Investigations of the Tube Support Plate (TSP) clogging phenomenon in PWR steam generators - understanding and prioritization of its formation mechanisms

par Guangze Yang

Thèse de doctorat en Chimie physique et chimie analytique

Sous la direction de Alexandre Chagnes.

Soutenue le 16-11-2017

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris- Chimie ParisTech-PSL (laboratoire) .

Le président du jury était Didier Devilliers.

Le jury était composé de Isabelle Mabille, Véronique Pointeau, Etienne Tevissen, Sophie Delaunay.

Les rapporteurs étaient Gilles Berger, Nicolas Marmier.

  • Titre traduit

    Etudes sur le phénomène de colmatage dans les générateurs de vapeur des réacteurs à eau pressurisée (REP) – compréhension et hiérarchisation de ces mécanismes de formation


  • Résumé

    Le générateur de vapeur est un composant essentiel du réacteur à eau pressurisée. Après 15 à 20 ans de fonctionnement du GV, un phénomène de colmatage est observé, qui induit le bouchage du passage folié entre les tubes GV et la plaque entretoise. Ce phénomène peut avoir de graves conséquences pour le fonctionnement de la centrale nucléaire. L’objectif majeur de cette thèse est d’approfondir les connaissances des mécanismes responsables de la formation du colmatage en identifiant et hiérarchisant les processus prépondérants. L’installation COLENTEC est un outil expérimental conçu pour reproduire des dépôts dans des conditions représentatives d’un GV. La post-caractérisation microscopique a permis d’identifier la contribution du phénomène de précipitation et le rôle d’initiation de la passivation du matériau. Les formes spécifiques du colmatage, lipping à l’entrée et rides le long de la plaque entretoise, n’ont pas été observées dans les essais COLENTEC. Cela peut être provoqué par l’absence de particules dans la section d’essai ou une vitesse insuffisante du fluide. Le flashing et le phénomène électrocinétique ont été supposés contribuer à la formation du colmatage. Une collaboration avec l’Université de Manchester a été établie au cours de ce travail afin d’étudier expérimentalement le phénomène électrocinétique. Les travaux effectués ont permis de mieux comprendre ce phénomène et de suggérer son influence considérable dans la formation du colmatage. Des quantifications numériques de chaque phénomène ont été réalisées, prédisant un rôle prédominant du phénomène électrocinétique.


  • Résumé

    The steam generator is an essential component in PWR. After 15-20 years of functioning, an obstruction by deposits of flow holes between Tube Support Plate (TSP) and primary tubes is observed, called TSP clogging. This phenomenon may lead to dramatic consequences for nuclear power plant operation. The aim of this thesis is to deepen the understanding of the mechanisms responsible for TSP clogging by identifying and prioritizing the preponderant processes. COLENTEC is an experimental facility designed to reproduce TSP clogging deposits under representative conditions. Microscopic characterizations allowed revealing the deposit formation by precipitation and the initiation role of material passivation in deposit formation. Lipping and ripple forms, specifying TSP clogging, were not observed in COLENTEC tests. This is suggested to be caused by insufficient concentration of suitable particles at the test section. Particle deposition is supposed to be essential for the formation of lipping deposits. Electrokinetic and flashing phenomena are supposed to contribute to TSP clogging formation. An experimental collaboration with the University of Manchester was established to better understand the clogging formation by investigating the role of electrokinetic phenomenon. This study allowed reforming deposits with lipping and ripple forms as observed in EDF steam generators. Electrokinetic involvement, strongly affected by flow velocity, was considerably suggested in TSP clogging formation. Numerical quantification of deposit formation by each phenomenon was performed and compared to EDF feedbacks. Electrokinetic phenomenon was found to play a predominant role.

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