Alfons Calders

TECHNOLOGY Effectuer des mesures jusqu’au niveau du ppb

102 ■ INDUSTRIE TECHNIQUE ET MANAGEMENT DECEMBRE 2005

Mesure de conductivité d’une eau pure

Il est préférable d’effectuer le ca-librage à proximité du point defonctionnement, ce qui n’étaitpas simple dans le passé. Le cali-brage traditionnel utilise une so-lution de chlorure de potassium,cela signifiait que l’étalonnage de-vait avoir lieu hors de la zoned’utilisation. Ce problème a étérésolu avec les systèmes de mesureétalonnés fournis par Yokogawa.Industrie Technique et Manage-ment a rencontré Marc Schelle-kens, responsable Labo de Doel4 de la zone de production nu-cléaire d’Electrabel à Doel etKoen Hoogstoel, Sales engineer- Product solutions, de Yoko-gawa.

MESURE DE LA QUALITE DE L’EAU JUSQU’AU MICROSIEMENSLa centrale nucléaire de Doelpeut être comparée à une centraleà vapeur classique, où la chaleurprimaire provient du réacteurprincipal. Le cœur de cette instal-lation est le circuit d’eau qui estréchauffé par le réacteur nucléairevia les générateurs, la vapeur pro-duite assurant ensuite l’entraîne-ment de la turbine. Le circuit pri-maire est en fait le circuit d’eauchaude hors du réacteur central.

Après avoir entraîné la turbine, lavapeur basse pression résiduelleest condensée via un circuit ter-tiaire. Il s’agit d’un circuit d’eaufroide provenant de l’Escaut. Lecircuit secondaire fonctionne en-tièrement à l’eau déminéralisée.

A la centrale de Doel, les diffé-rentes techniques de mainte-nance, de mécanique, d’instru-mentation et de chimie sont ré-unies au sein de divisions indé-pendantes. La division «chimie»veille à ce que les circuits d’eau nerouillent pas et à ce que l’eau necontienne pas d’impuretés quipourraient endommager les ai-lettes de la turbine. L’eau doit êtrepure jusqu’au niveau des ppb.Marc Schellekens nous l’expliquede manière très visuelle : «contrô-ler le niveau d’impureté jusqu’auppb (µg/l) est aussi difficile que dedétecter un point rouge de 1 mmsur une bande blanche entreBruxelles et Marseille (1.000 kmenviron).»

Pour détecter ces ppb, il fautcommencer, comme toujours enchimie anorganique classique,avec une mesure de conductivitéafin de se situer le plus près pos-sible de la conductivité minimum

théorique de l’eau pure, soit0,056 µSiemens/cm. En casd’impureté, la conductivité aug-mente. Il convient alors de trou-ver l’origine de la pollution (in-filtration d’eau de l’Escaut ouions de fer dus à des symptômesde corrosion, excès d’oxygène,...).L’on va dès lors analyser lesanions et cations spécifiques, àl’aide de compteurs supplémen-taires. Dans le circuit d’eau, onmesure la présence d’ions d’oxy-gène, de sodium, de fer, decuivre, de sulfate et de chlorure.Différentes alarmes sont prévuesen cas de dépassement de niveau.La première alarme impose detrouver l’erreur endéans les 8jours, la seconde endéans les 8heures, la troisième alarme signi-fie l’arrêt complet de la centrale.A côté de cette mesure de degré depureté, il y a la mesure du pH car,

pour limiter la corrosion, onajoute de l’ammoniaque à l’eaudéminéralisée afin de garder unpH de 9,5.

