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Nuclear Engineering Division
SEPTEN
Intégration des contraintes d'exploitation à la conceptionSpécificités nucléaires
C. FAIDYEDF-SEPTEN
claude.faidy @ edf.fr
ANALYSE DE RISQUES DES ESP ET PRISE EN COMPTE DU COMPORTEMENT EN SERVICE A LA CONCEPTION
Journée Technique AFIAP – 28 Mai 2008 - Paris La Défense
-une centrale nucléaire-des exigences particulières-des exemples -conclusion
2/15Claude FAIDY AFIAP - Journée Technique - 27 Mai 2008 - Paris-La Défense
SEPTEN ESP – ESPN dans une centrale nucléaire
155bar350°C
80bar290°C
Systèmes AuxiliairesSystèmes de secours, d'incendie, d'échantillonnage,
de refroidissement à l'arrêt, traitement des effluents…
CPP
CSP
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SEPTEN Définitions des ESP / ESPN - Exigences
Tous les ESP (> 0.5 bar) doivent vérifier EES du Décret ESP
Certains ESP sont nucléaires (ESPN) et ont des exigences complémentaires décrites dans l'arrêté ESPN
Circuits non-ruptibles + CPP + CSP ESPN N1ESP véhiculant du fluide nucléaire très actif en fonctionnement normal ESPN N2ESP véhiculant du fluide nucléaire moy. actif en fonctionnement normal ESPN N3ESP véhiculant du fluide nucléaire peu actif en fonctionnement normal ESP
une première exigence ESPN : un guide professionnel radioprotection
Autres exigences spécifiques :Définition précise des conditions de fonctionnementQuelques exigences spécifiques de conception / fabricationPropriétés minimales des matériauxEvaluation de conformitéInspection en service
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SEPTEN
Ensemble des conditions de fonctionnement :-Normales-Incidentelles-Exceptionnelles-Accidentelles
Raisonnablement prévisibles
Exigences "typiques" centrales nucléaire
Exigences réglementaires
Exigences de sûreté
Exigences de l'Exploitant
-Décret ESP-Arrêté ESPN
-Conditions de fonctionnement-Agressions externes / internes
-Liées au REX national / international-Liées à optimisation de l'exploitation
Agressions externes :-Séismes-Températures-Tornades/ Innondations-Chutes d'avion
Agressions internes :-Incendie-Rupt. Haute Energie-Missiles-Explosion
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SEPTEN Exigences de l'Exploitant
Un "côut d'acquisition" adapté aux exigences de sûreté et de la réglementation
Un "côut d'exploitation" optimum pour assurer sûreté et compétitivitépour une durée de vie donnée (à minima 60 ans pour les nouvelles installations)
Traduction :Une protection des travailleurs et des populations maximales
accident / radioprotection : opérabilité des systèmes et confinement des produits radioactifs
Une maintenance facilitéeAccessibilité / réparabilité : développement de robinetterie à maintenance réduite
Une surveillance adaptéeMonitoringInspection en service
Une disponibilité maximale Période d'arrêt réduiteArrêts fortuits limités
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SEPTEN Conséquences de ces exigences
Pour l'exploitant : un jeu de données adapté
Particulièrement détaillée en N1Moins détaillée en N2-N3 et ESP
Une surveillance des études/réalisations du Fabricant par l'exploitant adaptées
Pour le FabricantUne étude de risque détaillée, intégrant l'ensemble des exigencesUne sélection adaptée du Code de ConstructionUn complément au Code de ConstructionUne spécification d'équipement suffisamment détailléeUne notice d'utilisation adaptée
Pour l'évaluation de conformitéPar l'ASN en N1Par ONN/OIUN en N2-N3Par ON/OIU en ESP
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SEPTEN Exemple : définition d'un niveau de qualité
niveau ESPN N1 N2 N3 NNclassement sûreté
M1 Q1 Q1 Q1 Q1M2 Q1 Q2 Q2 Q2M3 Q1 Q2 Q3 QC
non M Q1 Q2 Q3 QCavec guide radioprotection
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SEPTEN Exemple : choix du Code de construction
Tous les Codes de construction devront justifier leur conformité au Décret ESP
IAEA 50-C-QAISO 9001-2000
Classification
ASMESect. III NC
RCC-MSubs. C
KTA 3211
ASME Sect. VIII
Annex ZCompliance
to PED
Harmonized StandardsPED 97/23 EC
EPRGlobal
Application
RCC-M Sect. ISubsection BQ1
Q2
Q3 - QC
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SEPTEN Exemple : exigences de conception
Des marges de dimensionnement (ESP-ESPN et supports)Importante si dimensionnement par formuleAdaptée si dimensionnement par analyseLimitation des fuites : brides boulonnées, tiges de robinetterie
Analyse des principaux modes d'endommagementLimitation des contraintes et concentrations de contraintesChoix des matériauxChoix des procédés de fabricationContrôles de fin de fabrication
Justification :Bonne résistance à la fatigue : Fu < 0.5Tolérance aux grands défauts : analyse de défauts potentiels
ComplémentsAccessibilité de toutes les souduresInspectabilité de toutes les souduresRadioprotection : choix de matériaux bas cobalt, état de surface, fuites faibles,
évaluation radiologique des interventions
