某核電站防火閥設計特點淺析

趙文秀

上海核工程研究設計院

1 防火閥的分類

AP 系列電站是在傳統(tǒng)成熟的壓水堆核電技術(shù)基礎上開發(fā)的先進的非能動的壓水堆 （Advanced Passive PWR）。 按照HAD102/11 《核電廠防火》 的要求， 為保證核電廠具有足夠的安全性， 核電廠的防火設計也有嚴格的設計要求。通風系統(tǒng)防火閥在通風防火與防排煙設計中起著關鍵性的作用 [1] 。

1.1 按功能分類

按功能劃分， 其類型主要分為防火閥、 防煙閥、 防火防煙閥。

核島廠房通風系統(tǒng)的風管穿越防火屏障時應設置防火閥 [2] ， 制造和試驗要滿足UL555的要求， 閥門性能應滿足AMCA500和UL555， 在空氣溫度達到70 ℃時， 防火閥自熔關閉， 限制火災以及煙霧的蔓延。

當通風系統(tǒng)穿越有煙氣隔離要求關鍵區(qū)域時應安裝防煙閥[3]， 其制造和試驗應滿足 UL555S 的要求，性能應符合AMCA500和UL555S的規(guī)定。 平時開啟，火災時通過就地手動或遠距離電動操作關閉閥門， 火災后可遠距離自動復位。

風管穿越安全相關區(qū)域、 煙霧敏感區(qū)域時應設置防火防煙閥，其制造和試驗同樣應滿足 UL555 和UL555S 的要求， 性能滿足AMCA500和 UL555S的要求。防火防煙閥除了可自熔關閉，還可根據(jù)火災探測及報警系統(tǒng)發(fā)出的信號聯(lián)動關閉。已設置防火防煙閥的地方不再設置防火閥。

1.2 按結(jié)構(gòu)分類

目前在建的 AP 系列電站中，按防火閥的結(jié)構(gòu)劃分， 可以分為單體閥和多體閥。 當防火閥外形大邊＜38英寸 （965mm） 時， 均為單體閥。當高度或?qū)挾扔幸贿叄?8 英寸 （965mm） 時， 在高度或?qū)挾确较蛞环譃槎譃閮蓚€單體閥。當高度和寬度都 ＞38 英寸 （965mm） 時， 在高度和寬度方向均一分為二， 成 “田” 字形，共分為四個單體閥。

不連接風管的防火閥只在防火閥內(nèi)安裝易熔片加彈簧， 不設復位驅(qū)動器。連接風管的防火閥， 在防火閥套筒上就地安裝手動復位驅(qū)動器。防煙閥和防火防煙閥套筒上安裝電動執(zhí)行機構(gòu) [4] 。

在結(jié)構(gòu)上，防火閥及防火防煙閥增加了鎖緊機構(gòu)， 以加強防火閥關閉的可靠性。閥門內(nèi)設置易熔片，易熔片連接一個桿狀的 “鎖門” ， 閥門外設置扇形鎖孔板， 當易熔片熔斷， 易熔片所連接的鎖門在套筒外的長度伸長， 與扇形鎖孔板上孔穿插在一起， 達到鎖緊的效果。

2 防火閥的貫穿形式

防火閥貫穿墻體或樓板， 根據(jù)其貫穿的墻體或樓板的種類有不同的貫穿形式。有防火閥與套管貫穿混凝土墻， 模塊墻， 防火閥套貫穿越混凝土樓板、 預制樓板和帶有散熱片模塊的樓板五種。

常見的有防火閥與套貫穿混凝土墻 （圖 1） 和防火閥套貫穿越混凝土樓板 （圖 2）。

圖1 防火閥套管穿混凝土墻

圖2 防火閥套管穿混凝土樓板

AP系列核電站中防火閥的貫穿有以下特點：

1） 若A表示防火閥套管外尺寸，H表示洞口的內(nèi)尺寸。則洞口留出的尺寸H-A值最小尺寸不能小于1/4英寸 （7mm）， 最大尺寸不能超過 2英寸 （50mm）。A值每增加 1 英尺 （305mm） 的時候，H-A值遞增 1/8英寸 （3mm）。

2） 限位角鋼應與防火閥套筒進行連接， 并應與樓板或墻體緊貼，但不應進行連接。在設計時要充分考慮限位角鋼的安裝空間， 避免與周圍支架或鋼梁等之間的碰撞。

3） 防火閥套管與墻體或樓板間、 限位角鋼與墻體或樓板之間的間隙， 不封堵。

4） 防火閥套管超出墻體或樓板的長度一般不大于6英寸 （150mm）， 安裝執(zhí)行機構(gòu)一側(cè)和組合式防火閥套管超出墻體或樓板的長度可以不大于 16 英寸（400mm）。

3 防火閥的連接形式

3.1 防火閥與風管的連接

在AP系列核電站中， 接風管的防火閥， 其與風管的連接形式有兩種， “Breakaway” 的連接和普通的法蘭連接 [4] 。

圖3 防火閥與風管的連接方式

除了帶放射性的或壓力較高的風管， 防火閥與風管連接時采用 “Breakaway” 的連接方式。見圖3 所示。此連接形式不同于UL555中 “S Slips” 或 “Drive Slips” 。該連接方式為卡扣連接， 兩側(cè)的風管管壁塞到兩側(cè)夾板內(nèi)， 夾板與風管管壁進行鉚接， 中間用夾板扣起來，而不再需要任何其他螺絲或鉚釘?shù)倪B接。這樣在發(fā)生火災的時候， 中間夾板脫落， 防火閥與風管脫離， 以免在風管損壞的情況下， 影響套管內(nèi)防火閥的功能， 也保證了火災不會通過通風系統(tǒng)進行進一步地蔓延。兩側(cè)的夾板對接時要用密封墊片密封。兩側(cè)夾板與風管管壁之間鉚接時，鉚釘距風管拐角處距離為1英寸 （25mm），每個鉚釘之間的最大間距為 4 英寸（102mm）， 每邊的鉚釘數(shù)量至少為三個， 兩個分別布置在兩個拐角處， 一個布置在中間。

