alimentaire, à sa sortie du tore 40, se mélange avec l'eau de drainage issue des équipements de séparation et de séchage de la vapeur puis descend dans le retour d'eau jusqu'au bas du générateur de vapeur 22. L'eau alimentaire s'écoule alors de bas en haut le long des tubes 31 , et dans la rue d'eau du générateur de vapeur 22, que ce soit côté branche chaude ou côté branche froide. Au contact des tubes, l'eau du circuit secondaire 20 absorbe l'énergie thermique fournie par le circuit primaire 10, s'échauffe, puis se vaporise. La vapeur engendrée côté secondaire monte le long du faisceau des tubes 31 où elle atteint une pression comprise entre 55 bars et 74 bars, selon le type de générateur de vapeur 22 associé à un palier donné. La température de la vapeur est la température de saturation associée à la pression, à savoir de l'ordre de 270°C à 290°C. The secondary water, also called feed water for the steam generator 22, is injected into the upper part of the steam generator 22 via a secondary inlet 38 where it is distributed over the entire periphery of the steam generator 22 via a feed torus 40. This feed water, on leaving the torus 40, mixes with the drainage water from the steam separation and drying equipment then descends in the water return to the bottom of the steam generator 22. Feed water then flows from bottom to top along the tubes 31, and in the water channel of the steam generator 22, either on the hot branch side or on the cold branch side. In contact with the tubes, the water in the secondary circuit 20 absorbs the thermal energy supplied by the primary circuit 10, heats up and then vaporizes. The steam generated on the secondary side rises along the bundle of tubes 31 where it reaches a pressure of between 55 bars and 74 bars, depending on the type of steam generator 22 associated with a given stage. The temperature of the vapor is the saturation temperature associated with the pressure, namely of the order of 270°C to 290°C.
La vapeur poursuit son ascension à travers les équipements de séparation et de séchage du mélange eau-vapeur dont la fonction est de séparer la phase liquide et la phase gazeuse. Ces équipements comprennent des séparateurs de type cyclone 42 et de cadres sécheurs 44 situés au-dessus des séparateurs 42 délivrant une vapeur sèche avec un titre de préférence supérieur à 99 %, voire 99,5%, afin être suffisamment sèche pour éviter toute détérioration des ailettes de la turbine 24. La vapeur s'échappe ensuite par l'échappement vapeur 46 située sur le fond supérieur en haut du générateur de vapeur 22, et est amenée par le circuit secondaire 20 jusqu'à la turbine 24. The steam continues its ascent through the equipment for separating and drying the water-steam mixture, the function of which is to separate the liquid phase and the gaseous phase. This equipment comprises separators of the cyclone type 42 and dryer frames 44 located above the separators 42 delivering dry steam with a titer preferably greater than 99%, or even 99.5%, in order to be dry enough to avoid any deterioration of the fins of the turbine 24. The steam then escapes through the steam exhaust 46 located on the upper bottom at the top of the steam generator 22, and is brought through the secondary circuit 20 to the turbine 24.
Le circuit primaire 10 et le circuit secondaire 20 sont dotés de capteurs, permettant de mesurer certaines grandeurs physiques, desquels peuvent être déduits des paramètres de fonctionnement du générateur de vapeur 22. Le circuit primaire 10 est doté de capteurs de température, typiquement des thermomètres tels que des thermocouples, permettant de déterminer la température en entrée et en sortie de l'échangeur de chaleur 22. Le circuit secondaire 20 est doté d'au moins un capteur permettant d'obtenir le débit de vapeur en sortie du générateur de vapeur 22 (un débitmètre vapeur), et d'au moins un capteur permettant de mesurer la pression en haut du générateur de vapeur 22, en aval de l'échappement vapeur 46. The primary circuit 10 and the secondary circuit 20 are equipped with sensors, making it possible to measure certain physical quantities, from which the operating parameters of the steam generator 22 can be deduced. The primary circuit 10 is equipped with temperature sensors, typically thermometers such as than thermocouples, making it possible to determine the temperature at the inlet and at the outlet of the heat exchanger 22. The secondary circuit 20 is equipped with at least one sensor making it possible to obtain the flow rate of steam at the outlet of the steam generator 22 ( a steam flow meter), and at least one sensor for measuring the pressure at the top of the steam generator 22, downstream of the steam exhaust 46.
Il est également possible de disposer d'un capteur de température mesurant la température de l'eau alimentaire, en entrée du générateur de vapeur 22, et d'un capteur de taux d'humidité de la vapeur, par exemple à l'échappement vapeur 46. De multiples autres capteurs peuvent être prévus, en particulier afin de s'assurer de la sécurité de fonctionnement du générateur de vapeur 22. Il est à noter toutefois qu'en raison des nombreuses contraintes de certaines parties du générateur de vapeur 22 (température, pression, radioactivité, etc.), il n'est pas possible de disposer de capteurs permettant de mesurer n'importe quelle grandeur physique à n'importe quel endroit. La conduite du fonctionnement du générateur de vapeur 22 se fait généralement via l'imposition d'une puissance thermique, qui correspond à la puissance échangée entre le circuit primaire 10 et le circuit secondaire 20. En effet, c'est cette puissance thermique qui conditionne la puissance fournie à la turbine 24 et donc à l'alternateur 26. Cette puissance thermique est généralement déduite du différentiel de température dans le circuit primaire 10 entre l'entrée du générateur de vapeur 22 et la sortie du générateur de vapeur 22, et/ou du débit de vapeur dans le circuit secondaire 22 en sortie du générateur de vapeur 22. It is also possible to have a temperature sensor measuring the temperature of the feed water, at the inlet of the steam generator 22, and a steam humidity rate sensor, for example at the steam exhaust. 46. Multiple other sensors may be provided, in particular to ensure the operational safety of the steam generator 22. It should be noted however that due to the numerous constraints of certain parts of the steam generator 22 (temperature , pressure, radioactivity, etc.), it is not possible to have sensors that can measure any physical quantity at any location. The conduct of the operation of the steam generator 22 is generally done via the imposition of a thermal power, which corresponds to the power exchanged between the primary circuit 10 and the secondary circuit 20. Indeed, it is this thermal power which conditions the power supplied to the turbine 24 and therefore to the alternator 26. This thermal power is generally deduced from the temperature differential in the primary circuit 10 between the inlet of the steam generator 22 and the outlet of the steam generator 22, and/ or the steam flow in the secondary circuit 22 at the outlet of the steam generator 22.
