T-CEPPC 54-2025 液态金属反应堆主循环泵设计准则

T/CEPPC54—2025液态金属反应堆主循环泵设计准则DesignCriteriaforMainCirculationPumpofLiquidMetalReactor前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件为首次发布。本文件由中国电力企业联合会归口管理。本文件起草单位：中国核工业集团有限公司、中国广核集团有限公司、国家电力投资集团有限公司、核工业标准化研究所、中国核电工程有限公司、中广核工程有限公司、兰州理工大学、浙富控股集团股份有限公司、大连四方电泵有限公司、中国科学院近代物理研究所、国核电力规划设计研究院有限公司。本文件起草人：程效锐、张健、李丽、王浩、陈峰、周明、吴涛、刘勇、赵凯、孙磊、冯伟、韩亮、朱敏、田宇、张磊。本文件于2025年12月23日发布，自2026年3月1日起实施。1范围本文件规定了液态金属反应堆主循环泵（以下简称“主循环泵”）的设计原则、总体要求、结构设计、性能设计、材料要求、安全设计、试验验证及设计文件要求。本文件适用于以液态铅、铅铋合金、液态钠等为冷却剂的液态金属反应堆（含铅基快堆、钠冷快堆等）主循环泵的设计、研发、试验及相关技术评审，包括屏蔽泵、电磁泵等主流类型主循环泵，小型化液态金属反应堆主循环泵可参照执行。本文件不适用于液态金属反应堆辅助循环泵、应急循环泵的设计。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T13284.1—2008核电厂安全系统第1部分：设计准则GB/T3216—2019回转动力泵水力性能验收试验1级和2级GB/T50150—2016电气装置安装电气设备交接试验标准DL/T893—2018电站汽轮机、水轮机、发电机检修导则NB/T20039—2010核电厂电气设备抗震设计规范NB/T20210—2013核电厂屏蔽泵设计制造规范HAF102核动力厂设计安全规定HAF103核动力厂运行安全规定T/CEPPC30—2023核电厂电力系统安全稳定运行导则《核电厂设计安全规定》（HAF102—2016）3术语和定义3.1液态金属反应堆以熔融状态的金属（如液态钠、液态铅、铅铋合金等）作为冷却剂的反应堆，属于第四代先进核能系统，包括铅基快堆、钠冷快堆等，可在常压、高温条件下运行，具有燃料转换能力强、资源利用率高、安全性好等特点。3.2主循环泵液态金属反应堆一回路的关键核心设备，用于驱动液态金属冷却剂在反应堆一回路系统内循环流动，将堆芯产生的热量传递至蒸汽发生器（或中间热交换器），保障反应堆安全稳定运行，包括屏蔽泵、电磁泵等类型[2]。3.3屏蔽泵无轴封、无泄漏的屏蔽式离心泵，电机与泵体一体化设计，转子与定子之间设置屏蔽套，可有效防止液态金属冷却剂泄漏，适用于高温、高压、强辐射环境下的液态金属输送，是液态金属反应堆主循环泵的主流类型之一。3.4电磁泵利用电磁感应原理驱动液态金属流动的泵体，无机械转动部件，具有无泄漏、无磨损、维护量小等优点，适用于可控聚变堆、小型液态金属反应堆的冷却剂循环输送。3.5设计寿命主循环泵在规定的运行条件、维护周期内，能够持续满足设计性能要求、安全要求，无重大故障的预期运行时间，通常不低于反应堆设计寿命的80%。3.6热冲击主循环泵在启停、工况切换或故障情况下，因温度急剧变化产生的热应力冲击，可能导致泵体结构变形、材料损坏，影响设备安全运行。