我国核电用泵国产化在砥砺中前行

1. 前言

时间上来看，我国核电装备国产化起步是从上世纪80年代末期开始，当时主要是依托秦山一期30万千瓦机组。后期核电发展有一个低潮，核电设备发展也处于低谷。在国家层面全面、系统推进核电设备国产化，几乎是近十年的事情。

2006年4月，国家发改委在广州召开了红沿河核电项目设备国产化工作会议，决定以红沿河项目为依托工程，以大型铸锻件和核级泵阀为突破口，三大核电公司积极配合，通过联合攻关，使依托工程项目的设备国产化率达到75%。

从秦山一期以及大亚湾核电设备主要依靠进口，到了秦山二期国家开始推进国产化，培养了一大批技术人才及管理人才，秦山二期国产化程度达到60%，之后的红沿河一、二号机组国产化达到64%，三、四期国产化到达70%。中核、中广核通过引进技术，消化吸收及再创新，在安全等级上又提升了一个高度，技术融合后，形成我国具有自主知识产权的“华龙一号”。核电设备从依赖进口到逐步国产化，目前华龙一号泵类产品国产化超过90%。经过十多年的发展，核电装备国产化取得了重大突破。

2. 部分关键核泵介绍

核泵是核电站关键系统的介质输送设备，是所在系统的心脏，承担着输送高温高压放射性的——回路冷却剂或其它电站重要用户的系统水或冷却水的供应功能。核泵的名称可以按实现的系统功能来分，也可以按结构型式来分。

压水堆核电站由于系统结构基本相同，因此我们更习惯按照其系统功能来划分命名，如反应堆冷却剂泵 (主泵)、化学和容积控制系统泵 (上充泵)等。但由于堆型的细微差异和系统环路布置的不同，核泵在结构选型上可能有所变化，以下以浙江秦山二期扩建工程与江苏田湾核电站为例对主要核泵的结构形式进行对比介绍。

这里以二代改进型百万千瓦级压水堆核电厂为例，核安全一级泵一种，为一回路反应堆冷却剂泵；核安全二级泵主要包括余热排出泵、上充泵、低压安注泵及安全壳喷淋泵等，约占核级泵的40%；核安全三级泵主要有电动辅助给水泵、汽动辅助给水泵、设备冷却水泵、重要厂用水泵、硼酸再循环泵、化学添加剂泵、乏燃料池冷却泵、硼酸输送泵、前贮槽循环供料泵、除气塔疏水泵、冷冻水循环泵及水压试验泵等，约占核级泵的60%。

2.1 反应堆冷却剂泵

反应堆冷却剂泵简称核主泵，属核安全一级，是压水堆核电厂最关键的设备之一，可分为全密封泵和轴封泵两大类。主泵是一回路中唯一的能动设备，为反应堆冷却剂提供驱动压头，保证足够的强迫循环流量通过堆芯，把反应堆产生的热量送至蒸汽发生器，产生推动汽轮机做功的蒸汽，长期连续运行在高温、高压和带放射性的环境中。


2.2 上充泵

上充泵是核电厂内化学和容积控制系统中的重要设备，属核安全二级设备，具有流量范围跨度大、工况点多、强抗汽蚀、低振动值、低噪音、抗震、耐热冲击和杂质、长期连续运行等特点，常采用立式或卧式双层壳体结构的离心泵。同主泵的情形类似，在整个世界范围内，真正具有供货业绩的企业屈指可数。

2.3 余热排出泵

余热排出泵属核安全二级，是余热排出系统的组成部分，连接一回路系统，位于安全壳内。在反应堆停运过程中，余热排出泵使反应堆冷却剂在余热排出系统热交换器和反应堆压力容器之间循环以保证电厂进入冷停堆状态。在正常停堆和事故停堆后带出堆芯的衰变热，维持核电厂处于安全状态。

