核級泵的鑒定規則分析與研究

李棟梁+龔釗

摘要：文章介紹了我國壓水堆核電站用核級泵的鑒定步驟，并對核級泵的鑒定方法進行了歸類；分析了用直接法鑒定時核級泵鑒定項目的確定原則，對常用的鑒定項目及其驗收準則進行了總結，并舉例說明了典型核級泵的鑒定內容；在直接法鑒定分析的基礎上，研究了相似法鑒定的條件和準則內容；最后通過對兩種核級泵鑒定方法的分析，歸納總結了核級泵的鑒定規則。

關鍵詞：核級泵；鑒定規則；直接法；相似法

中圖分類號：TL353 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0016-04

核級泵對核電站的可靠、安全運行至關重要。我國自大亞灣開始引進的壓水堆核電站的核級泵以往大多是靠進口，在實現各類核級泵的國產化過程中面臨著的首要問題就是設備鑒定。研究、確定合理的核級泵鑒定方法、鑒定項目及驗收準則是鑒定的首要問題，文章對鑒定問題進行了探討。

1 鑒定的目的

設備的鑒定，是為待鑒定設備提供技術文件支撐證明的過程。證明所鑒定的設備在規定的各種可能發生的運行工況下能夠完成所要求的功能。對于核級泵來講，就是證明待鑒定泵能在規定的各類運行工況下達到要求的運行狀態，獲得證明核級泵符合設計要求的支撐性論證材料。

2 鑒定的依據和步驟

核級泵對核電站運行安全至關重要，選型時要求原型機應是經過長期運行的驗證過的可靠成熟的設備。更重要的是，核級泵是按照功能要求“定制”的，具有“個性”，正是由于“個性”的存在，所以只能對特定功能的泵制定相應鑒定項目和內容。

核級泵的研制和鑒定是用戶或設計公司制定相應的研制任務書下達設備制造商使用，并在任務書中規定鑒定要求作為核級泵鑒定的驗收依據。鑒定流程主要包含如圖1所示的以下步驟：

（1）分析泵的類型及功能：功能分析是制定鑒定程序的先決條件。

（2）分析泵的運行條件：分析泵的運行條件，結合其功能確定鑒定執行的內容。

（3）選擇的鑒定路線：設備鑒定既可采用“直接法”，也可選用“相似法”。

（4）直接法鑒定：根據功能和運行條件制定鑒定要求、內容（項目）和驗收準則。實施鑒定試驗或計算，形成設備鑒定報告。

（5）相似法鑒定：根據分析準則具體要求分析待鑒定泵和已鑒定泵的異同，得出覆蓋結論和鑒定報告。

（6）形成最終鑒定報告：組織設備鑒定專家委員會對初步鑒定報告進行評價分析，并給出最終的設備鑒定結論和報告。

圖1 核級泵鑒定的流程

3 直接法鑒定

核級泵的鑒定內容是依據泵的功能和運行工況而定的，各類別有所不同。文章根據國內壓水堆核電站中核級泵的功能和運行條件歸納了一些典型核級泵的鑒定項目，對特定核級泵的鑒定可根據需要從中選取。

3.1 承壓特性

泵作為系統回路的壓力邊界須滿足設計相關規范的承壓邊界設計要求。如泵殼體、泵蓋等承壓部件應按在考慮了最大載荷條件如泵最大轉速、最大管道載荷及地震載荷后進行強度計算分析，并在部件制造完成后進行水壓試驗，確保設備運行時的壓力邊界完整性。

3.2 功能鑒定

功能鑒定是檢驗泵的性能參數是否滿足要求，一般按照采購要求的標準（ISO9906、GB3216、JB/T8098、JB/T8097等）測量泵組性能、振動、噪聲等指標。

功能試驗是樣機和產品都必須進行的項目。值得說明的是，幾乎所有的核級離心泵都要求性能曲線不允許有駝峰且應陡降，這是為了使泵具有良好的流量調節特性和大流量下不超功率。圖2中的輔助給水電動泵性能曲線和功率曲線就具備這一典型特性。

圖2 輔助給水電動泵曲線

圖3 輔助給水電動泵應力模型

3.3 抗震性能

為保證核電廠在地震情況下安全運行或實現安全停堆，部分核級泵與常規泵的一個重要區別就是要求具有抗震性能。

抗震試驗是全面檢驗設備抗震性能最有效的方法。在地震試驗臺上模擬地震工況，監測泵組在地震過程中及地震后的運行狀況和震后解體檢查以確定泵的抗震性能。

通過有效的計算也可以達到評估抗震性能的目的。尤其對于受制于試驗條件的較大型的泵使用分析法進行論證更為可行。圖3所示是考慮了地震載荷后輔助給水電動泵的分析模型，結果可根據RCCM或ASME規范中的判定準則確定抗震性能。

