AP1000機組常規島消防滅火系統設計分析

田智威

摘 要：本文以最新美國NFPA標準與國內現行消防標準的比較，以及CPR1000機組與AP1000機組的比較，分析常規島消防系統的選擇方式，以探討該消防系統在不同房間、不同環境下合理的設置方式。

關鍵詞：AP1000；CPR1000；標準對比

1.引言

AP1000為單堆布置兩環路機組，設計壽命60年，由美國西屋公司在已開發的非能動先進壓水堆AP600的基礎上開發的，其主要安全系統采用非能動設計，布置在安全殼內。

作為此次探討的AP1000常規島部分，則有14個核輔助系統布置設置在內部，這是與CPR1000機組不同之處。為確保消防安全，常規島消防設計主要遵循和參照的法規宜與核島保持一致。常規島滅火系統設計以常規島火災危險分析為基礎，滿足《Standard for Fire Protection for Advanced Light Water Reactor Electric Generating Plants》NFPA 804，參照《核電廠防火準則》EJ/T1082、《核電廠常規島設計防火規范》GB 50745（以下簡稱《核電火規》）、《建筑設計防火規范》GB50016規定要求進行。國內外標準有差異之處應按標準高者設計。

2.常規島主要火災風險

常規島的主要火災風險危險物料分為固態可燃物料、液態可燃物料和氣態可燃物料三種類型。根據上述三類可燃物料的分布情況，常規島主要火災危險位于下列區域：

(1)汽輪機廠房的電纜夾層、電纜豎井；(2)汽輪機廠房的各類油管；(3)汽輪機廠房的各油站、油箱；(4)重要水泵、油泵（凝結水泵、電動給水泵裝置及油箱）；(5)主變壓器、廠用變壓器、備用變壓器和輔助變壓器；(6)化學危險品儲存間；(7)汽機發電機、勵磁機軸承；(8)電子、儀控設備間。

3.消火栓系統

設計方案：常規島廠房及其附屬建筑在一定間隔內均設有消防立管，在常規島首層、運行層、配電開關層和除氧層都配有減壓穩壓消火栓，每個消火栓配有1根直徑65mm、長25m帶有快速接頭及直流/噴霧水槍的消防水帶、一個用于自救的消防軟管卷盤。所有的消火栓都布置在建筑物或平臺層的通道邊上。每個消火栓附近都設有手動報警按鈕。連接多個消火栓的立管管徑最小為DN100，連接單個消火栓的為DN65，消火栓間隔不大于30m。常規島室內外消火栓用水量按45L/s考慮，火災延續時間按2小時設計。變壓器的消火栓用水量按10L/s考慮，火災延續時間按2小時設計。汽輪機廠房外側靠近消防車道處設置消防水泵接合器。

分析：在室內消火栓系統上，NFPA14《Standard for the Installation of Standpipe and Hose Systems》規定，室內消火栓系統分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個等級。需要在樓梯間設置Ⅰ級消火栓，配有DN65（2.5英寸）水龍帶接口，由經過訓練的消防人員使用。在汽機房其他區域設置Ⅲ級消火栓，配有DN40（1.5英寸）和DN65（2.5英寸）兩種水龍帶接口，分別由工作人員和經過訓練的消防人員使用。另外在NFPA850規定，在帶電設備附近的水龍帶上應裝設可關閉的且已注冊用于電氣設備上的水噴霧水槍。目的為保證直流水槍在撲滅電氣火災時消防人員人身安全。在國內市場上已經有直流、噴霧兩用切換的水槍出現，現已經過國家權威部門檢測，在這一點上，設置為上述國有化消防設備可以滿足規范要求。

關于消防水量的計算，是美標與國標之間最大的差異。如設計方案中所述，NFPA804要求汽輪機廠房室內外消火栓用水量總和為31.55L/s，火災延續2小時。而根據現行《核電火規》主廠房室外消火栓水量為30L/s。在此規定下，消火栓用水量室內為15L/s，室外為30L/s，總和大于NFPA規定的31.55L/s。火災延續時間則一致為2小時。

