ISO 18229:2018
(Main)Essential technical requirements for mechanical components and metallic structures foreseen for Generation IV nuclear reactors
Essential technical requirements for mechanical components and metallic structures foreseen for Generation IV nuclear reactors
ISO 18229:2018 defines the essential technical requirements that are addressed in the process of design and construction of Generation IV (GEN IV) nuclear reactors. It does not address operation, maintenance and in-service inspection of reactors. Six reactor concepts are considered for GEN IV: the sodium fast reactor, the lead fast reactor, the gas fast reactor, the very high temperature reactor, the supercritical water reactor and the molten salt reactor. Annex A details the main characteristics for the different concepts. The scope of application of this document is limited to mechanical components related to nuclear safety and to the prevention of the release of radioactive materials ? that are considered to be important in terms of nuclear safety and operability, ? that play a role in ensuring leaktightness, partitioning, guiding, securing and supporting, and ? that contain and/or are in contact with fluids (such as vessels, pumps, valves, pipes, bellows, box structures, heat exchangers, handling and driving mechanisms).
Exigences techniques essentielles pour les composants mécaniques et les structures métalliques destinés aux réacteurs nucléaires de quatrième génération
Le présent document définit les exigences techniques essentielles qui sont traitées lors du processus de conception et de construction des réacteurs nucléaires de quatrième génération («GEN IV»). Il ne couvre ni l'exploitation, ni la maintenance, ni l'inspection en service des réacteurs. La quatrième génération couvre six concepts de réacteurs: les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium, les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur plomb, les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur gaz, les réacteurs à très haute température, les réacteurs à eau supercritique et les réacteurs à sels fondus. L'Annexe A décrit les principales caractéristiques des différents concepts. Le domaine d'application du présent document se limite aux composants mécaniques en lien avec la sûreté nucléaire et la prévention de l'émission de matières radioactives: — qui sont jugés importants sur le plan de la sûreté ou de la disponibilité; — qui ont une fonction d'étanchéité, de cloisonnement, de guidage, de maintien ou de supportage; — qui contiennent et/ou sont en contact avec des fluides (par exemple récipients, pompes, robinets-vannes, tuyauteries, soufflets, structures caissonnées, échangeurs et mécanismes de contrôle et de manutention).
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18229
First edition
2018-02
Essential technical requirements for
mechanical components and metallic
structures foreseen for Generation IV
nuclear reactors
Exigences techniques essentielles pour les composants mécaniques et
les structures métalliques prévus pour les réacteurs nucléaires de la
quatrième génération
Reference number
©
ISO 2018
© ISO 2018
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address
below or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva, Switzerland
Tel. +41 22 749 01 11
Fax +41 22 749 09 47
copyright@iso.org
www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2018 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Units of measurements . 4
5 Management system . 4
6 Technical requirements . 4
6.1 General . 4
6.2 Materials . 4
6.2.1 General. 4
6.2.2 Specification of materials . 5
6.2.3 Material conformity declaration . 7
6.3 Design . 7
6.3.1 General. 7
6.3.2 Damages . 7
6.3.3 Considerations for operating conditions and load combinations . 8
6.3.4 Criteria levels . 9
6.3.5 Corrosion, erosion, erosion-corrosion, wear .11
6.3.6 Attachments .11
6.3.7 Sudden variation in the mechanical properties at junctions .11
6.3.8 Nuclear cleanliness requirements .11
6.3.9 Thermal ageing.12
6.3.10 Irradiation .12
6.3.11 Design methods .12
6.4 Fabrication .13
6.4.1 General.13
6.4.2 Identification of materials/parts .14
6.4.3 Preparation of parts .14
6.4.4 Welding .14
6.4.5 Forming and dimension tolerances .16
6.4.6 Cleaning .17
6.4.7 Heat treatment.17
6.5 Tests and examination methods .17
6.5.1 General.17
6.5.2 Methods .17
6.5.3 Procedures .17
6.5.4 Personnel qualification .18
6.6 Final inspection and testing .18
6.6.1 Final inspection .18
6.6.2 Final pressure test .18
6.7 Marking/labelling .18
7 Documentation .19
8 Conformity assessment .19
Annex A (informative) Description of GEN IV reactors .20
Annex B (informative) Illustration of material selection for sodium fast reactor
(SFR) components .21
Annex C (informative) Description of types of damage .22
Annex D (informative) Documentation .25
Bibliography .29
iv © ISO 2018 – All rights reserved
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www .iso .org/ iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 85, Nuclear energy, nuclear technologies,
and radiological protection, Subcommittee SC 6, Reactor technology.
Introduction
GEN IV reactors’ objectives are to meet reinforced requirements (compared to GEN II to III reactors)
concerning safety and reliability and linked with design and fabrication of equipment:
— to excel in safety and reliability;
— to eliminate the need for offsite emergency response;
— to have a very low likelihood and degree of reactor core damage.
This is supported with the use of codes or standards with a proven history of supporting public safety.
The purpose of this document is not to replace these codes or standards but to identify the essential
technical requirements which need to be addressed by the design and fabrication codes in order to
allow to meet such safety requirements at the expected level for the GEN IV reactors.
It enables these standards to co-exist, providing an approach that can accommodate technical
innovations, existing national frameworks and market needs.
vi © ISO 2018 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 18229:2018(E)
Essential technical requirements for mechanical
components and metallic structures foreseen for
Generation IV nuclear reactors
1 Scope
This document defines the essential technical requirements that are addressed in the process of design
and construction of Generation IV (GEN IV) nuclear reactors. It does not address operation, maintenance
and in-service inspection of reactors.
Six reactor concepts are considered for GEN IV: the sodium fast reactor, the lead fast reactor, the gas fast
reactor, the very high temperature reactor, the supercritical water reactor and the molten salt reactor.
Annex A details the main characteristics for the different concepts.
The scope of application of this document is limited to mechanical components related to nuclear safety
and to the prevention of the release of radioactive materials
— that are considered to be important in terms of nuclear safety and operability,
— that play a role in ensuring leaktightness, partitioning, guiding, securing and supporting, and
— that contain and/or are in contact with fluids (such as vessels, pumps, valves, pipes, bellows, box
structures, heat exchangers, handling and driving mechanisms).
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO/IEC 17050-1, Conformity assessment — Supplier's declaration of conformity — Part 1: General
requirements
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
certification
third-party attestation related to products, processes, systems or persons
[SOURCE: ISO 17000:2004, 5.5 modified — notes deleted]
3.2
component
part of equipment which can be considered as an individual item
3.3
conformity
fulfilment of specified requirements
3.4
contractor
supplier (3.16) in a contractual situation
3.5
designer
organization or individual that performs design of components (3.2) in compliance with a number of
requirements, such as customer’s needs, nuclear safety rules, national and international standards,
good engineering practices
3.6
equipment specification
document used to specify technical and quality assurance requirements of the equipment
Note 1 to entry: The equipment specification specifies in particular:
— scope;
— scope of supplies (such as description, safety classification, quality grade, seismicity);
— reference documents, together with details of their conditions of application, where necessary.
Note 2 to entry: The equipment specification and a set of supplementary reports (operating conditions report,
limiting conditions definition report, interface reports, loading definition reports) contain all data required to
check the design rules according to the specified criteria level. All these data are designated by the general term
equipment specification.