3.4 耐雜質性能

部分核級泵輸送的工質是含顆粒物的。例如安全殼噴淋泵的再循環階段所輸送的地坑水就會夾雜顆粒雜質，這就要求此類泵設計時需對雜質影響進行特殊考慮。泵的耐雜質性能可針對如水力軸承等部件的單項試驗檢驗，如具備條件也可優先考慮對整機進行雜質試驗以考核泵的耐雜質性能。

3.5 抗熱/冷沖擊性能

熱/冷沖擊是由于工藝流體源快速切換后流體溫度突變導致的。該類泵的設計應充分考慮沖擊的影響。由于溫度場很難精確模擬，計算分析結果與實際情況往往存在較大差異，所以熱/冷沖擊的考核一般通過試驗法進行。圖4所示為一典型的熱/冷沖擊試驗回路，通過閥門的通斷可以快速切換泵的冷、熱源，實現熱/冷沖擊考核。

圖4 熱/冷沖擊試驗回路

3.6 無預潤滑快速啟動性能

對于采用強制潤滑系統的泵，如上充泵，在特定工況下要求直接啟動（輔助油泵不啟動），這種快速啟動會引起軸承的潤滑環境惡化，需要進行適應性的設計和驗證。例如軸承使用強制潤滑的同時也采用油池潤滑，或者在軸承上設計貯油槽以便停機時留存少量油。圖5是一種上充泵的軸承形式，兩側的油槽可貯存少量潤滑油，在啟動時為軸承提供潤滑，避免軸承瞬間溫升過高而損壞。一旦啟動完成，主油泵即可為軸承提供潤滑油，解決了無預潤滑啟動問題。

圖5 能實現無預潤滑啟動的油潤滑軸承

3.7 耐輻照性能

泵的工作環境或輸送的工藝流體是具有放射性的，在選擇非金屬材料部件時，除了滿足密封等功能要求外，還須滿足耐輻照要求。在QME-1QR-B篇中，專門規定了非金屬零件的包括輻照老化及熱老化等方面的鑒定問題，這些鑒定要求可作為泵本體及驅動設備上非金屬件的鑒定依據。

3.8 連續可運行性（耐久性）

泵的連續可運行性是通過耐久性試驗驗證的，是檢驗泵組可靠性的最重要的驗證過程。與常規火電168小時的驗證相比，核級泵更為嚴格，通常要求200小時以上并進行多次的“啟-停”動作以檢驗泵啟動性能。因為耐久性試驗是檢驗泵組連續可靠運行的最重要檢驗項目，無論通過直接法鑒定還是通過后面討論的相似法鑒定，一類新型核級泵在投入運行前都必須經過耐久性試驗的考核。

3.9 驅動設備及輔助設備的鑒定

核級泵的驅動設備大多為電動機。電動機的鑒定屬于電氣設備范疇，此處不再贅述。對于其他輔助設備如閥門、控制開關等，應根據在泵組運行中的安全相關性確定安全等級，并按照相應等級的鑒定要求進行鑒定，也可直接選用鑒定過的閥門產品。

3.10 其他方面的考慮

部分核級泵的結構和運行條件有特殊性，應進行相應的鑒定試驗或分析。例如輔助給水汽動泵的驅動設備為汽輪機，有發生超速飛逸的風險。為驗證超速跳閘系統的功能和可靠性，應進行專項計算分析和試驗。類似由泵特定功能所要求的鑒定必須依設備特點而定，在前述備選的鑒定項目之外補充相應的額外項目。

3.11 典型核級泵的鑒定項目歸結

根據“以核級泵所執行的功能和運行條件確定鑒定項目和驗收準則”的原則，典型核電站典型核級泵的主要鑒定項目歸結如表1所示。

4 相似法鑒定

除直接法外，還可以通過相似法對泵進行核級鑒定。相似法是指存在與待鑒定泵類型相同、功能及運行條件相似的已經過鑒定的核級泵，通過分析得出已有鑒定結論適用于待鑒定泵的過程。中心是對待鑒定泵（P）同已完成鑒定泵（Q）進行分析比較，論證Q泵能否覆蓋P泵，Q泵的鑒定結論適用于P泵，減少對P泵進行重復性驗證。