變壓器周圍的消火栓用水量在國標里明確說明不應小于10 L/s，火災時間2小時。在NFPA804明確指出，變壓器消火栓用水量按15.77L/s考慮，火災延續時間為1小時。

根據上面的比較，在針對消火栓滅火方面，《核電火規》規定更為明確，消防用水量較高，在AP1000消火栓水量應以國標為準，而水槍設備也可以利用目前國產設備。

4.水噴霧滅火系統

設計方案：水噴霧滅火系統用于撲救固體火，閃點高于60℃的液體火災和電氣火災。并可用于可燃氣體和甲乙丙類液體的生產、儲存裝置或裝卸設施的防護冷卻。每套水噴霧系統由雨淋閥組、配水管網、水霧噴頭、火災探測控制系統組成，具有自動/手動噴水滅火保護，并報告火災危險和反饋報警閥組狀態等功能。

本工程汽輪機廠房內的汽輪機主油箱間、抗燃油裝置、氫密封油裝置、汽機運轉層及中間層油管道、發電機軸承、主變壓器、廠用變壓器、備用變壓器及輔助變壓器，凝結水泵、電動給水泵及油站均設置水噴霧滅火系統。

汽機房內水噴霧強度20 L/min?m2，變壓器區域水噴霧20L/min?m2，油池水噴霧強度6 L/min?m2，火災延續時間按2小時考慮。

分析：與CPR1000比較仍為最大的差異點，同時貯油箱的室外布置也是AP1000中特有的。變壓器方面，《核電火規》中規定，油浸式電力變壓器設計噴霧強度20 L/min?m2，變壓器集油坑設計噴霧強度6.0L/min?m2，持續噴霧時間2小時。NFPA15《Standard for Water Spray Fixed Systems for Fire Protection》中規定，變壓器水噴霧強度不低于10.2L/min?m2，集油坑水噴霧強度不低于6.1L/min?m2，火災延續時間為2小時。對于上述2種標準的不同，《水噴霧滅火系統設計規范》附條說明3.1.2中也做了詳細的解釋，但我們作變壓器構筑物消防水量計算時，同時還要考慮室外消火栓的水量，總水量國標規定較高。

汽機房內的水噴霧區域，如上述方案中的主油箱間、抗燃油裝置、氫密封油裝置、汽機運轉層及中間層油管道、發電機軸承等區域，主要考慮液體油類易燃物外泄或貯存物高溫引起的火災。在國標《水噴霧滅火系統設計規范》中，針對閃點60-120℃的液體火災，定義設計噴霧強度為20 L/min?m2，持續噴霧時間2小時。NFPA804要求規定這些區域水噴霧強度不低于12.2 L/min?m2，火災延續時間為2小時。按照2個規范的解釋條文，國標的原則是采用大強度噴霧，將火災在初始階段就滅掉，而且僅將大型油儲罐列入防護冷卻范圍；這樣明顯看出國標標準無論是嚴謹還是水量需求，都是較高的，常規島作為核電廠運行的重要廠房，發生火災后的控火更加重要。

綜上所述，在水噴霧滅火設計方面，以國標《核電火規》為準。

5.預作用噴水滅火系統

設計方案：電纜夾層設置預作用噴水滅火系統，該系統由預作用報警閥組、配水管網、閉式噴頭（易熔合金）、火災探測控制系統組成。系統的配水管網內平時不充水，發生火災時由比閉式噴頭更靈敏的火災報警系統聯動預作用報警閥組和消防水泵，在閉式噴頭開放前完成管道充水過程，轉換為濕式系統，使噴頭能在開放后立即噴水。系統持續運行，直到手動將供水閥門關掉為止。

根據NFPA804，噴水強度為噴水強度為12.2L/min?m2，作用面積為232.2m2，火災延續時間按2小時設計。

分析：常規島內的電纜夾層的安全直接影響汽輪機運行，安全設置應較高設計。在《核電火規》中，電纜夾層要求設置為水噴霧、細水噴霧及氣體三種滅火方式，考慮原因是火力電廠電纜夾層空間狹隘，排水、系統布置困難等。如采用水噴霧，按國標《水噴霧滅火系統設計規范》要求，設計噴霧強度為13 L/min?m2，持續噴霧時間2小時。