核级泵的鉴定规则分析与研究

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摘要：文章介绍了我国压水堆核电站用核级泵的鉴定步骤，并对核级泵的鉴定方法进行了归类；分析了用直接法鉴定时核级泵鉴定项目的确定原则，对常用的鉴定项目及其验收准则进行了总结，并举例说明了典型核级泵的鉴定内容；在直接法鉴定分析的基础上，研究了相似法鉴定的条件和准则内容；最后通过对两种核级泵鉴定方法的分析，归纳总结了核级泵的鉴定规则。

关键词：核级泵；鉴定规则；直接法；相似法

中图分类号：TL353 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0016-04

核级泵对核电站的可靠、安全运行至关重要。我国自大亚湾开始引进的压水堆核电站的核级泵以往大多是靠进口，在实现各类核级泵的国产化过程中面临着的首要问题就是设备鉴定。研究、确定合理的核级泵鉴定方法、鉴定项目及验收准则是鉴定的首要问题，文章对鉴定问题进行了探讨。

1 鉴定的目的

设备的鉴定，是为待鉴定设备提供技术文件支撑证明的过程。证明所鉴定的设备在规定的各种可能发生的运行工况下能够完成所要求的功能。对于核级泵来讲，就是证明待鉴定泵能在规定的各类运行工况下达到要求的运行状态，获得证明核级泵符合设计要求的支撑性论证材料。

2 鉴定的依据和步骤

核级泵对核电站运行安全至关重要，选型时要求原型机应是经过长期运行的验证过的可靠成熟的设备。更重要的是，核级泵是按照功能要求“定制”的，具有“个性”，正是由于“个性”的存在，所以只能对特定功能的泵制定相应鉴定项目和内容。

核级泵的研制和鉴定是用户或设计公司制定相应的研制任务书下达设备制造商使用，并在任务书中规定鉴定要求作为核级泵鉴定的验收依据。鉴定流程主要包含如图1所示的以下步骤：

（1）分析泵的类型及功能：功能分析是制定鉴定程序的先决条件。

（2）分析泵的运行条件：分析泵的运行条件，结合其功能确定鉴定执行的内容。

（3）选择的鉴定路线：设备鉴定既可采用“直接法”，也可选用“相似法”。

（4）直接法鉴定：根据功能和运行条件制定鉴定要求、内容（项目）和验收准则。实施鉴定试验或计算，形成设备鉴定报告。

（5）相似法鉴定：根据分析准则具体要求分析待鉴定泵和已鉴定泵的异同，得出覆盖结论和鉴定报告。

（6）形成最终鉴定报告：组织设备鉴定专家委员会对初步鉴定报告进行评价分析，并给出最终的设备鉴定结论和报告。

图1 核级泵鉴定的流程

3 直接法鉴定

核级泵的鉴定内容是依据泵的功能和运行工况而定的，各类别有所不同。文章根据国内压水堆核电站中核级泵的功能和运行条件归纳了一些典型核级泵的鉴定项目，对特定核级泵的鉴定可根据需要从中选取。

3.1 承压特性

泵作为系统回路的压力边界须满足设计相关规范的承压边界设计要求。如泵壳体、泵盖等承压部件应按在考虑了最大载荷条件如泵最大转速、最大管道载荷及地震载荷后进行强度计算分析，并在部件制造完成后进行水压试验，确保设备运行时的压力边界完整性。

3.2 功能鉴定

功能鉴定是检验泵的性能参数是否满足要求，一般按照采购要求的标准（ISO9906、GB3216、JB/T8098、JB/T8097等）测量泵组性能、振动、噪声等指标。

功能试验是样机和产品都必须进行的项目。值得说明的是，几乎所有的核级离心泵都要求性能曲线不允许有驼峰且应陡降，这是为了使泵具有良好的流量调节特性和大流量下不超功率。图2中的辅助给水电动泵性能曲线和功率曲线就具备这一典型特性。

图2 辅助给水电动泵曲线

图3 辅助给水电动泵应力模型

3.3 抗震性能

为保证核电厂在地震情况下安全运行或实现安全停堆，部分核级泵与常规泵的一个重要区别就是要求具有抗震性能。

抗震试验是全面检验设备抗震性能最有效的方法。在地震试验台上模拟地震工况，监测泵组在地震过程中及地震后的运行状况和震后解体检查以确定泵的抗震性能。

通过有效的计算也可以达到评估抗震性能的目的。尤其对于受制于试验条件的较大型的泵使用分析法进行论证更为可行。图3所示是考虑了地震载荷后辅助给水电动泵的分析模型，结果可根据RCCM或ASME规范中的判定准则确定抗震性能。

3.4 耐杂质性能

部分核级泵输送的工质是含颗粒物的。例如安全壳喷淋泵的再循环阶段所输送的地坑水就会夹杂颗粒杂质，这就要求此类泵设计时需对杂质影响进行特殊考虑。泵的耐杂质性能可针对如水力轴承等部件的单项试验检验，如具备条件也可优先考虑对整机进行杂质试验以考核泵的耐杂质性能。

3.5 抗热/冷冲击性能

热/冷冲击是由于工艺流体源快速切换后流体温度突变导致的。该类泵的设计应充分考虑冲击的影响。由于温度场很难精确模拟，计算分析结果与实际情况往往存在较大差异，所以热/冷冲击的考核一般通过试验法进行。图4所示为一典型的热/冷冲击试验回路，通过阀门的通断可以快速切换泵的冷、热源，实现热/冷冲击考核。