Note 3 to entry: The equipment specification also addresses the design activities.
3.7
examination
activity carried out by qualified personnel using qualified procedures to assess that given products,
processes or services fulfil conformity (3.3)
3.8
inspector
person in charge of verifying the compliance of the documentation issued by a supplier (3.16) against
the technical attachments to the order
Note 1 to entry: The inspector is also the person in charge of verifying the correctness of certain fabrication
phases to which he or she is called to attend.
Note 2 to entry: The inspector can or cannot be a member of the supplier's staff.
3.9
manufacturer
legal entity responsible for final design, manufacturing, engineering, and for the construction of any
component (3.2) of the nuclear reactor
Note 1 to entry: Beyond the scope of mechanical components and metallic structures, different entities are
usually responsible for the functions of manufacturing, engineering and design. Sometimes, one entity could be
responsible for more than one of the mentioned functions (e.g. design and engineering).
2 © ISO 2018 – All rights reserved
3.10
operating organization
legal entity having been duly authorized to implement and execute the operation of the nuclear
installation
Note 1 to entry: In the subject field, the concept is usually designated by the term “Operator” beginning with
capital letter.
3.11
prime contractor
legal entity granted that receives a major contract from the owner for providing a full provision of
either the nuclear island and/or the balance of plant
3.12
qualification
proof of suitability of an individual, product, process, procedure or service to fulfil specified
requirements
3.13
regulation
rules promulgated by a regulatory body in accordance with legal statutes or directives
3.14
standard
code
document established and approved by a standard issuing body that provides for common and repeated
use, mandatory requirements, guidelines or characteristics for activities or their results
Note 1 to entry: A code or standard can be approved by a safety authority, depending on the regulations (3.13) in
a given country.
3.15
subcontractor
any contractor (3.4), except for a prime contractor (3.11), providing supplies and/or services through a
contract passed with other project contractor or eventually the project management for specific items
Note 1 to entry: Some of these subcontractors will be explicitly named as tubes manufacturer (3.9), plates
manufacturer (rolling mill), forgings manufacturer (forging mill), pumps manufacturer, valves manufacturer.
3.16
supplier
individual and legal entity (steelmaker, forging mill, pipemaker, foundry, etc.) responsible for the
fabrication of products or parts on behalf of the manufacturer (3.9) or one subcontractor (3.15)
3.17
surveillance agent
person not subordinated to the supplier (3.16) concerned, commissioned to ensure that the component
(3.2) is constructed and inspected in compliance with the documents attached to the orders placed
with the supplier, with the present code and with the documents drawn up in application of the latter
3.18
testing
activity carried out to determine, by specific procedures, that one or more characteristic of a product,
process or service fulfil conformity (3.3)
3.19
inspection body
organization that performs inspections on any granted-by-contract service or supply as provided for
by standards (3.14) and is independent of the manufacturer (3.9), contracting party, owner or operating
organization (3.10)
4 Units of measurements
Measurements shall be in SI units. Product standards that are available only in other units may
be used. Other cases are to be adopted with appropriate and consistent conversion factors to avoid
assembly/interface-related issues.
5 Management system
A management system shall be established and implemented that meets the requirements defined by
the IAEA.
6 Technical requirements
6.1 General
The use of a code or standard for the design of a component ensures structural integrity against loads
and combination of them, though some level of geometrical and functional damage can be present.
The user of a code or standard shall select the code/standard in adequacy with the component to be
designed.
The adequacy shall be evaluated on:
— the type of components (component function, component classification);
— relevant operating conditions such as pressure, temperature, flow rate, chemical environment, sort
and level of radiation;
— material;
— failure modes (include identification of possible loads and their combinations).
As standards or codes ensure consistency between the different steps of a component manufacturing
(material, design, fabrication), it is recommended to use consistent set of standards or codes for the
different steps of a component design.
If the code or standard does not fully cover the needs for design of the component, the user shall define
the complementary requirements to apply and shall verify the consistency between the different
requirements and the code.
In a reactor, it is possible to use different standards or codes for different components; nevertheless, it
will lead to define additional requirements to provide rules for consistency between equipment in the
same system built according to different standards or codes.
6.2 Materials
6.2.1 General
Materials of pressure-bearing parts, materials for non-pressure bearing parts (e.g. supports and
attachments) and welding consumables used for the manufacture of mechanical components shall be
suitable for intended application and to other foreseeable but unintended conditions.
Choosing a material referred to in a code or standard does not automatically assume its suitability for
use, as this is specifically dependent on the radiation field, physical and chemical environment (e.g.
incompatibility of aluminium with a sodium environment).
An identification system shall be established and maintained for materials used in fabrication so that
all materials can be traced to their origin. This includes the use of welding consumable.
4 © ISO 2018 – All rights reserved
Annex B gives some illustrations of material selections for the different projects.
6.2.2 Specification of materials
The material properties shall:
a) be appropriate for all operating conditions that are reasonably foreseeable and for all test
conditions:
— in particular, they shall be sufficiently ductile and tough;
— they shall be sufficiently chemically resistant to the fluid contained in the component;
— they shall not be adversely affected at operating conditions (e.g. by ageing, creep, irradiation
embrittlement);
b) be suitable for the intended fabrication procedures;
c) be compatible with NDT methods needed for fabrication and in service inspection issues (NDT and
inspection feasibility are not only depending on the material selection, but material shall not be
incompatible with the selected methods).
A way to select a material may be to use a material file. A material file might contain the following parts:
a) Introduction
1) Material specification (including chemical composition, grade)
2) Codes and standards dealing with these parts or products
3) Procurement specifications
4) Industrial application and experience
b) Physical properties
c) Base metal and welded joints mechanical properties for design and analysis
1) Justification of the applicability of the design rules for the specified usage conditions
2) Basic mechanical properties
3) Mechanical properties needed for the specified usage conditions
4) Guaranty of the consistency between the properties of the final part laid-on the plant and the
material properties used to design the component
d) Manufacturing
1) Industrial experience
2) Metallurgy
e) Fabrication
1) Industrial experience
2) Forming operation ability
f) Welding
1) Weldability
2) Industrial experience for the welding procedure qualification
3) Industrial experience for the welding repair procedure qualification
g) Capability to be inspected
h) In service behaviour
1) Thermal ageing, corrosion, erosion-corrosion, irradiation
6 © ISO 2018 – All rights reserved
Once the material is selected, the way to procure it shall be described in a document (procurement
specification). This specification shall include:
a) Scope
b) Melting process
c) Chemical requirements
d) Manufacture (including forming, surface treatments, heat treatments)
e) Mechanical properties
f) Surface examination — Surface defects
g) Volumetric examination
h) Removal of unacceptable areas
i) Dimensional check
j) Marking
k) Cleanliness — Packaging — Transportation
l) Test reports
m) Acceptance criteria
6.2.3 Material conformity declaration
The component manufacturer shall take appropriate measures to ensure that materials used comply
with the requirements of specifications permitted by the applicable standards. The manufacturer
shall obtain material identification and linkability certification as required by the applicable material
specification.
6.3 Design
6.3.1 General
The aim of design rules is to ensure that the components are mechanically resistant under the various
mechanical loads and load combinations to which they could be exposed in specified operating
conditions.