論證一臺泵能否被另一臺泵覆蓋主要從兩個準則進行：一是技術準則，二是功能及運行條件準則。兩個準則分別可以歸納出如表2所示的技術準則內容和覆蓋條件以及如表3所示的功能、運行條件準則的內容和覆蓋條件。

將P泵與Q泵按照表2、表3的具體內容進行比較得出P泵是否能夠由Q泵覆蓋的結論。如果結論是肯定的，那么Q泵的鑒定結論可適用于P泵。反之則只能使用上述的直接法鑒定。

由于相似法鑒定可以避免重復性試驗驗證，縮短了鑒定周期、降低了鑒定費用，在具備相似法鑒定條件時應優先選用相似法鑒定。

利用相似法鑒定的典型例子是安全殼噴淋泵（EAS系統）與低壓安注泵（RIS），兩者之一完成鑒定后其鑒定結論可以適用于另外一方。不過無論P泵同Q泵如何相似，在性能和運行條件上均不會完全相同，所以通過相似法鑒定的泵還必須驗證泵的承壓特性、功能特性以及耐久性。由于這三項驗證屬非破壞性驗證，可以在產品泵的首臺泵上進行。

5 結語

通過上述核級泵鑒定規則分析，可以得出以下結論：

（1）核級泵的原型機應是經過長期運行驗證的，并應經過鑒定后才能用于核電站。

（2）鑒定采用直接法或者相似法均可。應優先選用相似法。

（3）通過分析泵的功能要求和運行條件，照常用項目確定鑒定內容和驗收準則并按特性進行補充。

（4）使用相似法鑒定時應根據分析準則的具體內容得出泵的覆蓋性結論。

（5）相似法鑒定后首臺產品泵仍需驗證泵的承壓特性、功能特性以及耐久特性。

（6）完成鑒定后為核級泵提供在規定運行條件下達到運行要求的完整鑒定報告。

參考文獻

[1] 法國90萬千瓦壓水堆核電廠系統設計和建造規則

（RCCP）[S].1991.

[2] 壓水堆核島機械設備設計和建造規則（RCCM）[S].

2000.

[3] 核電站用能動機械設備的鑒定（ASME QME-1）[S].

2002.

[4] 回轉動力泵-水力性能驗收：1級和2級（ISO 9906-

2012）[S].2012.

[5] 回轉動力泵-水力性能驗收試驗：1級和2級：（GB/

T3216-2005）[S].2005.

[6] 泵的噪聲測量與評價方法（JB/T 8098-1999）[S].1999.

[7] 泵的振動測量與評價方法（JB/T 8097-1999）[S].1999.

作者簡介：李棟梁（1981—），男，山東人，中國核電工程有限公司工程師，工學碩士，研究方向：核電系統與設備設計；龔釗（1983—），男，湖北人，中國核電工程有限公司工程師，工學碩士，研究方向：核電系統與設備設計。

3.7 耐輻照性能

泵的工作環境或輸送的工藝流體是具有放射性的，在選擇非金屬材料部件時，除了滿足密封等功能要求外，還須滿足耐輻照要求。在QME-1QR-B篇中，專門規定了非金屬零件的包括輻照老化及熱老化等方面的鑒定問題，這些鑒定要求可作為泵本體及驅動設備上非金屬件的鑒定依據。

3.8 連續可運行性（耐久性）

泵的連續可運行性是通過耐久性試驗驗證的，是檢驗泵組可靠性的最重要的驗證過程。與常規火電168小時的驗證相比，核級泵更為嚴格，通常要求200小時以上并進行多次的“啟-停”動作以檢驗泵啟動性能。因為耐久性試驗是檢驗泵組連續可靠運行的最重要檢驗項目，無論通過直接法鑒定還是通過后面討論的相似法鑒定，一類新型核級泵在投入運行前都必須經過耐久性試驗的考核。

3.9 驅動設備及輔助設備的鑒定

核級泵的驅動設備大多為電動機。電動機的鑒定屬于電氣設備范疇，此處不再贅述。對于其他輔助設備如閥門、控制開關等，應根據在泵組運行中的安全相關性確定安全等級，并按照相應等級的鑒定要求進行鑒定，也可直接選用鑒定過的閥門產品。

3.10 其他方面的考慮

部分核級泵的結構和運行條件有特殊性，應進行相應的鑒定試驗或分析。例如輔助給水汽動泵的驅動設備為汽輪機，有發生超速飛逸的風險。為驗證超速跳閘系統的功能和可靠性，應進行專項計算分析和試驗。類似由泵特定功能所要求的鑒定必須依設備特點而定，在前述備選的鑒定項目之外補充相應的額外項目。

