核電廠核島移動排煙設(shè)計參考標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐

王軍民

(深圳中廣核工程設(shè)計有限公司,深圳)

0 引言

HAF 102—2016《核動力廠設(shè)計安全規(guī)定》[1]與HAD 102/11—2019《核動力廠防火與防爆設(shè)計》[2]中明確了設(shè)置核電廠核島排煙系統(tǒng)的必要性與目的及其設(shè)計考慮因素,為核島排煙系統(tǒng)設(shè)計提供了頂層必要指導(dǎo)。

HAF 102—2016第6.7.5.1條規(guī)定了必須在適當(dāng)考慮火災(zāi)危害分析(又稱火災(zāi)危險源分析)結(jié)果的情況下設(shè)置煙氣控制系統(tǒng)。HAF 102—2016沒有給出如何實(shí)施此要求的具體指導(dǎo),相關(guān)指導(dǎo)參見HAD 102/11—2019。

HAD 102/11—2019第5.6條規(guī)定了應(yīng)通過煙氣的潛在影響及后果評估來確定排煙需求,排煙需求在于降低溫度和支持火災(zāi)撲救等。在排煙系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮構(gòu)成火災(zāi)風(fēng)險系統(tǒng)的危險源、路徑、目標(biāo)三方面因素。其中,危險源包括火災(zāi)荷載存量、煙氣產(chǎn)量及其能見度、毒性、放射性等;而路徑包括燃料特性、煙氣擴(kuò)散流動特性、固定滅火系統(tǒng)等;目標(biāo)包括放射性釋放量可接受性、火災(zāi)撲救通道可居留性等。

HAD 102/11—2019第6.4條規(guī)定了必要時在放射性物質(zhì)包容防火區(qū)(或小區(qū))設(shè)排煙措施,以滿足安全要求。盡管排煙可能導(dǎo)致放射性物質(zhì)釋放到外部環(huán)境,但若排煙過程中放射物質(zhì)釋放受控,排煙改善了火災(zāi)撲救條件,可防止大量放射性物質(zhì)釋放。

HAD 102/11—2019第6.1.2條明確了排煙的主要目的在于提供通道以支持火災(zāi)撲救、手動啟動固定滅火系統(tǒng)和人工操作必要的其他系統(tǒng)、控制滅火劑的擴(kuò)散以防止損壞核安全重要物項等。

若將防止物項損壞(又稱財產(chǎn)保護(hù))作為火災(zāi)撲救特例,則HAD 102/11—2019第6.1.2條、第5.6條、第6.4條所明確的排煙必要性與目的包括改善火災(zāi)撲救條件以支持火災(zāi)撲救。

但HAD 102/11—2019沒有規(guī)定可接受的火災(zāi)撲救應(yīng)急排煙(又稱輔助排煙)方法,結(jié)合建筑火場排煙實(shí)踐和核島排煙設(shè)計實(shí)踐來看,不限于固定排煙方法,另有移動排煙方法可供選擇,但國內(nèi)尚沒有指導(dǎo)移動排煙的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),為此本文圍繞移動排煙主要應(yīng)用和設(shè)計考慮因素給出了核島移動排煙設(shè)計參考標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐。

1 應(yīng)用與設(shè)計范圍

在核島移動排煙設(shè)計中,常見的參考標(biāo)準(zhǔn)與具體規(guī)定如下。

1) EJ/T 1082—2005《核電廠防火準(zhǔn)則》[3]第5.6.1條與《核電廠防火國際導(dǎo)則》[4]第2-6條規(guī)定每一個防火區(qū)(或小區(qū))均應(yīng)安裝排煙設(shè)施,可通過2種方法進(jìn)行排煙:裝設(shè)永久性排煙設(shè)備;由消防隊員操作臨時排煙設(shè)備。

2) NB/T 20095—2012《壓水堆核電廠安全殼外供暖、通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則》[5]第6.2.5條與ANSI/ANS-59.2-1985《安全殼外供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)安全準(zhǔn)則》[6]第4.2(4)條規(guī)定火災(zāi)撲救期間和以后可用移動通風(fēng)系統(tǒng)或手動操作控制的固定通風(fēng)系統(tǒng)排煙。

3) NFPA 804:2020《先進(jìn)型輕水堆發(fā)電廠防火標(biāo)準(zhǔn)》[7]第6.9條規(guī)定在固定通風(fēng)系統(tǒng)不具有排煙能力時,應(yīng)急人員應(yīng)使用移動通風(fēng)設(shè)備排煙。