4总则4.1总体要求主循环泵设计应遵循“安全可靠、技术先进、经济合理、便于运维”的原则，结合液态金属反应堆的特殊性（高温、强辐射、液态金属腐蚀、无泄漏要求），满足核安全法规、相关标准及本文件要求，确保主循环泵在各种工况下（正常运行、启停、故障、事故）均能可靠运行，保障反应堆一回路冷却剂循环畅通，防止因主循环泵故障导致堆芯过热、冷却剂泄漏等安全事故。主循环泵设计应充分借鉴国内已有的高温液态金属屏蔽泵、核主泵研制成果，结合工程实际需求，优化设计方案，提升设备的可靠性、安全性和经济性，推动液态金属反应堆主循环泵的国产化、标准化发展[2]。主循环泵设计应与反应堆一回路系统、蒸汽发生器（中间热交换器）等设备协调匹配，确保系统整体运行的稳定性和安全性，满足反应堆正常运行、事故工况下的冷却要求。4.2设计原则4.2.1安全优先原则：主循环泵作为反应堆安全重要设备，设计应优先考虑安全性能，设置多重安全保障措施，确保设备故障时不影响反应堆安全，具备故障报警、应急停机、冗余备份等功能。4.2.2可靠性原则：采用成熟、可靠的设计方案和技术，减少易损部件，优化结构设计，提升设备的抗腐蚀、抗辐射、抗热冲击能力，确保设备长期稳定运行，降低故障发生率。4.2.3适用性原则：结合液态金属冷却剂的特性（熔点、密度、粘度、腐蚀性等），针对性设计泵体结构、密封形式、材料选型，确保设备适应液态金属输送的特殊要求。4.2.4可维护性原则：设计应考虑设备的安装、检修、维护便利性，预留检修空间，简化检修流程，配备必要的检修工具和监测装置，降低运维成本和运维难度。4.2.5先进性原则：在满足安全、可靠的前提下，推广应用先进的设计技术、制造工艺和监测手段，提升设备的性能指标和智能化水平，推动主循环泵技术升级。4.3责任要求4.3.1设计单位：负责主循环泵的总体设计、结构设计、性能设计、安全设计，编制完整的设计文件，确保设计方案符合本文件及相关标准、核安全法规要求，配合完成试验验证和技术评审工作。4.3.2研制单位：按照设计文件要求，开展主循环泵的制造、组装、调试工作，确保制造质量符合设计要求，配合完成试验验证，提供相关制造资料和检测报告。4.3.3试验单位：负责主循环泵的性能试验、寿命试验、安全试验等验证工作，严格按照试验规程开展试验，确保试验数据准确、完整，出具试验报告。4.3.4业主单位：负责主循环泵设计方案的审核、选型，配合设计、研制、试验单位开展工作，确保主循环泵设计符合反应堆整体运行需求，负责设备的安装、运维和管理。5总体设计要求5.1工况要求5.1.1正常运行工况：主循环泵应能在设计流量、设计扬程、设计温度下持续稳定运行，满足反应堆一回路冷却剂循环需求，运行参数波动应控制在允许范围内，无异常振动、噪声和泄漏。5.1.2启停工况：主循环泵应能实现平稳启停，启停过程中无明显冲击，电流、压力、温度等参数过渡平稳，避免因启停冲击导致设备损坏或系统波动，启停次数应满足设计要求。5.1.3故障工况：主循环泵发生轻微故障（如振动超标、温度异常）时，应能发出告警信号，且不影响设备继续运行；发生严重故障（如电机故障、泵体损坏）时，应能自动停机，防止故障扩大，并触发备用泵投入运行。5.1.4事故工况：反应堆发生失水、堆芯过热等事故时，主循环泵应能在规定时间内启动或保持运行，满足事故冷却要求，确保反应堆安全，设备应能承受事故工况下的热冲击、压力冲击和辐射剂量。