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SEPTEN Exemple d'exigences de conception : la rupture
Rupture fragile : température de fonctionnement / température de transition
Rupture ductile : faible valeur dues au vieillissement par irradiation ou par maintien en température élevée
3 méthodes :
Seuils sur les propriétés de matériaux fin de vie(Charpy – Ténacité – Temp. Transition)
Méthode d'évaluation de grands défauts hypothétiquesbasée sur des calculs par formules
Méthode d'évaluation par éléments finis sur pièces fissurées
Propriétés de ténacité dans le Code, sinon mesures sur matériaux représentatifs
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SEPTEN Exemple d'endommagements à considérer
Dommages liés à des sollicitations monotones : instabilité plastique, flambage, fluage
Dommages liés à des températures maintenues (élevées/ basses) : fluage, rupture fragile, rupture ductile
Dommages liés à des sollicitations variables : déformation progressive, fatigue
Dommages liés aux conditions chimiques des fluides et du calorifuge : corrosions
Dommages liés aux vitesses des fluides et aux perturbations d'écoulement : érosion, érosion corrosion
Dommages liés aux chargements dynamiques (hors séisme et vibration) : coup de bélier, décharge soupape, rupture de tuyauterie, explosion
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SEPTEN Exemple : contribution de l'Exploitant
Dommages liés aux conditions chimiques des fluides et du calorifuge
CorrosionsInterne / externe
Vérif - Températures- Chimie du fluide
interne et ses variations notables
- Type de calorifuge et ambiance externe
Tous choix du matériautype de calorifuge
Corrosion sous contrainte
Vérif températurechimie des fluides
Tous - choix du matériau et des procédés de fabrication
Dommages liés aux vitesses des fluides et aux perturbations d'écoulement
Erosion-Cavitation
Vérif - Vitesse des fluides et perturbation d'écoulement
TuyauteriesEchangeurs
Robinets (REX parc)
- règles d'installation- utilisation de certains
organes en limite
Corrosion- Erosion Vérif - vitesse des fluides, température, chimie et nature du matériau
Tuyauteries en particulier
- acier au carbone avec minimum de teneur en
chrome- installation
Dommages liés aux chargements dynamiques (hors séisme et vibration)
Déformation excessive
Vérif Coups de bélier, décharge soupape, fermeture rapide
robinetterie, explosion
Tuyauteries en particulier
- installation- type de robinetterie
Prise en compte du vieillissement
dynamique
Vérif - vitesse de déformation- température
Tuyauteries en acier au carbone
- choix du matériau- diminution des propriétés
de traction
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SEPTEN Exemple d'agression externe : le séisme
2 séismes sont définis :
Séisme d'inspection 0.5gNormalement "aucune conséquence"Justification requise pour TOUS les ESP/ESPN en combinaison avec les conditions de fonctionnement normal critère de fonctionnement normal comportement globalement élastique avec des marges de 1.5Pas de nécessité d'arrêt de l'installation
Séisme de dimensionnement : hautement improbable2.5gJustification de sûreté pour tous les ESP / ESPN en combinaison avec toutes les conditions de fonctionnement critères de fonctionnement accidentel pas de rupture de la barrière de pression et des supports avec des marges de 1.1Arrêt "définitif" de l'installation / travaux très significatifs avant re-démarrage
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SEPTEN Liaison avec Programme d'inspection en service
2 types de zones principales :
Peu tolérantes aux grands défauts
Sensibles à la fatigue
+ Exigences réglementaires / Autres dégradations potentielles (corrosions)
Fréquence et performances basées sur calculs de mécanique de la rupture mis à jour fréquemment (10 ans max)
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SEPTEN Conclusions
Une installation nucléaire comprend un très grand nombre d'ESP et doivent vérifier les EES du DESPUn jeu d'exigences complémentaires est associé au caractère dangereux du fluide (radioactif) et à la gestion d'accidents potentiels:
Arrêt ESPNExigences de sûreté : conditions de fonctionnement + agressions
L'ensemble est complété par des exigences "Exploitant" associées à :La durée de vieLa disponibilité de l'installationUne maintenance et une inspection en service adaptée
Pour ce faire :L'exploitant doit fournir de nombreuses informations au FabricantLe Fabricant doit choisir des Codes de construction adaptés, et les compléterL'analyse de risque, avant démarrage des fabricationsL'évaluation de conformité adaptées aux ESPNPour les ESP peu d'exigences complémentaires (fabrication-contrôle, fatigue)
Seul le dialogue Fabricant – Exploitant peut permettre une conception optimum pour ces composants généralement construits à l'unité (autour de l'analyse de risque et de la notice d'instruction)