“華龍一號”核電廠防火設(shè)計優(yōu)化經(jīng)驗總結(jié)

林武清，陳 琳，劉文華，譚廣萍

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

“華龍一號”核電廠防火設(shè)計充分借鑒吸收了三代核電技術(shù)的先進設(shè)計理念、我國現(xiàn)有壓水堆的運行經(jīng)驗和福島核事故的經(jīng)驗反饋，遵循縱深防御方針。根據(jù)導則和規(guī)范的要求[1-3]，應避免可能發(fā)生的火災蔓延導致執(zhí)行同一安全功能的冗余設(shè)備同時被損毀。因此，“華龍一號”對核島廠房進行了全面的防火分區(qū)，通過實體隔離或空間隔離的方法，使得執(zhí)行同一安全功能的冗余設(shè)備不會在一場火災中同時失效；對于空間所限而無法進行有效隔離的情況，通過火災風險分析，對共模設(shè)備或電纜補充防火保護措施[4]。為了驗證“華龍一號”首堆消防設(shè)計中所采用防火措施的有效性，福清核電5、6號機組在設(shè)計階段后期開展詳細的火災危害性分析和火災薄弱環(huán)節(jié)分析工作，分析發(fā)現(xiàn)部分安全級冗余設(shè)備和電纜不能實現(xiàn)有效的防火隔離，且在后期采取防火保護措施時存在施工困難和增加投資等問題。為了避免在后續(xù)工程中出現(xiàn)類似情況，在福清核電5、6號機組的防火設(shè)計基礎(chǔ)上提出設(shè)計優(yōu)化建議，并進行經(jīng)驗總結(jié)。

1 設(shè)計思路

通過火災薄弱環(huán)節(jié)分析，對福清核電5、6號機組的防火設(shè)計進行驗證，針對每一個防火空間可能存在的火災共模點進行鑒別，再針對潛在的火災共模點進行相應的功能分析和火災風險分析，根據(jù)分析結(jié)果，對確認的火災共模點補充防火保護措施，確?；馂牟粫鸷税踩嚓P(guān)冗余設(shè)備和電纜共模失效而導致機組正常運行或事故后長期階段所必須的安全功能喪失。部分安全級冗余設(shè)備和電纜實現(xiàn)有效的防火隔離經(jīng)濟性較差或施工困難，在后續(xù)“華龍一號”工程中為了提升經(jīng)濟性或更有效地實現(xiàn)防火隔離，需要考慮在設(shè)計之初從設(shè)備布置、電纜敷設(shè)、防火分區(qū)調(diào)整等方面入手，從源頭上解決防火分析中發(fā)現(xiàn)的問題。

2 防火分析發(fā)現(xiàn)的問題

2.1 上充泵房

上充泵屬于安全重要物項，每臺上充泵設(shè)置專門的潤滑油箱，容量約為 15 L，存在一定的火災風險，因此將上充泵A、B系列分別布置在兩個相互隔離的安全防火區(qū)內(nèi)。福清核電5、6號機組上充泵房施工過程中發(fā)現(xiàn)房間N005、N006之間的防火屏障較難實現(xiàn)完全封閉，該防火屏障處設(shè)置了推拉門，推拉門上同時設(shè)置了供人員通行的小門，推拉門上方設(shè)有吊車軌道、電纜、通風管道等，推拉門與各物項交叉處存在較大的孔洞，防火封堵實施較為困難，且后續(xù)檢修中使用吊車或推拉門時會破壞封堵。

如果孔洞不進行防火封堵，當泵房內(nèi)其中一列上充泵泄漏的潤滑油發(fā)生火災時，該房間內(nèi)的煙氣會通過推拉門上方的孔洞蔓延到相鄰上充泵房?；馂哪M結(jié)果顯示，這些煙氣形成高度為 1.96 m 的熱氣層（煙氣溫度為248.75 ℃），能夠淹沒上充泵潤滑油冷卻器進氣口，由于潤滑油冷卻器進氣口的溫度限值為55 ℃，從而同時導致相鄰上充泵喪失其正常功能，該共模失效是不可以接受的。

2.2 反應堆換料水池和乏燃料水池冷卻泵

反應堆換料水池和乏燃料水池冷卻和處理系統(tǒng)（RFT）A、B系列冷卻泵是 RFT系統(tǒng)的重要物項。福清核電5、6號機組RFT001PO、002PO和006PO均設(shè)置在防火空間ZFSK0081A的K001房間內(nèi)。

在福清核電5、6號機組初步設(shè)計階段，總體消防、工藝系統(tǒng)和電氣布置專業(yè)針對該房間內(nèi)布置情況進行了探討，由于廠房限制無法對 RFT冷卻泵進行實體隔離，確定在設(shè)計中通過減少該房間內(nèi)的電纜以降低擴散性火災風險，針對局部性火災風險在設(shè)計后期采取非能動防火措施進行保護，避免 RFT泵產(chǎn)生火災共模失效。

火災薄弱環(huán)節(jié)分析結(jié)果顯示，A/B系列RFT001PO、002PO的電機、B系列RFT002PO的配電柜與 A列電纜主托盤距離不滿足空間隔離要求，由于該防火空間存在局部性火災的風險，發(fā)生火災時，將造成 RFT系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)A/B系列均不可用，影響機組的安全功能。

