Les turbines à vapeur des centrales nucléaires fonctionnent dans des conditions bien plus exigeantes que celles des centrales thermiques conventionnelles. L’huile circulant dans les systèmes de lubrification, de régulation et d’étanchéité des arbres n’est pas un consommable : c’est un élément structurel de l’équipement qui doit conserver ses propriétés pendant toute la durée de vie de la turbine. La purification de l’huile des turbines des centrales nucléaires constitue donc une nécessité opérationnelle permanente, et non une opération de maintenance périodique. Une huile de turbine dégradée entraîne directement des défaillances des paliers, un fonctionnement instable du régulateur, des arrêts imprévus des unités de production et des retards dans leur remise en service après maintenance.

Le rôle de l’huile de turbine dans les turbines à vapeur des centrales nucléaires

Les turbines à vapeur des centrales nucléaires fonctionnent sous des conditions sévères de température élevée, de pression importante et de fortes charges mécaniques. Dans ces systèmes, l’huile de turbine remplit trois fonctions essentielles :

Lubrifier les surfaces de frottement afin de réduire l’usure des paliers et des composants mobiles ;
Refroidir les couples de frottement en dissipant la chaleur générée sous forte charge ;
Servir de fluide hydraulique dans les systèmes de régulation et de commande de la turbine.

Pour assurer ces fonctions de manière fiable, les huiles de turbine doivent posséder des propriétés physicochimiques spécifiques. Elles doivent présenter une excellente stabilité à l’oxydation en présence de chaleur, de catalyseurs métalliques, d’eau, de vapeur et d’air. Elles doivent résister à la formation d’émulsions stables au contact de l’eau, conserver des caractéristiques de viscosité adaptées en fonction de la température et protéger les surfaces de travail contre l’usure et la corrosion. Les huiles doivent également être chimiquement inertes vis-à-vis des matériaux des systèmes de lubrification et de commande, exemptes de particules abrasives et de composés agressifs, et résister à la fois à la formation de mousse et au feu.

Le grade de viscosité de l’huile revêt une importance capitale. Dans les systèmes de lubrification et de régulation des turbines à vapeur des centrales nucléaires, on utilise des huiles ISO VG 32 (viscosité nominale de 32 cSt à 40 °C, plage admissible de 28,8 à 35,2 cSt) et ISO VG 46 (viscosité nominale de 46 cSt à 40 °C, plage admissible de 41,4 à 50,6 cSt). La viscosité détermine la capacité de l’huile à former et à maintenir un film lubrifiant continu entre les pièces mobiles, suffisamment épais pour empêcher tout contact métal contre métal dans les conditions normales de fonctionnement.

Causes et conséquences de la dégradation de l’huile de turbine

La perte des qualités de service de l’huile de turbine constitue un problème d’exploitation majeur. Les signes extérieurs de dégradation comprennent une formation excessive de mousse, des dépôts de vernis sur les surfaces internes des équipements et sur les crépines des réservoirs d’huile, ainsi qu’une instabilité du système de commande électrohydraulique de la turbine. Ces phénomènes peuvent entraîner des défaillances des paliers, des arrêts forcés et des retards dans la remise en service des unités de production.

La dégradation de la qualité de l’huile peut résulter de plusieurs causes principales :

Fin de la durée de vie : épuisement des additifs, fourniture d’un produit de qualité insuffisante, décomposition chimique avec formation de produits acides, de gels ou de boues solides par hydrolyse ou dégradation thermique dans les zones de forte température dues au frottement ;
Erreurs de maintenance : utilisation de peintures, matériaux d’étanchéité ou mastics incompatibles, introduction de corps étrangers dans les cavités des équipements, vidange incomplète lors du remplacement de l’huile ;
Incompatibilités de conception : utilisation de refroidisseurs d’huile (par exemple de type M-540) comportant des inserts en bois et des composants en cuivre, incompatibles avec les fluides à base d’esters phosphatés, entraînant une contamination et une dégradation accélérée du fluide ;
Problèmes d’exploitation : température excessive du fluide, infiltration d’eau et émulsification de l’huile.

Pour les huiles minérales de turbine, la principale cause de mise au rebut est le dépassement de l’indice d’acidité admissible. Une autre difficulté importante réside dans la perte accélérée des propriétés de démulsification, particulièrement critique compte tenu de la fréquence de la contamination par l’eau dans les systèmes d’huile des turbines à vapeur des centrales nucléaires.

Purification de l’huile des turbines des centrales nucléaires : technologie CMM-T

Afin de maintenir la qualité de l’huile pendant toute la durée de vie des turbines à vapeur des centrales nucléaires, la purification de l’huile est réalisée directement sur site à l’aide d’équipements mobiles spécialisés. Ces unités combinent la purification, la déshydratation, le dégazage et la filtration dans un seul système, éliminant ainsi les principaux contaminants responsables de la dégradation des performances de l’huile.

L’unité de purification d’huile de turbine CMM-T, développée par GlobeCore, est spécialement conçue pour les conditions d’exploitation des centrales électriques : espace limité, nécessité de déplacer l’équipement entre différents emplacements de travail et exigences élevées en matière de performances. La machine offre un débit de 4,5 m³/h tout en conservant des dimensions compactes de 171 × 117 × 169 cm.

La CMM-T est équipée d’une architecture à deux pompes : une pompe à vide et une pompe de refoulement, permettant de réduire l’encombrement sans compromettre les performances. La pompe à vide crée une dépression dans la cuve sous vide, aspirant l’huile à travers un filtre grossier puis un réchauffeur. À l’intérieur de la cuve, des éléments de garnissage annulaires augmentent la surface effective du film d’huile, favorisant une évaporation intensive de l’humidité sous vide. Les condensats sont recueillis et séparés, tandis que l’huile séchée traverse des étapes de filtration fine avant d’être renvoyée dans le système.

Principales performances de la purification de l’huile des turbines des centrales nucléaires avec la CMM-T :

Réduction de la teneur en eau : de 50 ppm à 10 ppm ;
Contamination par les particules mécaniques : réduite à ≤10 g/t ;
Débit : 4,5 m³/h.

L’unité est équipée d’un système complet d’instrumentation de sécurité : capteurs de niveau contrôlant le niveau d’huile dans la cuve sous vide et commandant les électrovannes, capteur de mousse déclenchant son évacuation, relais de débit empêchant l’activation du réchauffeur tant que la circulation de l’huile n’est pas confirmée, sonde de température RTD et thermostat assurant la protection contre la surchauffe. Le panneau de commande intègre un automate programmable (PLC) avec affichage de l’état de fonctionnement et commandes opérateur. L’unité est montée sur roues afin de faciliter son déplacement dans l’enceinte de la centrale.

Prolonger la durée de vie de l’huile et améliorer la fiabilité des turbines

Une purification régulière et réalisée en temps opportun de l’huile des turbines des centrales nucléaires prolonge la durée de vie de l’huile elle-même et garantit la fiabilité des turbines à vapeur pendant toute leur durée d’exploitation. Lorsque la purification est effectuée conformément aux normes techniques, les caractéristiques de l’huile restent dans les limites admissibles, ce qui réduit la fréquence des remplacements complets de l’huile ainsi que les coûts et les risques d’arrêt qui y sont associés.

Une analyse régulière de l’huile, associée à la purification sur site, offre aux exploitants de centrales nucléaires une stratégie économique et efficace pour maintenir les systèmes de lubrification des turbines en bon état pendant tout le cycle d’exploitation des unités de production.