5.2性能参数要求5.2.1流量：设计流量应根据反应堆一回路冷却剂循环需求确定，额定流量偏差应不大于±5%，在最小流量至最大流量范围内，泵体运行稳定，性能满足设计要求。5.2.2扬程：设计扬程应满足一回路系统阻力要求，考虑管路损失、设备阻力等因素，额定扬程偏差应不大于±5%，确保冷却剂循环速度符合设计标准。5.2.3效率：主循环泵的运行效率应不低于设计值的95%，在正常运行工况下，效率波动应不大于±3%，提升能源利用效率。5.2.4温度适应性：应能适应液态金属冷却剂的工作温度范围，对于铅基快堆用主循环泵，应能长期承受600℃及以上高温，且在温度变化范围内，设备性能稳定，结构无变形[2]。5.2.5抗辐射能力：设备应能承受反应堆一回路环境的辐射剂量，辐射剂量率应符合相关标准要求，辐射照射后，设备性能、材料性能无明显下降，不影响设备正常运行。5.3冗余配置要求主循环泵应采用冗余配置，根据反应堆容量和安全等级，配置不少于2台主循环泵，其中1台运行、1台备用，备用泵应能在规定时间内（不大于30s）自动投入运行，确保一回路冷却剂循环不中断。冗余配置的主循环泵应相互独立，共用管路系统时应设置隔离阀，防止一台泵故障影响另一台泵的运行，确保冗余系统的可靠性。6结构设计6.1整体结构设计6.1.1主循环泵整体结构应紧凑、合理，占地面积小，便于安装和维护，适应核电厂反应堆厂房的空间限制，结构设计应考虑设备的运输、吊装便利性。6.1.2屏蔽泵应采用电机与泵体一体化设计，转子与定子之间设置双层屏蔽套，屏蔽套应具有足够的强度和密封性，防止液态金属冷却剂泄漏，屏蔽套材料应适应高温、强辐射和液态金属腐蚀环境。6.1.3电磁泵应采用无机械转动部件设计，线圈、铁芯等部件应进行密封防护，防止液态金属腐蚀和辐射损伤，结构设计应确保电磁力均匀，驱动液态金属平稳流动。6.1.4泵体进出口应设置法兰连接，法兰规格应符合相关标准，密封形式应采用耐高温、耐腐蚀的密封件，确保密封可靠，无泄漏。6.2转子组件设计6.2.1转子组件应采用高强度、耐腐蚀、抗辐射材料制造，转子表面应进行防腐、防辐射处理，确保在高温、强辐射、液态金属环境下长期稳定运行，无腐蚀、无变形。6.2.2转子组件的动平衡精度应符合GB/T3216—2019的相关要求，动平衡等级不低于G2.5级，减少设备运行过程中的振动和噪声，延长设备使用寿命。6.2.3转子轴承应采用耐高温、耐腐蚀、无润滑（或自润滑）轴承，适应液态金属环境，轴承寿命应不低于主循环泵设计寿命，确保轴承运行可靠，无卡涩、无磨损。6.3定子组件设计6.3.1定子组件应采用耐辐射、耐高温的绝缘材料，绝缘等级不低于H级，确保在强辐射、高温环境下绝缘性能稳定，无绝缘老化、击穿现象。6.3.2定子线圈应进行真空浸渍处理，提升绝缘性能和抗辐射能力，线圈布置应合理，散热良好，避免因局部过热导致线圈损坏。6.3.3屏蔽泵的定子屏蔽套应与定子铁芯紧密结合，屏蔽套厚度应根据压力、温度和腐蚀要求合理设计，确保屏蔽套无变形、无泄漏，同时不影响电机的电磁性能。6.4密封设计6.4.1主循环泵应采用无泄漏密封设计，屏蔽泵依靠屏蔽套实现密封，电磁泵无机械密封部件，确保液态金属冷却剂不泄漏，防止环境污染和人员伤害。6.4.2泵体与管路连接的法兰密封应采用金属缠绕垫片或其他耐高温、耐腐蚀密封件，密封面应加工平整，确保密封可靠，在设计压力、温度下无泄漏。6.4.3密封部件应具备良好的抗辐射、抗腐蚀能力，使用寿命不低于主循环泵设计寿命的80%，便于更换和维护。