Simulation du fonctionnement du générateur de vapeur Simulation of steam generator operation
Une simulation informatique du générateur de vapeur 22 simule le fonctionnement du générateur de vapeur 22 au cours d'une durée de simulation comprenant une pluralité d'instants de simulation sucessifs. La simulation est mise en œuvre par un ordinateur comprenant un processeur et une mémoire, et des interfaces de communication. La simulation du fonctionnement du générateur de vapeur 22 utilisant un modèle du générateur de vapeur 22 comprenant des paramètres géométriques du générateur de vapeur 22 et prenant en compte des données d'exploitation imposées. Le modèle établit des champs de caractéristiques liées à l'écoulement du fluide primaire et du fluide secondaire et à l'échange thermique entre fluide primaire et fluide secondaire à chaque instant de simulation. Le modèle utilise pour ce faire des paramètres géométriques, des données d'exploitation imposées, et des variables internes. A computer simulation of the steam generator 22 simulates the operation of the steam generator 22 during a simulation period comprising a plurality of successive simulation instants. The simulation is implemented by a computer comprising a processor and a memory, and communication interfaces. The simulation of the operation of the steam generator 22 using a model of the steam generator 22 comprising geometric parameters of the steam generator 22 and taking into account imposed operating data. The model establishes fields of characteristics linked to the flow of the primary fluid and of the secondary fluid and to the heat exchange between primary fluid and secondary fluid at each instant of simulation. To do this, the model uses geometric parameters, imposed operating data, and internal variables.
Les paramètres géométriques du générateur de vapeur 22 rendent compte de la structure spatiale du générateur de vapeur 22, en particulier afin de modéliser les volumes dans lesquels s'écoulent le fluide primaire et le fluide secondaire. Les paramètres géométriques du générateur de vapeur 22 modélisent par exemple les tubes et les passages le long des tubes traversant les plaques, mais comprennent bien d'autres données permettant une modélisation tridimensionnelle du générateur de vapeur 22. Typiquement, le modèle du générateur de vapeur 22 présente une résolution de la structure de quelques centimètres, permettant la modélisation des champs de caractéristiques liées à l'écoulement du fluide primaire et du fluide secondaire avec une résolution de l'ordre du litre. The geometric parameters of the steam generator 22 reflect the spatial structure of the steam generator 22, in particular in order to model the volumes in which the primary fluid and the secondary fluid flow. The geometric parameters of the steam generator 22 model, for example, the tubes and the passages along the tubes passing through the plates, but include many other data allowing a three-dimensional modeling of the steam generator 22. Typically, the model of the steam generator 22 presents a resolution of the structure of a few centimeters, allowing the modeling of the fields of characteristics related to the flow of the primary fluid and the secondary fluid with a resolution of the order of the liter.
Si la plupart des paramètres géométriques du générateur de vapeur 22 sont fixés une fois pour toute puisqu'ils dépendent de la nature du générateur de vapeur 22, il est toutefois possible de les compléter au moyen de modificateurs. Par exemple, au cours de la vie d'un générateur de vapeur 22, il est courant que certains tubes 31 soient bouchés volontairement au cours d'une opération de maintenance. Un tube 31 est bouché au moyen d'un obturateur, par exemple lorsqu'il a été constaté une anomalie structurelle de ce tube 31 menaçant la séparation entre le circuit primaire 10 et le circuit secondaire 20. Lorsqu'un tube 31 est bouché, il n'y a plus de circulation de fluide primaire dans ledit tube 31, bien que le tube 31 soit toujours géométriquement présent dans le générateur de vapeur 22. If most of the geometric parameters of the steam generator 22 are fixed once and for all since they depend on the nature of the steam generator 22, it is however possible to complete them by means of modifiers. For example, during the life of a steam generator 22, it is common for certain tubes 31 to be voluntarily blocked during a maintenance operation. A tube 31 is blocked by means of a stopper, for example when a structural anomaly of this tube 31 has been observed threatening the separation between the primary circuit 10 and the secondary circuit 20. When a tube 31 is blocked, it there is no longer any primary fluid circulation in said tube 31, although the tube 31 is still geometrically present in the steam generator 22.
Les données d'exploitation imposées comprennent au moins la puissance thermique à chaque instant de simulation, avec au moins la différence de température du fluide primaire entre l'entrée dans le générateur de vapeur 22 et la sortie du générateur de vapeur 22. D'autres données d'exploitation imposées peuvent être utilisées, comme par exemple le débit de vapeur en sortie du générateur de vapeur 22. Ces données d'exploitation imposées sont typiquement celles utilisées par l'opérateur du générateur de vapeur 22 pour conduire le fonctionnement de celui-ci. D'autres données d'exploitation forment des conditions aux limites, comme par exemple les températures d'eau alimentaire. The operating data imposed include at least the thermal power at each simulation instant, with at least the temperature difference of the primary fluid between the inlet in the steam generator 22 and the outlet of the steam generator 22. Others imposed operating data can be used, such as for example the steam flow at the outlet of the steam generator 22. These imposed operating data are typically those used by the operator of the steam generator 22 to control the operation of the latter. this. Other operating data form boundary conditions, such as feedwater temperatures, for example.
Les variables internes sont des variables intervenant dans le modèle du générateur de vapeur 22, qui résultent du fonctionnement du générateur de vapeur 22 et sont nécessaires pour modéliser des relations entre les différentes grandeurs physique mises en jeu dans le fonctionnement du générateur de vapeur 22. Ces variables internes sont très nombreuses, et comprennent par exemple la température du fluide secondaire à différents point du circuit secondaire, l'évolution de la température du fluide primaire le long des tubes 31, et bien d'autres encore. De façon notables, certaines variables internes peuvent rendre compte de l'évolution du générateur de vapeur 22 au cours d'une longue période, s'étendant sur plusieurs semaines, mois, voire années. The internal variables are variables involved in the model of the steam generator 22, which result from the operation of the steam generator 22 and are necessary to model the relationships between the different physical quantities involved in the operation of the steam generator 22. These internal variables are very numerous, and include for example the temperature of the secondary fluid at different points of the secondary circuit, the evolution of the temperature of the primary fluid along the tubes 31, and many others. Significantly, certain internal variables can account for the evolution of the steam generator 22 over a long period, extending over several weeks, months, or even years.