The damages shall be identified, taking into account the elements (e.g. safety classification, functionality
of the components, operating conditions, component material) given by the equipment specification.
The adopted design standard might not cover other jeopardizing factors, such as erosion/corrosion, or
radiation embrittlement. For this reason, the designer shall identify additional standards or measures
to cope with these factors and apply their contents.
The design includes the identification of damages, the consideration of loads applied to the component,
the definition of criteria to apply to the design, the design by itself, the fabrication of the component, the
test and examinations needed to validate the fabrication and the establishment of the documentation.
6.3.2 Damages
The following is a list of the damages identified for the different types of reactors. A short definition of
the damages is given in Annex C. The design shall consider the following failure modes and specifically
address those listed in the table identifying the damages which are likely to occur for the different type
of reactors:
— immediate excessive deformation;
— immediate plastic instability;
— time-dependent excessive deformation;
— time-dependent plastic instability;
— time-dependent fracture;
— elastic or elastoplastic instability;
— progressive deformation;
— fatigue (progressive cracking);
— creep fatigue;
— load controlled buckling;
— strain controlled buckling;
— time-dependent buckling;
— fast fracture.
6.3.3 Considerations for operating conditions and load combinations
During operation, a component may be subjected to a number of different operating conditions which
are classified under four categories according to considerations on structural integrity and other
relevant technical aspects associated with plant operation.
The operating conditions for each component are classified as follows:
— the first category operating conditions and the second category operating conditions are the
conditions to which the component may be subjected in the course of normal operation, including
normal operating incidents, basis events (including anticipated operational occurrences), start-up
and shutdown;
— the third category operating conditions include design basis accident, emergency conditions,
corresponding to very low probability of occurrence but which shall nonetheless be considered;
— the fourth category operating conditions, which are highly improbable but whose consequences on
component are studied among others for safety reasons.
The testing conditions in which the component may be subjected in the course of post-fabrication test
shall be classified under one of the three first categories defined above.
The list and classification of operating conditions shall be defined in the equipment specification and
the credible combination of events shall be taken for structural integrity assessment.
There is a set of possible effects (pressures, forces, heat flux, irradiation, corrosion) corresponding to
each operating condition. Some of these effects, which may produce mechanical work depending on the
component deformation, are referred to as loads. Sets of simultaneous loads are referred to as loadings.
The loads constituting loadings include, but are not limited to, the following:
— internal and external pressures;
8 © ISO 2018 – All rights reserved
— the weight of the component and its contents, and the static and dynamic loads produced by liquids
under each condition analysed;
— forces resulting from weight, thermal expansion, and pressure and dynamic loads which originate
outside the zone studied and which are applied at its boundaries;
— loads resulting from earthquakes and vibrations, if any;
— reactions of supports;
— temperature effects, either constant or transient;
— wind;
— wind-borne missile;
— flood loads;
— forces resulting from non-free swelling in irradiation conditions.
6.3.4 Criteria levels
6.3.4.1 General
The level of criteria to be met shall be defined in the equipment specification for each loading associated
with an operating condition or set of operating conditions for each equipment.
To simplify the text, the following minimum criteria to be applied for the different situation categories
will be identified as level A, B, C and D criteria with the following correspondence (see 6.3.3):
— level A criteria correspond to the first category operating conditions,
— level B criteria correspond to the second category operating conditions,
— level C criteria correspond to the third category operating conditions,
— level D criteria correspond to the fourth category operating conditions.
6.3.4.2 Levels A and B criteria
The aim of levels A and B criteria is to protect the component against the following types of damage:
— immediate or time-dependent excessive deformation;
— immediate or time-dependent plastic instability;
— time-dependent fracture;
— elastic or elastoplastic instability, immediate or time-dependent;
— progressive deformation;
— creep fatigue;
— fatigue.
The respect of levels A and B criteria guarantees the level of safety required with regard to these types
of damage throughout the life of the component, for operation as specified. It shall be met for the first
and second category operating conditions.
6.3.4.3 Level C criteria
The aim of level C criteria is to protect the component against the following types of damages:
— immediate or time-dependent excessive deformation;
— immediate or time-dependent plastic instability;
— time-dependent fracture;
— elastic or elastoplastic instability, immediate or time-dependent.
When a component has been subjected to loadings which, while satisfying level C criteria, exceed level
A and B criteria, it is possible that small levels of overall deformation could occur. Consequently, it could
be necessary to inspect a component subjected to these types of loading before reusing it to ensure that
its condition is satisfactory.
It is recalled that level C criteria do not require fatigue analyses and consequently, the number of stress
cycles, which are only limited by level C criteria, should not exceed 10.
The criteria to be met for third category operating conditions shall be at least as severe as those of level C.
6.3.4.4 Level D criteria
6.3.4.4.1 General
The aim of level D criteria is to protect the component against the following types of damages but with
lower safety margins than those with level C criteria:
— immediate or time-dependent plastic instability;
— time-dependent fracture;
— elastic or elastoplastic instability, immediate or time-dependent.
It will not always be possible to return to service a component having been subjected to a loading only
limited by level D criteria.
The criteria to be met for fourth category operating conditions shall be at least as severe as those of
level D.
6.3.4.4.2 When allocating an event to a situation category, the operating conditions of the equipment
shall not be mixed with the operating conditions of the plant. For example, operating under accidental
conditions may be a normal operating situation for some specific equipment. Still, this does not mean
that all A and B criteria shall apply to this equipment if, for example, the mission time for this equipment
under these conditions is short and if these conditions do not induce certain phenomena such as fatigue.
6.3.4.4.3 For all criteria levels, margins shall be defined. Design margins on material properties and
types of design (including appropriate fabrication details) shall address foreseeable failure modes under
specified loading conditions.
Material properties to be taken into account, where applicable, include:
— yield strength;
— tensile strength;
— time-dependent strength, i.e. creep strength;
— fatigue data;
— modulus of elasticity;
10 © ISO 2018 – All rights reserved
— strain;
— impact strength;
— fracture toughness.
6.3.4.4.4 The method described in 6.3.3 and 6.3.4 is related to the design deterministic approach.
Classification of events in category is an input for the design. It should be done in link with safety
[5]
considerations such as included in IAEA requirement SSR-2/1 .
The following parts give some warning regarding failure modes not necessarily addressed by design
and construction codes in general.
6.3.5 Corrosion, erosion, erosion-corrosion, wear
If the component is subject to in-service thinning resulting from surface corrosion (erosion, erosion-
corrosion, abrasion and wear) or under the effects of products handled or environmental conditions,
a certain additional thickness shall be provided. This thickness, which shall compensate for thinning
during the specified service life of the component, shall be added to the minimum thickness determined
on the basis of design the rules set. This additional thickness need not be the same for all areas of the
component if different rates of attack are expected for various areas.
6.3.6 Attachments
Plugs, brackets, hooks, stiffeners pads and other attachments may be welded, bolted or screwed to
the internal or external component walls. The effects of attachments on thermal stresses, on stress
concentrations and their possible deformation limiting effects on pressure-retaining parts shall be
taken into account when checking that the design requirements are met.
A fatigue analysis of the zones concerned by these attachments is essential and shall be carried out in
accordance with the rules of the selected code or standard.
