Utilisation des capteurs LVDT pour la surveillance de conduits de vapeur

Les tuyaux transportant de la vapeur chaude ou du liquide de refroidissement dans les centrales électriques sont soumis à des exigences strictes en matière de surveillance. En cas de dysfonctionnement, il faut savoir clairement quels conduits sont rompus, se sont déplacés ou sont encore intacts afin de pouvoir fermer immédiatement les soupapes de sécurité pour éviter toute fuite de fluide. Les accidents de perte de réfrigérant (APRP) ou les coups de bélier dans les tuyaux transportant de la vapeur saturée sont des incidents extrêmement critiques qui nécessitent une réaction immédiate. Il est donc d'autant plus important de pouvoir évaluer correctement la fonctionnalité du système de tuyauterie existant. C'est à cette fin que des capteurs de déplacement basés sur le principe de mesure inductive à pont complet (LVDT) sont fixés aux canalisations et mesurent la position des conduits de vapeur et d'eau de refroidissement de la centrale électrique.

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Tuyaux monitoré

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Un APRP ou Accident de Perte de Réfrigérant Primaire, décrit une perte de liquide de refroidissement dans le réacteur souvent provoquée par une tuyauterie endommagée. Dans le "pire des cas",on suppose que les deux extrémités du tuyau ont été arrachées et que deux zones de fuites sont présentes. Ceci est une information importante pour le dimensionnement des systèmes de refroidissement d'urgence et de l'enceinte de confinement du réacteur. Les canalisations défectueuses doivent donc être fermées dans les plus brefs délais par des soupapes de sécurité. Les causes initiales peuvent être multiples, comme un tremblement de terre, un crash d'avion ou un tsunami.Suite à des catastrophes telles que celle de Fukushima en 2011, les installations de sécurité ont gagné en efficacité et les anciennes centrales nucléaires vont être modernisées.

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Les chocs hydrauliques aussi appelés “coups de bélier” sont un autre phénomène qui peut se produire dans les tuyaux de vapeur surchauffée. Lorsque le drainage n’est pas suffisant, une partie de la vapeur saturée se condense et s'accumule dans le conduit, ce qui provoque un remplissement d’eau dans le tuyaux. Cette colonne d'eau est alors accélérée par la pression de la vapeur et produit un recul semblable à celui d'un piston dans un cylindre. les coudes des canalisations offrent une résistance particulièrement élevée à la colonne d'eau entrante et à son inertie de masse. La pression dans le réseau de canalisations augmente en un court laps de temps pour atteindre un multiple de la pression de vapeur maximale autorisée et peut dépasser le facteur de protection de la canalisation. Il peut en résulter une déformation ou même un éclatement du réseau de canalisations.

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Installation de capteurs de déplacement inductifs pour la surveillance de tuyaux de vapeur

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Dans ces deux cas d’accidents, il sera impératif de surveiller en permanence les composants de l'installation essentiels à la sécurité, tels que les conduits de liquide de refroidissement et de vapeur surchauffée, et de pouvoir les arrêter si nécessaire en fermant les soupapes de sécurité. Un dispositif de sécurité efficace consiste à monter sur le système de tuyauterie des capteurs de déplacement basés sur le principe de mesure du pont inductif complet (LVDT). Le capteur de déplacement inductif transmet la position et le mouvement de la canalisation sous forme de signal au poste de commande.  En outre, des vibrations à basse fréquence dans le réseau de conduits sont détectées et indiquent un accident imminent. Les positions des tuyaux de nombreux points de mesure différents sont ainsi affichées dans le centre de contrôle de la centrale électrique. Si une valeur dépasse le champ de tolérance défini, une alarme est déclenchée et des mesures de sécurité supplémentaires sont prises. Afin de réduire le mouvement des canalisations, des amortisseurs sont installés aux points critiques. Des capteurs LVDT sont installés parallèlement aux cylindres des amortisseurs et mesurent en permanence leur amplitude de déplacement.

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Les plages de mesure des capteurs LVDT sont d'ordre de grandeur de 50 à 300 mm. Les capteurs de déplacement eux-mêmes doivent résister sans dommage à des conditions de fonctionnement extrêmes, telles que la température maximale de 180°C ou à des projection de mélange vapeur-air avec un taux d’humidité relatif de 100% et une humidité condensée de 0,5 kg par m³ à une température de 125°C. Les capteurs spécialement produits par eddylab pour cette application sont composés d'un boîtier cylindrique et d'une sonde mobile pour la mesure de déplacement. Le boîtier est fixé à son support, tandis que la sonde reste au contact du système de tuyauterie. Si le tuyau de vapeur se déplace, cela modifiera le signal de déplacement. La surveillance en continue de ce signal dans le centre de contrôle de la centrale électrique permet ainsi de monitorer les conduits de vapeur.

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Le capteur de déplacement LVDT fonctionne grâce à son système composé d'une bobine primaire et deux secondaires scellées dans un  boîtier avec des joints toriques en Viton. L'électronique de commande IMCA alimente la bobine primaire du LVDT avec une fréquence porteuse de 3 kHz et évalue la tension différentielle au secondaire et donc les changements d'amplitude et de phase. L'un des principaux avantages de cette disposition est sa fonctionnalité constante avec de grandes longueurs de câble entre le capteur et l'électronique de commande, permettant ainsi à l'électronique de commande d’être située  jusqu'à 100 m du point de mesure dans une zone protégée, tandis que le capteur de déplacement inductif subit les conditions extrêmes.