屈婷婷 薄海

摘 ?要：RCC-M標準是目前國際上關(guān)于核電廠設(shè)備設(shè)計、制造、檢驗、在役檢查等方面具有代表性的規(guī)范之一，在核電領(lǐng)域具有極其重要的地位。文章通過對RCC-M標準內(nèi)容進行研究，總結(jié)出如何使用該標準對核電用泵進行設(shè)計，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量及運行的可靠性。

關(guān)鍵詞：RCC-M標準;核級泵;設(shè)計;分級

中圖分類號：TM623 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）18-0191-02

Abstract： RCC-M standard is one of the representative standards in the design， manufacture， inspection and in-service inspection of nuclear power plant equipment， and plays an extremely important role in the field of nuclear power. Through the study of the content of RCC-M standard， this paper summarizes how to use the standard to design the pump for nuclear power， so as to ensure the product quality and the reliability of operation.

Keywords： RCC-M standard; nuclear grade pump; design; classification

1 概述

核電標準是用來指導(dǎo)和控制核電設(shè)備設(shè)計制造的有效手段，是核電發(fā)展過程中通過試驗和工程實踐積累的技術(shù)和經(jīng)驗的總結(jié)。目前，我國的核電項目主要執(zhí)行ASME和RCC-M兩種規(guī)范標準體系，其中RCC-M標準主要應(yīng)用在CPR、ACP、ACPR、EPR等壓水堆核電站項目核島機械設(shè)備設(shè)計和制造上。

RCC-M標準是法國核電標準RCC系列的一部分，是由法國核島設(shè)備設(shè)計、制造及在役檢查規(guī)則協(xié)會為實現(xiàn)核電站機械設(shè)備設(shè)計和制造的標準化和本地化編制的，共分為5卷、13篇，涵蓋核級設(shè)備設(shè)計、制造以及檢驗等內(nèi)容。核級泵作為核電站關(guān)鍵系統(tǒng)的介質(zhì)輸送設(shè)備，其可靠性關(guān)系到整個核電站的安全，因此，按照RCC-M標準的要求對核級泵進行規(guī)范化的設(shè)計能夠有效地保證產(chǎn)品質(zhì)量、避免發(fā)生事故。

2 設(shè)計參數(shù)

在核級泵設(shè)計前首先要根據(jù)RCC-M標準的要求對泵的設(shè)計參數(shù)進行確定，包括設(shè)計溫度和設(shè)計壓力。泵的設(shè)計溫度不應(yīng)低于正常運行工況下可能存在的最高溫度，需要綜合考慮環(huán)境溫度、介質(zhì)溫度以及摩擦、節(jié)流等引起的介質(zhì)溫升。泵的設(shè)計壓力不應(yīng)低于正常運行工況下可能出現(xiàn)的最大內(nèi)外壓差，通常取泵的最大入口壓和關(guān)閉點揚程之和。

3 泵的分級

根據(jù)RCC-M標準的分級準則確定泵的設(shè)計與制造等級，以便在后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、分析計算時根據(jù)標準對不同級別的要求選用合適的章節(jié)來指導(dǎo)泵的設(shè)計工作。RCC-M A篇將泵的設(shè)計和制造分為三個等級，即RCCM-1級、RCCM-2級、RCCM-3級，根據(jù)安全功能和運行條件對泵的級別進行劃分，詳見圖1。

在確定設(shè)備安全等級RCC-P的基礎(chǔ)上，對泵進行RCC-M分級，通常RCC-P1、2、3級與RCC-M1、2、3級對應(yīng)。根據(jù)泵運行時所承受的壓力、溫度、循環(huán)載荷，可把RCC-P3級的設(shè)備定為RCC-M2級、非安全NC級的設(shè)備定為RCC-M2或RCC-M3級。

4 泵的設(shè)計

RCC-M標準B、C、D篇分別對應(yīng)RCC-M 1級、2級、3級設(shè)備的設(shè)計要求，對泵來講適用范圍主要針對屬于承壓邊界的零件，比如泵殼、泵蓋、主螺柱/螺母、筒體、進出口法蘭等，不涉及泵軸與葉輪、非結(jié)構(gòu)性內(nèi)部件以及密封組件。