Insofar as possible, attachments intended for assembly shall be ground flush after installation of the
component.
6.3.7 Sudden variation in the mechanical properties at junctions
Special attention shall be paid to the design, analysis, manufacture and controllability of joints, where
assembled by welding or compression, between materials which do not have the same mechanical
properties. These properties comprise expansion, creep rate and ductility, and fatigue strength at high
temperature.
Heterogeneous welded joints between an austenitic steel or a nickel-base-alloy and a ferritic steel
should, wherever possible, be avoided in areas subject to significant creep. Unless it is technically
impossible, these joints shall be ground flush using a suitable procedure that limits the induced residual
surface stresses. They shall be located in areas where the cyclical thermal stresses are weak.
6.3.8 Nuclear cleanliness requirements
Components shall be designed so that each part or subassembly can be thoroughly cleaned during
manufacture and after installation, and that the state of cleanliness thus obtained can be verified over
the entire part or subassembly.
Components shall be designed and installed so that they comply with the following:
— The manufacturer shall not adopt a geometry which favours the local accumulation of corrosion
residues or products liable to cause corrosion.
— Provision shall be made for the necessary inlet and outlet openings for fluids, vents and drains, as
well as for access openings required for visual examination.
6.3.9 Thermal ageing
Many materials are subject to thermal ageing at temperatures which depend on their analysis and their
metallurgical condition. The degradation of mechanical properties of the material which are taken into
account in the design is a possible result of thermal ageing. Temperature and time conditions likely to
produce a significant deterioration in monotonic tensile properties shall be determined. When these
conditions are reached, the negative effect of thermal ageing on design analyses shall be taken into
account.
6.3.10 Irradiation
Irradiation generally has an effect of increasing tensile stress properties (conventional yield strength
at 0,2 % offset, Rp0,2 %, conventional yield strength at 1 % offset, Rp1 % and tensile strength Rm),
called hardening; in return, ductility and toughness are diminished. When irradiation is sufficiently
significant to have a notable negative effect on design rules, it shall be taken into account.
6.3.11 Design methods
The purpose of mechanical analyses is to demonstrate that a component does not undergo certain types
of damage when subjected to the loadings associated with the conditions specified in the equipment
specification.
To fulfil, in each condition category, the criteria applicable to a level defined in the equipment
specification satisfies this requirement.
Analyses consist in verifying criteria selected on the basis of the method of analysis and the level of
criteria and the type of damage. In the course of this verification, practical methods of analysis are used
to determine significant quantities and to compare these quantities with maximum acceptable values.
Three methods of analysis are acceptable in defining the significant quantities used in the criteria:
— elastic analysis;
— inelastic analysis (elastoplastic, plastic, visco-plastic, elasto-visco-plastic);
— experimental analysis.
The term elastic analysis designates analyses carried out on the assumption that the behaviour of the
material is elastic and linear, that the displacements are small (geometrical linearity) and that there is
no initial stress (or residual stress).
The term inelastic analysis designates all the other methods except for experimental analysis.
Experimental analysis consists in subjecting models representing the component or some of its
elements to loadings in order to determine the deformation and stresses or margins with regard to the
damage under study.
Elastic analysis should be the most commonly used method, the other methods of analysis only being
used when it has not been possible to check certain criteria associated with elastic analysis.
It may be necessary for technical reason to break a component up into several zones of calculation in
order to analyse a single type of damage.
In this case, an overall analysis of the component shall be made to determine the connections and loads
or displacements to be applied to the zone boundaries for each load case considered.
As a general rule, the same analysis method shall be used for all parts of the component. A method
other than that used for the entire component may be used locally provided that the coherence between
the two analysis methods is checked at the boundaries of the parts examined.
12 © ISO 2018 – All rights reserved
The rules to be respected differ according to:
— the level of criteria;
— the method of analysis: elastic, inelastic or experimental;
— the damage envisaged.
These rules also depend on three factors: temperature, time and irradiation:
— temperature because the properties of the material (allowable stresses, fatigue curves, creep
properties) often depend upon it and it shall therefore be taken into account;
— time because its influence on the behaviour of the materials shows up in phenomena which can
often be neglected at moderate temperatures but which, on the other hand, shall be taken into
account at high temperatures. These phenomena due to the effect of time are generally designated
by the term creep;
— irradiation because neutrons could, at moderate temperature, generate movement of atoms
and transmutation that could lead to changes in the material’s properties. At high temperature,
irradiation could influence the behaviour of materials over time and thus contribute to creep
(“irradiation” creep combined with “thermal” creep). At high temperature, neutrons could also
cause gas swelling, coming from the formation and growth of cavities due to the vacancies created
by irradiation.
Design rules shall be associated with their applicability domain based on:
— the conditions for the absence of significant creep (negligible creep). Under these conditions (if they
are met), it is possible to neglect creep; that is, the effect of time;
— the conditions for the absence of significant irradiation (negligible irradiation). Under these
conditions (if they are met), it is possible to neglect the effect of irradiation;
— the conditions for the absence of significant ageing (negligible ageing) for materials displaying
reduced mechanical strength under tension. Under these conditions (if they are met), it is possible
to neglect the effect of ageing.
6.4 Fabrication
6.4.1 General
Manufacturing methods and techniques shall be appropriate for all aspects of the fabrication process,
considering degradation of materials from fabrication, heat treatment or forming.
They shall be described in documents containing the minimum requirements to be met, as far as
possible, following the chronological order of fabrication.
The documents give generally the minimum requirements that apply to manufacture apart from welding
of components, the manufacturer being required to add any additional arrangements it considers
necessary to ensure quality of manufacture. This is because no manufacture and implementation rule
can be expressed in sufficient detail to ensure a proper fabrication. This essentially depends on the
resources and the know-how
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 18229
Première édition
2018-02
Exigences techniques essentielles
pour les composants mécaniques et
les structures métalliques destinés
aux réacteurs nucléaires de quatrième
génération
Essential technical requirements for mechanical components and
metallic structures foreseen for Generation IV nuclear reactors
Numéro de référence
©
ISO 2018
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2018
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2018 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Unités de mesure . 4
5 Système de management. 4
6 Exigences techniques . 4
6.1 Généralités . 4
6.2 Matériaux . 5
6.2.1 Généralités . 5
6.2.2 Spécification des matériaux . 5
6.2.3 Déclaration de conformité des matériaux . 7
6.3 Conception . 7
6.3.1 Généralités . 7
6.3.2 Dommages . 7
6.3.3 Considérations applicables aux situations de fonctionnement et aux
combinaisons de chargements . 8
6.3.4 Niveaux de critères . 9
6.3.5 Corrosion, érosion, corrosion-érosion, usure .11
6.3.6 Appendices . . .11
6.3.7 Variation soudaine des propriétés mécaniques aux jonctions.11
6.3.8 Exigences de propreté nucléaire .11
6.3.9 Vieillissement thermique .12
6.3.10 Irradiation .12
6.3.11 Méthodes de conception .12
6.4 Fabrication .13
6.4.1 Généralités .13
6.4.2 Identification des matériaux et pièces .14
6.4.3 Préparation des pièces .14
6.4.4 Soudage .14
6.4.5 Formage et tolérances dimensionnelles .17
6.4.6 Nettoyage.17
6.4.7 Traitement thermique .17
6.5 Méthodes d’essai et de contrôle .17
6.5.1 Généralités .17
6.5.2 Méthodes .18
6.5.3 Procédures .18
6.5.4 Qualification du personnel .18
6.6 Inspection et essai finaux.18
6.6.1 Inspection finale .18
6.6.2 Essai de pression final .19
6.7 Marquage/étiquetage .19
7 Documentation .19
8 Évaluation de la conformité .20
Annexe A (informative) Description des réacteurs de quatrième génération .21
Annexe B (informative) Illustration de la sélection des matériaux pour les composants des
réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium (RNR-Na) .22
Annexe C (informative) Description des types de dommages .23
Annexe D (informative) Documentation .26
Bibliographie .30
iv © ISO 2018 – Tous droits réservés
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 85, Énergie nucléaire, technologies
nucléaires, et radioprotection, sous-comité SC 6, Technologie du réacteur.