3.11 典型核級泵的鑒定項目歸結

根據“以核級泵所執行的功能和運行條件確定鑒定項目和驗收準則”的原則，典型核電站典型核級泵的主要鑒定項目歸結如表1所示。

4 相似法鑒定

除直接法外，還可以通過相似法對泵進行核級鑒定。相似法是指存在與待鑒定泵類型相同、功能及運行條件相似的已經過鑒定的核級泵，通過分析得出已有鑒定結論適用于待鑒定泵的過程。中心是對待鑒定泵（P）同已完成鑒定泵（Q）進行分析比較，論證Q泵能否覆蓋P泵，Q泵的鑒定結論適用于P泵，減少對P泵進行重復性驗證。

論證一臺泵能否被另一臺泵覆蓋主要從兩個準則進行：一是技術準則，二是功能及運行條件準則。兩個準則分別可以歸納出如表2所示的技術準則內容和覆蓋條件以及如表3所示的功能、運行條件準則的內容和覆蓋條件。

將P泵與Q泵按照表2、表3的具體內容進行比較得出P泵是否能夠由Q泵覆蓋的結論。如果結論是肯定的，那么Q泵的鑒定結論可適用于P泵。反之則只能使用上述的直接法鑒定。

由于相似法鑒定可以避免重復性試驗驗證，縮短了鑒定周期、降低了鑒定費用，在具備相似法鑒定條件時應優先選用相似法鑒定。

利用相似法鑒定的典型例子是安全殼噴淋泵（EAS系統）與低壓安注泵（RIS），兩者之一完成鑒定后其鑒定結論可以適用于另外一方。不過無論P泵同Q泵如何相似，在性能和運行條件上均不會完全相同，所以通過相似法鑒定的泵還必須驗證泵的承壓特性、功能特性以及耐久性。由于這三項驗證屬非破壞性驗證，可以在產品泵的首臺泵上進行。

5 結語

通過上述核級泵鑒定規則分析，可以得出以下結論：

（1）核級泵的原型機應是經過長期運行驗證的，并應經過鑒定后才能用于核電站。

（2）鑒定采用直接法或者相似法均可。應優先選用相似法。

（3）通過分析泵的功能要求和運行條件，照常用項目確定鑒定內容和驗收準則并按特性進行補充。

（4）使用相似法鑒定時應根據分析準則的具體內容得出泵的覆蓋性結論。

（5）相似法鑒定后首臺產品泵仍需驗證泵的承壓特性、功能特性以及耐久特性。

（6）完成鑒定后為核級泵提供在規定運行條件下達到運行要求的完整鑒定報告。

參考文獻

[1] 法國90萬千瓦壓水堆核電廠系統設計和建造規則

（RCCP）[S].1991.

[2] 壓水堆核島機械設備設計和建造規則（RCCM）[S].

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[3] 核電站用能動機械設備的鑒定（ASME QME-1）[S].

2002.

[4] 回轉動力泵-水力性能驗收：1級和2級（ISO 9906-

2012）[S].2012.

[5] 回轉動力泵-水力性能驗收試驗：1級和2級：（GB/

T3216-2005）[S].2005.

[6] 泵的噪聲測量與評價方法（JB/T 8098-1999）[S].1999.

[7] 泵的振動測量與評價方法（JB/T 8097-1999）[S].1999.

作者簡介：李棟梁（1981—），男，山東人，中國核電工程有限公司工程師，工學碩士，研究方向：核電系統與設備設計；龔釗（1983—），男，湖北人，中國核電工程有限公司工程師，工學碩士，研究方向：核電系統與設備設計。

3.7 耐輻照性能

泵的工作環境或輸送的工藝流體是具有放射性的，在選擇非金屬材料部件時，除了滿足密封等功能要求外，還須滿足耐輻照要求。在QME-1QR-B篇中，專門規定了非金屬零件的包括輻照老化及熱老化等方面的鑒定問題，這些鑒定要求可作為泵本體及驅動設備上非金屬件的鑒定依據。

3.8 連續可運行性（耐久性）

泵的連續可運行性是通過耐久性試驗驗證的，是檢驗泵組可靠性的最重要的驗證過程。與常規火電168小時的驗證相比，核級泵更為嚴格，通常要求200小時以上并進行多次的“啟-停”動作以檢驗泵啟動性能。因為耐久性試驗是檢驗泵組連續可靠運行的最重要檢驗項目，無論通過直接法鑒定還是通過后面討論的相似法鑒定，一類新型核級泵在投入運行前都必須經過耐久性試驗的考核。

