AP1000核電站FPS消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較分析

劉曉輝　李樂(lè)

摘 要：FPS消防系統(tǒng)是基于假想發(fā)生火災(zāi)而設(shè)置的，消防系統(tǒng)最基本的目標(biāo)就是探測(cè)和抑制火災(zāi)，將火災(zāi)危害降至最低。文章簡(jiǎn)要分析了徐大堡核電廠（1116工程）AP1000核電站消防系統(tǒng)FPS的系統(tǒng)功能，布置情況，與M310機(jī)組的消防系統(tǒng)做了簡(jiǎn)要的對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：消防系統(tǒng)；系統(tǒng)；布置

徐大堡核電廠（1116工程）采用AP1000技術(shù)，AP1000是采用美國(guó)西屋公司的技術(shù)方案，為國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)、自主建造、自主運(yùn)營(yíng)的第三代核電技術(shù)項(xiàng)目。消防給水和消防設(shè)施無(wú)論在工廠中或是核電站中都是極其重要的配置，消防給水和消防設(shè)施的設(shè)置應(yīng)根據(jù)建筑的用途及其重要性、火災(zāi)危險(xiǎn)性、火災(zāi)特性和環(huán)境條件等因素綜合確定[1]。該系統(tǒng)具有重要安全相關(guān)功能，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下，在供水管線穿越安全殼部分的消防系統(tǒng)應(yīng)提供安全殼隔離保護(hù)[2]。下面就AP1000的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 火災(zāi)危害性分析

以防火分區(qū)為單位，通過(guò)對(duì)1116工程核島各防火區(qū)在火災(zāi)危害、識(shí)別（包括安全重要物項(xiàng)、火災(zāi)載荷計(jì)算與分析、防火屏障、火災(zāi)探測(cè)功能、滅火功能、排煙功能、人工干預(yù)條件的識(shí)別）等方面進(jìn)行分析，確定FPS消防系統(tǒng)功能、運(yùn)行及布置情況。

1.2 系統(tǒng)功能

1116工程FPS消防系統(tǒng)是基于假想發(fā)生火災(zāi)而設(shè)置的。最基本的目標(biāo)就是探測(cè)和抑制火災(zāi)，將火災(zāi)危害降至最低。該系統(tǒng)主要功能設(shè)置如下。

火災(zāi)探測(cè)和火災(zāi)抑制：在電站正常運(yùn)行期間，消防系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置合適的火災(zāi)探測(cè)和滅火系統(tǒng)，將火災(zāi)對(duì)安全重要的構(gòu)筑物、系統(tǒng)及設(shè)備的影響降至最低。

為余熱導(dǎo)出系統(tǒng)提供冷卻水：消防系統(tǒng)一個(gè)額外功能就是為余熱導(dǎo)出泵和熱交換器提供冷卻水，以保證核電廠在由于火災(zāi)導(dǎo)致設(shè)備冷卻水系統(tǒng)正常的余熱導(dǎo)出功能失效后仍然能夠進(jìn)行冷停堆。

為非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)（PCS）的水箱提供補(bǔ)水：在消防系統(tǒng)可用的情況下，消防系統(tǒng)為非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)提供備用水源，以保證在要求安全殼冷卻的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下，對(duì)安全殼穹頂進(jìn)行濕潤(rùn)以及重新向安全殼冷卻系統(tǒng)水箱補(bǔ)水。

為乏燃料池補(bǔ)水及噴淋；為安全殼噴淋。

為冷停堆系統(tǒng)提供滅火設(shè)施：消防系統(tǒng)為那些無(wú)法通過(guò)實(shí)體隔離進(jìn)行分隔，但是冷停堆必須使用的機(jī)械系統(tǒng)與其相關(guān)的電氣儀控系統(tǒng)提供滅火設(shè)施。

為電氣設(shè)備提供滅火措施：消防系統(tǒng)為汽輪機(jī)廠房的AC交流電動(dòng)機(jī)控制中心提供滅火功能以保持其在火災(zāi)后仍然具有冷停堆能力。

非安全相關(guān)的縱深防御功能：安全停堆設(shè)備區(qū)域的收到滅火設(shè)施是按抗安全停堆地震（SSE）進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

