Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Limiter les phénomènes de corrosion, augmenter la disponibilité des tranches, contrôler les rejets dans l'environnement et réduire la contamination radioactive, sont autant de défis que le chimiste doit relever pour le bon fonctionnement et la maîtrise de la sûreté des réacteurs à eau sous pression. L'optimisation judicieuse de la chimie des milieux primaire et secondaire des centrales REP françaises, durant toutes les phases de l'exploitation, est le principal levier permettant de répondre aux enjeux précédents.
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Limiting corrosion phenomena, enhancing plant availability, controlling discharges into the environment and reducing radioactive contamination, are challenges facing the chemist in ensuring proper operation of pressurized water reactors. The judicious optimization of the chemistry of primary and secondary circuits in French nuclear power plants during operation is the main way to respond to the above issues.
Auteur(s)
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Agnès STUTZMANN : Attachée service chimie - EDF, CEIDRE, Département Études, Saint-Denis, France
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Stéphanie LECLERCQ : Attachée service chimie - EDF, CEIDRE, Département Laboratoire, Chinon, France
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Carine MANSOUR : Ingénieur chercheur - EDF Recherche et Développement, Département Matériaux et Mécanique des Composants Groupe Chimie-Corrosion, Moret sur Loing, France
INTRODUCTION
Le parc nucléaire français compte 58 tranches nucléaires de type REP (réacteurs à eau pressurisée), de puissance électrique allant de 900 à 1 450 MWe, réparties sur 19 sites.
La durée de fonctionnement d'une tranche nucléaire de type REP, dont le principe de fonctionnement est synthétisé dans un encadré (§ 1), est réexaminée tous les 10 ans. Elle est aujourd'hui estimée à 40 ans. Pour estimer cette durée et dès le début de l'exploitation, il est nécessaire de connaître les principaux modes de dégradation des composants des réacteurs et d'assurer leur maintien en bon état de fonctionnement ou de procéder à leur remplacement quand c'est possible. Les phénomènes de corrosion des parties métalliques des circuits primaires et secondaires sont à l'origine de la plupart des dégradations constatées. En plus des effets directs de la corrosion sur les matériaux (risque de fissuration, fragilisation, perte de masse), il existe des effets indirects qui vont contribuer à l'apparition de phénomènes où les produits de corrosion libérés sont responsables de dépôts dans des zones sensibles, de l'encrassement et du colmatage des générateurs de vapeur (GV) du côté secondaire et sont aussi à l'origine de la radioactivité déposée dans le circuit primaire.
Pour maîtriser les différents phénomènes, plusieurs leviers d'action sont nécessaires. Que ce soit l'amélioration continue des procédés de fabrication des composants, ou encore des modes de fonctionnement optimisés, le choix d'une chimie adaptée constitue finalement un des outils principaux pour maintenir en bon état les composants des différents circuits. L'eau étant le principal vecteur des éléments en solution, le contrôle des paramètres chimiques durant toutes les phases de l'exploitation permet de maîtriser la plupart des phénomènes de dégradation.
Par ailleurs, plus récemment, les évolutions de la chimie doivent prendre en compte les différents enjeux de la loi TSN codifiée dans le Code de l'environnement, qui place au même niveau les différents intérêts protégés par la loi (sûreté, radioprotection, protection de l'environnement, santé et sécurité).
La première partie de l'article est consacrée au circuit primaire et la deuxième au circuit secondaire des centrales REP françaises. Dans chaque partie, les principaux modes de dégradation et les enjeux associés sont présentés, suivis par le choix du conditionnement chimique par circuit. Enfin, des voies nouvelles d'optimisation sont proposées.
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KEYWORDS
Flow accelerated corrosion | primary chemistry | secondary chemistry | water-steam loops
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Évolution du conditionnement chimique – contraintes réglementaires
En anglais
2. Chimie secondaire
2.1 Enjeux du secondaire
Le circuit secondaire convertit l'énergie thermique produite par la chaudière nucléaire en énergie mécanique. La chaleur perdue est évacuée par la source froide constituée par un condenseur de vapeur. La vapeur issue des générateurs de vapeur (GV) est admise dans le corps haute pression de la turbine qui entraîne l'alternateur (figure 1). À titre d'exemple, pour le palier 1 300 MWe, le débit total de vapeur est de 2,2 t/s, la température est de 289 oC. Les variations de température et de pression y sont importantes : environ 250 oC entre les points chaud et froid et 71,5 bar entre GV et condenseur (il y règne un vide d'environ 60 mbar absolus). Un nombre important d'échangeurs de vapeur fonctionne en milieu diphasique et à différentes températures. Le GV fonctionne en « bouilleur » ; de ce fait, les espèces solubles s'y concentrent. Une partie de l'eau en est donc purgée, épurée et recyclée.
Le schéma simplifié du circuit secondaire encore appelé circuit eau/vapeur est présenté à la figure 14.
Le condenseur reçoit la vapeur issue du dernier corps de détente de la turbine. Elle se condense au contact de tubes parcourus intérieurement par l'eau brute de refroidissement (circuit fermé sur aéroréfrigérant en bord de rivière, ou eau de mer). En bord de mer, les tubes sont en titane, en bord de rivière, ils sont en acier inoxydable ou en laiton.
L'eau est ensuite réchauffée et de nouveau dégazée pour alimenter les GV. Le poste d'eau (entre condenseur et GV) est constitué, en premier lieu, d'une partie dite basse pression (ABP). Le réchauffement de l'eau se fait dans des échangeurs alimentés par de la vapeur soutirée de la partie basse pression de la turbine. La vapeur issue du corps BP (soutirages S1, S2 et S3) se condense à l'extérieur des tubes parcourus par l'eau qui va alimenter les GV. Les condensats retournent dans le circuit. Vient ensuite la bâche dégazante (échangeur par mélange avec la vapeur soutirée à la turbine). Elle reçoit les purges du groupe sécheur surchauffeur (GSS) décrit plus loin. Se succèdent ensuite les réchauffeurs...
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Chimie secondaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MAZENC (A.) - Caractérisation par ToF-SIMS des couches de passivation des tubes de générateurs de vapeur en alliage 690 pour l'industrie nucléaire : apport à la compréhension des mécanismes. - Thèse de l'université Pierre et Marie Curie (2013).
-
(2) - MARTIN-CABANAS (B.) - Comportement des produits de corrosion dans le circuit primaire des centrales REP – Sorption du cobalt et du nickel sur des ferrites représentatifs. - Thèse de l'université Paris XI (2007).
-
(3) - LE CALVAR (M.), BRETELLE (J.-L.), CAILLEAUX (J.-P.), LACROIX (R.), GUIVARCH (M.), TAUNIER (S.), GRESSIER (F.), VARY (P.), CORREDERA (G.), ALOS-RAMOS (O.), DIJOUX (M.) (EDF) - Effect of water chemistry on deposition for PWR plant operation. - Paris, NPC (2012).
-
(4) - MACHET et al - XPS and STM study of the growth and structure of passive films in high temperature water on a nickel-base alloy. - Electrochimica Acta, p. 3957-3964 (2004).
-
(5) - Livre blanc du tritium. - Publication ASN, 8 juil. 2010.
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