Правила и нормы проектирования, изготовления и испытаний насосов АЭС
Техническое задание и основные требования к насосам
Качество и надежность насосов АЭС обеспечивается на стадиях проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации. Каждая стадия одинаково важна, некачественное выполнение любой из них влечет за собой преждевременный выход насоса из строя. Учитывая высокие требования, предъявляемые к основному оборудованию АЭС, для насосов первого и второго контуров АЭС введены специальные нормативно-технические документы, которые являются обязательными для организаций, занимающихся проектированием, изготовлением и эксплуатацией насосов. К числу таких документов относятся:
Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования атомных электростанций, опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок [1];
Нормы расчета на прочность элементов реакторов, парогенераторов, сосудов и трубопроводов атомных электростанций, опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок [21;
Правила контроля сварных соединений и наплавки узлов и конструкций атомных электростанций, опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок (ПК 1514-72) [3];
Основные положения по сварке и наплавке узлов и конструкций атомных электростанций, опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок (ОП 1513-72) [4];
Правила контроля стальных отливок для атомных энергетических установок (ПГА 05-82) [5].
Кроме того, насосы первого и второго контуров АЭС и некоторых специальных систем подлежат контролю со стороны органов Госатомэнергонадзора СССР.
Ниже приводится изложение основных правил и норм проектирования насосов АЭС, обеспечивающих их высокое качество и надежность.
Проектирование нового насосного оборудования для АЭС осуществляется на основании технического задания (ТЗ), разрабатываемого в соответствии с ГОСТ 15.001—73, который устанавливает объем ТЗ и порядок его оформления. Техническое задание состоит из нескольких разделов, основными из которых являются наименование и область применения разработки, цель и назначение, технические требования, экономические показатели, порядок приемки, контроля и др.
Наименование и условное обозначение насосного агрегата устанавливается в соответствии с действующими ГОСТ или по техническим условиям на аналогичные изделия. Наименование определяется функциональным назначением насосного агрегата (питательный — для подачи питательной воды, конденсатный — для подачи конденсата и т. д.).
Конструктивное исполнение насосов с учетом климатических условий размещения АЭС определяется требованиями ГОСТ 15150—69. Насосы первого контура и его основных систем проектируются с учетом условий среды под защитной оболочкой реактора, соответствующих как нормальным условиям эксплуатации, так и аварийным режимам.
Насосы второго контура проектируются с учетом условий, соответствующих районам с умеренным и холодным климатом (УХЛ). К районам с умеренным климатом относятся районы, где средняя ежегодных максимальных температур воздуха не выше 40 °С, а средняя ежегодных минимальных температур воздуха не ниже — 45 °С. В зависимости от места установки насосов при эксплуатации они делятся по категориям размещения. Насосы второго контура и их вспомогательных систем проектируются для закрытых отапливаемых помещений с искусственно регулируемыми климатическими условиями и относятся к 4-й категории размещения.
Насосное оборудование первого и второго контура, а также других систем АЭС должно противостоять сейсмическим воздействиям при землетрясении силой 9 баллов (по сейсмической шкале МСК64).
В ТЗ указывается базовый аналог отечественного насосного агрегата или, если такого нет, указывается, что агрегат разрабатывается впервые. Аналог необходим для того, чтобы определить технический уровень разрабатываемого насоса и рассчитать экономический эффект.
В разделе технических требований указываются нормы и правила, определяющие показатели качества и эксплуатационные характеристики, а также состав и конструкцию насоса и агрегата. Конструктивные требования предъявляются к типу привода (электродвигатель или паровая турбина), габаритным и присоединительным размерам, исполнению насосного агрегата (вертикальное или горизонтальное), способам крепления агрегата (подвижное или жесткое), исполнению проточной части (однокорпусная или двухкорпусная), способам расположения (вверх, вниз, вбок) и присоединения (фланцевое или сварное) входного и напорного патрубков, типу опорно-упорных подшипников (встроенные или выносные) и к типу уплотнения вала (щелевое, сальниковое или торцовое) или к допустимой внешней утечке.
Конструкция насоса, как правило, должна обеспечивать замену узла уплотнения вала без демонтажа привода. Быстроизнашивающиеся детали, поставляемые в качестве запасных частей, должны быть взаимозаменяемыми. Для обеспечения надежной работы концевых уплотнений вала и опорно-упорных подшипников ротора указываются допустимые значения расхода, давления и температуры запирающей и охлаждающей воды и масла, а для охлаждения отдельных деталей насоса— параметры воды промежуточного контура. Перерывы в подаче охлаждающей и запирающей воды до 3 мин, а масла до 15 с не должны нарушать работоспособность насосов АЭС.
В ТЗ определяется нормативная документация, согласно которой должен разрабатываться насос. Все насосное оборудование первого, второго контуров и их основных систем разрабатывается, изготавливается и эксплуатируется в соответствии с правилами [1]. Для выбора материалов проточной части и уплотнений вала указывается вид жидкости, перекачиваемой насосным агрегатом, ее температура, агрессивность, радиоактивность, загрязненность по содержанию взвесей, давление и температура воды на входе и диапазон их изменения при всех режимах работы насоса. Подача, напор, потребляемая мощность и КПД задаются для номинального режима. Указывается допустимый диапазон и время работы в режимах, отличных от номинального.
Допустимый кавитационный запас задается, как правило, для номинального режима. Однако он должен обеспечивать надежную работу насоса в перегрузочных и недогрузочных режимах. Предъявляются также требования к форме и крутизне напорной характеристики насоса. Если на сеть работают два или больше насосов, то для их устойчивой работы напорная характеристика должна иметь вид постоянно уменьшающейся зависимости от подачи во всем диапазоне работы насоса. Крутизна напорной характеристики оговаривается для того, чтобы правильно рассчитать толщину стенок напорных трубопроводов и правильно выбрать запорную арматуру.
Требования к надежности насоса назначаются в зависимости от режима его работы. В энергоблоках АЭС устанавливаются насосы постоянного и периодического действия. Для насосов постоянного действия указывается ресурс до капитального ремонта, наработка на отказ и установленный срок службы насоса до списания. Для насосов периодического действия указывается ресурс между ремонтами, вероятность безотказной работы за определенное время эксплуатации насоса, а также установленный срок службы до списания. Для АЭС установленный срок службы до списания корпусных деталей насосов составляет 30 лет, ресурс до капитального ремонта — 20 000—25 000 ч, а наработка на отказ — 6300—8000 ч.
Роторы насосов должны быть жесткими, а отношение критической частоты вращения ротора к номинальной должно быть не менее 1,3. Среднее квадратическое значение виброскорости, измеренное на корпусах подшипников, не должно превышать 4,5 мм/с.
В ТЗ определяются требования к технологичности и метрологическому обеспечению разработки, изготовлению и эксплуатации насосов. Управление насосами в процессе эксплуатации на АЭС производится специальной системой автоматики, которая обеспечивает контроль параметров насоса, сигнализацию об отклонениях параметров насоса и его вспомогательных систем от нормальных, а также защиту агрегата при превышении отдельных параметров предельно допустимых значений.
В ТЗ оговариваются также требования по маркировке, консервации и упаковке насоса и его комплектующего оборудования. Срок действия консервации устанавливается не менее двух лет со дня отгрузки заказчику. Условия транспортировки и хранения насосных агрегатов с учетом воздействия климатических факторов определяются по ГОСТ 15150—69.