3.9 驅動設備及輔助設備的鑒定

核級泵的驅動設備大多為電動機。電動機的鑒定屬于電氣設備范疇，此處不再贅述。對于其他輔助設備如閥門、控制開關等，應根據在泵組運行中的安全相關性確定安全等級，并按照相應等級的鑒定要求進行鑒定，也可直接選用鑒定過的閥門產品。

3.10 其他方面的考慮

部分核級泵的結構和運行條件有特殊性，應進行相應的鑒定試驗或分析。例如輔助給水汽動泵的驅動設備為汽輪機，有發生超速飛逸的風險。為驗證超速跳閘系統的功能和可靠性，應進行專項計算分析和試驗。類似由泵特定功能所要求的鑒定必須依設備特點而定，在前述備選的鑒定項目之外補充相應的額外項目。

3.11 典型核級泵的鑒定項目歸結

根據“以核級泵所執行的功能和運行條件確定鑒定項目和驗收準則”的原則，典型核電站典型核級泵的主要鑒定項目歸結如表1所示。

4 相似法鑒定

除直接法外，還可以通過相似法對泵進行核級鑒定。相似法是指存在與待鑒定泵類型相同、功能及運行條件相似的已經過鑒定的核級泵，通過分析得出已有鑒定結論適用于待鑒定泵的過程。中心是對待鑒定泵（P）同已完成鑒定泵（Q）進行分析比較，論證Q泵能否覆蓋P泵，Q泵的鑒定結論適用于P泵，減少對P泵進行重復性驗證。

論證一臺泵能否被另一臺泵覆蓋主要從兩個準則進行：一是技術準則，二是功能及運行條件準則。兩個準則分別可以歸納出如表2所示的技術準則內容和覆蓋條件以及如表3所示的功能、運行條件準則的內容和覆蓋條件。

將P泵與Q泵按照表2、表3的具體內容進行比較得出P泵是否能夠由Q泵覆蓋的結論。如果結論是肯定的，那么Q泵的鑒定結論可適用于P泵。反之則只能使用上述的直接法鑒定。

由于相似法鑒定可以避免重復性試驗驗證，縮短了鑒定周期、降低了鑒定費用，在具備相似法鑒定條件時應優先選用相似法鑒定。

利用相似法鑒定的典型例子是安全殼噴淋泵（EAS系統）與低壓安注泵（RIS），兩者之一完成鑒定后其鑒定結論可以適用于另外一方。不過無論P泵同Q泵如何相似，在性能和運行條件上均不會完全相同，所以通過相似法鑒定的泵還必須驗證泵的承壓特性、功能特性以及耐久性。由于這三項驗證屬非破壞性驗證，可以在產品泵的首臺泵上進行。

5 結語

通過上述核級泵鑒定規則分析，可以得出以下結論：

（1）核級泵的原型機應是經過長期運行驗證的，并應經過鑒定后才能用于核電站。

（2）鑒定采用直接法或者相似法均可。應優先選用相似法。

（3）通過分析泵的功能要求和運行條件，照常用項目確定鑒定內容和驗收準則并按特性進行補充。

（4）使用相似法鑒定時應根據分析準則的具體內容得出泵的覆蓋性結論。

（5）相似法鑒定后首臺產品泵仍需驗證泵的承壓特性、功能特性以及耐久特性。

（6）完成鑒定后為核級泵提供在規定運行條件下達到運行要求的完整鑒定報告。

參考文獻

[1] 法國90萬千瓦壓水堆核電廠系統設計和建造規則

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[3] 核電站用能動機械設備的鑒定（ASME QME-1）[S].

2002.

[4] 回轉動力泵-水力性能驗收：1級和2級（ISO 9906-

2012）[S].2012.

[5] 回轉動力泵-水力性能驗收試驗：1級和2級：（GB/

T3216-2005）[S].2005.

[6] 泵的噪聲測量與評價方法（JB/T 8098-1999）[S].1999.

[7] 泵的振動測量與評價方法（JB/T 8097-1999）[S].1999.

作者簡介：李棟梁（1981—），男，山東人，中國核電工程有限公司工程師，工學碩士，研究方向：核電系統與設備設計；龔釗（1983—），男，湖北人，中國核電工程有限公司工程師，工學碩士，研究方向：核電系統與設備設計。