2.4 高压安注泵

高压安注泵属于核安全二级，是安全注射系统的主要设备，当反应堆主回路系统发生小破口失水事故时，该泵即应迅速起动，向反应堆内注水，以防止事故的进一步扩大，确保反应堆安全。在百万千瓦级压水堆核电厂内不单独专设高压安注泵，高压安注泵的使用要求是上充泵功能之一。

2.5 中压安注泵

中压安注泵属核安全二级，是“华龙一号”压水堆核电站安全注入系统的关键设备之一，其结构为双壳体自平衡多级离心泵；在核电站中主要承担维持一回路水装量及事故后安全注入、冷却堆芯的核安全功能。该产品由于具有设计温度度、高汽蚀性能、高运转可靠性、特殊水力性能要求、对质保与制造检验要求高。

2.6 低压安注泵

低压安注泵属于核安全二级，是安注系统重要组成部分。在事故工况下，当一回路系统压力下降到较低的压力水平时介入工作，向堆芯注水，保证淹没并冷却堆芯，防止堆芯熔化，保持堆芯的完整性;或向一回路注入高浓度硼酸水，重新建立稳压器水位，迅速停堆并防止反应堆由于过热而重返临界。

2.7 辅助给水电动泵

辅助给水电动泵是核安全二级设备，向蒸汽发生器供水,导出堆芯热量,是核电厂重要的安全设备，是双壳体自平衡离心泵，具有流量跨度大、扬程高、性能曲线陡斜、效率要求高、抗震要求高等特点。

2.8 安全壳喷淋泵和安注泵

安全壳喷淋泵和安注泵是核安全二级设备，在一回路发生失水事故或导致安全壳内温度、压力升高的主蒸汽管道破裂事故时，通过安全壳喷淋泵泵水，向安全壳顶部空间喷洒冷却水，为安全壳内降温降压，限制事故后安全壳内的峰值压力，以保证安全壳的完整性。该泵为立式多级泵，具有温度高、高抗汽蚀性能、传动要求高、抗震要求高等特点。

2.9 堆腔注入泵

堆腔注入泵属于核安全二级设备，是“华龙一号”独有的创新系统，在发生堆芯熔化的严重事故后，提供大流量的冷却流体注入到反应堆压力容器与保温层之间，对压力容器外冷却并带走堆芯熔融物热量，降低反应堆压力容器外壁的温度，维持压力容器的完整性，实现压力容器堆芯熔融物的滞留，是保障核电站安全的重要系统。该泵为立式筒袋多级离心泵。

2.10 水压试验泵

水压试验泵属于核安全二级设备，可用于安注箱补水工况（自动启停或调节流量，完成对安注箱注水）、轴封注水工况（核电站失电时，作为上充泵备泵向主泵提供轴封水）、水压试验（核电站冷态水压试验）等工况，能确保在现场手动和控制室内自动控制。该泵为电动往复泵，具有辅助附件多、排出压力稳定、自动控制、低振动、抗震要求高等特点。


2.11 应急硼注泵

应急硼注泵属于核安全二级设备，用于事故工况下，当应急硼化系统（RBS）投运时，将硼酸溶液注入到反应堆一回路系统对应环路的冷管段中，在核电站事故缓解中承担重要功能，对于核电站的安全具有重要意义。该泵为电动往复泵，排出压力高、低振动、抗震要求高等特点。

2.12 设备冷却水泵

设备冷却水泵属于核安全三级设备，是设备冷却水系统的重要组成部分。

3. 核泵国产化标志性事件

3.1 重泵公司国产化首台上充泵通过鉴定

2009年11月19日，由重庆水泵厂有限责任公司研制的百万千瓦压水堆核电站上充泵样机通过国家能源局、中国机械工业联合会和国内核电公司、科研单位专家鉴定，从此取代进口产品；这一我国首台自主知识产权核电上充泵的诞生，标志着中国离心泵制造技术已达到世界领先水平。