4) RCC-F-2017《壓水堆核電廠防火設(shè)計和建造規(guī)則》[8]第D1430條規(guī)定論證移動排煙方法可行時,可用移動排煙設(shè)備進(jìn)行排煙。

5) RCC-I (1997-10)《壓水堆核電站防火設(shè)計和建造規(guī)則》[9]第2.5.4.2條規(guī)定可用專門通風(fēng)系統(tǒng)、屋頂排煙口或移動設(shè)備進(jìn)行排煙。

6) XF/T 1190—2014《地下建筑火災(zāi)撲救行動指南》[10]第5.8.4條規(guī)定應(yīng)利用防排煙系統(tǒng)進(jìn)行火場排煙;根據(jù)火場需要使用排煙車、排風(fēng)機(jī)等移動裝備排煙。

7) XF/T 1191—2014《高層建筑火災(zāi)撲救行動指南》[11]第5.8.2條和第5.8.5條規(guī)定應(yīng)啟用高層建筑內(nèi)的固定防排煙系統(tǒng)設(shè)施,利用高層建筑內(nèi)部專用的排煙口、排煙豎井實(shí)施排煙。根據(jù)火場需要使用排煙車、排風(fēng)機(jī)等移動裝備排煙。

雖然上述參考標(biāo)準(zhǔn)支持在核島排煙設(shè)計時可選用移動排煙方法,但目前GB/T 22158—2021《核電廠防火設(shè)計規(guī)范》[12]并沒有涉及移動排煙方法。與此相同,對于鋰離子電池工廠排煙設(shè)計參考標(biāo)準(zhǔn)來說,雖然SJ/T 11798—2022《鋰離子電池和電池組生產(chǎn)安全要求》[13]明確了應(yīng)急排煙包括移動排煙方法,但GB 51377—2019《鋰離子電池工廠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[14]中不涉及移動排煙方法。國內(nèi)建筑排煙設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)聚焦于固定排煙設(shè)計要求,沒有涉及移動排煙,只有XF/T 1190—2014《地下建筑火災(zāi)撲救行動指南》與XF/T 1191—2014《高層建筑火災(zāi)撲救行動指南》支持根據(jù)火場需求使用移動排煙設(shè)備。

結(jié)合國內(nèi)特定建筑和部位存在設(shè)置固定火災(zāi)撲救應(yīng)急排煙設(shè)施的需求及建筑火災(zāi)撲救存在使用移動排煙設(shè)備的需求,可將移動排煙設(shè)備歸為移動火災(zāi)撲救應(yīng)急排煙設(shè)施,用于未設(shè)置固定排煙設(shè)施、固定排煙設(shè)施失效或效能不足等場所的火災(zāi)撲救應(yīng)急排煙。從上述允許核島采用移動排煙的設(shè)計參考標(biāo)準(zhǔn)來看,核島不屬于經(jīng)常有人停留但屬于可燃物較多的無窗廠房,無需設(shè)置為人員疏散服務(wù)的固定排煙設(shè)施,可作為不設(shè)置固定排煙設(shè)施而設(shè)置移動排煙設(shè)施的典型場所之一。

從建筑與核島火災(zāi)撲救應(yīng)急排煙設(shè)計實(shí)踐比較來看,建筑火災(zāi)撲救應(yīng)急排煙無需考慮移動排煙設(shè)計,而核島火災(zāi)撲救應(yīng)急排煙設(shè)計需要考慮移動排煙設(shè)計。由此可見,核島火災(zāi)撲救應(yīng)急排煙設(shè)計范圍更廣。

2 常用設(shè)計準(zhǔn)則

2.1 設(shè)計排煙量與補(bǔ)風(fēng)量

由于目前國內(nèi)尚缺少移動排煙設(shè)計排煙量確定準(zhǔn)則,因此可參考國外移動排煙設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來確定,如CFPA-E Guideline No 35:2015 F《排煙排熱通風(fēng)系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計》[15]第7條規(guī)定防煙分區(qū)的最大允許面積(或體積)、排煙換氣次數(shù)不因排煙方法的改變而改變。與此相同,文獻(xiàn)[16]給出的建筑移動排煙設(shè)計排煙量與固定排煙設(shè)計排煙量也無區(qū)別。

