泵類設備監造方法探討

馬文勝

中國核電工程有限公司 北京 100000

1 核級泵的特殊要求分析

1.1 核級泵與非核級泵的區別

通常把在核反應堆系統中承擔一定安全功能的泵稱為核級泵，它與非核級泵的主要區別在于其安全性。這決定了核級泵的設計宗旨是大大地提高其安全性，以確保公共安全。

1.2 核級泵的設計

（1）選型。根據系統的布置情況及使用條件來選擇合適的型式。一般地，反應堆冷卻劑采用大流量低揚程的混流泵：安全殼噴淋泵、安全注入泵、輔助給水泵、上充泵等高揚程泵通常采用多級離心泵：余熱排出泵要求在較低的有效汽蝕余量下運行，因此經常采用雙吸葉輪的結構型式；水壓試驗泵則通常使用往復泵；對要求無泄漏的系統應使用屏蔽泵[1]。

（2）選材原則。由于核級泵所輸送介質的特殊性，一般選材時滿足以下要求：①所選擇的材料必須具有耐腐蝕、抗沖刷的特性；②奧氏體不銹鋼應具有抗晶間腐蝕的能力；③與介質接觸的材料不應有被鐵素體鋼及其化合物污染的危險，對于奧氏體鐵素體鋼以及鎳一鉻鐵臺金，其含鈷量不得超0．20%；④禁止使用氟橡膠、聚四氟乙烯、丁基橡膠和丁腈橡膠；⑤所選用的非金屬材科要有良好的耐輻照性能[2]。

（3）強度設計。核l、2、3級泵承壓部件的設計及應力分析分別按RCC-MB3400、C3400、D3400進行。

（4）抗震分析。應對核級泵進行抗震分析，以保證它能在地震期間及之后保持其結構的完整性和運行可靠性，抗震分析步驟如下：

①測定設備的固有頻率。在試驗臺架上，使設備的零部件受到沖擊激振，用加速度計測出其共振頻率。

②完整性。為了保證泵能夠在安全停堆地震(SSE)期間及之后維持其承壓特性，應按各種載荷的最大值的平方組合來對泵零件進行應力分析，分析結構必須低于材料的許用應力。

③可運行性。為了保證泵能夠在安全停堆地震(SSE)期間及之后完成其功能。在進行分析時，應按各種載荷的同時作用來考慮，并且保證零件產生的變形只在靜止件與轉動件之間引起輕微的摩擦和微小的干擾，而不嚴重地影響著泵組的運行．當地震結束后，泵組應能立即恢復到正常運行狀態。

（5）軸密封。核級泵上使用的軸密封與非核級泵的相似，可以采用常規的標準設計,但必須使用耐輻照性能良好的代用材料，以防止由于材料的耐輻照性能不好而影響其使用性能。

1.3 核級泵的制造和檢驗

核1、2、3級泵的制造、檢驗要求分別見RCC—MB4000、C4000、D4000，其中對焊接、熱處理的實施及檢驗方法作了詳細的介紹。

1.4 試驗

核級泵的試驗包括：單項試驗、型式試驗和產品試驗。

產品試驗：產品試驗是設備的出廠檢驗，它們包括：①尺寸的一致性檢查；②水壓試驗；③功能試驗，包括：耐久性試驗、性能測量、泄漏和軸承溫度的檢測、噪聲和振動水平的測量；(4)試驗后的解體檢查。

需要說明的是，不同等級或不同使用條件下泵的試驗項目各不相同，要根據合同中規定的泵的安全等級、制造等級和質保等級編制試驗大綱，依據批準的試驗大綱進行。

2 泵類設備監造策化

以某核電項目低壓安注泵、安全殼噴淋泵為例：

根據低壓安注泵、安全殼噴淋泵設備制造的工藝流程，需要重點對其材料入廠檢驗、焊接和補焊、無損檢測、最終機加工、平衡試驗、水壓試驗、功能試驗、出廠驗收等環節進行質量監督和控制。

2.1 材料入廠檢驗

（1）安注安噴泵按觸介質的部件材料應能耐所輸送流體的腐蝕與沖蝕，并且不將任何污染傳給流體以致影響工藝使用的適合性，按RCC-M制造的零件符合RCC-MC2000；其它零件符合AFNOR標準或其它國家相當的標準。

對RCC-M清潔度章F6000的附錄FI第5節定義的輸送“工藝流體”的泵部件，應遵守RCC-MF6400提出的關于禁止污染物的要求；鈷含量應滿足RCC-MC2400的規定；禁止使用氟橡膠、聚四氟乙烯、丁基橡膠和丁腈橡膠C，而允許使用丁腈橡膠和聚氨酯[3]。

承壓部件除合同中特殊規定處，應使用奧氏體不銹鋼制造，并應符合RCC-MC2300中關于耐晶間腐蝕要求。

（2）依據上述合同要求，制造廠提交了鑄件采購規范、鍛件采購規范、軸采購規范、奧氏體不銹鋼板采購規范并獲CNPE審查認可。

依據已批準的主要材料鑄件、鍛件采購規范，對到貨的葉輪、泵軸、上軸、法蘭、軸封室、出水殼體等零部件進行到貨檢查。

2.2 焊接和補焊

主要指水力承壓件焊接、水力承壓鑄件的缺陷補焊、相關管路的焊接工序。特別是水力承壓件的缺陷補焊，因其涉及水力部件內在質量，應重點控制。水力部件一般為鑄件，其鑄造缺陷較多如：氣孔、夾渣、裂紋等，特別是不銹鋼材料，經常需要焊補，有的需要多次焊補，如果焊補量較大還應進行零件的消應力熱處理，RCC-M有明確規定，對允許的重新熱處理次數有相應限制。

