RGN N° 1 Janvier-Février 2011 p. 87–97

Impact of preventive and curative remedies for steam generators fouling and tube support plate blockage on secondary circuit materials

Impact des remèdes préventifs et curatifs contre l’encrassement des générateurs de vapeur et le colmatage des lobes foliés des plaques entretoises sur la corrosion des matériels du circuit secondaire

EDF, Division Ingénierie Nucléaire – CEIDRE (France)

Abstract

In 2006, EDF identified on several PWR units some broached hole blockages on the upper Steam Generator (SG) Tube Support Plates (TSP). The consequences on SGs circulation ratio (water mass and stability of the water level in SG) and the risk of the SG tubes cracking led EDF to implement a program of counteractions. TSP blockage often occurs in association with secondary fouling due to surface degradation of the materials on the secondary circuit. Units with copper alloys (22 of a total of 58 in the EDF fleet) are more concerned due the low pH_25°C AVT applied (9,20). In this case, carbon steels are less protected against flow accelerated corrosion (FAC). Hence, more corrosion products enter the SGs through the final feed water (FFW).

Thus, EDF has defined a two-level strategy to improve operating conditions:

- The implementation of curative remedies to remove oxides deposits in SGs e.g. chemical cleanings,

- The removal of copper alloys materials to implement high pH AVT (9.60) as a preventive remedy

Between 2007 and 2009, 12 units were treated by SG chemical cleaning to come back as quickly as possible to a safety operating condition, regarding the TSP blockages and to recover the thermal exchange. The inhibitor-free high temperature chemical cleaning (HTCC) process from AREVA was first applied. Due to both, the corrosion on the SG carbon steel materials higher than expected and environmental impact of the gas releases (ammonia), the low temperature EPRI/SGOG process has been qualified and applied 6 times by Westinghouse. EDF is now expecting to apply preventive SG cleanings to limit secondary fouling and the consequences of TSP blockage. Soft cleanings processes from Westinghouse (Advanced Scale Chemical Conditioning Agent ASCA), AREVA (Deposit Minimization Treatment DMT) and Comex/Lainsa (Preventive Acid Chemical Cleaning Operation PACCO) were selected and meant to be qualified for future applications on the EDF fleet. Among many advantages, these processes should present a lower corrosion impact due to the lower concentrations of the chemicals injected.

In parallel, the removal of the copper alloys is progressively programmed accordingly to the supplies and unit outages plannings. But EDF must also manage the implementation of a biocide treatment needed in closed loop cooling systems (as copper has a bacteriostatic effect on micro-organisms), and more generally the compliance with current discharge authorisations for chemical conditioning reagents or biocide reagent liquid wastes

Meanwhile, a solution is to be found, conditioning with a slightly higher pH has appeared to be an interesting compromise to be studied. Therefore, EDF carried out an experiment on the unit of Dampierre 4 in 2007/2008 during 6 months to see the impact of a progressive increase of pH_25°C from 9.20 to 9.40 on the copper alloys materials and on FAC. In addition to a reinforced monitoring of the chemical parameters on the secondary circuit, Eddy Current Testings (ECT) were performed on brass tubes, as well as metallurgical examinations on specific pulled-out tubes.

This paper provides the lessons learned from the 12 chemical cleanings in terms of efficiency for deposits removal, the corrosion impact on SG metallic surfaces and the consequences on SG ECTs. The results of the Dampierre 4 experiment and the replacement of copper alloys issues are also exposed. Mid-term perspectives for EDF conclude this paper.

Résumé

En 2006, EDF a constaté un colmatage des lobes quadrifoliés des plaques entretoises (PE) supérieures des Générateurs de Vapeur (GV) sur quelques centrales REP. Les conséquences de ce phénomène sur le taux de recirculation des GV (masse d’eau, stabilité du niveau d’eau des GV), et sur les risques de corrosion côté secondaire des tubes des GV, ont conduit EDF à mettre en place un programme de contre-mesures.

Le colmatage des PE des GV est souvent associé à un encrassement des tubes GV provoqué par la déposition d’oxydes issus de la corrosion des matériels du circuit secondaire.

