談穩(wěn)壓泵在核電廠核島廠房消防中的應(yīng)用

馬國建 李娜娜 史鳳華

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

談穩(wěn)壓泵在核電廠核島廠房消防中的應(yīng)用

馬國建 李娜娜 史鳳華

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

針對核電廠核島廠房消防的特性，結(jié)合國內(nèi)和NFPA等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對消防穩(wěn)壓泵的設(shè)置、流量、壓力、供電、控制等進(jìn)行了分析，并總結(jié)了一些穩(wěn)壓泵在設(shè)計(jì)時需重點(diǎn)考慮的問題，為穩(wěn)壓泵在核電廠核島廠房消防中的應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。

核島廠房，穩(wěn)壓泵，消防

1 核電廠消防設(shè)計(jì)特點(diǎn)

火災(zāi)事件是關(guān)系到核安全的一個重要方面，因而消防設(shè)計(jì)在整個核電站的設(shè)計(jì)中占有重要的地位。核島廠房的消防設(shè)計(jì)與一般工業(yè)與民用建筑消防相比，有其相似的一面，一些常規(guī)消防技術(shù)及計(jì)算可以借鑒，但也有不同于一般工業(yè)廠房的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求。核島廠房滅火系統(tǒng)供水的消防供水系統(tǒng)，也有其顯著的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，如抗震、定期試驗(yàn)和質(zhì)量保證等方面都與一般工業(yè)與民用建筑不同。核電廠因?yàn)閺S房布局限制，往往無法設(shè)置高位水箱，消防供水系統(tǒng)為臨時高壓系統(tǒng)，只能設(shè)置穩(wěn)壓系統(tǒng)，以維持未發(fā)生火災(zāi)時消防管網(wǎng)的壓力。常用的穩(wěn)壓設(shè)施有穩(wěn)壓泵、氣壓給水裝置等。本文僅對穩(wěn)壓泵在核島廠房消防供水系統(tǒng)中的應(yīng)用，結(jié)合國內(nèi)相關(guān)規(guī)范、NFPA等標(biāo)準(zhǔn)，對其設(shè)置、參數(shù)確定、供電和聯(lián)動操作等進(jìn)行分析。

2 穩(wěn)壓泵的設(shè)置分析

GB 50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范5.2條對高位水箱進(jìn)行了詳細(xì)描述，規(guī)定其臨時高壓消防給水系統(tǒng)有效容積應(yīng)滿足初期火災(zāi)消防用水量的要求。而5.3條對穩(wěn)壓泵進(jìn)行了描述，“穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)流量不應(yīng)小于消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄露量和系統(tǒng)自動啟動流量”。

NFPA 20中規(guī)定穩(wěn)壓系統(tǒng)的作用是補(bǔ)充管網(wǎng)滲漏量，維持未發(fā)生火災(zāi)時管網(wǎng)的壓力，同時根據(jù)管網(wǎng)壓力自動啟動消防泵。沒有“火災(zāi)初期消防用水量”的概念。

筆者認(rèn)為GB 50974—2014中關(guān)于穩(wěn)壓泵的作用與要求和NFPA規(guī)范要求相同，但是未說明設(shè)置穩(wěn)壓泵時是否還應(yīng)該考慮初期火災(zāi)用水量。與NFPA 20規(guī)范相比，區(qū)別主要在于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中臨時高壓、常高壓、初期火災(zāi)等概念的存在，所以穩(wěn)壓系統(tǒng)的設(shè)置與NFPA標(biāo)準(zhǔn)有所不同。

GB 50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范5.3.4條規(guī)定：“采用氣壓水罐時，其調(diào)節(jié)容積應(yīng)根據(jù)穩(wěn)壓泵氣泵次數(shù)不大于15次/h計(jì)算確定，但有效儲水容積不宜小于150 L?！盢FPA沒有強(qiáng)制要求穩(wěn)壓泵配置穩(wěn)壓罐，因此沒有對穩(wěn)壓罐的容積做特別的要求。

大部分工業(yè)與民用建筑一般采用氣壓水罐作為穩(wěn)壓措施，可以有效避免穩(wěn)壓泵頻繁啟動。核島廠房內(nèi)消防管道按抗震設(shè)計(jì)，為明裝管道，沒有埋地管道，連接方式為焊接，并且每段管道要進(jìn)行探傷檢測，有工作人員定期巡檢。從材質(zhì)質(zhì)量、施工方式和檢測方式等來看，都高于一般民用建筑。所以如果僅考慮管網(wǎng)泄漏量，核島消防管網(wǎng)泄露量很小，穩(wěn)壓泵可按照NFPA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，不設(shè)穩(wěn)壓罐。