Notamment, certaines variables internes se rapportent à des caractéristiques physicochimiques du fluide secondaire, dans le cadre d'une approche thermo-hydraulique telle que décrite dans la thèse de T. Prusek. “Modélisation et simulation numérique du colmatage à l'échelle du sous-canal dans les générateurs de vapeur”, Thèse de doctorat de l'Université Aix-Marseille, 2012, que l'homme du métier consultera avantageusement pour obtenir de nombreux détails sur la modélisation d'un générateur de vapeur 22. In particular, certain internal variables relate to the physicochemical characteristics of the secondary fluid, within the framework of a thermo-hydraulic approach as described in the thesis of T. Prusek. “Modelling and numerical simulation of clogging at the scale of the sub-channel in steam generators”, Doctoral thesis of the University of Aix-Marseille, 2012, which the person skilled in the art will consult advantageously to obtain many details on the modeling of a steam generator 22.
Les variables internes permettent notamment de définir les champs de caractéristiques liées à l'écoulement du fluide primaire et du fluide secondaire, dits également champs thermo-hydrauliques, comprenant par exemple un champ de température pour le fluide primaire, et pour le fluide secondaire un champ de température, un champ de vitesse vectoriel, un champ de masse volumique, un taux de vide, et un champ de pression ou de température (les deux étant liés pour le fluide secondaire). The internal variables make it possible in particular to define the fields of characteristics linked to the flow of the primary fluid and of the secondary fluid, also called thermo-hydraulic fields, comprising for example a temperature field for the primary fluid, and for the secondary fluid a field of temperature, a field of vector velocity, a density field, a void fraction, and a pressure or temperature field (the two being linked for the secondary fluid).
La simulation effectuée à un instant de simulation détermine les variables internes à cet instant de simulation, notamment celles intervenant dans les champs thermohydrauliques, à partir des variables internes de l'instant de simulation précédente, des paramètres géométriques, et des données d'exploitation imposées, comprenant les conditions aux limites. La détermination des champs thermo-hydrauliques permet donc de disposer, à chaque instant de simulation, et pour une pluralité de points spatialement répartis dans le générateur de vapeur 22, au moins pour des points du fluide secondaire la pression P, un taux de vide ∈ (représentatif de la quantité de bulles - sur une section donnée, le rapport entre la surface occupée par la vapeur et la surface totale), une masse volumique p et une vitesse U de fluide secondaire (vectorielle), ainsi qu'une température pour le fluide primaire. The simulation carried out at a simulation time determines the internal variables at this simulation time, in particular those intervening in the thermal-hydraulic fields, from the internal variables of the previous simulation time, the geometric parameters, and the imposed operating data. , including boundary conditions. The determination of the thermo-hydraulic fields therefore makes it possible to have, at each instant of simulation, and for a plurality of points spatially distributed in the steam generator 22, at least for points of the secondary fluid the pressure P, a vacuum rate ∈ (representative of the quantity of bubbles - on a given section, the ratio between the surface occupied by the vapor and the total surface), a density p and a velocity U of secondary fluid (vector), as well as a temperature for the primary fluid.
Il est alors possible de déterminer des grandeurs chimiques du fluide secondaire en fonction des endroits : potentiel d'oxydo-réduction Eh, la solubilité Si des i espèces en solution dans l'eau du secondaire (oxydes métalliques notamment, fer et/ou cuivre), distribution Ci et granulométrie des i espèces en suspension, ainsi que la distribution Cj des j espèces dissoutes. It is then possible to determine the chemical quantities of the secondary fluid depending on the location: oxidation-reduction potential Eh, the solubility Si of the i species in solution in the secondary water (metal oxides in particular, iron and/or copper) , distribution Ci and particle size of the i species in suspension, as well as the distribution Cj of the j dissolved species.
Certaines de ces variables sont utilisées directement pour, au moyen d'équations de transport, déterminer le colmatage de passages de plaques 30 ou d'encrassement de tubes 31, tandis que d'autres variables internes peuvent être essentiellement utilisées pour permettre la mise à jour des conditions de fonctionnement du générateur de vapeur 22. Some of these variables are used directly to, by means of transport equations, determine the clogging of passages of plates 30 or fouling of tubes 31, while other internal variables can be used essentially to allow updating operating conditions of the steam generator 22.
Colmatage et encrassement Clogging and fouling
Le taux d'accumulation de dépôt rh sur une plaque entretoise 30 est représenté par l'équation suivante :
Figure imgf000014_0001
The deposit accumulation rate rh on a spacer plate 30 is represented by the following equation:
Figure imgf000014_0001
Ce taux d'accumulation de matière s'écrit donc comme la somme d'un terme de dépôt de particules Φ p et d'un terme de précipitation d'espèces solubles Φs, à laquelle on retranche un terme Φ r qui représente le flux d'arrachement, le tout dans le cadre du fluide secondaire.
Figure imgf000014_0002
avec Tp la fraction massique en particule dans l'écoulement, Kp une vitesse de dépôt des particules à la paroi, p une masse volumique du fluide secondaire, et Ci la concentration en solution dans l'eau du secondaire de l'espèce i (typiquement de l'oxyde de fer).
This material accumulation rate is therefore written as the sum of a term for the deposition of particles Φ p and a term for the precipitation of soluble species Φ s , from which we subtract a term Φ r which represents the flow of tearing, all within the framework of the secondary fluid.
Figure imgf000014_0002
with T p the particle mass fraction in the flow, K p a particle deposition rate at the wall, p a density of the secondary fluid, and Ci the concentration in solution in the secondary water of species i (typically iron oxide).
Le flux d'espèces solubles précipitées Φs formant l'encrassement le long d'un tube 31 est déterminé à partir de la somme de deux flux de matières : un flux Φs th induit par la précipitation pariétale des espèces solubles, et un flux Φs eb induit par l'ébullition pariétale :
Figure imgf000015_0001
The flux of precipitated soluble species Φ s forming the fouling along a tube 31 is determined from the sum of two fluxes of matter: a flux Φ s th induced by the parietal precipitation of the soluble species, and a flux Φ s eb induced by parietal boiling:
Figure imgf000015_0001
Le flux Φs th induit par la précipitation pariétale des espèces solubles fait intervenir deux principaux mécanismes, un mécanisme de transport des espèces solubles en paroi, caractérisé par une vitesse Kt,s, et un mécanisme de croissance cristalline caractérisé par une vitesse Kcrist :
Figure imgf000015_0002
avec rs la fraction massique en espèces solubles dans l'écoulement, et Γs max la fraction massique de saturation en espèces solubles.
The flux Φ s th induced by the parietal precipitation of soluble species involves two main mechanisms, a mechanism for transporting soluble species to the wall, characterized by a speed Kt, s , and a crystal growth mechanism characterized by a speed Kcrist:
Figure imgf000015_0002
with r s the mass fraction of soluble species in the flow, and Γ s max the saturation mass fraction of soluble species.