GB/T 22158—2021第10.2.3.6條規(guī)定對存在火災(zāi)風(fēng)險但未設(shè)置自動滅火設(shè)施的房間,其排煙容積宜為350 m3,最大排煙容積宜為500 m3;第10.2.3.8條規(guī)定機(jī)械排煙系統(tǒng)宜按照12～20 h-1的換氣次數(shù)計算排煙量。GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[17]第4.6.1條規(guī)定排煙系統(tǒng)的設(shè)計排煙量不應(yīng)小于此系統(tǒng)計算排煙量的1.2倍;第4.5.3條規(guī)定補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)直接從室外引入空氣,且補(bǔ)風(fēng)量不小于排煙量的50%。

參考CFPA-E Guideline No 35:2015 F第7條規(guī)定,結(jié)合GB/T 22158—2021第10.2.3.6條和第10.2.3.8條、GB 51251—2017第4.6.1條規(guī)定,假定未設(shè)置自動滅火設(shè)施房間排煙容積為500 m3,此類房間換氣次數(shù)取20 h-1,其設(shè)計排煙量為計算排煙量的1.2倍,經(jīng)計算得到移動排煙設(shè)計排煙量不小于12 000 m3/h、補(bǔ)風(fēng)量不小于6 000 m3/h。

2.2 工作溫度與時間

GB 27901—2011《移動式消防排煙機(jī)》[18]第5.10.6條和6.12條規(guī)定水力驅(qū)動消防排煙風(fēng)機(jī)、電動消防排煙風(fēng)機(jī)應(yīng)在不低于150 ℃氣流通過時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)60 min無異?，F(xiàn)象,按XF 211—2009《消防排煙風(fēng)機(jī)耐高溫試驗方法》[19]的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行水力驅(qū)動消防排煙風(fēng)機(jī)、電動消防排煙風(fēng)機(jī)耐高溫性能試驗。選用氣動消防排煙風(fēng)機(jī)也應(yīng)如此。而XF 211—2009第4.4.2條規(guī)定地鐵區(qū)間隧道內(nèi)用固定消防排煙風(fēng)機(jī)應(yīng)在不低于150 ℃氣流通過時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)60 min無異常現(xiàn)象。也就是說,水力驅(qū)動消防排煙風(fēng)機(jī)、電動消防排煙風(fēng)機(jī)、氣動消防排煙風(fēng)機(jī)與地鐵區(qū)間隧道內(nèi)用固定消防排煙風(fēng)機(jī)的應(yīng)用場景相似,耐高溫性能相同。

除GB 27901—2011外,GB 7956.17—2019《消防車 第17部分:排煙消防車》[20]第4.4.2條與第5.4.1.5條規(guī)定排煙軟管的直徑應(yīng)與車載排煙裝置的進(jìn)出口相匹配,負(fù)壓式車載排煙裝置應(yīng)選用耐高溫材質(zhì)的排煙軟管,車載排煙裝置(含作為其組成部件的排煙軟管)應(yīng)在輸送介質(zhì)平均溫度280 ℃下連續(xù)工作30 min。而XF 211—2009第4.4.2條規(guī)定建筑內(nèi)用固定消防排煙風(fēng)機(jī)應(yīng)在不低于280 ℃氣流通過時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)30 min無異?，F(xiàn)象。也就是說,負(fù)壓式車載排煙裝置(含作為其組成部件的排煙軟管)與建筑內(nèi)用固定消防排煙風(fēng)機(jī)的應(yīng)用場景相似,耐高溫性能相同。另外,建筑內(nèi)用固定排煙風(fēng)管與排煙軟管耐高溫性能并不相同,在停止排煙后,固定排煙風(fēng)管外部仍需耐受依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時間-溫度曲線確定的耐火時間對應(yīng)的溫升,而在停止排煙后排煙軟管無該需求。

比較而言,GB 27901—2011適用于人力移動式消防排煙風(fēng)機(jī),沒有考慮正壓式移動排煙與負(fù)壓式移動排煙的區(qū)別,耐高溫性能要求較低。而GB 7956.17—2019適用于車載排煙裝置,考慮了正壓式移動排煙與負(fù)壓式移動排煙的區(qū)別,耐高溫性能要求較高,非車載移動排煙風(fēng)機(jī)也可參考使用。因此,需要根據(jù)使用場景來確定移動排煙風(fēng)機(jī)和排煙軟管的耐高溫性能。