7材料要求7.1材料选用原则7.1.1主循环泵所用材料应符合核安全法规和相关标准要求，优先选用成熟、可靠、经过核级认证的材料，材料性能应满足高温、强辐射、液态金属腐蚀、高压等工况要求。7.1.2材料应具备良好的力学性能、耐腐蚀性能、抗辐射性能和热稳定性，在设计温度、压力和辐射剂量下，材料性能无明显下降，不发生脆化、腐蚀、变形等现象。7.1.3材料应具备良好的加工性能和焊接性能，便于制造、组装和检修，焊接接头的性能应不低于母材性能，焊接工艺应经过验证，确保焊接质量。7.2主要部件材料要求7.2.1泵体、泵盖：应采用耐高温、耐腐蚀、抗辐射的奥氏体型不锈钢或镍基合金，如316L不锈钢、Inconel合金等，材料的高温强度、耐腐蚀性能应满足设计要求，适应液态金属冷却剂的腐蚀环境。7.2.2转子、叶轮：应采用高强度、耐腐蚀、抗辐射的镍基合金或钛合金，材料的抗拉强度、屈服强度应符合设计要求，转子表面可采用等离子喷涂等工艺进行防腐处理，提升抗腐蚀能力。7.2.3屏蔽套：应采用耐高温、耐腐蚀、薄壁厚的奥氏体型不锈钢或哈氏合金，厚度应根据设计压力和温度合理确定，确保屏蔽套的强度和密封性，同时减少对电机电磁性能的影响，适应600℃及以上高温环境。7.2.4轴承：应采用耐高温、耐腐蚀、无润滑的陶瓷轴承或碳化硅轴承，材料应具备良好的耐磨性和热稳定性，在液态金属环境下无磨损、无卡涩。7.2.5绝缘材料：应采用耐辐射、耐高温的聚酰亚胺、云母等绝缘材料，绝缘等级不低于H级，确保在强辐射、高温环境下绝缘性能稳定，无老化、击穿现象。7.3材料检验要求7.3.1主循环泵所用材料应进行严格的检验，包括化学成分分析、力学性能试验、耐腐蚀试验、抗辐射试验等，检验结果应符合相关标准和设计要求，不合格材料严禁使用。7.3.2材料的采购、验收、储存、领用应建立完善的管理制度，确保材料的可追溯性，材料检验记录应妥善保管，保存期限不少于主循环泵设计寿命。7.3.3焊接接头应进行无损检测（如射线检测、超声波检测、渗透检测等），检测比例不低于100%，检测结果应符合相关标准要求，确保焊接质量。8安全设计8.1泄漏防护设计8.1.1主循环泵应采用无泄漏设计，屏蔽泵通过双层屏蔽套、电磁泵通过无机械密封结构，确保液态金属冷却剂不泄漏，防止冷却剂泄漏导致的环境污染和人员辐射伤害。8.1.2泵体应设置泄漏监测装置，实时监测泵体密封情况，若发生泄漏，应立即发出告警信号，并触发应急停机程序，同时启动泄漏收集和处理系统，防止泄漏扩大。8.2过热保护设计8.2.1主循环泵应设置温度监测装置，监测泵体、电机、轴承、液态金属冷却剂的温度，温度监测点应布置合理，监测精度不低于±1℃。8.2.2当监测温度超过设计允许值时，应发出告警信号，若温度持续升高，应自动停机，防止设备因过热损坏，同时触发备用泵投入运行，确保一回路冷却剂循环不中断。8.3振动、噪声保护设计8.3.1主循环泵应设置振动监测装置，监测泵体、电机的振动速度和振动加速度，振动监测精度应符合相关标准要求，振动超标时应发出告警信号，及时排查故障。8.3.2设备运行噪声应控制在85dB(A)以内，通过优化结构设计、采用减震措施（如减震垫、减震器），减少设备运行过程中的噪声污染，保护运维人员健康。8.4应急停机设计8.4.1主循环泵应设置应急停机系统，当发生严重故障（如泄漏、过热、振动超标、电机故障）或反应堆发生事故时，应能手动或自动应急停机，停机过程平稳，无明显冲击。