上充泵是涉及压水堆核电站安全的关键设备，可称为核电站的一个重要“安全阀”，目前该产品仅有美国、法国、日本等国极少数企业能够制造，我国核电上充泵全部依赖进口，市场售价曾高达7000万元/台。为实现这一产品的国产化，在国家能源局和中国机械工业联合会推动下，重庆水泵厂有限责任公司和中国核电工程有限公司于2005年开始合作研发，重庆水泵厂为此投入研制经费6500万元，经过4年多的艰苦研制于2009年11月完成了样机鉴定。

鉴定委员会鉴定后认为，这台在国内率先研制成功的百万千瓦级压水堆核电站离心式上充泵，设计结构合理，可适应多种运行工况，材料选择恰当，采用了多项新技术、新结构、机组运行振动小、噪音低、密封性能好，技术性能达到甚至超过国际同类产品先进水平。作为研制单位的重庆水泵厂已经具备了批量生产的能力。

3.2 重泵公司“华龙一号”上充泵、堆腔冷却注入泵通过鉴定

2016年1月22日，重庆水泵厂有限责任公司自主研发的华龙一号核电机组上充泵、堆腔冷却注水泵顺利通过中国机械工业联合会组织的专家组鉴定验收。

华龙一号上充泵是第三代核电堆型中要求最高、研发难度最大的一种泵。重泵公司自主研发的上充结构采用了的多级离心泵结构形式和自平衡双壳体多级离心泵专利技术，保证了泵运行的稳定性和可靠性。

核电机组堆腔冷却注水泵为立式单级筒带泵结构，转子部件设计成单方向可自由伸缩的结构形式，提高了轴的稳定性；这种设计不仅具有较高工作效率，还具有较强的抗气蚀性。

鉴定委员会专家和参会代表听取了重泵公司自主研制的总结报告，对样机的运行情况、指标参数进行了现场鉴定，审查了相关技术资料。经现场答疑和讨论，专家组一致认为：以上两种产品研制是成功的，填补了国内空白，主要技术性能指标达到国际同类产品先进水平，满足华龙一号三代核电机组要求，具有显著的社会效益和经济效益，一致同意通过鉴定。

3.3 中国首台自主300兆瓦核电站反应堆冷却剂泵组通过鉴定

2016年3月30日，受国家能源局委托，中国机械工业联合会在哈尔滨组织召开了由哈电集团自主研制的中国首台300兆瓦核电站反应堆冷却剂泵组产品鉴定会。与会专家和代表察看了产品和制造、试验现场，听取了研制单位所做的研制总结报告、现场检测等情况介绍，查阅了设计、制造、检验、试验和质量证明等文件，经讨论，鉴定委员会一致同意通过鉴定。

反应堆冷却剂泵被喻为核电站一回路的“心脏”，其核心技术一直被少数国家所垄断，是制约我国核电事业发展的瓶颈。欢迎关注泵友圈微信公众号。哈电集团在国家能源局、中国机械工业联合会的指导下，在中核集团的支持下，在各参研单位的共同努力下，经过6年的不懈努力，通过自主设计总体优化、工艺攻关和试验验证，解决了高效水力部件设计、高安全级大转动惯量飞轮设计分析、高精度复杂部件的加工工艺及检验的多项关键技术难关，轴承、冷却器、油密封等关键部件实现了国产化研制。哈电集团凭借有效运行的核质保体系及先进工艺装备和试验检测手段，已经具备了批量生产能力。

3.4  “华龙一号”首台主泵泵壳锻件制成

2016年6月27日，“华龙一号”首台国产化主泵泵壳锻件在中国一重富拉尔基生产基地发运，这是中国核电大型关键锻件自主制造的又一重要节点，标志着中国一重具备了“华龙一号”主泵锻件制造能力。