3 穩(wěn)壓泵參數(shù)的分析

3.1 穩(wěn)壓泵流量分析

GB 50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范5.3.2條有明確規(guī)定：“穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)流量不應(yīng)小于消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄露量和系統(tǒng)自動啟動流量”“當(dāng)沒有管網(wǎng)泄漏量數(shù)據(jù)時，穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)流量宜按消防給水設(shè)計(jì)流量的1%～3%計(jì)，且不宜小于1 L/s”。GB 50268—2008給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范9.2.11對管道允許滲水量做了規(guī)定，以核島廠房DN200的消防主環(huán)網(wǎng)為例，允許滲水量應(yīng)不大于0.5 L/(min·km)。NFPA 20 2-19中對穩(wěn)壓泵作用僅定義為用于管網(wǎng)泄露量。美標(biāo)規(guī)定地下干管不論其管徑多大，每100個連接點(diǎn)每小時漏失量為1.9 L。

筆者認(rèn)為，報(bào)警閥的靈敏性能因生產(chǎn)廠家的不同而有較大差異，報(bào)警閥的動作流量一般為25 L/min～60 L/min，故系統(tǒng)自動啟動流量至少為1 L/s。而管網(wǎng)泄漏量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)有無室外埋地管道、管材、施工質(zhì)量等綜合考慮。依據(jù)施工完畢后的運(yùn)行測試來判定最為準(zhǔn)確，然后以此確定穩(wěn)壓泵的流量。但工程設(shè)計(jì)中，設(shè)備的采購遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于運(yùn)行測試。針對核電站的情況，在核島廠房內(nèi)管道材質(zhì)、施工及檢測方式非常嚴(yán)格，其泄漏量很少，其泄漏量可按照一個消火栓發(fā)生故障時的泄露量考慮，即按照5 L/s進(jìn)行設(shè)計(jì)。泄漏量大于5 L/s時，由于管網(wǎng)泄漏量較大，可按發(fā)生火災(zāi)考慮，即此時管網(wǎng)壓力下降較快，消防水泵根據(jù)壓力自動啟動。

3.2 穩(wěn)壓泵壓力分析

NFPA 20規(guī)定穩(wěn)壓泵、消防水泵的啟動是根據(jù)消防管網(wǎng)的壓力來聯(lián)動的。首先確定穩(wěn)壓泵停泵值，等于零流量的揚(yáng)程加最小的靜水壓力；然后確定穩(wěn)壓泵起泵值，比穩(wěn)壓泵停泵值小0.069 MPa；最后確定消防泵起泵值，比穩(wěn)壓泵起泵值小0.034 MPa。

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定穩(wěn)壓泵與消防主泵聯(lián)動啟動，僅在GB 50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范5.3.3中規(guī)定，穩(wěn)壓泵設(shè)計(jì)壓力應(yīng)大于系統(tǒng)設(shè)置自動起泵壓力值，且增加值宜為0.07 MPa～0.1 MPa。但是沒有說明消防泵的起泵壓力的設(shè)定值。

核島廠房內(nèi)消防系統(tǒng)雖不直接承擔(dān)安全功能，但是與安全有關(guān)的系統(tǒng)，故筆者認(rèn)為穩(wěn)壓泵應(yīng)設(shè)計(jì)為與消防主泵聯(lián)鎖啟動，并且穩(wěn)壓泵的設(shè)計(jì)壓力及啟動壓力值的確定應(yīng)保證管網(wǎng)壓力時刻滿足系統(tǒng)壓力需求。應(yīng)首先確定系統(tǒng)的額定壓力，然后確定消防泵的起泵壓力，再確定穩(wěn)壓泵的起泵壓力和停泵壓力，而穩(wěn)壓泵的額定壓力至少應(yīng)為穩(wěn)壓泵的停泵壓力。

舉例如下：如果滅火時系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力為P，穩(wěn)壓泵按照一用一備設(shè)置。第一穩(wěn)壓泵啟動壓力為P1，如果第一穩(wěn)壓泵無法正常啟動，管網(wǎng)泄漏量使壓力下降至P2，則備用穩(wěn)壓泵啟動，即備用穩(wěn)壓泵啟動壓力為P2，P1>P2；而為了滿足核島消防用水需求，P1和P2的壓力值應(yīng)滿足最不利用水點(diǎn)的壓力要求，即P1>P2>P。而當(dāng)核島廠房發(fā)生火災(zāi)時，穩(wěn)壓泵無法滿足火災(zāi)用水量要求，管網(wǎng)壓力繼續(xù)下降，降至消防主泵啟動壓力P3，此時消防主泵啟動滅火。為保證供水安全性，應(yīng)滿足P1>P2>P3>P。其中每個啟動壓力的差值可根據(jù)儀表的精確度等綜合確定。