RCC-M標準對泵的水力設(shè)計不做要求和限制，一般只需要滿足泵技術(shù)規(guī)格書中要求的性能參數(shù)即可，制造商可以根據(jù)測繪、對現(xiàn)有水力模型進行優(yōu)化改進或設(shè)計開發(fā)全新的水力模型等方式來獲得優(yōu)秀的、適合核電系統(tǒng)需要的水力構(gòu)件，但由于核電行業(yè)的特殊性，通常水力模型需要制作試驗裝置或樣機，經(jīng)過試驗驗證后才可以運用在核級泵產(chǎn)品上。

同樣，標準對泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計也未做過多要求，但是在結(jié)構(gòu)尺寸方面，需要根據(jù)RCC-M標準要求進行嚴格的計算分析，尤其對于承壓邊界，標準規(guī)定了零件的最小壁厚、開口補強、應(yīng)力分析準則等內(nèi)容，零件的結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)過校核必須滿足RCC-M的要求才能夠被認為是足夠合理的和安全可靠的。

需要注意的是：在設(shè)計過程中，雖然一些結(jié)構(gòu)性零件可以根據(jù)流體力學(xué)、機械設(shè)計學(xué)、材料力學(xué)以及供應(yīng)商自己積累的經(jīng)驗進行設(shè)計計算，但并不能取代RCC-M標準中所要求的應(yīng)力分析。

5 泵的材料

對1、2、3級泵的材料選擇，在RCC-M標準B2200、C2200、D2200中有明確選材范圍，RCC-M M篇則對應(yīng)各種部件的采購所遵循的具體技術(shù)規(guī)范。除了必須選擇標準規(guī)定的材料外，2、3級泵在設(shè)計時還應(yīng)明確泵內(nèi)部構(gòu)件的類別，該類別關(guān)系到是否需要制作樣件以及在后續(xù)制造階段進行無損檢測時，需要根據(jù)類別選擇適用的檢驗范圍及驗收準則。以核2級泵為例，承壓件和非承壓件材料的選取如下。

5.1 RCC-M 2級泵承壓件材料清單

根據(jù)零部件不同，使用不同的RCC-M規(guī)范：（1）泵體構(gòu)件（泵殼、泵底、冷卻水出口或車封套、泵蓋、殼體）：M1112 1、2、3級設(shè)備用承壓碳鋼鑄件;M1122 1、2、3級設(shè)備用承壓碳鋼鑄件;M3204 2、3級設(shè)備用馬氏體不銹鋼鍛件;M3208 1、2、3級承壓馬氏體不銹鋼鑄件;M3301用于1、2、3級設(shè)備的奧氏體不銹鋼鍛件和錘鍛件;M3304用于1、2、3級設(shè)備的奧氏體不銹鋼鋼管（熱交換器除外）;M3307 用于1、2、3級設(shè)備的奧氏體不銹鋼鋼板;M3402 ?奧氏體-鐵素體不銹鋼制造的1、2、3級設(shè)備中的承壓鑄件。（2）法蘭、配對法蘭和接管：M1122 1、2、3級設(shè)備用承壓碳鋼鑄件;M3301用于1、2、3級設(shè)備的奧氏體不銹鋼鍛件和錘鍛件;M3306用于1、2、3級設(shè)備的奧氏體不銹鋼鍛造或軋制棒材和半成品件;M3402奧氏體-鐵素體不銹鋼制造的1、2、3級設(shè)備中的承壓鑄件。（3）緊固件：M5110用于制造1、2、3級設(shè)備中螺栓和驅(qū)動桿的軋制或鍛造棒材;M5120用于制造1、2、3級設(shè)備中螺母的軋制或鍛造棒材。（4）緊固件（成品）：M5140壓水堆部件中的1、2、3級螺栓、螺釘、螺桿及螺母。（5）管道：M3304用于1、2、3級設(shè)備的奧氏體不銹鋼鋼管（熱交換器除外）;M3320用于1、2、3級設(shè)備的不用填充金屬焊接和其后進行拉拔的奧氏體不銹鋼卷焊管（熱交換器管除外）。（6）定子襯套：M3306用于1、2、3級設(shè)備的奧氏體不銹鋼鍛造或軋制棒材和半成品件;M3307用于1、2、3級設(shè)備的奧氏體不銹鋼鋼板。（7）缸體：待出版。