Introduction
Les réacteurs de quatrième génération ont pour but de satisfaire à des exigences plus strictes (par
rapport aux réacteurs de deuxième et troisième génération) en matière de sûreté et de fiabilité, et, en ce
qui concerne la conception et la fabrication des équipements:
— d’atteindre des niveaux de sûreté et de fiabilité d’excellence;
— d’éviter le recours à des systèmes de secours externes;
— d’avoir une très faible probabilité et un très faible degré d’endommagement du cœur du réacteur.
Cela est adossé à l’utilisation de codes ou de normes reconnus aptes à garantir la sécurité du public.
Le présent document n’entend pas se substituer à ces codes ou normes, mais entend identifier les
exigences techniques essentielles devant être couvertes par les codes de conception et de fabrication afin
de permettre aux réacteurs de quatrième génération de satisfaire le niveau attendu d’exigences de sûreté.
Le présent document permet à ces normes de coexister, suivant une approche qui tient compte des
innovations techniques, des cadres nationaux existants et des besoins du marché.
vi © ISO 2018 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 18229:2018(F)
Exigences techniques essentielles pour les composants
mécaniques et les structures métalliques destinés aux
réacteurs nucléaires de quatrième génération
1 Domaine d’application
Le présent document définit les exigences techniques essentielles qui sont traitées lors du processus
de conception et de construction des réacteurs nucléaires de quatrième génération («GEN IV»). Il ne
couvre ni l’exploitation, ni la maintenance, ni l’inspection en service des réacteurs.
La quatrième génération couvre six concepts de réacteurs: les réacteurs à neutrons rapides à
caloporteur sodium, les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur plomb, les réacteurs à neutrons
rapides à caloporteur gaz, les réacteurs à très haute température, les réacteurs à eau supercritique et
les réacteurs à sels fondus.
L’Annexe A décrit les principales caractéristiques des différents concepts.
Le domaine d’application du présent document se limite aux composants mécaniques en lien avec la
sûreté nucléaire et la prévention de l’émission de matières radioactives:
— qui sont jugés importants sur le plan de la sûreté ou de la disponibilité;
— qui ont une fonction d’étanchéité, de cloisonnement, de guidage, de maintien ou de supportage;
— qui contiennent et/ou sont en contact avec des fluides (par exemple récipients, pompes, robinets-
vannes, tuyauteries, soufflets, structures caissonnées, échangeurs et mécanismes de contrôle et de
manutention).
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO/IEC 17050-1, Évaluation de la conformité — Déclaration de conformité du fournisseur — Partie 1:
Exigences générales
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
certification
attestation réalisée par une tierce partie, relative à des produits, des processus, des systèmes ou des
personnes
[SOURCE: ISO 17000:2004, 5.5 modifiée — notes supprimées]
3.2
composant
partie d’équipement pouvant être considérée comme un élément individuel
3.3
conformité
satisfaction d’exigences spécifiées
3.4
prestataire
fournisseur (3.16) dans le cadre d’une situation contractuelle
3.5
concepteur
organisme ou individu chargé(e) de concevoir les composants (3.2) conformément à un certain nombre
d’exigences, par exemple les besoins du client, les règles de sûreté nucléaire, les normes nationales et
internationales ou encore les bonnes pratiques d’ingénierie
3.6
spécification d’équipement
document utilisé pour spécifier les exigences techniques et d’assurance qualité des équipements
Note 1 à l'article: La spécification d’équipement définit plus particulièrement:
— le domaine d’application;
— l’étendue des fournitures (pouvant comprendre la description, le classement de sûreté, le niveau de qualité,
la sismicité);
— les documents de référence accompagnés des informations relatives à leurs conditions d’application, si besoin.
Note 2 à l'article: La spécification d’équipement, complétée par un ensemble de documents supplémentaires
(documents définissant les situations de fonctionnement, documents définissant les conditions limites,
documents définissant les interfaces, documents définissant les chargements), contient toutes les données
nécessaires pour vérifier les règles de conception selon le niveau de critère spécifié. L’ensemble de ces données
est désigné par le terme générique «spécification d’équipement».
Note 3 à l'article: La spécification d’équipement couvre également les activités de conception.
3.7
contrôle
activité réalisée par du personnel qualifié avec des procédures qualifiées, pour évaluer la conformité
(3.3) de produits, de procédés ou de services donnés
3.8
contrôleur
personne chargée de vérifier la conformité de la documentation communiquée par un fournisseur (3.16)
compte tenu des pièces techniques jointes à la commande
Note 1 à l'article: Le contrôleur est également chargé de vérifier le bon déroulement de certaines phases de
fabrication auxquelles il est appelé à assister.
Note 2 à l'article: Le contrôleur peut être ou non un membre du personnel du fournisseur.
2 © ISO 2018 – Tous droits réservés
3.9
fabricant
entité légale responsable de la conception finale, de la fabrication, de l’ingénierie et de la construction
de tout composant (3.2) du réacteur nucléaire
Note 1 à l'article: Au-delà des composants mécaniques et des structures métalliques, la responsabilité des
fonctions de fabrication, d’ingénierie et de conception est généralement confiée à différentes entités. Une même
entité peut parfois assumer la responsabilité de plusieurs des fonctions susmentionnées (par exemple conception
et ingénierie).
3.10
organisation exploitante
entité légale dûment habilitée à mettre en œuvre et à exploiter l’installation nucléaire
Note 1 à l'article: Dans le domaine ici couvert, le concept est généralement désigné par le terme «Exploitant», avec
la première lettre en majuscule.
3.11
maître d’œuvre
entité légale titulaire du contrat principal passé avec le propriétaire pour la fourniture de tout ou partie
de l’îlot nucléaire et de la centrale nucléaire
3.12
qualification
preuve de l’aptitude d’une personne physique, d’un produit, d’un procédé, d’une procédure ou d’un
service à se conformer à des exigences spécifiées
3.13
règlement
règles promulguées par un organisme réglementaire en application de textes juridiques ou de directives
3.14
norme
code
document établi et approuvé par un organisme éditeur de normes, qui fournit, pour des usages
communs et répétés, des exigences requises, des lignes directrices ou des caractéristiques, pour des
activités ou leurs résultats
Note 1 à l'article: Un code ou une norme peut être approuvé(e) par une autorité de sûreté, selon les règlements
(3.13) en vigueur dans un pays donné.
