摘要：AP1000消防水系统在组成与运行上与国内的核电站有很大不同，除了支持消防外还承担缓解机组事故功能，本文对AP1000消防水系统在各种事故工况下的运行特点和运行中需关注的问题进行了分析和探讨。
关键词：消防水系统；事故运行；运行特点与思考
1.概述
核电站消防系统设计及运行对核电站的安全至关重要，而消防水系统在防止火灾和缓解火灾事故方面又起着至关重要的作用，本文对AP1000消防水系统的设计和运行特点，特别是事故情况下的运行特点进行分析。
2.系统组成
2.1能动的消防供水系统
能动消防水源采用两个主副消防水箱，实际消防水容量为1390 m3的消防水箱、一台电动消防泵（卧式离心泵，1×100%，454m3/h）、一台柴油机消防泵（卧式离心泵，1×100%，454m3/h，油箱容量 908 L，8 小时容量）、二台消防稳压泵（离心泵，2×100%，额定流量18m3/h）、消防管网及管网末端的自动喷淋灭火装置和手动灭火装置等组成。自动灭火装置包括干管、湿管、预作用阀、水喷雾阀；手动灭火装置包括消火栓和立管。消防水箱的补水水源：消防水箱由生活水系统（主水源）和生产水系统（备用水源）补水。
2.2非能动的消防供水系统
从AP1000整个消防水系统的设计及表1可以看出，AP1000消防水系统的特点包括以下几个方面：
1）非能动的抗震消防水源
AP1000采用非能动安全壳冷却系统PCS系统的水箱PCCWST作为抗震消防水源，在发生SSE安全停堆地震时为核岛的抗震立管和喷淋设备提供消防水。
2）柴油机驱动泵作为消防备用泵
AP1000消防水泵采用一台电动消防泵，一台柴油消防泵，都是100%的容量，正常发生火灾等需要供应消防水的事故时电动根据压力启动，在电动泵故障无法启动或丧失外部交流电源时柴油机带载的消防泵启动。
3）不同的消防管网稳压方式
与国内核电站相比，在消防管网的稳压装置选择上，AP1000采用电动稳压泵（共两台）连续运行的方式保证消防管网的充压状态。
3.1火灾
3.1.1非SSE火灾
火灾发生后，火灾探测器动作，在主控室MFPP和LFACP就地消防盘产生火灾报警，并联动相应的自动喷淋设备，包括干式喷头，湿式喷头，预作用喷淋阀，雨淋阀或水喷雾阀；没有自动灭火系统的区域通过手动灭火系统，包括消火栓和消防立管，由人工进行喷淋灭火。
3.1.2 在SSE情况下火灾
当发生SSE时的火灾，能动消防水系统被视为不可用，通过PCCWST的静压头向具有安全停堆功能的系统设备供水。
3.2 缓解严重事故的安全壳喷淋
在超设计基准事故时，堆芯降级从而导致大量的放射性物质释放到安全壳大气中。
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来自于消防主集管的安全壳喷淋流道包含一个常开手动阀（FPS-V048）、一个常关手动阀（FPS-V101）、一个在安全壳外的锁关手动安全壳隔离阀（FPSV050）、一个在安全壳内的安全壳隔离止回阀（FPS-V052）、一个在喷淋上升管上的常开手动隔离阀（FPS-V700）、和一个在喷淋上升管上的手动隔离阀下游的常关远程操作阀（FPS-V701）。
3.3 失去全部CCS时RNS换热器的冷却
AP1000在设计上考虑在汽轮机厂房发生大面积火灾，正常安全停堆设备的停堆功能由于火灾丧失时，安全相关的非能动堆芯冷却系统PXS和安全壳喷淋系统PCS可在不需操纵员干预下在72小时内冷却反应堆并维持反应堆安全停堆状态。
3.4 严重事故为乏池补水
AP1000 的乏池系统为SFP 设计了喷淋功能，该功能为缓解超设计基准事故下，乏池蒸干的后果起到重要作用。其喷淋方式与传统核电厂的安全壳喷淋相似，都是将水从顶部喷下，起到降温和限制放射性物质扩散的作用。SFP 设置两组喷淋管线，一组来自FPS 系统，另外一组来自PCS 系统。每组包括16 个喷淋支管和喷淋头，分别布置在SFP 的西侧和东侧墙体上，喷淋头的布置稍低于操作平台，标高约为134英尺。
4.1 火灾时消防水系统运行的思考
1）AP1000设置的稳压泵为2×100%，额定流量5L/S，正常状态下维持压力为1.034MPa，满足日常消防管网的压力，补偿正常泄漏足够，但稳压泵还需要承担在火灾的初期提供最初的灭火能力，时间大约1min，而这1min内对于火灾的扑灭在消防上至关重要。
2）在火灾时，电动消防泵启动后，联锁上并没有设主消防泵启动后稳压泵自动停运信号，而主消防泵启后的流量将达到454m3/h，从而会造成稳压泵的过载，导致稳压泵会由于过载而跳泵，易对泵的本体和电机造成损害，因此在实际运行中，主控室操纵员在电动消防泵启动后应立刻手动停运稳压泵，防止其过载，对泵的本体和电机造成破坏。
4.2 CCS两列全部丧失时为RNS换热器补水运行工况的思考
1）FPS向RNS换热器供应的冷却水流量最初设计为600gpm（138m3/h），因无法满足AP1000在停堆后的堆芯衰变热导出要求，最终西屋将数据变更为1100gpm（250m3/h），堆芯余热导出所需水量与停堆后时间关系如图5,1100gpm的流量在停堆后72小时可保证将反应堆从安全停堆模式4工况冷却到冷停堆模式5工况并维持在冷停堆状态。
4.3 严重事故时SFP补水运行工况下的思考
乏池系统为SFP 设计了喷淋功能，该功能为缓解超设计基准事故下，乏池蒸干的后果起到重要作用,将水从顶部喷下，起到降温和限制放射性物质扩散的作用。
5.总结和建议
以上对AP1000消防水系统的各种工况下的运行特点及运行中可能存在的问题进行了分析，从中可以看出AP1000的消防水系统相比国内其他核电站不论是在系统布置和系统运行上都有较大不同，AP1000消防水事故工况下作为一种备用水源，系统功能较多，与其他系统的接口也比较多，运行中出现问题的几率也相应增加，因此在今后的运行中应该注意和可以改进的几点有：
1）日常运行中首先要保证消防水的水质。
2）与各系统之间的接口较多，包括安全壳喷头、SFP喷头、CCS换热器的相连，正常运行处于备用时应做好在线及相应隔离措施，避免不必要的误动作。
3）建议配置气体稳压系统，
4）建议将安全壳内喷淋管线上在V701的上游手动阀V700设为常开的电动隔离阀，保证正常运行时安全壳喷淋的可靠隔离，特别是停堆换料期间防止对换料水池的误稀释。
参考文献：
1.三门核电一期工程1&2号机组初步安全分析报告, 2009.2
2.WESTINGHOUSE ELECTRIC COMPANY, LLC. FPS-System Specification Document, 2008.5
论文作者:李浩源
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/5
标签：水系论文; 喷淋论文; 火灾论文; 工况论文; 事故论文; 系统论文; 管网论文; 《建筑学研究前沿》2017年第29期论文;