后處理廠負壓控制及火災(zāi)工況數(shù)模分析

侯京婧　鄧晶　張晅

【摘??要】后處理廠的特點是放射性水平高，污染等級高，目前火災(zāi)時通風(fēng)系統(tǒng)的運行無有效可行規(guī)范，無法確保火災(zāi)時的負壓有效性。因此擬通過計算流體力學(xué)軟件，對設(shè)備室火災(zāi)情景、事故分析火災(zāi)情況下的溫度、壓力變化，對相關(guān)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計等進行研究，確保在火災(zāi)情況下，兼顧滅火和減少放射性泄露。

【關(guān)鍵詞】負壓控制;火災(zāi)工況;通風(fēng)系統(tǒng);窒息滅火

一、研究背景及意義

由于后處理廠設(shè)備室的特殊工藝流程導(dǎo)致其具有放射性水平高、污染等級高、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備發(fā)熱量大、氣密性要求高的特點。

因此，后處理廠在正常運行時需要通過靜態(tài)密封和動態(tài)密封來控制污染物不外泄，控制氣流組織由非污染區(qū)域到污染區(qū)，由低污染區(qū)到高污染區(qū)。所以，處理廠設(shè)備室對于通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計要求不僅要考慮排除污染物，還需要考慮排除余熱;事故時還需要考慮控制開口處流速;著火時，要考慮氣體滅火系統(tǒng)，同時還要控制放射性物質(zhì)外泄等問題。此外，對于某些設(shè)備室室，還要求內(nèi)部有良好的氣流組織，風(fēng)速不能過大等問題。因此，放射性區(qū)域房間負壓控制、氣流組織和動態(tài)密封技術(shù)對于保障后處理廠安全運行是非常重要的。

二、基于FDS的設(shè)備室火災(zāi)模擬研究

FDS場模擬的基本控制方程如下所示：

（1）質(zhì)量守恒方程

T（x，y，z）——對應(yīng)t時刻，距火源中心水平距離x（m），距地面垂直距離z（m）處的空氣溫度，℃;

Tz——從火源中心距地面垂直距離z（m）處的最高空氣升溫，℃;

β——由火源功率和按αt2增長型火源確定的升溫曲線形狀系數(shù);

η——距火源中心水平距離x的溫度衰減系數(shù);

t——時間，s;

b——火源中心至火源最外邊緣距離，m;

μ——系數(shù);

T0——火災(zāi)發(fā)生前的環(huán)境溫度，一般取20℃。

三、模型建立及基本參數(shù)設(shè)置

（一）模型建立過程

首先是對CAD圖紙進行必要的簡化與組合，處理后的圖形如下圖所示。

然后將組合完成的CAD文件文件導(dǎo)入到PyroSim軟件當(dāng)中，生成立體圖形，如下圖所示：

（二）模型參數(shù)設(shè)置

（1）基本參數(shù)設(shè)置

FDS場模型中的環(huán)境溫度、壓強、重力加速度、空氣密度等基本參數(shù)設(shè)置入下表所示。

表3-1?模型基本參數(shù)設(shè)置一覽表

（2）網(wǎng)格劃分

為保證模擬分析計算的快速進行，模型劃分為10組網(wǎng)格，單個網(wǎng)格的尺寸為0.125m×0.125m×0.125m。

（3）煤油分布情況

根據(jù)集油坑附近液面分布的情況分析，在FDS模型中將煤油按照網(wǎng)格大小進行布置，如下圖所示。

（4）材料屬性設(shè)置

（5）反應(yīng)及測點設(shè)置

模型中假定煤油的熱解產(chǎn)物為C4H10，燃燒反應(yīng)熱值為煤油的燃燒熱3.013×104kJ/kg。

（6）通風(fēng)控制參數(shù)設(shè)置

送風(fēng)口：在T=0s時出現(xiàn)，當(dāng)模型中的火災(zāi)探測器動作后，延遲10s關(guān)閉送風(fēng)口，停止送風(fēng)。

排風(fēng)口：在T=0s時出現(xiàn)，當(dāng)模型中的排風(fēng)口附近的溫度測點到70℃之后自動關(guān)閉，停止排風(fēng)。

（7）CO2氣體滅火參數(shù)設(shè)置

對于CO2氣體滅火系統(tǒng)的滅火效果模擬。CO2氣體滅火系統(tǒng)的啟動通過模型中的設(shè)置的火災(zāi)探測器聯(lián)動觸發(fā)，當(dāng)火災(zāi)探測動作后，延遲10s啟動氣體滅火系統(tǒng)。

四、滅火模擬分析

對以下4種工況模擬分析：1.窒息滅火;2.設(shè)計CO2氣體滅火;3.GB50193滅火工況;4.預(yù)防滅火工況

通過模擬我們可以獲得不同方式下的：火災(zāi)蔓延發(fā)展過程、火災(zāi)功率變化曲線、設(shè)備室內(nèi)的溫度變化趨勢、進排風(fēng)口附近溫度變化曲線、混凝土墻體溫度變化趨勢、設(shè)備室內(nèi)壓力變化趨勢、進排風(fēng)口附近壓力變化曲線和設(shè)備室O2及CO2濃度變化曲線及數(shù)據(jù)。

五、結(jié)論

（一）關(guān)于火災(zāi)功率

對理論計算和不同工況下的火災(zāi)蔓延模擬分析得出的最大火災(zāi)功率及火災(zāi)持續(xù)時間統(tǒng)計如下表所示。

（二）關(guān)于火源上方的溫度

不同工況下的設(shè)備室內(nèi)火源上方的溫度統(tǒng)計如下表所示。

（三）關(guān)于進、排風(fēng)口附近的溫度

不同工況下的設(shè)備室內(nèi)進、排風(fēng)口附近的最高溫統(tǒng)計如下表所示。

（四）關(guān)于混凝土墻壁的溫度

不同場景下設(shè)備室混凝土墻壁內(nèi)的最高溫度和平均溫度統(tǒng)計如下表所示。

（五）關(guān)于設(shè)備室內(nèi)的壓力

不同工況下的設(shè)備室內(nèi)典型高度位置的最大壓力統(tǒng)計如下表所示。

（六）關(guān)于進、排風(fēng)口附近的壓力

不同工況下的設(shè)備室內(nèi)進、排風(fēng)口附近最大壓力統(tǒng)計如下表所示。

（七）關(guān)于氧氣和二氧化碳濃度

不同工況下的設(shè)備室內(nèi)典型高度位置的氧氣和二氧化碳濃度統(tǒng)計如下表所示。

（八）關(guān)于不同泄漏量工況下的設(shè)備室壓力

不同泄漏量工況下，采用FDS數(shù)值模擬及理論校核分析得出的設(shè)備室內(nèi)部及最大壓力值如下表所示。

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（作者單位：中國核電工程有限公司）