3 設(shè)計實(shí)踐

3.1 應(yīng)用條件和場所

核島分為放射性控制區(qū)和非放射性控制區(qū),均存在容納電纜、易燃液體的無人值守高火災(zāi)荷載房間,顯然不屬于經(jīng)常有人停留的房間,而屬于可燃物較多的房間,但根據(jù)GB/T 22158—2021第10.2.3.3 條規(guī)定,無論防火區(qū)(或小區(qū))規(guī)模或火災(zāi)荷載存量大小,位于非放射性控制區(qū)內(nèi),火災(zāi)時會產(chǎn)生濃煙的、火災(zāi)荷載密度大于400 MJ/m2的防火區(qū)(或小區(qū))宜設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng),同時規(guī)定位于應(yīng)急人員進(jìn)入不便的放射性控制區(qū)內(nèi),火災(zāi)時會產(chǎn)生濃煙的、火災(zāi)荷載密度大于400 MJ/m2的防火區(qū)(或小區(qū))可用固定機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)代替排煙系統(tǒng)。結(jié)合這些房間排煙的主要目的,將其歸為火災(zāi)撲救應(yīng)急排煙。

為滿足外部危害防護(hù)和放射性靜態(tài)包容的要求,核島地上部分被設(shè)計為無窗建筑,并且力求外部危害防護(hù)邊界和放射性靜態(tài)包容邊界(簡稱2類邊界)開口面積及其防護(hù)措施規(guī)模最小化。由于自然排煙需要在這些邊界上增加大面積開口,與此設(shè)計準(zhǔn)則相悖,因此不宜采用自然排煙。如果存在火災(zāi)撲救應(yīng)急排煙需求,核島宜采用移動或固定機(jī)械排煙。

比較而言,GB/T 22158—2021第10.2.3.3條規(guī)定的非放射性控制區(qū)的排煙要求較高,而放射性控制區(qū)的排煙要求較低,顯然要求并不平衡。在核島排煙設(shè)計時遵循了平衡化的排煙要求,除了非全直流通風(fēng)系統(tǒng)僅服務(wù)1個防火區(qū)(或小區(qū))之外,位于采用非全直流通風(fēng)的非放射性控制區(qū)內(nèi),火災(zāi)時會產(chǎn)生濃煙的、火災(zāi)荷載密度大于400 MJ/m2的防火區(qū)(或小區(qū))設(shè)置移動或固定機(jī)械排煙系統(tǒng)。選用移動排煙時,還按照HAD 102/11—2019第5.5.6條規(guī)定在適當(dāng)位置設(shè)置自持式呼吸裝置(包括備用儲氣鋼瓶和再充氣設(shè)備),以供應(yīng)急人員使用。而位于采用全直流通風(fēng)的非放射性控制區(qū)和放射性控制區(qū)內(nèi),火災(zāi)時會產(chǎn)生濃煙的、火災(zāi)荷載密度大于400 MJ/m2的防火區(qū)(或小區(qū)),若設(shè)置了固定滅火系統(tǒng),則用固定通風(fēng)系統(tǒng)代替排煙系統(tǒng)。也就是說,只有采用固定滅火系統(tǒng)控制火災(zāi)規(guī)模時,才能用耐高溫性能與排風(fēng)量有限的通風(fēng)系統(tǒng)兼作排煙系統(tǒng)。

3.2 設(shè)計考慮因素

火災(zāi)發(fā)生時核島除著火的防火區(qū)(或小區(qū))停運(yùn)外,其他防火區(qū)(或小區(qū))仍然繼續(xù)運(yùn)行,仍然需要保持2類邊界完整性,而且構(gòu)成2類邊界的外墻與屋頂?shù)暮穸瘸?導(dǎo)致通過臨時破拆2類邊界來提供移動排煙補(bǔ)風(fēng)路徑和排煙路徑的策略不可行。因此,若采用移動排煙方法,需要在設(shè)計階段就規(guī)劃移動排煙所需的補(bǔ)風(fēng)路徑和排煙路徑。

若核島非放射性控制區(qū)多個樓層有移動排煙需求,核島豎直方向常用豎井作為多個樓層移動排煙共用的補(bǔ)風(fēng)路徑和排煙路徑,僅將補(bǔ)風(fēng)豎井始端與排煙豎井終端作為貫穿2類邊界的開口,最大程度減小2類邊界開口面積及其防護(hù)措施規(guī)模,而核島水平方向常用軟管作為每個樓層移動排煙共用的補(bǔ)風(fēng)路徑和排煙路徑,軟管通過過道將豎井與著火房間連通。也就是說,核島火災(zāi)撲救應(yīng)急排煙常用移固結(jié)合排煙的方法,并非整個系統(tǒng)均可移動。