Le flux Φs eb induit par l'ébullition pariétale fait l'hypothèse que l'intégralité des espèces solubles, initialement présentes dans la phase liquide vaporisée, précipite et se dépose. Ce flux est caractérisé par une vitesse de précipitation Keb,s induit par l'ébullition pariétale :
Figure imgf000015_0003
The flux Φ s eb induced by parietal boiling assumes that all of the soluble species, initially present in the vaporized liquid phase, precipitates and settles. This flow is characterized by a precipitation rate K eb,s induced by parietal boiling:
Figure imgf000015_0003
Le flux d'arrachement du dépôt Φr peut être pris en compte comme étant proportionnel à la masse surfacique md préalablement déposée en paroi :
Figure imgf000015_0004
The deposit pull-out flux Φ r can be taken into account as being proportional to the surface mass m d previously deposited on the wall:
Figure imgf000015_0004
Le terme Er représente un taux d'arrachement qui est lié aux contraintes de cisaillement turbulent en paroi. Ce taux d'arrachement est calculé à partir de la vitesse Uτ de frottement turbulent en paroi et de la viscosité cinématique v du fluide secondaire :
Figure imgf000015_0005
où le paramètre ar représente une constante de modélisation et ajuste l'intensité du phénomène d'arrachement.
The term E r represents a tearing rate which is linked to the turbulent shear stresses in the wall. This tearing rate is calculated from the turbulent friction velocity U τ at the wall and the kinematic viscosity v of the secondary fluid:
Figure imgf000015_0005
where the parameter a r represents a modeling constant and adjusts the intensity of the pull-out phenomenon.
Ces informations permettent de calculer les grandeurs qui donnent ensuite le taux d'accumulation de masse m sur les plaques entretoises 30. Ensuite il est possible de relier la masse déposée à la réduction de la section de passage au niveau des passage 32 des plaquesThis information makes it possible to calculate the quantities which then give the mass accumulation rate m on the spacer plates 30. Then it is possible to link the mass deposited at the reduction of the passage section at the level of the passages 32 of the plates
30 (colmatage) via une corrélation. 30 (clogging) via a correlation.
Le taux de colmatage τc d'un passage folié 32 quantifie sa restriction de passage fluide induite par la formation d'un dépôt. Il est défini comme étant le rapport entre la section Sc du dépôt de colmatage dans un passage folié 32 et la section totale initiale So de ce même passage folié “propre”, c'est-à-dire n'ayant subi aucun phénomène de dépôt. Une valeur du taux de colmatage égale à 0 signifie que le passage folié n'est pas du tout colmaté, alors qu'une valeur égale à 1 signifie qu'il l'est entièrement :
Figure imgf000016_0001
The clogging rate τ c of a foliated passage 32 quantifies its fluid passage restriction induced by the formation of a deposit. It is defined as being the ratio between the section S c of the clogging deposit in a foliated passage 32 and the initial total section So of this same “clean” foliated passage, that is to say not having undergone any phenomenon of deposit. A clogging rate value equal to 0 means that the foliated passage is not clogged at all, while a value equal to 1 means that it is completely clogged:
Figure imgf000016_0001
Le taux de colmatage peut également être exprimé sous la forme d'un pourcentage pc de colmatage compris entre 0 % et 100 %. The clogging rate can also be expressed in the form of a clogging percentage p c of between 0% and 100%.
Il est ainsi possible de déterminer à tout instant de simulation, le taux de colmatage et l'encrassement du générateur de vapeur 22, grâce aux variables internes qui permettent de déterminer les termes de dépôt de particules Φ p et de précipitation d'espèces solubles Φs , et d'arrachement Φ r. It is thus possible to determine at any instant of simulation, the rate of clogging and the fouling of the steam generator 22, thanks to the internal variables which make it possible to determine the terms of deposit of particles Φ p and of precipitation of soluble species Φ s , and tearing Φ r .
La durée de simulation est définie comme la durée pendant laquelle le fonctionnement du générateur de vapeur 22 est simulée. Cette durée de simulation s'étend sur plusieurs jours, préférentiellement sur plusieurs mois, voire plusieurs années. Cette longue durée de simulation permet de simuler les altérations à long terme du générateur de vapeur 22, et non pas seulement de déterminer le fonctionnement du générateur de vapeur 22 dans un but de pilotage de celui-ci. Toutefois, sur une durée de simulation aussi longue, certains paramètres du générateur de vapeur 22 varient (variation de paramètre de géométrie ou de variables internes). Ces variations peuvent résulter aussi bien du fonctionnement du générateur de vapeur 22, comme le colmatage ou l'encrassement, ou peuvent être causées par des causes externes au générateur de vapeur, comme par exemple le bouchage de tubesThe simulation duration is defined as the duration during which the operation of the steam generator 22 is simulated. This simulation duration extends over several days, preferably over several months, or even several years. This long simulation time makes it possible to simulate the long-term alterations of the steam generator 22, and not only to determine the operation of the steam generator 22 for the purpose of controlling the latter. However, over such a long simulation time, certain parameters of the steam generator 22 vary (variation of geometry parameter or of internal variables). These variations can result both from the operation of the steam generator 22, such as clogging or fouling, or can be caused by causes external to the steam generator, such as for example the clogging of tubes
31 ou un nettoyage chimique du générateur de vapeur. 31 or chemical cleaning of the steam generator.
Plusieurs paramètres du générateur de vapeur 22 dont le fonctionnement est simulé peuvent devenir disponibles, par exemple par mesure ou par une inspection lors d'un arrêt du générateur de vapeur 22. Il convient de prendre en compte ces informations supplémentaires afin d'améliorer la précision avec laquelle le modèle du générateur de vapeur 22 simule le fonctionnement dudit générateur de vapeur 22. Ainsi, suite à une constatation d'une valeur constatée d'un paramètre du générateur de vapeur 22 sur ledit générateur de vapeur 22 à un instant de simulation faisant suite à des instants de simulation précédents, une variable interne du modèle est ajustée de sorte à faire correspondre une valeur de simulation dudit paramètre audit instant de simulation avec la valeur constatée du paramètre, la simulation étant poursuivie au cours des instants de simulation subséquents à partir de cette variable interne ajustée. Several parameters of the steam generator 22 whose operation is simulated may become available, for example by measurement or by inspection during a shutdown of the steam generator 22. This additional information should be taken into account in order to improve the accuracy. with which the model of the steam generator 22 simulates the operation of said steam generator 22. Thus, following a finding of a value found for a parameter of the steam generator 22 on said steam generator 22 at a simulation instant following previous simulation instants, an internal variable of the model is adjusted so as to matching a simulation value of said parameter to said simulation instant with the observed value of the parameter, the simulation being continued during subsequent simulation instants from this adjusted internal variable.