8.4.2应急停机系统应具备冗余设计，确保在单一故障情况下，应急停机功能仍能正常实现，应急停机时间不大于10s，防止故障扩大。8.5抗震设计主循环泵的抗震设计应符合NB/T20039—2010的相关要求，抗震等级应根据反应堆厂房的抗震设防烈度确定，设备应能承受地震作用下的水平和竖向加速度，结构无变形、无损坏，地震后能快速恢复正常运行。9试验验证9.1试验总则主循环泵在设计完成后，应进行全面的试验验证，包括性能试验、寿命试验、安全试验、环境试验等，试验应严格按照相关标准和试验规程开展，确保试验数据准确、完整，验证设备设计符合本文件及相关标准要求。试验用介质应采用与实际运行一致的液态金属冷却剂（或模拟介质），试验环境应模拟反应堆一回路的高温、高压、强辐射环境（如需），确保试验结果的真实性和可靠性。9.2性能试验9.2.1流量-扬程试验：测定主循环泵在不同流量下的扬程，验证流量、扬程是否符合设计要求，流量-扬程曲线应平稳，无明显波动，额定工况下的流量、扬程偏差应不大于±5%。9.2.2效率试验：测定主循环泵在不同流量下的运行效率，验证效率是否符合设计要求，额定工况下的效率应不低于设计值的95%，效率波动应不大于±3%。9.2.3启停试验：进行不少于10次的启停试验，验证设备启停平稳性，启停过程中无明显冲击，电流、压力、温度等参数过渡平稳，启停功能可靠。9.2.4变工况试验：模拟主循环泵在最小流量、额定流量、最大流量等不同工况下的运行情况，验证设备在变工况下的性能稳定性，无异常振动、噪声和泄漏。9.3安全试验9.3.1泄漏试验：在设计压力、温度下，对泵体、法兰连接、屏蔽套等密封部位进行泄漏试验，试验时间不少于24h，无泄漏现象，泄漏率符合设计要求。9.3.2过热试验：模拟设备过热工况，测定温度监测装置的响应性能和应急停机功能，验证过热保护设计的可靠性，确保温度超标时能及时告警和停机。9.3.3振动、噪声试验：测定设备在额定工况下的振动速度、振动加速度和噪声值，验证振动、噪声是否符合设计要求，振动超标时告警功能可靠。9.3.4应急停机试验：模拟设备严重故障和反应堆事故工况，验证应急停机系统的响应速度和可靠性，应急停机时间不大于10s，停机过程平稳。9.4环境试验9.4.1高温试验：将主循环泵置于设计温度环境下，持续运行不少于1000h，验证设备在高温环境下的性能稳定性和材料耐受性，无变形、无腐蚀、无故障。9.4.2辐射试验：将主循环泵置于模拟辐射环境下，照射剂量达到设计辐射剂量，验证设备在强辐射环境下的性能稳定性，绝缘性能、机械性能无明显下降。9.4.3抗震试验：按照NB/T20039—2010的要求，进行抗震试验，验证设备在地震作用下的结构稳定性和性能可靠性，地震后能快速恢复正常运行。9.5寿命试验主循环泵应进行寿命试验，试验时间不少于设计寿命的1.2倍，或采用加速寿命试验方法，验证设备的使用寿命，试验过程中设备无重大故障，性能符合设计要求，寿命试验完成后，设备应能继续正常运行。9.6试验报告试验完成后，应编制完整的试验报告，包括试验目的、试验依据、试验设备、试验过程、试验数据、试验结论等内容，试验报告应准确、完整、规范，作为设备设计验收和技术评审的依据，试验记录应妥善保管，保存期限不少于主循环泵设计寿命。10设计文件要求10.1设计文件组成主循环泵设计应编制完整的设计文件，包括但不限于：设计说明书、总体布置图、结构装配图、零件图、材料清单、性能计算书、安全分析报告、试验大纲、制造工艺文件、检修维护手册等。10.2设计文件