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摘要：核电站如发生火灾不仅损失巨大,甚至可能威胁核安全或引发事故。从核安全的高度并结合我国核电建设的特点对核电站消防系统的设计进行了探讨,根据核安全设施与非核安全设施的消防系统的不同设计基准,分述了相应的消防系统设计的基本原则与系统设置方式。
关键词：核电站；消防系统；设计
引言
由于核电在我国大规模发展只是近十年的事情，核电厂水消防设计尤其是核岛设计主要使用国外规范，但是国外的消防规范多是性能化设计结果的总结，故规范具有很强烈的针对性，如法国ＲCC-I系列规范，不同版本针对不同的机型，由于国外消防规范的这个特征，我们在消防规范的中国化过程中就会遇到规范的普适性问题，如何从基本原理出发分析得到消防设计的根本性原则，对我国以后核电站消防的发展至关重要。水消防作为最常用的消防系统，在核电厂消防设计中有广泛的使用，消防水源是水消防的重要部分，本文结合核电站的特殊性从水质、水量、可靠性三个方面对核电消防水源进行系统地分析论述，得出多个结论，并由此分析得出核电厂可以采用的消防水源形式。
1核电站消防系统组成
核电站消防设计应按同一时间内、最大火灾区域内一次火灾的防火要求进行设计,并应考虑核安全的因素,其范畴包括防火措施和消防设施设计两部分。防火措施和消防设施是核电站主体工艺系统之外的重要辅助部分,是电站安全设计的重要组成部分。防火措施主要是在进行各工艺系统、建筑、结构及总布置设计时应考虑的因素,其范围涉及厂区总平面布置、建(构)筑物的火灾危险性分类及其耐火等级、建(构)筑物的安全疏散和建筑构造、与消防连锁的通风空调系统、设备本体防护等各个方面。由于涉及范围广,且其领域均有相应的规范、规定,在此不作深入探讨;而消防设施按公安消防部门的分类分为消防设备和消防电气,为专项消防系统设计内容,是核电站消防系统设计的重点。按灭火性能划分,核电站专项消防系统主要包括:水消防系统(包括消防给水系统、消火栓系统、自动喷水灭火系统、密特隆(Metron)灭火系统及水喷雾灭火系统等)、移动式灭火器、气体灭火系统、火灾自动报警系统。
2核电厂消防水系统设计问题
2.1消防水源的冗余性
消防水源按可分为单水源系统、双水源系统。一般双水源系统用于性质特别重要或火灾危害性特别大的场所。核电厂中的核岛属于性质特别重要的场所，应设置双水源，在《核电厂防火》HAD102/11第5.6.7中有明确的要求:应设置两个独立可靠的水源，如果只设置一个水源，则必须是湖泊、池塘、河流等大水体，并必须设置两个独立的取水口，如果仅用水池，这必须设置两个100%系统容量的消防水池。该条文虽然表述有只设置一个水源的情况，但其所表述的水源形式为大水体，即可用的水量远大于需求量，另外需要设置两个独立的取水口，可以看成双水源系统。
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2.2消防水源的抗震
《核电厂防火准则》（ＥＪ＿Ｔ1082—2005）第6.1条规定，用于保护安全相关系统和设备的消防系统，应按可以承受ＳＳＥ地震引起的载荷进行设计；《核电厂防火设计规范》（ＧＢ／Ｔ 22158—2008）第4．5．3．4．1规定，如果使用水池，应设置两个100％系统容量的水池，抗ＳＬ－2地震。因此，对于核岛消防水系统及对于核岛安全运行相关性较高的常规岛水消防系统，应设有抗震的消防水源及配套的消防泵组，立足于核电厂本身的力量来满足核安全物项消防的要求。目前，ＣＰＲ、ＥＰＲ、华龙１号等堆型核电厂的消防泵组、消防水池等均按上述抗震要求设置；但是，对于ＡＰ1000机组，其消防水池、消防泵组并未按抗震要求设置，仅在反应堆厂房的顶部设置有非能动安全壳冷却水箱，其中储有72ｍ3消防专用水量，该水量仅满足安全停堆设备区域内的２个消火栓（每个消火栓流量5Ｌ／ｓ）、持续２ｈ用水量的要求，此消防储水量并不满足核岛的最大一次消防用水量要求。因此，相对而言，ＡＰ1000机组的消防水系统安全要求较ＣＰＲ有所降低。