3.15
sous-traitant
tout prestataire (3.4), à l’exception d’un maître d’œuvre (3.11), appelé à fournir des produits et/ou services
dans le cadre d’un contrat conclu avec une autre partie contractante du projet ou, éventuellement, à
assumer la gestion de projet pour certains éléments spécifiques
Note 1 à l'article: Certains de ces sous-traitants sont explicitement désignés comme «fabricant (3.9) de
tuyauteries», «fabricant de plaques» (laminoir), «fabricant de pièces de forge» (forge), «fabricant de pompes»,
«fabricant de robinets-vannes».
3.16
fournisseur
entité légale individuelle (aciérie, forge, fabricant de tuyauteries, fonderie, etc.) chargée de la fabrication
de produits ou de pièces pour le compte du fabricant (3.9) ou d’un sous-traitant (3.15)
3.17
inspecteur
personne non subordonnée au fournisseur (3.16) concerné, mandatée afin de s’assurer que le composant
(3.2) est construit et contrôlé conformément aux documents joints aux commandes passées auprès du
fournisseur, à la présente norme ainsi qu’aux documents rédigés en application de cette dernière
3.18
essai
activité réalisée pour déterminer, au moyen de modes opératoires spécifiques, la conformité (3.3) d’une
ou plusieurs caractéristiques d’un produit, d’un procédé ou d’un service
3.19
organisme d’inspection
organisation indépendante du fabricant (3.9), de la partie contractante, du propriétaire ou de
l’organisation exploitante (3.10), qui réalise les inspections sur tout service ou produit qui lui est confié
par contrat conformément aux normes (3.14)
4 Unités de mesure
Les mesures doivent être en unités SI. Les normes de produit disponibles uniquement dans d’autres
unités peuvent être utilisées. Pour ces autres cas, des facteurs de conversion cohérents et appropriés
doivent être adoptés afin d’éviter tout problème au niveau du montage ou de l’interface.
5 Système de management
Le système de management établi et mis en œuvre doit être conforme aux exigences définies par l’IAEA.
6 Exigences techniques
6.1 Généralités
L’utilisation d’un code ou d’une norme dans le cadre de la conception d’un composant garantit l’intégrité
de la structure soumise aux chargements et à leurs effets combinés, bien que cette approche ne puisse
totalement exclure un risque d’endommagement sur le plan géométrique et fonctionnel.
L’utilisateur d’un code ou d’une norme doit choisir le code ou la norme adapté(e) au composant à
concevoir.
Cette adéquation doit être évaluée sur les plans suivants:
— le type de composants (fonction du composant, classification du composant);
— les situations de fonctionnement appropriées, notamment la pression, la température, le débit,
l’environnement chimique, le type et le niveau de radiation;
— le matériau;
— les modes de défaillance (comprenant une identification des chargements possibles et de leurs effets
combinés).
Dans la mesure où les normes ou codes visent à garantir la cohérence des différentes étapes de la
fabrication d’un composant (matériau, conception, fabrication), il est recommandé de se référer à un
ensemble cohérent de normes ou de codes pour les différentes étapes de la conception d’un composant.
Si le code ou la norme ne couvre pas totalement les besoins de conception du composant, l’utilisateur
doit définir les exigences complémentaires à appliquer et doit vérifier la cohérence entre le code et les
différentes exigences.
Dans un réacteur, il est possible d’utiliser différentes normes ou différents codes selon les composants;
une telle approche, cependant, conduit à définir des exigences supplémentaires afin d’établir des règles
de cohérence entre les équipements d’un même système qui ont été construits selon différents codes
ou normes.
4 © ISO 2018 – Tous droits réservés
6.2 Matériaux
6.2.1 Généralités
Les matériaux des parties sous pression, les matériaux des parties non soumises à la pression (par
exemple les supports et les attaches) et les produits d’apport pour le soudage, utilisés pour la fabrication
de composants mécaniques, doivent être adaptés à l’application prévue et aux autres conditions
raisonnablement prévisibles.
Le choix d’un matériau référencé dans un code ou une norme ne présume pas systématiquement de son
aptitude à l’utilisation, cette aptitude dépendant plus spécifiquement de certains paramètres comme
le champ de rayonnement, l’environnement physique et chimique (par exemple incompatibilité de
l’aluminium avec un environnement de sodium).
Un système d’identification doit être mis en place et tenu à jour pour les matériaux utilisés dans la
fabrication afin de permettre la traçabilité de l’ensemble des matériaux. Cette exigence s’applique
également à l’utilisation de produits d’apport de soudage.
L’Annexe B illustre des choix de matériaux pour différents projets.
6.2.2 Spécification des matériaux
Les propriétés des matériaux doivent:
a) être appropriées pour l’ensemble des situations de fonctionnement raisonnablement prévisibles et
pour toutes les conditions d’essai:
— les matériaux doivent notamment être suffisamment ductiles et tenaces;
— ils doivent avoir une résistance chimique suffisante au regard du fluide contenu dans le
composant;
— ils ne doivent pas subir d’altérations significatives en situation de fonctionnement (par exemple
sous l’effet du vieillissement, du fluage, de la fragilisation par l’irradiation);
b) convenir aux méthodes de fabrication prévues;
c) être compatibles avec les méthodes CND nécessaires pour la fabrication et l’inspection en service
(la faisabilité des CND et des inspections dépend non seulement du choix du matériau, mais aussi
de la compatibilité du matériau avec les méthodes sélectionnées).
L’utilisation d’un dossier matériau peut être un moyen de faciliter le choix d’un matériau. Un dossier
matériau pourra contenir les parties suivantes:
a) Introduction
1) Spécification du matériau (y compris composition chimique, qualité)
2) Codes et normes couvrant les pièces ou produits en question
3) Spécifications d’approvisionnement
4) Application industrielle et expériences
b) Propriétés physiques
c) Propriétés mécaniques du métal de base et des joints soudés à utiliser pour la conception et les
analyses
1) Justification de l’applicabilité des règles de conception pour les conditions d’utilisation
spécifiées
2) Propriétés mécaniques de base
3) Propriétés mécaniques nécessaires pour les conditions d’utilisation spécifiées
4) Garantie de la cohérence entre les propriétés du produit final utilisé et les propriétés
mécaniques utilisées lors de la conception du composant
d) Élaboration
1) Expérience industrielle
2) Métallurgie
e) Fabrication
1) Expérience industrielle
2) Formabilité
f) Soudage
1) Soudabilité
2) Retour d’expérience sur la qualification des procédés de soudage
3) Retour d’expérience sur la qualification des procédés de réparation par soudage
g) Contrôlabilité
h) Comportement en service
1) Vieillissement thermique, corrosion, corrosion-érosion, irradiation
Une fois le matériau sélectionné, son mode d’approvisionnement doit être décrit dans un document
(spécification d’approvisionnement). Cette spécification doit comporter les parties suivantes:
a) Domaine d’application
b) Élaboration
c) Exigences chimiques
d) Fabrication (y compris formage, traitements de surface, traitements thermiques)
e) Propriétés mécaniques
f) Contrôle d’aspect — Défaut de surface
g) Contrôle volumétrique
h) Élimination des zones défectueuses
i) Contrôle dimensionnel
j) Marquage
k) Propreté — Conditionnement — Transport
l) Rapports d’essai
m) Critères d’acceptation
6 © ISO 2018 – Tous droits réservés
6.2.3 Déclaration de conformité des matériaux
Le fabricant du composant doit prendre les mesures appropriées pour s’assurer que les matériaux
utilisés sont conformes aux exigences des spécifications contenues dans les normes applicables. Le
fabricant doit obtenir une identification des matériaux et une certification associée, comme exigé par la
spécification des matériaux applicable.