若著火房間有2個或多個出入門,讓補(bǔ)風(fēng)軟管與排煙軟管分別從2個相距最遠(yuǎn)的出入門伸進(jìn)著火房間,剩余其他出入門保持關(guān)閉,并盡可能封閉穿過排煙軟管的出入門,以在著火房間形成良好氣流,確保著火房間內(nèi)煙氣流動方向與應(yīng)急人員火災(zāi)撲救行動方向相同。而如果著火房間只有1個出入門,既可讓補(bǔ)風(fēng)軟管與排煙軟管均從相同出入門伸進(jìn)著火房間,也可讓補(bǔ)風(fēng)軟管從出入門伸進(jìn)著火房間,而排煙軟管與著火房間墻壁上預(yù)留接口連通。

在補(bǔ)風(fēng)路徑和排煙路徑確定后,還需確定消防排煙風(fēng)機(jī)設(shè)計運(yùn)行時間,移動與固定消防排煙風(fēng)機(jī)設(shè)計運(yùn)行時間存在區(qū)別。GB 27901—2011規(guī)定移動消防排煙風(fēng)機(jī)可在室溫條件下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8 h,而GB 7956.17—2019規(guī)定車載排煙裝置可在室溫條件下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)6 h,移動消防排煙風(fēng)機(jī)具有自持性,無需依靠建筑提供電源。固定消防排煙風(fēng)機(jī)通常需要外部消防電源支持,而消防電源設(shè)計供電時間一般僅為2 h,因此設(shè)計連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時間不會超過2 h。若有必要延長固定排煙風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時間,可接入移動電源。

4 應(yīng)用挑戰(zhàn)

在CFPA-E Guideline No 35:2015 F和文獻(xiàn)[21]給出的典型進(jìn)攻型正壓送風(fēng)排煙應(yīng)用示例中,可將移動消防排煙風(fēng)機(jī)設(shè)置在樓梯間出口處,打開樓梯間通往著火房間過道的防火門及著火房間門窗進(jìn)行排煙,同層未著火房間門和樓梯間其余防火門則處于關(guān)閉狀態(tài)。但GB 51251—2017第4.5.3條規(guī)定防火門窗不得用作補(bǔ)風(fēng)設(shè)施,若遵循此標(biāo)準(zhǔn)無疑會限制移動排煙的應(yīng)用,難以充分發(fā)揮移動排煙設(shè)施優(yōu)勢以幫助提高火災(zāi)撲救的戰(zhàn)斗力。

從火災(zāi)撲救火場排煙實(shí)踐來看,會依據(jù)通往著火房間過道的樓梯間煙氣能見度選擇正壓送風(fēng)排煙類型和策略。如果樓梯間能見度未達(dá)到要求,首先采用防御型正壓送風(fēng)排煙,通過設(shè)置在樓梯間出口處的移動消防排煙風(fēng)機(jī)和設(shè)置在樓梯間頂部或最上層外墻上的應(yīng)急排煙窗排出煙氣,待樓梯間煙氣能見度達(dá)到要求后才使用進(jìn)攻型正壓送風(fēng)排煙,反之只使用進(jìn)攻型正壓送風(fēng)排煙。

當(dāng)使用進(jìn)攻型正壓送風(fēng)排煙時,由于通往著火房間過道的樓梯間內(nèi)部不存在可燃物,以及受災(zāi)人員已疏散結(jié)束,只采取了臨時等效補(bǔ)償性防火分隔措施,如進(jìn)攻型正壓送風(fēng)排煙與臨時隔煙簾、射流冷卻等其他火災(zāi)撲救措施相配合,足以阻止煙氣通過防火門流向其內(nèi)部,則防火門也可作為著火房間進(jìn)攻型正壓送風(fēng)排煙補(bǔ)風(fēng)設(shè)施,以便最大程度地創(chuàng)造有利條件支持火災(zāi)撲救。

5 結(jié)束語

結(jié)合法規(guī)、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、火場排煙和設(shè)計實(shí)踐來看,核島火災(zāi)撲救應(yīng)急排煙可以采用移固結(jié)合排煙的方法;從國外標(biāo)準(zhǔn)來看移動排煙與固定排煙設(shè)計要求異同互見。目前國內(nèi)已有移動消防排煙風(fēng)機(jī)與裝置標(biāo)準(zhǔn),但尚需在參考國外移動排煙設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)火災(zāi)撲救移動排煙實(shí)踐的基礎(chǔ)上,識別出移動排煙與固定排煙設(shè)計要求的差異,在達(dá)成廣泛共識后訂立移動排煙設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),為移動排煙設(shè)計提供指導(dǎo)。