EVOLUTIONS DANS LA MESURE : PAS DANS LE PRINCIPE, MAIS DANS LA DISPONIBILITE DES DONNEESIl s’agit donc du contrôle de l’eauau sens le plus strict du terme etaux limites du mesurable. Pour laconductivité, l’on se base sur leprincipe de mesure résistif : lasonde de mesure se compose d’undouble tube sur lequel se trouveune tension alternative. Le mé-dium dans le double tube formeune résistance et le courant quipasse à travers le circuit person-nalise cette résistance. L’eau dé-minéralisée n’est pas conductriceen soi, et la résistance mesurée dé-pend de la composition de l’eau

L’on retrouve un système de traitement de l’eaudans toutes les installations vapeur. A la centralenucléaire de Doel, le traitement de l’eau du cir-cuit secondaire est tellement poussé que l’ondispose d’une eau pratiquement pure. Bien qu’ils’agisse d’un circuit fermé, l’eau déminéraliséeest contrôlée en permanence à l’aide de conduc-timètres. La centrale Electrabel de Doel a commepolitique de calibrer les instruments une fois paran.

La ‘fumée’ qui sort des tours de réfrigération de la centrale nucléairede Doel est de la vapeur. Les tours de réfrigération sont utilisées pourassurer l’évacuation de la chaleur résultant de la condensation, dansle condenseur, de la vapeur sortant des turbines.

Electrabel © Daniel Philippe

et donc son impureté. La centralede Doel utilise, depuis saconstruction, des conductimètresde Yokogawa. Grâce à leur grandefiabilité, ceux-ci ont été standar-disés au fil des ans.

La sonde est toujours la mêmeque par le passé (certes plus pré-cise mais avec des temps d’attenteplus longs, sinon la structure estrestée la même). L’électronique etla lecture ont par contre forte-ment évolué (ces appareils ontdès lors plus de capacitésqu’avant). Doel utilise plusieursmodèles qui sont remplacés en

fonction de l’usure/des pannes.La centrale de Doel dispose en-core de la première générationqui est toujours en service, une

électronique black box avec unelecture analogique distincte (uni-quement pour la mesure donc). Ily a une dizaine d’années, les pre-miers modèles permettant la lec-ture de l’historique (journal) viaun notebook ont fait leur appari-tion (intéressant en cas de pro-blème car l’on disposait encoredes données, mais d’un autre côtéles notebooks de l’époque étaientassez coûteux, il y en avait doncpeu). D’autres modèles, dispo-sant de tableaux de compensationdes températures en fonction duliquide (Cation HCl, ammo-niaque ppm, morpholine,...) me-

suré, ont ensuite été ajouté. Der-nièrement, Electrabel a acheté lesderniers EXAxt 450, des modèleséquipés d’un écran tactile. Il n’est

La centrale de Doel utilise, depuis l’année de sa construction, desconductimètres de Yokogawa. En photo: une vue du panneaud’échantillons.

RV/Electrabel

Les instruments et équipements utilisés à la centrale de Doel sont ré-gulièrement testés et calibrés.

RV/Electrabel

donc plus nécessaire de s’équiperd’un manuel pour la commandeet la lecture de l’appareil : unécran tactile permet de parcourirles menus et le conductimètrepeut être paramétré sans note-book onéreux. Par ailleurs, toutesles données disponibles, dont lejournal, peuvent être lues surplace. Un équipement bien pra-tique permettant de transmettreles données par téléphone, ce quiévite le déplacement d’un techni-cien. Le conductimètre est équipéd’un raccordement pour réseaumais il n’est pas utilisé pour lecontrôle des instruments : lamaintenance chimique repré-sente un walking business :contrôler les résultats de mesureet le bon fonctionnement des ap-pareils ne suffit pas, il faut effec-tuer des rondes pour voir s’il n’ya pas de fuites et si tout est enordre. Un raccordement à un or-dinateur permet néanmoins desuivre les mesures afin de pouvoirréagir avant le déclenchementd’une alarme.

