AP1000機(jī)組常規(guī)島消防滅火系統(tǒng)設(shè)計分析

田智威

摘 要：本文以最新美國NFPA標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)現(xiàn)行消防標(biāo)準(zhǔn)的比較，以及CPR1000機(jī)組與AP1000機(jī)組的比較，分析常規(guī)島消防系統(tǒng)的選擇方式，以探討該消防系統(tǒng)在不同房間、不同環(huán)境下合理的設(shè)置方式。

關(guān)鍵詞：AP1000；CPR1000；標(biāo)準(zhǔn)對比

1.引言

AP1000為單堆布置兩環(huán)路機(jī)組，設(shè)計壽命60年，由美國西屋公司在已開發(fā)的非能動先進(jìn)壓水堆AP600的基礎(chǔ)上開發(fā)的，其主要安全系統(tǒng)采用非能動設(shè)計，布置在安全殼內(nèi)。

作為此次探討的AP1000常規(guī)島部分，則有14個核輔助系統(tǒng)布置設(shè)置在內(nèi)部，這是與CPR1000機(jī)組不同之處。為確保消防安全，常規(guī)島消防設(shè)計主要遵循和參照的法規(guī)宜與核島保持一致。常規(guī)島滅火系統(tǒng)設(shè)計以常規(guī)島火災(zāi)危險分析為基礎(chǔ)，滿足《Standard for Fire Protection for Advanced Light Water Reactor Electric Generating Plants》NFPA 804，參照《核電廠防火準(zhǔn)則》EJ/T1082、《核電廠常規(guī)島設(shè)計防火規(guī)范》GB 50745（以下簡稱《核電火規(guī)》）、《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016規(guī)定要求進(jìn)行。國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)有差異之處應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)高者設(shè)計。

2.常規(guī)島主要火災(zāi)風(fēng)險

常規(guī)島的主要火災(zāi)風(fēng)險危險物料分為固態(tài)可燃物料、液態(tài)可燃物料和氣態(tài)可燃物料三種類型。根據(jù)上述三類可燃物料的分布情況，常規(guī)島主要火災(zāi)危險位于下列區(qū)域：

(1)汽輪機(jī)廠房的電纜夾層、電纜豎井；(2)汽輪機(jī)廠房的各類油管；(3)汽輪機(jī)廠房的各油站、油箱；(4)重要水泵、油泵（凝結(jié)水泵、電動給水泵裝置及油箱）；(5)主變壓器、廠用變壓器、備用變壓器和輔助變壓器；(6)化學(xué)危險品儲存間；(7)汽機(jī)發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)軸承；(8)電子、儀控設(shè)備間。

3.消火栓系統(tǒng)

設(shè)計方案：常規(guī)島廠房及其附屬建筑在一定間隔內(nèi)均設(shè)有消防立管，在常規(guī)島首層、運行層、配電開關(guān)層和除氧層都配有減壓穩(wěn)壓消火栓，每個消火栓配有1根直徑65mm、長25m帶有快速接頭及直流/噴霧水槍的消防水帶、一個用于自救的消防軟管卷盤。所有的消火栓都布置在建筑物或平臺層的通道邊上。每個消火栓附近都設(shè)有手動報警按鈕。連接多個消火栓的立管管徑最小為DN100，連接單個消火栓的為DN65，消火栓間隔不大于30m。常規(guī)島室內(nèi)外消火栓用水量按45L/s考慮，火災(zāi)延續(xù)時間按2小時設(shè)計。變壓器的消火栓用水量按10L/s考慮，火災(zāi)延續(xù)時間按2小時設(shè)計。汽輪機(jī)廠房外側(cè)靠近消防車道處設(shè)置消防水泵接合器。

分析：在室內(nèi)消火栓系統(tǒng)上，NFPA14《Standard for the Installation of Standpipe and Hose Systems》規(guī)定，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個等級。需要在樓梯間設(shè)置Ⅰ級消火栓，配有DN65（2.5英寸）水龍帶接口，由經(jīng)過訓(xùn)練的消防人員使用。在汽機(jī)房其他區(qū)域設(shè)置Ⅲ級消火栓，配有DN40（1.5英寸）和DN65（2.5英寸）兩種水龍帶接口，分別由工作人員和經(jīng)過訓(xùn)練的消防人員使用。另外在NFPA850規(guī)定，在帶電設(shè)備附近的水龍帶上應(yīng)裝設(shè)可關(guān)閉的且已注冊用于電氣設(shè)備上的水噴霧水槍。目的為保證直流水槍在撲滅電氣火災(zāi)時消防人員人身安全。在國內(nèi)市場上已經(jīng)有直流、噴霧兩用切換的水槍出現(xiàn)，現(xiàn)已經(jīng)過國家權(quán)威部門檢測，在這一點上，設(shè)置為上述國有化消防設(shè)備可以滿足規(guī)范要求。

關(guān)于消防水量的計算，是美標(biāo)與國標(biāo)之間最大的差異。如設(shè)計方案中所述，NFPA804要求汽輪機(jī)廠房室內(nèi)外消火栓用水量總和為31.55L/s，火災(zāi)延續(xù)2小時。而根據(jù)現(xiàn)行《核電火規(guī)》主廠房室外消火栓水量為30L/s。在此規(guī)定下，消火栓用水量室內(nèi)為15L/s，室外為30L/s，總和大于NFPA規(guī)定的31.55L/s?；馂?zāi)延續(xù)時間則一致為2小時。