En particulier, la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur 22 peut être un taux de colmatage de passages 32 constaté lors d'une inspection dudit générateur de vapeur 22. De fait, il est procédé périodiquement à des inspections du générateur de vapeur 22. Au cours de ces inspections, des mesures du taux de colmatage peuvent être menées. Par exemple, les demandes de brevets FR3028042, FR2999776 ou encore WO2015097221 traitent de telles procédés d'inspection permettant d'obtenir des taux de colmatage de passages 32 de plaques 30. Ces taux de colmatage constatés, dérivées de mesures, sont estimées plus exactes que celles issues de la simulation, car provenant du générateur de vapeur 22 réel. Afin de renforcer l'exactitude de la simulation sur d'autres paramètres du générateur de vapeur 22, qui à leur tour permettront de renforcer l'exactitude de la simulation sur le colmatage et l'encrassement, le taux de colmatage constaté est pris en compte dans le modèle en ajustant une perte de charge de l'écoulement du fluide secondaire au niveau dudit passage 32 dont le taux de colmatage a été constaté. In particular, the observed value of the parameter of the steam generator 22 may be a rate of clogging of passages 32 observed during an inspection of said steam generator 22. In fact, inspections of the steam generator 22 are periodically carried out. During these inspections, measurements of the clogging rate can be carried out. For example, patent applications FR3028042, FR2999776 or even WO2015097221 deal with such inspection methods making it possible to obtain clogging rates of passages 32 of plates 30. These observed clogging rates, derived from measurements, are estimated to be more accurate than those from the simulation, because from the real steam generator 22. In order to reinforce the accuracy of the simulation on other parameters of the steam generator 22, which in turn will make it possible to reinforce the accuracy of the simulation on the clogging and fouling, the observed clogging rate is taken into account. in the model by adjusting a pressure drop in the flow of the secondary fluid at the level of said passage 32 whose clogging rate has been observed.
Fa valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur 22 peut être une pression de vapeur mesurée dans le milieu interne au générateur de vapeur, dans le circuit secondaire, et typiquement être une mesure de pression en haut du générateur de vapeur 22, en aval de l'échappement vapeur 46, par exemple obtenue au moyen d'un capteur de vapeur. Cette pression peut correspondre à une variable interne déterminée lors de la simulation. Si un écart trop grand vient à exister entre cette pression constatée et la pression déterminée en tant que variable interne par la simulation dans le modèle du générateur de vapeur 22 au même point, cela signifie que le transfert thermique n'est pas correctement modélisé dans le modèle du générateur de vapeur 22. Fa principale variable interne affectant le transfert thermique, et susceptible d'évolution, est la résistance d'encrassement, qui traduit l'effet négatif de l'encrassement des tubes 31 sur le transfert thermique entre le circuit primaire 10 et le circuit secondaire 20. Par conséquent, la résistance d'encrassement est alors modifiée pour que le transfert thermique dans la simulation se rapproche de celui du fonctionnement du générateur de vapeur 22, ce qui se vérifie par le rapprochement entre la pression constatée et la pression déterminée par simulation. Typiquement, si la pression constatée est inférieure à la pression déterminée, la résistance d'encrassement est augmentée, tandis que si la pression constatée est supérieure à la pression déterminée, la résistance d'encrassement est diminuée. The observed value of the parameter of the steam generator 22 can be a steam pressure measured in the environment internal to the steam generator, in the secondary circuit, and typically be a pressure measurement at the top of the steam generator 22, downstream of the steam generator. steam exhaust 46, for example obtained by means of a steam sensor. This pressure may correspond to an internal variable determined during the simulation. If too great a difference happens to exist between this observed pressure and the pressure determined as an internal variable by the simulation in the model of the steam generator 22 at the same point, this means that the heat transfer is not correctly modeled in the model of the steam generator 22. The main internal variable affecting the heat transfer, and liable to change, is the fouling resistance, which reflects the negative effect of the fouling of the tubes 31 on the heat transfer between the primary circuit 10 and the secondary circuit 20. Consequently, the fouling resistance is then modified so that the heat transfer in the simulation approaches that of the operation of the steam generator 22, which is verified by the rapprochement between the observed pressure and the pressure determined by simulation. Typically, if the observed pressure is lower than the determined pressure, the fouling resistance is increased, whereas if the observed pressure is higher than the determined pressure, the fouling resistance is decreased.
Il est à noter que la pression et la température du fluide secondaire sont liées puisque le générateur de vapeur 22 fonctionne en saturation de vapeur. L'encrassement des tubes 31 affecte donc aussi bien la température que la pression du fluide secondaire. Il est donc également possible de constater une température dans le fluide secondaire au niveau du générateur de vapeur 22, et si un écart trop grand vient à exister entre cette température constatée et la température déterminée en tant que variable interne par la simulation dans le modèle du générateur de vapeur 22 au même point, la résistance d'encrassement peut être modifiée de façon similaire. It should be noted that the pressure and the temperature of the secondary fluid are linked since the steam generator 22 operates in steam saturation. The fouling of the tubes 31 therefore affects both the temperature and the pressure of the secondary fluid. It is therefore also possible to observe a temperature in the secondary fluid at the level of the steam generator 22, and if too great a difference happens to exist between this observed temperature and the temperature determined as an internal variable by the simulation in the model of the steam generator 22 at the same point, the fouling resistance can be similarly changed.
L'ajustement du modèle, par la modification d'une variable interne est pris en compte dans lors des instants de simulation suivants de la durée de simulation. L'ajustement des variables internes du modèle du modèle du générateur de vapeur se traduit par une discontinuité dans l'évolution de ces variables internes par rapport à leur évolution antérieur à cet ajustement. Il s'ensuit que durant une seconde partie de la durée de simulation faisant suite à l'ajustement du modèle du générateur de vapeur 22, le modèle n'est plus une évolution simulée du modèle initial. The adjustment of the model, by modifying an internal variable, is taken into account during the simulation times following the simulation duration. The adjustment of the internal variables of the model of the steam generator model results in a discontinuity in the evolution of these internal variables compared to their evolution prior to this adjustment. It follows that during a second part of the simulation time following the adjustment of the model of the steam generator 22, the model is no longer a simulated evolution of the initial model.