4 穩(wěn)壓泵的供電分析

國內(nèi)消防水泵及穩(wěn)壓泵供電設(shè)計(jì)按照雙電源設(shè)計(jì)，且雙路電源自動切換時間不應(yīng)大于2 s。NFPA 20 6-2中對于電動泵的電源要求為一路可靠電源或兩路及以上獨(dú)立電源。由于穩(wěn)壓泵所在系統(tǒng)是與安全有關(guān)的系統(tǒng)。故穩(wěn)壓泵作為核島廠房消防系統(tǒng)的供水裝置，應(yīng)考慮地震后全廠斷電的不利狀況。故在核島廠房消防設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)防止共模失效，每個機(jī)組的兩臺穩(wěn)壓泵分別由A系列和B系列供電，考慮地震后可能失去廠內(nèi)電源和廠外正常電源時，應(yīng)設(shè)置應(yīng)急柴油機(jī)加載供電，其加載時間為0 s工步，以滿足穩(wěn)壓泵的供電安全和消防管網(wǎng)的正常運(yùn)行。

5 穩(wěn)壓泵的控制分析

GB 50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范11.0.8條規(guī)定：穩(wěn)壓泵應(yīng)設(shè)置就地強(qiáng)制啟停泵按鈕，并應(yīng)有保護(hù)裝置。條文解釋為設(shè)置就地停泵按鈕是便于維修時控制和應(yīng)急控制。

針對核電廠的特性，筆者認(rèn)為，核電廠發(fā)生火災(zāi)可能導(dǎo)致核島反應(yīng)堆停堆，故認(rèn)為可不設(shè)置就地停泵按鈕，以免有人員誤操作將正在運(yùn)行的穩(wěn)壓泵關(guān)停。建議僅在主控室設(shè)置手動停泵操作，在現(xiàn)場人員確認(rèn)火災(zāi)撲滅后通知主控室人員手動關(guān)閉。可在就地和主控室設(shè)置起泵按鈕。

6 結(jié)語

穩(wěn)壓泵占地面積小，設(shè)計(jì)與施工方便，系統(tǒng)控制簡單，因而核電站核島消防供水系統(tǒng)利用穩(wěn)壓泵進(jìn)行穩(wěn)壓，是合理、可行的方式。筆者認(rèn)為，穩(wěn)壓泵的相關(guān)設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾方面問題：1)設(shè)置穩(wěn)壓泵的消防供水系統(tǒng)，是否還要考慮火災(zāi)初期用水量；2)穩(wěn)壓泵的流量以管網(wǎng)泄露量計(jì)算，其泄漏量以多少計(jì)最為合適；3)穩(wěn)壓泵的壓力值如何確定，與消防泵的聯(lián)動壓力值如何確定仍需研究；4)核島廠房消防設(shè)計(jì)因工程項(xiàng)目不同，采用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也不同，如有的項(xiàng)目采用RCC-I標(biāo)準(zhǔn)，有的采用NFPA標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)不同國家規(guī)范間的差異，綜合考慮穩(wěn)壓設(shè)計(jì)方案。

[1] RCC-I，壓水堆核電站防火設(shè)計(jì)和建造規(guī)則[S].

[2] GB 50974—2014，消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].

[3] NFPA 20，Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection[S].

On application of steady pressure pump in fire-fighting at nuclear island plants of nuclear power plants

Ma Guojian Li Nana Shi Fenghua

(ChinaNuclearPowerEngineeringCo.,Ltd,Beijing100840,China)

According to the features of nuclear island plants of nuclear power plants, the paper analyzes allocation, flux, pressure, power-supply, and control of the fire-fighting steady pressure pump by combining with related standards and regulations in China and NFPA, and sums up some considerate problems of some steady pressure pump in design, so as to accumulate experience for the application of the steady pressure pump in fire-fighting at nuclear island plants of nuclear power plants.

nuclear island plant, steady pressure pump, fire-fighting

1009-6825(2015)07-0123-02

2014-12-25

馬國建(1983- )，男，工程師； 李娜娜(1984- )，女，工程師； 史鳳華(1966- )，女，研究員級高級工程師

TU998.1

A