6.3 Conception
6.3.1 Généralités
Les règles de conception visent à s’assurer que les composants présentent une certaine résistance
mécanique sous les différents chargements mécaniques et combinaisons de chargements auxquels ils
sont susceptibles d’être soumis dans les situations de fonctionnement spécifiées.
Les dommages doivent être identifiés en tenant compte des éléments (par exemple classement de
sûreté, fonctionnalité des composants, situations de fonctionnement, matériau du composant) fournis
dans la spécification d’équipement.
La norme de conception adoptée peut ne pas couvrir d’autres facteurs aggravants, comme la corrosion-
érosion ou la fragilisation par l’irradiation. Le concepteur doit par conséquent identifier les normes ou
exigences supplémentaires afin de couvrir ces facteurs et les appliquer.
La conception comprend l’identification des dommages, la prise en compte des chargements appliqués
sur le composant, la définition des critères à appliquer à la conception, la conception proprement dite,
la fabrication du composant, les essais et contrôles nécessaires pour la validation de la fabrication, ainsi
que la rédaction de la documentation.
6.3.2 Dommages
La liste ci-dessous décrit les dommages identifiés pour les différents types de réacteurs. L’Annexe C
définit brièvement ces dommages. La conception doit tenir compte des modes de défaillance suivants et
couvrir plus spécifiquement ceux qui figurent dans le tableau identifiant les dommages susceptibles de
survenir pour les différents types de réacteurs:
— déformation excessive immédiate;
— instabilité plastique immédiate;
— déformation excessive différée;
— instabilité plastique différée;
— rupture différée;
— instabilité élastique ou élastoplastique;
— déformation progressive;
— fatigue (fissuration progressive);
— fatigue fluage;
— flambage sous charge contrôlée;
— flambage sous déformation contrôlée;
— flambage différé;
— rupture brutale.
6.3.3 Considérations applicables aux situations de fonctionnement et aux combinaisons de
chargements
En service, un composant peut être soumis à différentes situations classées en quatre catégories
selon les considérations d’intégrité de structure et d’autres aspects techniques pertinents associés à
l’exploitation de la centrale.
Les situations de fonctionnement pour chaque composant sont classées comme suit:
— les situations de fonctionnement de première et deuxième catégories désignent les conditions
auxquelles le composant peut être soumis au cours d’un fonctionnement normal, notamment les
incidents courants de fonctionnement, les situations normales (y compris les opérations courantes
d’exploitation), le démarrage et l’arrêt;
— les situations de fonctionnement de troisième catégorie couvrent les accidents de conception de
base et les conditions d’urgence et correspondent à des événements dont la probabilité d’occurrence
est très faible mais dont l’éventualité doit être envisagée;
— les situations de fonctionnement de quatrième catégorie sont extrêmement peu probables mais on
convient d’en étudier les conséquences sur le composant, notamment pour des raisons liées à la sûreté.
Les conditions d’essai auxquelles le composant peut être soumis au cours des essais post-fabrication
doivent être classées dans l’une des trois premières catégories définies ci-dessus.
La liste et la classification des situations de fonctionnement doivent être définies dans la spécification
d’équipement et la combinaison possible des événements doit être considérée dans le cadre de
l’évaluation de l’intégrité de la structure.
À chaque situation de fonctionnement correspond un ensemble d’actions possibles (pressions, forces,
flux de chaleur, irradiation, corrosion) dont certaines, susceptibles de fournir un certain travail
mécanique fonction de la déformation du composant, sont appelées «sollicitations». L’ensemble de ces
sollicitations simultanées est appelé «chargement».
Les sollicitations constituant les chargements comprennent de manière non limitative:
— les pressions internes et externes;
— le poids du composant et son contenu, ainsi que les charges statiques et dynamiques produites par
les liquides dans chaque situation analysée;
— les charges dynamiques extérieures à la zone étudiée, appliquées à ses limites, telles qu’efforts dus
au poids, aux dilatations thermiques ou à la pression;
— les sollicitations dues aux séismes ou aux vibrations, s’il y a lieu d’en prévoir;
— les réactions des supports;
— les sollicitations d’origine thermique, aussi bien stationnaires que transitoires;
— le vent;
— les missiles aéroportés;
— les sollicitations liées aux inondations;
— les forces résultant d’un gonflement non libre dans des conditions d’irradiation.
8 © ISO 2018 – Tous droits réservés
6.3.4 Niveaux de critères
6.3.4.1 Généralités
Le niveau de critère à satisfaire doit être défini dans la spécification d’équipement pour chaque
chargement associé à une situation de fonctionnement ou à un ensemble de situations de fonctionnement
de chaque équipement.
Pour simplifier la suite du texte, les critères minimum à appliquer pour les différentes catégories de
situation seront identifiés comme critères de niveaux A, B, C et D avec les correspondances suivantes
(voir 6.3.3):
— les critères de niveau A correspondent aux situations de fonctionnement de première catégorie;
— les critères de niveau B correspondent aux situations de fonctionnement de deuxième catégorie;
— les critères de niveau C correspondent aux situations de fonctionnement de troisième catégorie;
— les critères de niveau D correspondent aux situations de fonctionnement de quatrième catégorie.
6.3.4.2 Critères de niveaux A et B
Les critères de niveaux A et B visent à protéger le composant contre les types d’endommagement
suivants:
— déformation excessive immédiate ou différée;
— instabilité plastique immédiate ou différée;
— rupture différée;
— instabilité élastique ou élastoplastique, immédiate ou différée;
— déformation progressive;
— fatigue fluage;
— fatigue.
Le respect des critères de niveaux A et B garantit le niveau de sûreté requis face à ces types
d’endommagement tout au long de la durée de vie du composant, dans les situations de fonctionnement
spécifiées. Ces critères doivent être satisfaits pour les situations de fonctionnement de première et
deuxième catégories.
6.3.4.3 Critères de niveau C
Les critères de niveau C visent à protéger le composant contre les types d’endommagement suivants:
— déformation excessive immédiate ou différée;
— instabilité plastique immédiate ou différée;
— rupture différée;
— instabilité élastique ou élastoplastique, immédiate ou différée.
Lorsqu’un composant a été soumis à des chargements qui, tout en satisfaisant aux critères de niveau C,
excèdent les critères de niveau A et B, il n’est pas exclu que de faibles déformations d’ensemble puissent
apparaître. Il peut donc être nécessaire d’inspecter un composant soumis à ces types de chargement
avant de le réutiliser, afin de s’assurer qu’il se trouve dans un état satisfaisant.
Il y a lieu de rappeler que les critères de niveau C n’exigent aucune analyse de fatigue et que, par
conséquent, il convient que le nombre de cycles de contraintes qui ne sont limités que par les critères de
niveau C ne dépasse pas 10.