Ainsi, en prenant en compte des valeurs constatées de paramètres de fonctionnement du générateur de vapeur 22 dans la réalité, il est possible de recaler le modèle du générateur de vapeur 22 au cours de la durée de simulation, afin que celui-ci reflète le plus fidèlement possible le fonctionnement réel du générateur de vapeur 22, et que les taux de colmatage et/ou la résistance d'encrassement déterminés à des instants de simulation soient les plus proches possibles de la réalité. Il est alors possible de planifier la mise en œuvre d'une opération de nettoyage du générateur de vapeur sur la base du taux de colmatage et/ou de la résistance d'encrassement déterminés à l'issu de la durée de simulation. Le nettoyage est un nettoyage chimique comprenant l'injection de réactifs chimiques dans le circuit secondaire des générateurs de vapeur 22 afin de déstructurer et dissoudre les dépôts de responsables du colmatage et de l'encrassement. Thus, by taking into account the observed values of operating parameters of the steam generator 22 in reality, it is possible to readjust the model of the steam generator 22 during the simulation period, so that it reflects the most faithfully possible the actual operation of the steam generator 22, and that the clogging rates and/or the fouling resistance determined at simulation instants are as close as possible to reality. It is then possible to plan the implementation of a steam generator cleaning operation on the basis of the clogging rate and/or the fouling resistance determined at the end of the simulation duration. The cleaning is a chemical cleaning comprising the injection of chemical reagents into the secondary circuit of the steam generators 22 in order to destructure and dissolve the deposits responsible for clogging and fouling.
D'autres ajustements du modèle du générateur de vapeur 22 peuvent être effectués au cours de la durée de simulation. Lorsqu'un nettoyage chimique du générateur de vapeur 22 a lieu, l'évènement est enregistré dans les bases de données de maintenance, et le modèle du générateur de vapeur 22 est ajusté en modifiant les valeurs du taux de colmatage et de résistance d'encrassement. Le nettoyage chimique peut réduire ou éliminer à la fois le taux de colmatage des plaques entretoises 30 et le niveau d'encrassement des tubes 31. Ainsi, les principaux effets du nettoyage qui sont à prendre en compte sur ledit modèle sont le changement des pertes de charges singulières des plaques entretoises 30 d'une part, et la modification du transfert thermique entre le circuit primaire 10 et le circuit secondaire 20 se faisant à travers les tubes 31. Ces deux effets demandent notamment la mise à jour du calcul thermo-hydraulique et son recalage sur la pression du générateur de vapeur 22 postnettoyage (cette pression étant typiquement issue des mesures réalisées in situ en temps réel). Ensuite, les calculs de l'état chimique du générateur de vapeur 22 puis le transport d'espèces sont aussi mis à jour au cours lors des instants de simulation suivants. Further adjustments to the steam generator 22 model may be made during the simulation time. When a chemical cleaning of the steam generator 22 takes place, the event is recorded in the maintenance databases, and the model of the steam generator 22 is adjusted by modifying the values of the clogging rate and fouling resistance. Chemical cleaning can reduce or eliminate both the rate of clogging of the spacer plates 30 and the level of fouling of the tubes 31. Thus, the main effects of cleaning which are to be taken into account on said model are the change in the losses of singular loads of the spacer plates 30 on the one hand, and the modification of the heat transfer between the primary circuit 10 and the secondary circuit 20 taking place through the tubes 31. These two effects require in particular the updating of the thermal-hydraulic calculation and its readjustment on the pressure of the post-cleaning steam generator 22 (this pressure being typically derived from measurements carried out in situ in real time). Then, the calculations of the chemical state of the steam generator 22 then the transport of species are also updated during the following simulation instants.
De même, le bouchage des tubes 31 peut être renseigné avec le nombre et la position des tubes 31 bouchés. Les informations sur les bouchages de tubes 31 peuvent être enregistrées dans les bases de données de maintenance, et être prises en compte pour ajuster le modèle. La mise à jour du modèle peut être faite à chaque nouveau bouchage ou une fois un nombre donné de tubes bouchés atteint (en fonction du niveau de détail souhaité par l'opérateur). Ainsi, à partir du moment où les tubes ont été bouchés sur le site, cela est aussitôt pris en compte sur la simulation, notamment pour les paramètres géométriques du modèle. Il en résulte que les effets de ce bouchage seront pris en compte par le calcul de nouveaux champs thermo-hydrauliques, par la réévaluation des grandeurs chimiques et par un nouveau calcul des distributions des espèces en suspension et dissoutes, lors des instants de simulation suivants. Similarly, the clogging of the tubes 31 can be informed with the number and position of the tubes 31 clogged. The information on the blockages of tubes 31 can be recorded in the maintenance databases, and be taken into account to adjust the model. The model can be updated with each new capping or once a given number of capped tubes has been reached (depending on the level of detail desired by the operator). Thus, from the moment the tubes have been plugged on the site, this is immediately taken into account in the simulation, in particular for the geometric parameters of the model. As a result, the effects of this clogging will be taken into account by the calculation of new thermo-hydraulic fields, by the re-evaluation of the chemical quantities and by a new calculation of the distributions of suspended and dissolved species, during the following simulation moments.
La simulation du fonctionnement du générateur de vapeur 22 utilisant un modèle dudit générateur de vapeur 22 vise à déterminer le moment le plus opportun pour procéder au nettoyage, ni trop tard ni trop tôt, et s'inscrit dans un procédé d'entretien du générateur de vapeur 22. Le générateur de vapeur 22 fonctionne réellement pendant au moins une partie de la durée de simulation, le modèle du générateur de vapeur 22 constitue donc un jumeau numérique du générateur de vapeur 22. Cela suppose que les données d'exploitation imposées au modèle soient les mêmes que celles auxquelles est soumis le générateur de vapeur 22. De préférence, le modèle est interfacé avec des capteurs équipant le générateur de vapeur 22, par exemple par l'intermédiaire d'une base de données accessible à la fois par un système de collecte de valeurs mesurées par les capteurs afin de renseigner ces valeurs mesurées, et par l'ordinateur opérant la simulation pour qu'il puisse y puiser les données mesurées pour la simulation. En particulier, les données d'exploitation imposées sont accessibles à l'ordinateur opérant la simulation, comme par exemple la puissance thermique à chaque instant de simulation, la différence de température du fluide primaire entre l'entrée et la sortie du générateur de vapeur 22, le débit de vapeur en sortie du générateur de vapeur 22, ou encore les températures d'eau alimentaire. De même, l'ordinateur opérant la simulation peut accéder à une base de données de maintenance, dans laquelle peut être renseignée des évènements tels que le bouchage des tubes 31 , le taux de colmatage constaté, ou encore la survenue d'une opération de nettoyage. The simulation of the operation of the steam generator 22 using a model of said steam generator 22 aims to determine the most opportune time to carry out the cleaning, neither too late nor too early, and is part of a maintenance process for the steam generator. steam generator 22. The steam generator 22 actually operates for at least part of the simulation time, the model of the steam generator 22 therefore constitutes a digital twin of the steam generator 22. This assumes that the operating data imposed on the model are the same as those to which the steam generator 22 is subjected. Preferably, the model is interfaced with sensors equipping the steam generator 22, for example via a database accessible both by a system collection of values measured by the sensors in order to inform these measured values, and by the computer operating the simulation so that it can draw therefrom the data measured for the simulation. In particular, the operating data imposed are accessible to the computer operating the simulation, such as for example the thermal power at each instant of simulation, the temperature difference of the primary fluid between the inlet and the outlet of the steam generator 22, the steam flow at the outlet of the generator of steam 22, or food water temperatures. Similarly, the computer operating the simulation can access a maintenance database, in which can be entered events such as the clogging of the tubes 31, the rate of clogging observed, or even the occurrence of a cleaning operation. .