應注意鑄造缺陷清理到位：在缺陷清理時，要關注缺陷是否清理到位，及時采用PT進行檢驗，對厚重部位和不易觀察部位應補充RT檢驗，確保無缺陷后再焊補。

焊補操作規范性：焊補工序的操作必須規范，必須與焊接工藝評定相符，注意焊接參數的一致性，特別注意層間溫度的控制，避免因趕工焊接速度過快，出現過熱或留下不可見的隱患，既影響了質量，又耽誤了進度。

2.3 無損檢測

在機加工之后及裝配之前，零件應按RCC-MMC7000進行目視檢驗，并按RCC-MMC4000進行液體滲透檢驗。

液體滲透（PT）檢測的全面性：在零部件PT檢測時，一定要注意其檢測的全面性，防止漏檢。

超聲檢測（UT）檢測的規范性：在UT檢測時，首先必須保證零件的表面符合要求，其次注意檢測移動速度不要過快、檢測位置和次數是否到位，波形變化是否超差。

磁粉檢測（MT）檢測的規范和退磁處理：在MT檢測時，要注意磁化是否到位，MT檢測的細小缺陷的觀察必須到位，尤其是對連續的小缺陷。對檢驗后的零件，有退磁要求的必須進行退磁處理和剩磁檢驗，合格后方可進行下一步工序。

2.4 最終機加工

“最終機加工”工序屬于民用核安全機械制造不能分包的關鍵工藝環節，制造廠在先期合同設備執行過程，三次不符合項均出現在“最終機加工”環節，并導致一件長加工周期零件的報廢，主要原因是人因失誤。

所以在最終機加工階段，要對影響質量因素的人、機、料、法、環、測等方面進行重點控制，總結前期重要廠用水泵項目執行過程中的經驗，汲取前期重要廠用水泵項目執行過程中的教訓，避免影響質量和進度問題的情況再度發生。

2.5 平衡試驗

轉子、葉輪、軸承、聯軸器等轉動部件，由于材料組織不均勻、零件外形的誤差、裝配誤差以及結構形狀局部不對稱等原因，當泵高速運轉時，即使很小的偏心距，也會引起很大的不平衡離心力，造成軸或軸承磨損，出現機械或基礎振動，這將直接關系到核電站的運行安全，所以在裝配前必須對轉動零件和轉子進行靜平衡和動平衡測試。

動平衡檢測設備的精度是否滿足技術要求：在動平衡檢測中，主要依靠設備檢測，需對其驗證，不可忽略。葉輪動平衡檢測時，鍵槽的處理：在葉輪動平衡檢測中，鍵槽必須安裝鍵進行補償，否則有偏差。不平衡去重處理：去重應該在工藝規定位置，且去重不能超過界限。

2.6 水壓試驗

水壓試驗是設備承壓邊界承壓性能的重要檢查工序，設備性能的重要保證。

安注安噴泵的所有承壓部件應進行水壓試驗，要求不存在滲漏或產生永久變形，水壓試驗要求：試驗壓力應至少保持30分鐘；不允許壓力跌落或冒汗，經目測方法或試驗壓力跌落所測到的任何泄漏都應消除，并且應重新試驗；所有承壓管子與法蘭，應在水壓試驗前焊接；水壓試驗性能應符合RCC-MC5200的要求。

2.7 功能試驗

（1）第一臺泵鑒定試驗。包括耐久性試驗、熱沖擊試驗、雜質試驗。

（2）耐久和性能試驗。對每臺批量生產的泵都應在發運前最好用其本身配用的電動機在試驗回路上進行試驗，并且每套泵組應進行規定的耐久試驗和啟動-停車循環。各次耐久試驗末尾，要記錄整套的水力數據，包括保證點和其它點的流量、揚程、輸入功率、轉速和NPSH；畫出跨整個泵運行范圍即零流量-全開流量的曲線。

性能試驗要求符合ISO9906標準1級要求。

水力特性的記錄及畫出足夠數量的測量點的曲線，就會得出跨整個泵運行范圍（從零流量到最大流量運行工況）的特性曲線，以作為適合的判斷的清晰理解的基準。

在這些試驗期間，應驗證整個泵機組的運行正常，并記錄軸承溫度。此外，應進行泄漏檢查；應記錄所有泵機組軸承的振動水平和第1套泵機組的浸水部件振動水平；按照ISO9614，在距泵殼1m處測噪聲。由于只有現場振動和噪聲試驗才有合同意義，所以在監造工廠試驗期間，與要求值的任何大的偏差都應要求制造廠仔細進行原因分析，并采取措施將噪聲的振動降低到要求的值。

綜上所述：泵類設備中的每一個生產過程都是泵組質量控制的核心，決定著泵組性能參數是否滿足要求，應重點控制，應關注每一個細節，注意每一個參數確定和測量過程的準確性，確保泵組的整體質量。