變壓器周圍的消火栓用水量在國標(biāo)里明確說明不應(yīng)小于10 L/s，火災(zāi)時間2小時。在NFPA804明確指出，變壓器消火栓用水量按15.77L/s考慮，火災(zāi)延續(xù)時間為1小時。

根據(jù)上面的比較，在針對消火栓滅火方面，《核電火規(guī)》規(guī)定更為明確，消防用水量較高，在AP1000消火栓水量應(yīng)以國標(biāo)為準(zhǔn)，而水槍設(shè)備也可以利用目前國產(chǎn)設(shè)備。

4.水噴霧滅火系統(tǒng)

設(shè)計方案：水噴霧滅火系統(tǒng)用于撲救固體火，閃點高于60℃的液體火災(zāi)和電氣火災(zāi)。并可用于可燃?xì)怏w和甲乙丙類液體的生產(chǎn)、儲存裝置或裝卸設(shè)施的防護(hù)冷卻。每套水噴霧系統(tǒng)由雨淋閥組、配水管網(wǎng)、水霧噴頭、火災(zāi)探測控制系統(tǒng)組成，具有自動/手動噴水滅火保護(hù)，并報告火災(zāi)危險和反饋報警閥組狀態(tài)等功能。

本工程汽輪機(jī)廠房內(nèi)的汽輪機(jī)主油箱間、抗燃油裝置、氫密封油裝置、汽機(jī)運轉(zhuǎn)層及中間層油管道、發(fā)電機(jī)軸承、主變壓器、廠用變壓器、備用變壓器及輔助變壓器，凝結(jié)水泵、電動給水泵及油站均設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)。

汽機(jī)房內(nèi)水噴霧強(qiáng)度20 L/min?m2，變壓器區(qū)域水噴霧20L/min?m2，油池水噴霧強(qiáng)度6 L/min?m2，火災(zāi)延續(xù)時間按2小時考慮。

分析：與CPR1000比較仍為最大的差異點，同時貯油箱的室外布置也是AP1000中特有的。變壓器方面，《核電火規(guī)》中規(guī)定，油浸式電力變壓器設(shè)計噴霧強(qiáng)度20 L/min?m2，變壓器集油坑設(shè)計噴霧強(qiáng)度6.0L/min?m2，持續(xù)噴霧時間2小時。NFPA15《Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection》中規(guī)定，變壓器水噴霧強(qiáng)度不低于10.2L/min?m2，集油坑水噴霧強(qiáng)度不低于6.1L/min?m2，火災(zāi)延續(xù)時間為2小時。對于上述2種標(biāo)準(zhǔn)的不同，《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》附條說明3.1.2中也做了詳細(xì)的解釋，但我們作變壓器構(gòu)筑物消防水量計算時，同時還要考慮室外消火栓的水量，總水量國標(biāo)規(guī)定較高。

汽機(jī)房內(nèi)的水噴霧區(qū)域，如上述方案中的主油箱間、抗燃油裝置、氫密封油裝置、汽機(jī)運轉(zhuǎn)層及中間層油管道、發(fā)電機(jī)軸承等區(qū)域，主要考慮液體油類易燃物外泄或貯存物高溫引起的火災(zāi)。在國標(biāo)《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中，針對閃點60-120℃的液體火災(zāi)，定義設(shè)計噴霧強(qiáng)度為20 L/min?m2，持續(xù)噴霧時間2小時。NFPA804要求規(guī)定這些區(qū)域水噴霧強(qiáng)度不低于12.2 L/min?m2，火災(zāi)延續(xù)時間為2小時。按照2個規(guī)范的解釋條文，國標(biāo)的原則是采用大強(qiáng)度噴霧，將火災(zāi)在初始階段就滅掉，而且僅將大型油儲罐列入防護(hù)冷卻范圍；這樣明顯看出國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)無論是嚴(yán)謹(jǐn)還是水量需求，都是較高的，常規(guī)島作為核電廠運行的重要廠房，發(fā)生火災(zāi)后的控火更加重要。

綜上所述，在水噴霧滅火設(shè)計方面，以國標(biāo)《核電火規(guī)》為準(zhǔn)。

5.預(yù)作用噴水滅火系統(tǒng)

設(shè)計方案：電纜夾層設(shè)置預(yù)作用噴水滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)由預(yù)作用報警閥組、配水管網(wǎng)、閉式噴頭（易熔合金）、火災(zāi)探測控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)的配水管網(wǎng)內(nèi)平時不充水，發(fā)生火災(zāi)時由比閉式噴頭更靈敏的火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動預(yù)作用報警閥組和消防水泵，在閉式噴頭開放前完成管道充水過程，轉(zhuǎn)換為濕式系統(tǒng)，使噴頭能在開放后立即噴水。系統(tǒng)持續(xù)運行，直到手動將供水閥門關(guān)掉為止。

根據(jù)NFPA804，噴水強(qiáng)度為噴水強(qiáng)度為12.2L/min?m2，作用面積為232.2m2，火災(zāi)延續(xù)時間按2小時設(shè)計。

分析：常規(guī)島內(nèi)的電纜夾層的安全直接影響汽輪機(jī)運行，安全設(shè)置應(yīng)較高設(shè)計。在《核電火規(guī)》中，電纜夾層要求設(shè)置為水噴霧、細(xì)水噴霧及氣體三種滅火方式，考慮原因是火力電廠電纜夾層空間狹隘，排水、系統(tǒng)布置困難等。如采用水噴霧，按國標(biāo)《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》要求，設(shè)計噴霧強(qiáng)度為13 L/min?m2，持續(xù)噴霧時間2小時。