Comme indiqué plus haut, la durée de simulation est définie comme la durée pendant laquelle le fonctionnement du générateur de vapeur 22 est simulée. De préférence, au moins une partie de la durée de simulation est synchrone du fonctionnement réel du générateur de vapeur 22, c'est-à-dire que le générateur de vapeur 22 fonctionne pendant un intervalle entre un premier instant de simulation et un deuxième instant de simulation, et des données d'exploitations imposées au modèle lors de ce deuxième instant de simulation sont issues du fonctionnement du générateur de vapeur 22 lors de cet intervalle. Lorsque la simulation est mise en place sur un générateur de vapeur 22 déjà en fonction, la durée de simulation comprend un fonctionnement antérieur à cette mise en place, que la simulation peut rattraper au moyen d'un historiques de données d'exploitation et de données de maintenance. Lorsque la simulation est mise en place en même temps que débute le fonctionnement d'un générateur de vapeur 22, il n'y bien entendu pas besoin de ce rattrapage. La simulation du fonctionnement du générateur de vapeur 22 en parallèle du générateur de vapeur 22 permet d'estimer fidèlement l'état du générateur de vapeur 22, et en particulier le taux de colmatage et la résistance d'encrassement. Bien entendu, il est toutefois possible de faire diverger la simulation par rapport au fonctionnement du générateur de vapeur 22, notamment en étendant la durée de simulation au-delà de l'instant présent, pour estimer l'évolution futur de l'état du générateur de vapeur 22. Toutefois, cette anticipation de l'état du générateur de vapeur 22 se fait sur la base d'un état actualisé au mieux du générateur de vapeur 22. As indicated above, the simulation duration is defined as the duration during which the operation of the steam generator 22 is simulated. Preferably, at least part of the simulation duration is synchronous with the actual operation of the steam generator 22, i.e. the steam generator 22 operates for an interval between a first simulation instant and a second instant. simulation, and operating data imposed on the model during this second simulation instant come from the operation of the steam generator 22 during this interval. When the simulation is implemented on a steam generator 22 already in operation, the simulation duration includes operation prior to this implementation, which the simulation can catch up by means of a history of operating data and data of maintenance. When the simulation is implemented at the same time as the operation of a steam generator 22 begins, there is of course no need for this adjustment. The simulation of the operation of the steam generator 22 in parallel with the steam generator 22 makes it possible to accurately estimate the state of the steam generator 22, and in particular the rate of clogging and the fouling resistance. Of course, it is however possible to make the simulation diverge with respect to the operation of the steam generator 22, in particular by extending the simulation duration beyond the present moment, to estimate the future evolution of the state of the generator steam generator 22. However, this anticipation of the state of the steam generator 22 is made on the basis of a best updated state of the steam generator 22.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des diverses caractéristiques techniques ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. The invention is not limited to the embodiment described and shown in the appended figures. Modifications remain possible, in particular from the point of view of the constitution of the various technical characteristics or by substitution of technical equivalents, without thereby departing from the scope of protection of the invention.

Claims

Revendications Claims
1. Procédé d'entretien d'un générateur de vapeur opérant un échange thermique entre un circuit primaire (10) et un circuit secondaire (20), le générateur de vapeur (22) comprenant une pluralité de tubes (31) traversant un milieu interne, un fluide primaire du circuit primaire (10) circulant dans lesdits tubes (31) tandis qu'un fluide secondaire du circuit secondaire (20) circule dans le milieu interne, le générateur de vapeur (22) comprenant en outre une pluralité de plaques (30) traversées par lesdits tubes (31) et dans lesquelles sont ménagés des passages (32) le long des tubes permettant la circulation du fluide secondaire, le procédé comprenant, au cours d'une durée de simulation comprenant une pluralité d'instants de simulation, une simulation du fonctionnement du générateur de vapeur (22) utilisant un modèle dudit générateur de vapeur comprenant des paramètres géométriques du générateur de vapeur et prenant en compte des données d'exploitation imposées, le modèle établissant des champs de caractéristiques liées à l'écoulement du fluide primaire et du fluide secondaire et à l'échange thermique entre fluide primaire et fluide secondaire à chaque instant de simulation, à partir des paramètres géométriques, des données d'exploitation imposées, et de variables internes, caractérisé en ce que, suite à une constatation d'une valeur constatée d'un paramètre du générateur de vapeur (22) sur ledit générateur de vapeur (22) à un instant de simulation faisant suite à des instants de simulation précédents, une variable interne est ajustée de sorte à faire correspondre une valeur de simulation dudit paramètre audit instant de simulation avec la valeur constatée du paramètre, la simulation étant poursuivie au cours des instants de simulation suivants à partir de cette variable interne ajustée, et en ce que la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est un taux de colmatage de passages constaté lors d'une inspection dudit générateur de vapeur, la variable interne ajustée étant alors une perte de charge de l'écoulement du fluide secondaire au niveau dudit passage, et/ou la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est une pression de vapeur mesurée dans le milieu interne, la variable interne ajustée étant alors une résistance d'encrassement affectant le transfert thermique, et en ce qu'à l'issue de la durée de simulation, la mise en œuvre d'une opération de nettoyage du générateur de vapeur est planifiée sur la base du taux de colmatage et/ou de la résistance d'encrassement. 1. A method for maintaining a steam generator operating a heat exchange between a primary circuit (10) and a secondary circuit (20), the steam generator (22) comprising a plurality of tubes (31) passing through an internal medium , a primary fluid of the primary circuit (10) circulating in said tubes (31) while a secondary fluid of the secondary circuit (20) circulates in the internal medium, the steam generator (22) further comprising a plurality of plates ( 30) through which said tubes (31) pass and in which passages (32) are formed along the tubes allowing the circulation of the secondary fluid, the method comprising, during a simulation period comprising a plurality of simulation instants , a simulation of the operation of the steam generator (22) using a model of said steam generator comprising geometric parameters of the steam generator and taking into account imposed operating data, the model establishing fields of characteristics related to the flow of the primary fluid and of the secondary fluid and to the heat exchange between primary fluid and secondary fluid at each instant of simulation, from the geometric parameters, from the imposed operating data, and from internal variables, characterized in that, following an observation of an observed value of a parameter of the steam generator (22) on said steam generator (22) at a simulation instant following previous simulation instants, an internal variable is adjusted so as to match a simulation value of said parameter at said simulation instant with the observed value of the parameter, the simulation being continued during the following simulation instants from this adjusted internal variable, and in that the observed value of the parameter of the steam generator is a rate of clogging of passages observed during an inspection of said steam generator, the adjusted internal variable then being a pressure drop in the flow of the secondary fluid at the level of said passage, and/or the observed value of the parameter of the generator of vapor is a vapor pressure measured in the internal medium, the adjusted internal variable then being a fouling resistance affecting the heat transfer, and in that at the end of the simulation period, the implementation of a steam generator cleaning operation is planned based on the clogging rate and/or fouling resistance.