该主泵泵壳为福清5号机组提供，经过中国一重11个月的艰苦奋战，于6月27日完成了锻件评定及首件制造，是中国一重与中核集团、哈电集团紧密合作的产品。

“华龙一号”主泵泵壳为特厚异形大锻件，取样位置苛刻，锻件形状复杂，热处理难度大，性能要求高。在研制过程中，中国一重组建了各专业技术人员协同作战的专项攻关队伍，依据已有的电站锻件技术基础和生产经验，不断完善基础工艺数据，先后攻克了高纯净钢水冶炼、超大截面压实锻造、超大型截面的细化晶粒热处理工艺等难关，有效地控制了冶炼夹杂物，满足了硬度均匀、性能稳定等关键技术指标，最终评定泵壳性能试验一次成功。

3.5 重泵公司“华龙一号”中压安注泵、应急硼化泵通过国家核电专家组鉴定

2017年7月25日，重庆水泵厂有限责任公司与中广核工程有限公司联合研发的“华龙一号”三代压水堆核电站核安全二级中压安注泵、三代压水堆核电站核安全三级应急硼化泵顺利通过中国机械工业协会和中国机械联合会组织的核电专家组鉴定验收。

“华龙一号”中压安注泵是第三代核压水堆型中要求最高、研发难度最大的一种泵。此次鉴定的中压安注泵总体结构是在SDZ型高压双壳体自平衡多级离心泵基础上进行设计，该泵在研制过程中，开发出了多工况、超小容差及高汽蚀性性能的多级理性泵水力模型设计方法，满足了小流量区平坦、大流量区急剧陡降要求。三代压水堆核电站核安全三级应急硼化泵为往复式容积泵结构，采用了多项具有自主知识产权的先进技术，产品具有振动小，噪音低，运行平稳等特点。

鉴定委员会专家们对样机的运行情况、指标参数进行了现场鉴定，听取了重泵公司自主研制的总结报告，审查了相关技术资料；经现场答疑和讨论，专家组一致认为：中压安注泵和应急硼化泵的研制是成功的，填补了国内空白，主要技术性能指标达到国际同类产品先进水平，满足“华龙一号”三代压水堆核电站核安全三级泵要求，具有显著的社会效益和经济效益，一致同意通过鉴定。

3.6 凯泉“华龙一号”核电关键设备中压安注泵通过鉴定

2017年7月20日，凯泉集团与中广核工程有限公司联合研发的“华龙一号”核二级中压安注泵产品在上海成功通过行业鉴定。鉴定由中国机械工业联合会和中国通用机械工业协会共同组织，由于俊崇院士担任专家委主任并主持会议，专家委员会由中国核动力研究设计院、国家核与辐射安全中心、中核、中广核、中原公司及核电领域等知名的十三位资深权威专家组成。

凯泉集团与中广核工程有限公司签订了研发协议，经过近15个月的努力，联合研发及制造了该产品样机，研制样机按照鉴定要求进行了严苛、完整的考核试验及各项验证，研制产品的技术指标不仅满足了核电站的使用要求，而且结构特点和性能指标达到了国际同类产品的先进水平，同时，该研制成果将工程应用于国家“华龙一号”核电站示范项目-防城港核电站3、4号机组。  

3.7 “华龙一号”低压安注泵、应急给水泵以及M310上充泵通过国家级鉴定

2017年11月8日，由中国机械工业联合会和中国通用机械工业协会联合组织，叶奇蓁院士主持召开了上海阿波罗机械股份有限公司与中广核工程有限公司联合研制的中广核“华龙一号”核安全二级低压安注泵、核安全三级应急给水泵和自主研制的M310上充泵等三代压水堆核电站泵产品样机鉴定会。

鉴定委员会专家和与会的部分代表在公司生产车间和核泵试验现场，抽取和见证了样机的部分性能试验，听取了研制组成员的研制过程及研制总结汇报，查阅了3个样机设计、制造、试验、检测及质保等文件资料。经鉴定委员会讨论并通过形成鉴定意见：“华龙一号”核安全二级低压安注泵、核安全三级应急给水泵和自主研制的M310上充泵研制是成功的，主要性能指标达到了国际同类产品先进水平，可在“华龙一号”及其他压水堆核电站上推广应用。

