Bibliographie & annexes
Présentation
English
RÉSUMÉ
Dans les centrales nucléaires, la corrosion-érosion est un mode de dégradation qui se caractérise par une perte d'épaisseur des composants métalliques en aciers non ou faiblement alliés. Cette dégradation s'installe au contact de l'eau ou de la vapeur humide circulant à grande vitesse. Elle est susceptible d'entraîner la rupture des composants affectés. De nombreux composants du circuit eau-vapeur des centrales nucléaires sont concernés. Le phénomène est influencé par la température et par des paramètres chimiques, hydrauliques et métallurgiques.
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Carine MANSOUR : Ingénieur chercheur - EDF Recherche et Développement, Département matériaux et mécanique des composants, Groupe chimie-corrosion
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Stéphane TREVIN : Ingénieur spécialiste - EDF DTG, Département performances, Service contrôle matériaux et mécanique
INTRODUCTION
La corrosion-érosion est une dégradation de nature chimique qui correspond à un cas particulier de la corrosion généralisée. Dans les centrales nucléaires, elle affecte notamment les composants en acier, non ou faiblement allié, soumis à un écoulement d'eau monophasique liquide ou de vapeur diphasique humide. Elle se traduit par une perte d'épaisseur qui peut, à terme, entraîner la rupture du composant affecté. Ce phénomène survient sur de nombreux composants du circuit eau-vapeur des centrales nucléaires et thermiques. Il a déjà été à l'origine d'accidents mortels aux États-Unis et au Japon. En plus de la perte d'épaisseur des composants, ce phénomène génère des produits de corrosion qui sont entraînés vers les générateurs de vapeur (GV) où ils deviennent une source d'encrassement et de colmatage. Cela peut provoquer à terme une perte des performances thermiques des centrales et implique des opérations de maintenance très coûteuses. La corrosion-érosion est influencée par la température et par des paramètres chimiques, hydrauliques et liés à la nature du matériau. Pour les centrales nucléaires de production électrique, elle est suivie et contrôlée la plupart du temps et en particulier en France, par des codes de calcul qui permettent de prédire la perte d'épaisseur des composants de tuyauteries susceptibles d'être affectés. Les résultats de calcul tiennent également compte des examens non destructifs (END) réalisés en centrale pour optimiser les opérations de maintenance afin d'éviter des pertes d'épaisseur critiques. Ces codes sont développés en se basant sur des études de recherche et développement ainsi que sur le retour d'expérience (REX).
L'objectif de cet article est de présenter :
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le mécanisme de corrosion-érosion ainsi que les paramètres influents ;
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les composants potentiellement affectés ;
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l'impact de la corrosion-érosion sur le fonctionnement des centrales ;
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les enjeux de la surveillance pour les exploitants et la réglementation ;
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les méthodes et outils utilisés pour l'étude du phénomène ;
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les codes de calcul utilisés pour la prévision des dégradations liées au phénomène ;
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les contrôles dimensionnels et de composition chimique des matériaux réalisés sur les centrales ;
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les parades ;
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les autres modes de dégradation généralisés ;
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le partage d'information au cœur de la prévention.
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Description et paramètres influents du mécanisme de corrosion-érosion
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7. Conclusion
Le phénomène de corrosion-érosion, directement influencé par la chimie, est bien décrit sur le plan des paramètres influents et un grand nombre d'expérimentations ont permis de déterminer leurs effets. Il affecte principalement les aciers non et faiblement alliés qui composent les circuits eau-vapeur. La filière nucléaire n'échappe pas à ce mode de dégradation.
Parmi les paramètres les plus influents, il faut retenir la température, l'état thermodynamique du fluide aqueux et sa vitesse de circulation, la nature des matériaux. D'autres paramètres modulent la sensibilité à plus long terme, comme la chimie et la géométrie des composants.
Ce phénomène a été surtout étudié par la communauté industrielle au travers d'outils propres ou de collaborations avec des instituts spécialisés. Cela a permis de mettre en place des méthodes et/ou des logiciels de suivi prédictifs de la corrosion-érosion. La finalité étant de maîtriser les conséquences sur le risque d'une rupture brutale des composants sous pression, ces outils intègrent également le retour d'expérience lié à l'exploitation.
Ces outils et méthodes doivent être intégrés dans le management de la maintenance afin que les exploitants mettent en place des programmes appropriés de contrôle et de remplacement.
Certains pays, notamment ceux adhérents à la Communauté européenne, disposent d'une réglementation/directive qui impose à l'exploitant d'assurer un suivi de ses composants sous pression. Dans d'autres cas, ce sont des accidents qui ont entraîné la mise en place de programme d'inspection minimum au travers d'instituts spécialisés (par exemple l'INPO, WANO). Le rôle des réglementations/directives et des instituts est d'assurer une remise en question des programmes de maintenance des exploitants à long terme.
Les moyens techniques à disposition de l'exploitant lors de la mise en œuvre de son programme de maintenance sont les examens non destructifs, le remplacement des composants les plus affectés mais surtout le partage d'expérience. Le remplacement des composants doit être mené autant que faire se peut suite à une expertise métallurgique du composant affecté. Cela permet de confirmer le mode de dégradation ou d'associer des modes de dégradation complémentaires et de faire le choix le plus approprié pour le remplacement.
Fort de son expérience, EDF a pris en compte, très tôt à la conception, ce phénomène...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CHEXAL (B.) et al - Flow-accelerated corrosion in power plants. - EPRI, EDF, Siemens AG Power Generation Report TR-106611-R1 (1998).
-
(2) - PAVAGEAU (E.M.) et al - Update of water chemistry effect on flow-accelerated corrosion rate of carbon steel. - Environnemental degradation of Materials in Nuclear Power Systems-Water Reactors conference, Vancouver (2007).
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(3) - CHIVOT (J.) - Thermodynamique des produits de corrosion. - Coll. Sciences et techniques, ANDRA (2004).
-
(4) - HUSSEY (D.) et al - MULTEQ : Equilibrium of an electrolytic solution with vapor-liquid partitioning and precipitation : the database version 7.0. - EPRI technical report, no 1025010 (2012).
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(5) - BERGE (Ph.) et al - Corrosion-erosion of steels in high temperature water and wet steam. - EDF specialists meeting, Les Renardières (1982).
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