5.2 RCC-M 2級泵非承壓件材料清單

根據(jù)零部件不同，使用不同的RCC-M規(guī)范：（1）葉輪：M3201用于壓水堆泵A、B、C類非承壓內(nèi)件的鉻-鎳-鉬馬氏體不銹鋼鑄件;M3405用不含鉬的鉻鎳奧氏體-鐵素體不銹鋼鑄造的A、B、C類非承壓內(nèi)件-用于壓水堆泵。（2）軸：M3202用于2、3級輔助泵傳動軸的馬氏體不銹鋼鍛件或軋制件。（3）帶回歸導(dǎo)流葉片的擴散段：M3201 用于壓水堆泵A、B、C類非承壓內(nèi)件的鉻-鎳-鉬馬氏體不銹鋼鑄件;M3204 2、3級設(shè)備用馬氏體不銹鋼鍛件;M3301 用于1、2、3級設(shè)備的奧氏體不銹鋼鍛件和錘鍛件;M3405 用不含鉬的鉻鎳奧氏體-鐵素體不銹鋼鑄造的A、B、C類非承壓內(nèi)件-用于壓水堆泵。

5.3 泵內(nèi)構(gòu)件分類

泵內(nèi)構(gòu)件分為A、B、C 3類，其中A類和B類又細分為A1、A2、B1、B2類。分類的依據(jù)是葉輪的圓周速度及轉(zhuǎn)子的細長比，分類準則見表1。

其中，U2-葉輪圓周速度，m/s;e-轉(zhuǎn)子細長比，為葉輪出口寬度與葉輪外徑之比。

6 設(shè)計驗證

核級泵的設(shè)計驗證一般采用分析法和試驗法，分析法除了第4節(jié)提到的壁厚、開口補強、應(yīng)力分析等校核外，還應(yīng)對泵組進行抗震分析計算。

抗震分析一般通過利用力學(xué)理論及有限元方法建立數(shù)學(xué)模型，計算設(shè)備的動態(tài)特性（自振頻率和振型）和動態(tài)響應(yīng)（如各典型點的位移、速度、加速度、應(yīng)力、變形等），考核設(shè)備的強度、剛度（變形）和位移，驗證設(shè)備在指定的地震載荷作用下能否正常工作，保持其結(jié)構(gòu)完整性和運行可靠性。泵組抗震分析至少應(yīng)包括泵、支架和底座、螺栓、驅(qū)動設(shè)備（電機）、驅(qū)動輔助設(shè)備（聯(lián)軸器）、軸的潤滑（軸承）和密封系統(tǒng)（機械密封及管路）等。

試驗法是指通過對樣機或產(chǎn)品進行性能試驗、運轉(zhuǎn)試驗、耐久試驗以及其它有特殊要求的熱沖擊試驗、雜質(zhì)試驗、降壓啟動試驗等，來驗證泵在正常及事故工況下的穩(wěn)定性，是對泵關(guān)鍵部件及整個配套系統(tǒng)設(shè)計特性的驗證。

7 結(jié)束語

核電用泵不僅要滿足正常工況下整個核電站主輔系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，還要在事故工況下遏制和緩解事故的發(fā)展，其可靠性直接或間接的影響到核電站的安全。核電用泵的特殊技術(shù)要求遠遠多于石油、化工、火電等工業(yè)用泵，如耐高溫高壓、耐輻照、耐腐蝕、抗地震、沖擊等載荷作用等，因此以核電標準來規(guī)范核級泵的設(shè)計過程極其必要。RCC-M標準匯集了法國在壓水堆核電站核島機械設(shè)備設(shè)計和建造實踐中所取得的成果，內(nèi)容詳細具體、專業(yè)性和指導(dǎo)性強，以它來做為核級泵設(shè)計的依據(jù)，能有效避免設(shè)計失誤、保證產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻：

[1]AFCEN.RCC-M壓水堆核島機械設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則（2000版+2002補遺）[S].2000.

[2]AFCEN.RCC-M壓水堆核島機械設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則（2007版）[S].2007.