消防監(jiān)控滅火系統(tǒng)的狀態(tài)、探測(cè)和指示火災(zāi)區(qū)域，為操作人員提供火災(zāi)位置指示；在發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域提供自動(dòng)或手動(dòng)的滅火系統(tǒng)以保證電廠人員安全，同時(shí)達(dá)到限制火災(zāi)的目的；火災(zāi)伴隨的另一個(gè)后果就是放射性物質(zhì)或者有害物質(zhì)的外漏，消防系統(tǒng)的另一個(gè)功能就是講這些物質(zhì)對(duì)操作人員及環(huán)境的危害降至最低。

1.3 系統(tǒng)運(yùn)行

FPS消防系統(tǒng)要求在機(jī)組啟動(dòng)之前是可用的，在電站運(yùn)行期間應(yīng)保持其可操作性。消防系統(tǒng)在正常工況下是一個(gè)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。

在電站正常運(yùn)行期間消防系統(tǒng)是可用的，系統(tǒng)的狀態(tài)包括消防水箱、消防水泵、閥門及自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)由操作員進(jìn)行監(jiān)控。消防水箱的液位和溫度應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。消防水箱的補(bǔ)水由主廠房生活水系統(tǒng)（PWS）提供，由原水系統(tǒng)（RWS）作為后備水源。消防管網(wǎng)由穩(wěn)壓水泵進(jìn)行穩(wěn)壓。當(dāng)溫度和煙被探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)到或者自動(dòng)滅火系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，火災(zāi)探測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)需在就地發(fā)出聲音報(bào)警，在主控室和中央安全警報(bào)站發(fā)出聲光報(bào)警。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)滅火器系統(tǒng)導(dǎo)致消防管網(wǎng)壓力下降時(shí)，電動(dòng)消防水泵應(yīng)在壓力低信號(hào)下自動(dòng)啟動(dòng)。如果電動(dòng)消防水泵不能正常啟動(dòng)，則柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)泵應(yīng)在更低的壓力信號(hào)下啟動(dòng)，兩臺(tái)消防水泵持續(xù)運(yùn)行直到手動(dòng)將其停止為止。

濕式噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)：當(dāng)周圍溫度上升到閉式噴頭的爆破溫度時(shí)閉式噴頭開啟，水流通過(guò)報(bào)警止回閥時(shí)觸發(fā)壓力開關(guān)在就地和主消防控制盤報(bào)警。當(dāng)火災(zāi)被撲滅時(shí)，通過(guò)關(guān)閉供水閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)隔離。干式噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)：當(dāng)周圍溫度上升到閉式噴頭的爆破溫度時(shí)閉式噴頭開啟，管網(wǎng)里面的壓縮空氣被釋放出來(lái)，管網(wǎng)壓力降低將導(dǎo)致干式管網(wǎng)的控制閥門開啟，閥門開啟將觸發(fā)壓力開關(guān)在就地和主消防控制盤報(bào)警。當(dāng)火災(zāi)被撲滅時(shí)，通過(guò)關(guān)閉供水閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的隔離。另外預(yù)作用系統(tǒng)的啟動(dòng)和雨淋及噴霧系統(tǒng)的啟動(dòng)方式跟濕式、干式噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)方式原理一致。手動(dòng)滅火系統(tǒng)包含室外消火栓，消火栓立管。室外消火栓通過(guò)連接水龍帶和消火栓并打開隔離法進(jìn)行滅火，通過(guò)關(guān)閉消火栓的隔離閥進(jìn)行室外消火栓的關(guān)閉。水龍帶和噴槍平時(shí)存在專門的水龍帶站里面。濕式消火栓立管通過(guò)連接水龍帶并打開相關(guān)的常閉閥進(jìn)行操作，水流的大小及形式可通過(guò)調(diào)節(jié)閥噴嘴進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)關(guān)閉常閉閥進(jìn)行關(guān)閉。除了設(shè)置在安全殼外側(cè)的常閉閥需要在供水時(shí)首先打開外，干式消火栓立管（盡在安全殼內(nèi)）使用方法與濕式立管相同。