3.8 首台国产化AP1000屏蔽主泵成功完成制造

2018年9月11日，由沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司（以下简称沈鼓核电）和哈尔滨电气动力装备有限公司（以下简称哈电动装）共同承制的首台AP1000屏蔽电机主泵在沈鼓核电顺利完成全部产品试验和试验后拆检工作。试验数据显示主泵各项性能参数均满足主泵设计规范书的要求，整体拆检各项指标均满足相关要求。

在国家大型核电压水堆重大专项的支持下，沈鼓核电和哈电动装在引进、消化、吸收AP1000屏蔽电机主泵技术的基础上，开展了多项关键制造技术的国产化攻关，完成了ASME取证、工艺验证、关键零部件制造等里程碑任务节点，最终完成了主泵的制造、装配、试验和拆检工作。国产AP1000屏蔽电机主泵首台泵严格按照美国原设计方的质量标准制造与验收。本次主泵试验的成功，标志着国内企业已全面具备了AP1000屏蔽电机主泵的国产化制造能力，为后续CAP系列电站主泵国产化供货提供了有力保障。

3.9 重泵公司化容补水泵、“华龙一号”堆腔注水冷却、辅助给水电动泵、启动给水泵通过鉴定

2019年11月1日，重庆水泵厂有限责任公司自主研发的化容补水泵、“华龙一号”堆腔注水冷却泵、辅助给水电动泵、启动给水泵顺利通过中国机械工业联合会和中国通用机械工业协会组织的核电专家组鉴定。中国通用机械工业协会、中国工程院、重庆机电股份公司、重庆市经信委、重庆市沙坪坝区经信委等领导和专家出席了鉴定会。

化容补水泵是辅助厂房内化学与容器控制系统（CVS）的主要设备之一。此次鉴定的化容补水泵采用公司成熟的BB5型结构设计，属于双壳体节段式自平衡多级离心泵，叶轮对称布置，其主要功能是给反应堆冷却剂系统提供补水；或改变（维持）反应堆冷却剂的水化学特性和水装置。

“华龙一号”堆腔注水冷却泵是“华龙一号”堆腔注水冷却系统动能部分的重要设备。泵装置及部件的设计能承受极限安全地震动（SL-2）而不受损伤；泵机组应能在最高工作温度（156℃）下连续正常运行72小时而不发生故障或损坏；能在小流量长期稳定运行。

辅助给水电动泵是百万千瓦级先进压水堆核电站机组中关键设备，当主给水系统的任何一个环节发生故障时，则辅助给水泵及其系统立即投入运行以排出反应堆芯剩余热量，直到余热排出系统可以投入正常运行，从而保证核电站的安全。该产品具有运行平稳，能适应各种工况，可靠性高等特点。

启动给水泵采用具有自主知识产权的自平衡双涡壳体水平中开多级离心泵技术。该泵在研制过程中，开发出了4个工况点，平坦的曲线形状及高效的水力模型，通过后期振动分析，不断优化转子结构，提高动力学特性，最终检测振动指标达到国标A级；

鉴定委员会专家组对样机的运行情况、指标参数进行了现场测定，听取了重泵公司自主研制的总结报告，审查了相关技术资料；经现场讨论和质询，专家组一致认为：化容补水泵、“华龙一号”堆腔注水冷却泵、辅助给水电动泵、启动给水泵样机研制是成功的，具有自主知识产权，产品技术参数和性能指标满足研制任务书、试验大纲和有关标准的要求，达到了国际同类产品先进水平，可在核电厂推广应用。

四种型号的核电机组泵通过鉴定，为中国核电事业迈上新台阶增添了动力，这表明重泵公司将国家核电事业放在了心上，在核电机组泵的投入和研发是下了真功夫的，把核电设备国产化工作落到了实处，重泵公司领导班子要继续坚定信念，勇于担当，在高端泵研制工作中取得更多更好的成绩，为中国核电机组重要设备国产化做出新的更大贡献。