图4 热/冷冲击试验回路

3.6 无预快速启动性能

对于采用强制系统的泵，如上充泵，在特定工况下要求直接启动（辅助油泵不启动），这种快速启动会引起轴承的环境恶化，需要进行适应性的设计和验证。例如轴承使用强制的同时也采用油池，或者在轴承上设计贮油槽以便停机时留存少量油。图5是一种上充泵的轴承形式，两侧的油槽可贮存少量油，在启动时为轴承提供，避免轴承瞬间温升过高而损坏。一旦启动完成，主油泵即可为轴承提供油，解决了无预启动问题。

图5 能实现无预启动的油轴承

3.7 耐辐照性能

泵的工作环境或输送的工艺流体是具有放射性的，在选择非金属材料部件时，除了满足密封等功能要求外，还须满足耐辐照要求。在QME-1QR-B篇中，专门规定了非金属零件的包括辐照老化及热老化等方面的鉴定问题，这些鉴定要求可作为泵本体及驱动设备上非金属件的鉴定依据。

3.8 连续可运行性（耐久性）

泵的连续可运行性是通过耐久性试验验证的，是检验泵组可靠性的最重要的验证过程。与常规火电168小时的验证相比，核级泵更为严格，通常要求200小时以上并进行多次的“启-停”动作以检验泵启动性能。因为耐久性试验是检验泵组连续可靠运行的最重要检验项目，无论通过直接法鉴定还是通过后面讨论的相似法鉴定，一类新型核级泵在投入运行前都必须经过耐久性试验的考核。

3.9 驱动设备及辅助设备的鉴定

核级泵的驱动设备大多为电动机。电动机的鉴定属于电气设备范畴，此处不再赘述。对于其他辅助设备如阀门、控制开关等，应根据在泵组运行中的安全相关性确定安全等级，并按照相应等级的鉴定要求进行鉴定，也可直接选用鉴定过的阀门产品。

3.10 其他方面的考虑

部分核级泵的结构和运行条件有特殊性，应进行相应的鉴定试验或分析。例如辅助给水汽动泵的驱动设备为汽轮机，有发生超速飞逸的风险。为验证超速跳闸系统的功能和可靠性，应进行专项计算分析和试验。类似由泵特定功能所要求的鉴定必须依设备特点而定，在前述备选的鉴定项目之外补充相应的额外项目。

3.11 典型核级泵的鉴定项目归结

根据“以核级泵所执行的功能和运行条件确定鉴定项目和验收准则”的原则，典型核电站典型核级泵的主要鉴定项目归结如表1所示。

4 相似法鉴定

除直接法外，还可以通过相似法对泵进行核级鉴定。相似法是指存在与待鉴定泵类型相同、功能及运行条件相似的已经过鉴定的核级泵，通过分析得出已有鉴定结论适用于待鉴定泵的过程。中心是对待鉴定泵（P）同已完成鉴定泵（Q）进行分析比较，论证Q泵能否覆盖P泵，Q泵的鉴定结论适用于P泵，减少对P泵进行重复性验证。

论证一台泵能否被另一台泵覆盖主要从两个准则进行：一是技术准则，二是功能及运行条件准则。两个准则分别可以归纳出如表2所示的技术准则内容和覆盖条件以及如表3所示的功能、运行条件准则的内容和覆盖条件。

将P泵与Q泵按照表2、表3的具体内容进行比较得出P泵是否能够由Q泵覆盖的结论。如果结论是肯定的，那么Q泵的鉴定结论可适用于P泵。反之则只能使用上述的直接法鉴定。

由于相似法鉴定可以避免重复性试验验证，缩短了鉴定周期、降低了鉴定费用，在具备相似法鉴定条件时应优先选用相似法鉴定。

利用相似法鉴定的典型例子是安全壳喷淋泵（EAS系统）与低压安注泵（RIS），两者之一完成鉴定后其鉴定结论可以适用于另外一方。不过无论P泵同Q泵如何相似，在性能和运行条件上均不会完全相同，所以通过相似法鉴定的泵还必须验证泵的承压特性、功能特性以及耐久性。由于这三项验证属非破坏性验证，可以在产品泵的首台泵上进行。

5 结语

通过上述核级泵鉴定规则分析，可以得出以下结论：

（1）核级泵的原型机应是经过长期运行验证的，并应经过鉴定后才能用于核电站。

（2）鉴定采用直接法或者相似法均可。应优先选用相似法。

（3）通过分析泵的功能要求和运行条件，照常用项目确定鉴定内容和验收准则并按特性进行补充。

（4）使用相似法鉴定时应根据分析准则的具体内容得出泵的覆盖性结论。

（5）相似法鉴定后首台产品泵仍需验证泵的承压特性、功能特性以及耐久特性。

（6）完成鉴定后为核级泵提供在规定运行条件下达到运行要求的完整鉴定报告。

参考文献

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[6] 泵的噪声测量与评价方法（JB/T 8098-1999）[S].1999.

[7] 泵的振动测量与评价方法（JB/T 8097-1999）[S].1999.

作者简介：李栋梁（1981—），男，山东人，中国核电工程有限公司工程师，工学硕士，研究方向：核电系统与设备设计；龚钊（1983—），男，湖北人，中国核电工程有限公司工程师，工学硕士，研究方向：核电系统与设备设计。