2 系統(tǒng)布置

每個(gè)消防水箱至少包括1419m3的水量，其容積能夠滿足全廠最大假設(shè)消防用水量2300gpm（145.11L/s）兩小時(shí)的用水。為了防凍，每個(gè)消防水箱設(shè)有電加熱裝置和絕熱裝置。位于主廠區(qū)的主消防水箱，主消防管道通過(guò)埋地管道延伸至汽輪機(jī)廠房，由10主管道FPS-L054延伸至附屬?gòu)S房、核輔助廠房、放射性廢物廠房，并由汽輪機(jī)廠房主管分支至核島，由附屬?gòu)S房主管分支延伸至柴油發(fā)電機(jī)廠房。在核島各個(gè)廠房中，由消防主管供水的消防立管供水，分支管線遍布河道廠房，包括附屬?gòu)S房、廢物處理廠房、柴油發(fā)電機(jī)廠房等，接到各個(gè)房間消火栓或自動(dòng)噴淋裝置。最大消防系統(tǒng)管徑為300mm。

3 與M310機(jī)組的比較

以0738項(xiàng)目為例，M310機(jī)組中的消防系統(tǒng)由核島消防系統(tǒng)JPI、電氣廠房消防系統(tǒng)JPL、柴油發(fā)電機(jī)廠房消防系統(tǒng)JPV以及消防水分配系統(tǒng)JPD組成。消防水分配系統(tǒng)JPD的功能是向核島、常規(guī)島、和BOP各建筑物分配消防用水，在非火災(zāi)情況下維持管網(wǎng)壓力約為1.12MPa。在BOP內(nèi)部，JPD系統(tǒng)想建筑物內(nèi)的消火栓系統(tǒng)和自動(dòng)消防系統(tǒng)提供消防水。手提式滅火器和推車滅火器等移動(dòng)設(shè)備屬于JPS系統(tǒng)；室外消火栓屬于JPU系統(tǒng)。每個(gè)廠房JPD系統(tǒng)入口管道都按照隔離閥，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)隔離。核島消防系統(tǒng)JPI是為了撲滅在核島內(nèi)可能發(fā)生的火災(zāi)而設(shè)立的，該系統(tǒng)涉及的區(qū)域包括：反應(yīng)堆廠房、燃料廠房、核輔助廠房和部分連接廠房。核島廠房?jī)?nèi)的每層均設(shè)有消火栓，它們可到達(dá)可能有火災(zāi)的任何部位。反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)的六根立管及核輔助廠房、設(shè)冷水廠房和燃料廠房?jī)?nèi)的各兩根立管均為干式的，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，對(duì)于核輔助廠房、設(shè)冷水廠房和燃料廠房，運(yùn)行人員需用一根軟管將此立管與JPD系統(tǒng)相連，并開啟常閉閥進(jìn)行滅火；對(duì)于反應(yīng)堆廠房，則直接遙控開啟常閉閥門進(jìn)行滅火。電氣廠房消防系統(tǒng)JPL的功能是在電氣廠房±0.00m標(biāo)高處以表壓1.15MPa的壓力從JPD系統(tǒng)來(lái)的消防水，每個(gè)房間另外配有干粉或二氧化碳滅火器。規(guī)格和數(shù)量根據(jù)被保護(hù)的設(shè)備決定。此外，若干房間配有固定式噴水滅火設(shè)備。

柴油發(fā)電機(jī)廠房消防系統(tǒng)JPV，通過(guò)設(shè)置有效的火警探測(cè)裝置確保對(duì)柴油發(fā)電機(jī)間、電氣間、主貯油罐間、日用油箱間、潤(rùn)滑油間燃油輸送泵間周圍環(huán)境的連續(xù)控制；通過(guò)在柴油發(fā)電機(jī)間、主貯油罐間、日用油罐間、潤(rùn)滑油箱間和燃油輸送泵間設(shè)置固定AFFF泡沫滅火裝置，以達(dá)到滅火和控制火災(zāi)蔓延的目的。

借助于非能動(dòng)設(shè)計(jì)，AP1000防火分區(qū)范圍有了縮小且重點(diǎn)防護(hù)抗震Ι類設(shè)備，相對(duì)于M310堆型系統(tǒng)復(fù)雜程度有所降低，此外設(shè)備多樣化的形式，也增加系統(tǒng)的安全性。M310堆型的消防系統(tǒng)分類更為詳細(xì)，根據(jù)消防的功能和區(qū)域不同，劃分了更詳細(xì)的消防系統(tǒng)，此外M310堆型消防設(shè)備多為冗余設(shè)置。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50016-2014.建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[2]AP1000設(shè)備技術(shù)及分析[M].中國(guó)原子能出版社，2011.