Les critères applicables aux situations de fonctionnement de troisième catégorie doivent être au moins
aussi stricts que ceux du niveau C.
6.3.4.4 Critères de niveau D
6.3.4.4.1 Généralités
Les critères de niveau D visent à protéger le composant contre les types d’endommagement suivants,
mais avec des marges de sûreté inférieures à celles des critères de niveau C:
— instabilité plastique immédiate ou différée;
— rupture différée;
— instabilité élastique ou élastoplastique, immédiate ou différée.
La possibilité de remettre en service un composant ayant été soumis à un chargement limité uniquement
par les critères de niveau D, ne peut être garantie.
Les critères applicables aux situations de fonctionnement de quatrième catégorie doivent être au moins
aussi stricts que ceux du niveau D.
6.3.4.4.2 Lorsque l’on affecte un événement à une catégorie de situation, les situations de
fonctionnement des équipements ne doivent pas se confondre avec les situations de fonctionnement de
la centrale. Par exemple, un fonctionnement dans des conditions d’accident peut être une situation de
fonctionnement normale pour certains équipements spécifiques. Cela ne signifie pas pour autant que
tous les critères A et B doivent s’appliquer à ces équipements si, par exemple, leur durée de mission dans
ces conditions est courte et si ces conditions n’induisent pas certains phénomènes (comme la fatigue).
6.3.4.4.3 Des marges doivent être définies pour tous les niveaux de critères. Les marges de conception
sur les propriétés des matériaux et les types de conception (incluant les détails de fabrication appropriés)
doivent tenir compte des modes de défaillance prévisibles pour les conditions de chargement spécifiées.
Les propriétés des matériaux à prendre en compte, le cas échéant, comprennent:
— la limite d’élasticité;
— la résistance à la traction;
— la résistance en fonction du temps, c’est-à-dire la résistance au fluage;
— les données relatives à la fatigue;
— le module d’élasticité;
— la déformation;
— la résistance à la flexion par choc;
— la ténacité.
6.3.4.4.4 La méthode décrite en 6.3.3 et 6.3.4 repose sur une approche de conception déterministe.
La classification des événements en catégorie sert de données d’entrée pour la conception. Il convient
10 © ISO 2018 – Tous droits réservés
de réaliser cette classification sur la base de considérations de sûreté telles que celles énoncées dans
[5]
l’exigence SSR-2/1 de l’IAEA.
Les parties suivantes fournissent certains avertissements concernant les modes de défaillance qui ne
sont pas nécessairement couverts par les codes de conception et de construction en général.
6.3.5 Corrosion, érosion, corrosion-érosion, usure
Si le composant subit un amincissement en service sous l’effet d’une corrosion de surface (érosion,
corrosion-érosion, abrasion et usure) ou sous les effets des produits manipulés ou des conditions
environnementales, une certaine épaisseur supplémentaire doit être prévue. Cette épaisseur, qui doit
compenser l’amincissement observé pendant la durée de vie en service spécifiée du composant, doit
être ajoutée à l’épaisseur minimale déterminée sur la base de l’ensemble des règles de conception
définies. Cette épaisseur additionnelle ne doit pas être nécessairement la même pour toutes les zones
du composant si des taux d’attaque différents sont attendus pour diverses zones.
6.3.6 Appendices
Les pattes d’accrochage, oreilles de fixation, crochets, raidisseurs, bossages et autres appendices
peuvent être soudés, boulonnés ou vissés sur les parois internes ou externes des composants. L’influence
de la présence des appendices sur les contraintes thermiques, sur les concentrations de contraintes
et leurs effets possibles de limitation de la déformation des pièces sous pression doivent être pris en
compte lors de la vérification du respect des exigences de conception.
Une analyse de fatigue des zones concernées par ces appendices est nécessaire; cette analyse doit être
réalisée conformément aux règles énoncées dans le code ou la norme retenu(e).
Dans la mesure du possible, les appendices destinés au montage doivent être arasés après l’installation
du composant.
6.3.7 Variation soudaine des propriétés mécaniques aux jonctions
Une attention particulière doit être accordée à la conception, à l’analyse, à la fabrication et à la
contrôlabilité des joints, lorsqu’ils sont assemblés par soudage ou par compression, entre des matériaux
qui présentent des propriétés mécaniques différentes, notamment la dilatation, la vitesse et la ductilité
de fluage, ainsi que la résistance à la fatigue à température élevée.
Il convient dans la mesure du possible d’éviter les joints soudés hétérogènes entre un acier austénitique
ou un alliage à base de nickel et un acier ferritique dans les zones où le fluage est significatif. Sauf si cela
est impossible sur le plan technique, ces joints doivent être arasés selon un procédé approprié qui limite
les contraintes résiduelles induites en surface. Ces joints doivent se trouver dans des zones soumises à
de faibles contraintes thermiques cycliques.
6.3.8 Exigences de propreté nucléaire
Les composants doivent être conçus de telle manière à permettre un nettoyage soigneux de chaque
pièce ou sous-ensemble au cours de sa fabrication et après son installation, et à faciliter la vérification
de l’état de propreté ainsi obtenu sur l’ensemble de la pièce ou du sous-ensemble.
Les composants doivent être conçus et installés conformément aux exigences suivantes:
— le fabricant ne doit pas adopter une géométrie qui favorise l’accumulation localisée de résidus de
corrosion ou de produits susceptibles d’induire un phénomène de corrosion;
— des mesures doivent être prises pour les piquages d’entrée et de sortie des fluides, les évents et
purges, ainsi que pour les points d’accès nécessaires au contrôle visuel.
6.3.9 Vieillissement thermique
De nombreux matériaux sont sensibles au vieillissement thermique à des températures différentes
selon leur composition et leur structure métallurgique. Le vieillissement thermique peut entraîner
une dégradation des propriétés mécaniques du matériau prises en compte dans la conception. Les
conditions de temps et de température susceptibles de produire une détérioration significative des
propriétés de traction monotone doivent être déterminées. Lorsque ces conditions sont atteintes, l’effet
négatif du vieillissement sur les analyses de conception doit être pris en compte.
6.3.10 Irradiation
L’irradiation a généralement un effet d’augmentation des propriétés des caractéristiques de traction
(limite conventionnelle d’élasticité à 0,2 %, notée Rp0,2 %, limite conventionnelle d’élasticité à 1 %,
notée Rp1 %, et résistance à la traction Rm), appelé «durcissement»; parallèlement à cet effet, la ductilité
et la ténacité tendent à diminuer. Lorsque l’irradiation est suffisamment importante pour produire un
effet négatif notable sur les règles de conception, cet aspect doit être pris en compte.
6.3.11 Méthodes de conception
Les analyses mécaniques ont pour but de démontrer qu’un composant ne subit pas certains types
d’endommagement lorsqu’il est soumis aux chargements associés aux situations énoncées dans la
spécification d’équipement.
Pour chaque catégorie de situation, le respect des critères applicables à un niveau défini dans la
spécification d’équipement permet de satisfaire à cette exigence.
Les analyses consistent à vérifier les critères sélectionnés sur la base de la méthode d’analyse, du
niveau de critère et du type d’endommagement. Au cours de cette vérification, des méthodes pratiques
d’analyse sont utilisées pour déterminer les g
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.