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est une température liée à la pression dans le milieu interne, ladite température étant mesurée à la place de la pression, la variable interne ajustée étant encore une résistance d'encrassement affectant le transfert thermique. 2. Method according to claim 1, in which the observed value of the parameter of the steam generator is a temperature linked to the pressure in the internal medium, said temperature being measured instead of the pressure, the adjusted internal variable still being a resistance fouling affecting heat transfer.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le générateur de vapeur (22) fonctionne pendant un intervalle de temps entre un premier instant de simulation et un deuxième instant de simulation, et des données d'exploitations imposées au modèle lors de ce deuxième instant de simulation sont issues du fonctionnement du générateur de vapeur (22) lors de cet intervalle de temps. 3. Method according to any one of the preceding claims, in which the steam generator (22) operates for a time interval between a first simulation instant and a second simulation instant, and operating data imposed on the model during of this second simulation instant are derived from the operation of the steam generator (22) during this time interval.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les données d'exploitation imposées comprennent au moins l'un parmi une puissance thermique correspondant à la puissance échangée entre le circuit primaire (10) et le circuit secondaire (20), une différence de température dans le circuit primaire (10) entre l'entrée du générateur de vapeur (22) et la sortie du générateur de vapeur (22), et un débit de vapeur dans le circuit secondaire (22) en sortie du générateur de vapeur (22). 4. Method according to any one of the preceding claims, in which the imposed operating data comprise at least one of a thermal power corresponding to the power exchanged between the primary circuit (10) and the secondary circuit (20), a temperature difference in the primary circuit (10) between the inlet of the steam generator (22) and the outlet of the steam generator (22), and a flow rate of steam in the secondary circuit (22) at the outlet of the steam (22).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à au moins un instant de simulation, la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur est un taux de colmatage de passages ou une résistance d'encrassement suite à un nettoyage du générateur de vapeur, la variable interne ajustée étant alors ledit taux de colmatage ou ladite résistance d'encrassement, respectivement. 5. Method according to any one of the preceding claims, in which at least one instant of simulation, the observed value of the parameter of the steam generator is a clogging rate of passages or a fouling resistance following cleaning of the generator steam, the adjusted internal variable then being said clogging rate or said fouling resistance, respectively.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à au moins un instant de simulation, la valeur constatée du paramètre du générateur de vapeur décrit un bouchage d'un tube, et un modificateur reflétant ledit bouchage est appliqué aux paramètres géométriques du modèle du générateur de vapeur. 6. Method according to any one of the preceding claims, in which at least one instant of simulation, the observed value of the parameter of the steam generator describes a blockage of a tube, and a modifier reflecting said blockage is applied to the geometric parameters of the steam generator model.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la simulation, à chaque instant de simulation, met en œuvre : a) une détermination de champs de caractéristiques liées à l'écoulement du fluide primaire et du fluide secondaire et à l'échange thermique entre fluide primaire et fluide secondaire, b) une détermination de grandeurs chimiques du fluide secondaire à partir du champs thermo-hydrauliques, c) une détermination d'une relation de transport et de dépôt de matière, le taux de colmatage et/ou l'encrassement étant déterminé à partir de ladite relation de transport et de dépôt de matière. 7. Method according to any one of the preceding claims, in which the simulation, at each simulation instant, implements: a) a determination of characteristic fields related to the flow of the primary fluid and the secondary fluid and to the heat exchange between primary fluid and secondary fluid, b) a determination of chemical quantities of the secondary fluid from the thermo-hydraulic fields , c) a determination of a transport and material deposition relationship, the rate of clogging and/or fouling being determined from said transport and material deposition relationship.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à au moins un instant de simulation, le taux de colmatage est déterminé à partir de variables internes en utilisant une estimation d'un taux d'accumulation de dépôt faisant intervenir un terme de dépôt de particules et d'un terme de précipitation d'espèces solubles, auxquels est retranché un terme représentant un flux d'arrachement, et dans lequel à au moins un instant de simulation, l'encrassement est déterminé à partir de la somme de deux flux de matières : un flux induit par la précipitation pariétale des espèces solubles, et un flux induit par l'ébullition pariétale. 8. Method according to any one of the preceding claims, in which at least one instant of simulation, the clogging rate is determined from internal variables by using an estimate of a deposit accumulation rate involving a term deposition of particles and a term for the precipitation of soluble species, from which is subtracted a term representing a tearing flux, and in which at least one instant of simulation, the fouling is determined from the sum of two flows of materials: a flow induced by the parietal precipitation of the soluble species, and a flow induced by the parietal boiling.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant la mise en œuvre d'une opération de nettoyage du générateur de vapeur suite à la détermination du taux de colmatage et/ou de la résistance d'encrassement. 9. Method according to any one of the preceding claims, comprising the implementation of a steam generator cleaning operation following the determination of the clogging rate and/or the fouling resistance.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nettoyage est un nettoyage chimique du générateur de vapeur nécessitant l'arrêt du fonctionnement du générateur de vapeur. 10. Method according to any one of the preceding claims, in which the cleaning is a chemical cleaning of the steam generator requiring the stopping of the operation of the steam generator.
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