Les tranches dont les circuits secondaires comportent des alliages cuivreux (22 sur un total de 58 tranches REP à EDF) sont plus affectées par ces phénomènes, en raison de la mise en oeuvre d’un conditionnement volatil à bas pH (pH_25°C de 9,2). Dans ce cas, les aciers non ou faiblement alliés sont moins protégés de la corrosionérosion, de sorte qu’une quantité plus importante de produits de corrosion est véhiculée par l’eau alimentaire des GV (AHP) et est intégrée dans les GV.

En conséquence, EDF a établi une stratégie à double niveau pour recouvrer des conditions normales de fonctionnement :

- Mise en oeuvre de remèdes curatifs pour éliminer les dépôts d’oxydes dans les GV, i.e. de nettoyages chimiques ;

- Retrait des matériels en alliages cuivreux du poste d’eau, afin de mettre en place un conditionnement volatil à haut pH (9,6) qui constitue une solution préventive.

Douze nettoyages chimiques ont été réalisés entre 2007 et 2009, afin de revenir au plus tôt à des conditions de fonctionnement et de sûreté nominales, i.e. pour éliminer le colmatage des PE et recouvrer les performances thermiques nominales des GV.

Le procédé de nettoyage chimique à haute température et sans inhibiteur de corrosion d’AREVA a tout d’abord été mis en oeuvre. En raison d’une corrosion des aciers non ou faiblement alliés des GV plus élevée que prévue, et de rejets gazeux d’ammoniac importants, EDF a décidé de qualifier le procédé de nettoyage chimique à basse température de l’EPRI/SGOG, qui a été par la suite mis en oeuvre par Westinghouse sur 6 tranches.

EDF envisage désormais de mettre en oeuvre des nettoyages chimiques préventifs des GV afin de limiter l’encrassement des GV et les conséquences du colmatage des PE.

Les procédés de nettoyages chimiques doux de Westinghouse (ASCA: Advanced Scale Chemical Conditioning Agent), d’AREVA (DMT Deposit Minimization Treatment) et de Comex/Lainsa (PACCO: Preventive Acid Chemical Cleaning Operation) ont été retenus par EDF en vue de leur qualification puis de leur application sur ses tranches.

Ces procédés présentent l’avantage notable de conduire à un niveau moindre de corrosion des matériaux des GV, en raison des faibles concentrations des réactifs qui y sont mises en jeu.

En parallèle, le retrait des matériels en alliages cuivreux a été calé progressivement en fonction des approvisionnements et des prévisions d’arrêt de tranche, et également de contraintes environnementales et sanitaires. EDF doit ainsi veiller à gérer la mise en oeuvre d’un traitement biocide sur les circuits de refroidissement (CRF) semifermés, qui devient nécessaire lorsque l’on supprime les condenseurs en laiton (le cuivre a un effet bactériostatique sur les micro-organismes). Et de façon plus globale, EDF doit assurer le respect des limites environnementales des arrêtés de rejets pour les rejets des réactifs de conditionnement du circuit secondaire et du réactif biocide du circuit de réfrigération.

Dans l’attente de parvenir à gérer l’ensemble de ces contraintes, la possibilité de mettre en oeuvre un conditionnement à un pH un peu plus élevé en présence d’alliages cuivreux est apparue comme un compromis méritant d’être étudié.

EDF a ainsi mené un essai de montée de pH sur la tranche de Dampierre 4 en 2007/2008 pendant 6 mois pour étudier l’impact d’une montée progressive du pH_25°C AHP de 9,2 à 9,4 sur la tenue des alliages cuivreux et sur la corrosion-érosion des aciers non ou faiblement alliés du poste d’eau. En complément d’un suivi renforcé des paramètres chimiques du circuit secondaire, des Examens Non Destructifs (END) par Courant de Foucault ont été effectués sur les tubes en laiton des réchauffeurs basse pression et du condenseur, et ont été suivis d’expertises métallurgiques sur des tubes extraits pertinemment choisis.

Cet article présente les enseignements issus de la mise en application des 12 nettoyages chimiques, en termes d’efficacité à éliminer les dépôts colmatants, de corrosion des surfaces métalliques des GV et de conséquences sur les contrôles par Courant de Foucault des tubes GV.

Les résultats de l’essai de montée de pH de Dampierre 4 et la problématique que représente le retrait des alliages cuivreux du poste d’eau sont également exposés.

L’article conclut sur les perspectives d’EDF à moyen terme.