該現(xiàn)狀不滿足設(shè)計階段對安全冗余設(shè)備實體隔離的要求，因此，需要在RFT001PO、002PO之間設(shè)置防火屏障，并對相關(guān)電纜主托盤、配電柜等增設(shè)非能動防火保護設(shè)施，確?；馂那闆r下RFT001PO、002PO和006PO不會產(chǎn)生共模失效。非能動防火保護裝置增加了施工難度和項目投資，同時造成電廠后續(xù)運行中定期試驗和維護工作量的增加。

2.3 中壓動力電纜

由于中壓電纜在正常運行情況下存在散熱量大的問題，無法在后期通過對電纜實施防火包覆而消除火災共模失效的風險，因此在設(shè)計之初，總體消防專業(yè)和電儀布置專業(yè)就針對該問題進行了深入梳理，并對中壓電纜路徑進行了規(guī)劃，盡可能地避免出現(xiàn) A、B列中壓電纜火災共模失效的風險。

福清核電5、6號機組在進行火災薄弱環(huán)節(jié)分析時發(fā)現(xiàn)，NX廠房 ZNSN0001防火空間的 N071房間存在局部性火災，造成該房間中的A、B列上充泵中壓動力電纜存在共模失效風險。

由于無法直接對中壓動力電纜進行防火包覆，設(shè)計中將構(gòu)成局部性火災的電纜采取了防火包覆，以消除火災風險。

3 防火設(shè)計優(yōu)化

3.1 上充泵房

漳州核電 1、2號機組上充泵房在 N005、N006之間設(shè)置了完全封閉的實體隔墻，同時將原隔墻上的推拉門改為具有 2 h耐火極限的平開式防火門，取消貫穿兩個房間的吊車軌道，改為兩個房間分設(shè)吊車軌道，管道及電纜等物項在貫穿防火墻處進行防火封堵，通風管道穿越防火墻處設(shè)置防火閥，合理設(shè)置通風口以保證設(shè)備的正常工作環(huán)境。通過以上設(shè)計優(yōu)化，使上充泵房形成完整的防火屏障，防火門、封堵材料以及防火閥的耐火極限均滿足防火分區(qū)邊界耐火極限要求，避免火災情況下 A、B列上充泵安全功能同時喪失的共模失效。上充泵房的設(shè)計優(yōu)化方案如圖1所示。

圖1 上充泵房的設(shè)計優(yōu)化方案Fig.1 Design optimization of the charge pump room

3.2 反應堆換料水池和乏燃料水池冷卻泵

在漳州核電1、2號機組總體設(shè)計階段，總體消防專業(yè)將福清核電 5、6號機組RFT泵存在火災共模失效風險的問題反饋給工藝系統(tǒng)和布置專業(yè)。系統(tǒng)和布置專業(yè)結(jié)合RHR-RFT系統(tǒng)的統(tǒng)籌改進及系統(tǒng)間不同運行階段可交叉運行的理念，在不降低RFT系統(tǒng)冗余度和安全性的前提下，取消一臺RFT系統(tǒng)冷卻泵，并對RFT泵布置進行了調(diào)整，將RFT001PO放置于K010房間，RFT002PO放置于K001房間，總體消防根據(jù)設(shè)備布置情況將 A、B系列冷卻泵所在房間分別劃分為兩個獨立的安全防火小區(qū)，實現(xiàn)實體隔離，從源頭上有效避免了RFT系統(tǒng)A、B列火災共模失效風險。其中K009房間放置兩列換熱器，房間內(nèi)電纜數(shù)量少，火災風險小，換熱器本身沒有可燃物，不會存在火災共模失效風險導致兩個換熱器同時失效。RFT泵防火分區(qū)設(shè)計優(yōu)化方案如圖2所示。

圖2 RFT泵防火分區(qū)設(shè)計優(yōu)化方案Fig.2 Fire zoning design optimization of RFT pump

3.3 中壓動力電纜

在漳州核電1、2號機組總體設(shè)計階段，總體消防專業(yè)與電儀布置專業(yè)重新規(guī)劃了上充泵B系列中壓動力電纜的路徑，具體路徑為：ZFSN0087B-ZFSN0081A-SFSN0084B，并避開上充泵 A系列中壓動力電纜穿過的防火空間ZNSN0001，實現(xiàn)實體隔離，避免火災共模失效風險，減少了非能動防火保護裝置的使用，并具有一定經(jīng)濟性。

4 結(jié)論

本文對福清核電 5、6號機組防火設(shè)計驗證中發(fā)現(xiàn)的問題進行分析，對我國“華龍一號”首堆防火設(shè)計進行經(jīng)驗總結(jié)，提出設(shè)計優(yōu)化成果。在后續(xù)“華龍一號”核電廠防火設(shè)計初期階段通過對設(shè)備布置、電纜路徑調(diào)整優(yōu)化等措施，對安全級冗余設(shè)備和電纜進行防火隔離改進，可以減少設(shè)計后期出現(xiàn)無法消除火災共模點的情況，在提高防火安全水平和核電廠安全性的同時，可以節(jié)省施工后期增設(shè)非能動實體防火保護裝置和電纜防火包覆的投資費用約300萬元，并可以顯著降低防火保護設(shè)施現(xiàn)場安裝難度，提高效率。同時，該項經(jīng)驗總結(jié)也為國內(nèi)其他同類核電廠防火設(shè)計改進提供重要參考，可總體提高我國核電廠的防火安全水平。