核岛的消防系统本身与核安全无关，由于核电厂的特殊性，其最首要的职责是保证火灾不会妨碍核电站安全停堆功能的执行，也不会显著地增加放射性物质释放到环境中去的危险；从这个意义上讲，对于ＡＰ1 000机组，地震发生的特殊条件下，仅在非能动安全壳冷却水箱中储存消防专用水量，是可以接受的；但从消防系统控制任何火灾的职责角度出发，仅保证“安全停堆功能”也是不够的。鉴于核岛特殊性，核电厂消防系统的设置应从严要求，将核岛的消防泵组、消防水池以及进入核岛的消防管路等按抗震要求设置，其安全性更高，且增加的投资是可以接受的。
2.3消防水分配系统
消防水分配系统的功能是将压力1.2MPa的消防水分配给核岛、常规岛和BOP各建筑物,按合并制考虑,系统由消防泵房至核岛、常规岛消防输水管、常规岛以后的厂区消防输水管组成。消防泵房至核岛的消防给水管及整个核岛消防给水均须按抗震系统考虑,消防给水管在核岛内呈环网布置。在核岛消防环网上又引出两根消防管通向常规岛,在与常规岛供水管网分界处核岛两侧各均应设电动隔离阀,在核岛失火或常规岛以后部分故障时可关闭,以确保核岛的消防供水。常规岛及以后的厂区消防管网是按非核安全设施的消防系统设计基准设计,消防管在常规岛厂房内形成室内环管,然后在室内环管上再各引出2根水管在厂区形成室外环管,围绕着核岛、常规岛及各厂房又布置成若干环路,每个环路都设有隔离阀,管网运行压力维持在1.2MPa,仅在常规岛设置室外消防水泵结合器。常规岛至BOP的消防管上设置有减压阀组,在无火灾情况下,减压阀组上游管网压力为1.2MPa,阀组后管网压力为0.8MPa。厂区室外消火栓可参照国内火电厂的消防规范布置。
2.4消防补水
我国规范《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974—2014第4.3.4条规定，采用两路消防补水且在火灾条件下连续补水能满足消防要求时可以减少消防水池的容积［16］。但是核电厂供水保证率要求较高(不低于99%)，如果将火灾延续时间内补充的水量作为有效的消防水来考虑，则补水的保证率也不应低于99%，且至少有两根补水管道。我国给水设计规范，对一般给水设计的保证率要求仅仅为97%，这样利用给水系统作为消防水池的补水水源考虑减少补水容积是不安全的。如果有保证率不低于99%的补水水源，可以考虑减少消防水池的容积。另外对于核岛要求在任何时候均能有效保证消防水的供应且部分堆型要求地震后能使用，补水水源一般无法做到满足这两个条件，故核安全物项的消防用水容积不宜考虑减去消防补水水源。
结语
核电站火灾危险性最大的区域是常规岛,但安全级别最高的区域是核岛,冗余设计更多地针对核岛消防系统,系统设计的首要目的是提高安全性和可靠性。消防科学技术的进步和消防规范的日益完善对核电站消防系统的设计提出了更高要求,核电站消防系统的设置应从严要求,在任何条件下都要保证核电站具有足够的安全性。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部．自动喷水灭火系统设计规范:GB50084—2017［S］．北京:中国计划工业出版社，2017．
[2]中华人民共和国建设部．火力发电厂与变电站设计防火规范:GB50229—2006［S］．北京:中国计划出版社，2006:122．
[3]中华人民共和国公安部．消防给水及消火栓系统技术规范:GB50974—2014［S］．北京:中国计划出版社，2014:38．
[4]中国国家标准化管理委员会．核电厂防火设计规范:GB/T22158—2008［S］．北京:中国标准出版社，2008:17．
论文作者:郭诗琴
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/17
标签：核电厂论文; 水源论文; 核电站论文; 消防系统论文; 系统论文; 火灾论文; 常规论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;