帶放射性的或壓力較高的風管與防火閥連接采用普通的法蘭連接。即風管側(cè)與防火閥套管側(cè)分別裝角鋼對接的法蘭， 法蘭之間加密封墊片， 法蘭用螺栓連接。其目的是在發(fā)生火災的時候， 保證風管與防火閥不脫離。在發(fā)生火災的時候不希望風管內(nèi)的風泄露到相鄰的房間中[4]。

3.2 防火閥與風口的連接

對于單獨貫穿于防火屏障的墻體上， 而不連接風管的防火閥， 防火閥兩端需要直連風口。這樣的防火閥一端為翻邊法蘭， 一端為直焊法蘭。如圖4所示。

圖4 防火閥直連風口的做法

翻邊法蘭在防火閥生產(chǎn)的時候就已制作好， 直焊法蘭需要在現(xiàn)場進行焊接， 目的是讓防火閥安裝時能順利地穿過防火墻， 兩端的法蘭與風口上的法蘭盤用螺栓連接， 法蘭中間加密封墊片。

4 防火閥設計的改進建議

在建的AP系列電站給防火閥的設計提供了寶貴的經(jīng)驗。在滿足防火閥設計規(guī)范的基礎上， 防火閥設計要充分考慮現(xiàn)場的實際情況， 以保證設計方案能順利實施。 通過AP系列現(xiàn)場經(jīng)驗， 通風系統(tǒng)的防火閥設計要充分考慮以下幾點。

1） 兩個防火閥相對位置。設計中不只要考慮到防火閥本體的大小， 也要充分考慮到防火閥外部執(zhí)行機構(gòu)所占據(jù)的空間， 防火閥貫穿形式所要求的外部限位角鋼的空間，以及由此帶來的安裝操作空間的需求。在AP系列通風系統(tǒng)的設計中，尤其是送回風系統(tǒng)左右或上下布置在一起時， 要盡可能地給防火閥留出足夠的空間。

2） 套管長度的確定。在 AP系列核電站防火閥套管的設計中， 套管超出被貫穿的墻體或樓板的長度有以下限制， 有執(zhí)行器或檢修門的一側(cè)套管的長度不超過 16 英寸 （406mm）， 無執(zhí)行機構(gòu)或檢修門一側(cè)的套管長度不超過 6英寸 （152mm） [1] 。此長度只考慮到墻體或樓板的厚度， 但對于防火閥穿樓板時， 樓板下防火閥附近經(jīng)常會有結(jié)構(gòu)的鋼梁， 鋼梁的存在會導致防火閥套管上的限位角鋼無法安裝， 也會導致防火閥與風管連接的Breakaway無法正常安裝。為避開結(jié)構(gòu)的鋼梁， 則需加長套管， 用同厚度的鋼板焊接在原套管上。長度的臨時變更會帶來眾多的問題， 比如套管與檢修門的碰撞， 套管與風管上原支架的矛盾等。在設計時，要根據(jù)具體情況， 考慮到每側(cè)套管伸出墻體或樓板的應有長度。

3） 防火閥兩側(cè)風管設備等級不同的情況。對于防火閥兩側(cè)連接不同等級的情況， 防火閥與風管之間、 防火閥與限位角鋼的連接在兩側(cè)應有所不同。比如， 防火閥一側(cè)為帶放射性的風管，另一側(cè)為普通的風管。因帶放風管考慮更高的泄漏率的要求， 風管附件與風管的連接需采用焊接， 其它級別的風管附件與風管的連接可采用鉚接， 對于壁厚較厚的風管也可采用焊接 [4] 。對于帶防風管側(cè)， 防火閥與風管連接需用普通的法蘭連接， 法蘭與風管的連接需采用焊接， 限位角鋼的安裝同樣需焊接； 對于普通風管側(cè)， 防火閥與風管的連接采用 Breakaway 的連接形式， Breakaway 的兩側(cè)夾板與風管的連接采用鉚接， 限位角鋼與套管的連接方式可根據(jù)套管壁厚確定。

5 結(jié)語

防火閥是通風系統(tǒng)防火設計中重要的組成部分，AP系列核電站防火閥在其實現(xiàn)防火功能或信號傳輸功能的基礎上， 考慮了在各種用途下， 防火閥不同的構(gòu)造， 包括熔斷特性， 執(zhí)行機構(gòu)的設置， 閥門的泄露率的保證， 套管壁厚及長度等， 也遵照規(guī)范進行了防火閥在結(jié)構(gòu)中的貫穿和安裝方式， 設計了防火閥與風管間的連接方式等， 這些都與防火閥功能的正常發(fā)揮起著重要的作用。 隨著 AP系列核電站的開展， 防火閥在現(xiàn)場的經(jīng)驗也是提高設計水平的寶貴財富， AP 系列核電站防火閥安裝及運行經(jīng)驗將使防火閥的設計得到逐步完善。

參考文獻

[1] Standard for Installation of Air-Conditioning and Ventilation Systems(NFPA 90A)[S].1999.

[2] UL Standard for Safety for Fire Dampers(UL555)[S].2006.

[3] UL Standard for Safety for Smoke Dampers(UL555S)[S].2006.

[4] Rectangular Industrial Duct Construction Standard(SMACNA)[S].1980.

[5] HAD102/11核電廠防火[S].1996.