LE CALIBRAGELa pureté maximale de l’eau dé-minéralisée est donc mesurée. Siles mesures ne donnent rien, il

faut être certain qu’il s’agit d’unevaleur correcte. C’est la raisonpour laquelle les transformateurssont équipés d’un diagnostic decapteur qui détecte des impuretéséventuelles ou d’autres erreurs.Tous les instruments sont enoutre contrôlés et calibrés de ma-nière régulière. Les intervallessont définis en fonction des be-soins. Les pH-mètres sont parexemple calibrés chaque semaine,les conductimètres tous les ans.

Les systèmes de mesure d’un cir-cuit doivent présenter uneconstante de cellule conforme à laréglementation de la pharmaco-pée USP avec une incertitude de2%. Cela implique que la sourcedu calibrage doit être meilleured’un facteur 3 que le résultat àobtenir. Pour les centrales élec-triques, il n’existe pas de normemais le secteur se conforme auxexigences de l’industrie pharma-ceutique.

Par défaut, un conductimètre estcontrôlé via une «méthode hu-mide» : la sonde est plongée dansun liquide donné, une solutionde chlorure de potassium, et lavaleur de mesure doit correspon-

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Une centrale nucléaire diffère d’une centrale électrique classique par lemode de production de chaleur. Dans une centrale électrique classique, lachaleur est produite par un processus de combustion. Par contre, dansune centrale nucléaire, c’est l’énergie libérée par les réactions de fissionsdans le réacteur qui est utilisée pour produire de la vapeur.

RV/Electrabel

dre à la conductivité connue du-dit liquide. D’après Koen Hoges-toel, ces solutions ont dans lemeilleur des cas une précision de2 % pour une valeur de 15µS/cm. De cette manière, l’on nepeut pas étalonner les sondes avecl’incertitude de calibrage deman-dée (écart possible maximum) de2%.

L’émetteur (l’électronique) est ca-libré avec des résistances de pré-cision qui présentent une préci-sion supérieure à 0,1%. Les solu-tions qui présentent un facteur deconductivité supérieur à 10.000peuvent être garanties jusqu’à1%. Mais comme l’on calibre se-lon une valeur Siemens assez éle-vée, il est difficile d’obtenir, avecune telle solution de référence, laprécision voulue sur les valeursbasses, qui sont celles que l’onsouhaite justement contrôler.L’on peut actuellement améliorerla précision de mesure totale sil’on effectue un étalonnage non« humide» mais « géométrique».Car si l’on connaît parfaitement

les dimensions de lasonde, l’on connaîtaussi sa constante decellule avec précision.Si l’on travaille avecdes sondes de mesureétalonnées de ma-nière géométrique,on peut mesurer desliquides de référencede par exemple 100µS/cm avec une pré-cision voulue et uncaractère répétitif de0,25%.

Yokogawa disposed’une unité spéciali-sée dans le calibragede tels systèmes por-tables, ceux-ci pou-vant être calibrés jus-qu’à une grande pré-cision lors de valeurs

basses, et loués ou vendus à desentreprises. Elle détermine via lasonde mesurée de manière géo-métrique (mesures au rayon laser)l’incertitude de mesure totale ducalibrage à moins de 0,7% (75%de mieux que lors d’un étalon-nage « humide»), ce qui permetde calibrer à de faibles concentra-tions avec une incertitude sur laconstante de cellule dans la me-sure du processus inférieure aux2 % requis. Si l’électronique estcalibrée au préalable avec des ré-sistances de précision, le comp-teur de référence permet mêmed’obtenir une certitude de me-sure de 0,4 %. Le capteur éta-lonné est enfermé dans un boîtierpour éviter tout dommage, et estmis en parallèle avec la mesure duprocessus via un by-pass.

Ces systèmes de mesure d’étalon-nage ont été implémentés à Doell’année dernière afin d’effectuer lecalibrage annuel. La centrale resteainsi conforme aux normes NIST(National Institute of Standardsand Technology, USA). L’on a faità nouveau appel à ce service ennovembre dernier.

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Le modèle de conductimètrefourni par Yokogawa: le SC Cali-brator.

RV/Yokogawa