田灣核電站消防泵房穩壓系統調試及應用

王曉強，趙聯瑞，趙記峰

（中建電力建設有限公司，廣東 深圳 518034）

田灣核電站消防泵房穩壓系統調試及應用

王曉強，趙聯瑞，趙記峰

（中建電力建設有限公司，廣東 深圳 518034）

通過分析田灣核電站3號機組消防泵房穩壓系統加壓原理，提出了在核電領域消防系統設計階段、施工階段、調試階段中應注意的事項及建議，重點提出了在設備元件選型上壓力反饋信號和液位報警信號對準確度和靈敏度的建議，從而更合理地實現消防穩壓系統自動化運行，在保護設備延長使用壽命的同時，也起到優化消防系統性能的作用，以確保消防系統能安全達標、平穩運行。

消防系統；穩壓系統；自動化；加壓原理；性能作用

我國消防工作的方針是 “預防為主、防消結合”，公眾對消防的重要性已有足夠的認識和依賴，消防系統的穩定運行是安全生產的保障，近年來出臺的消防系統工程師也能體現出國家對消防的重視程度，尤其在以 “安全為天”的核電領域內，消防系統的穩定運行更是重中之重。核電站消防泵房是全廠消防管網的供應源頭，較常見的是因消防主管網少量的水量漏失及火災初期較小的滅火用水時導致管網壓力不穩定及消火栓噴射距離不足。另消防系統屬于安全保障系統，必須長期投運，但必須保證在自循環工況下系統性能穩定，這就需要一套可靠的消防穩壓系統來加壓維持整個消防管網的系統壓力。

1 穩壓加壓系統

1．1 穩壓加壓系統作用

消防系統主要由消防水生產系統、穩壓加壓系統及滅火系統組成。其作用是通過穩壓設備調節加壓后供給核島USP廠房、核島室外及常規島區域的各BOP子項及室外消防用水。穩壓加壓系統功能是長期維持廠區消防管網系統的壓力穩定，補充系統漏失的水量及消防時提供火災初期的滅火水量。

1．2 穩壓加壓系統運行原理

穩壓系統主要由穩壓罐、補氣罐、補氣泵、補水泵、壓空機等設備組成，采用獨立的內循環方式進行補充氣體。在設備正常運行過程中，補氣泵吸空補氣罐內的水，造成補氣罐內真空，從外界吸入空氣，利用氣壓罐內水回流將補氣罐內的空氣壓進氣壓罐體，從而補氣。補水泵利用外界水源向系統補充漏失水量，在正常工況下，補水泵只補充設備所儲存的穩壓水容積的水量；在消防工況下，消防泵啟動后，補水泵即可停止，穩壓系統優先補水，當設備水量滿足系統設計要求，但系統壓力低于設定值時才需要進行補充氣體。首次投運應先通過壓空機給氣壓罐補充氣體，然后再啟動補水泵補充系統所需水量，系統水量達到設計值后啟動補氣泵加壓，保證系統壓力穩定 （見圖1）。

圖1 穩壓加壓系統流程圖Fig．1 Pressure stabilized pressurized system flow chart

1．3 穩壓系統主要設備參數

表1給出了穩壓系統主要設備參數。

表1 穩壓系統主要設備參數Table 1 Main equipment parameters of the regulater system

續表

1．4 穩壓系統功能簡述

在正常工況下維持廠區水消防管網的壓力，使之經常處于1．03～1．07MPa。設備投入正常運行后，在其水位控制器和電氣控制柜作用下，保持氣壓罐中的水位在最高工作水位h4和某一設定水位h3之間變化。因設備和管路系統滲漏，消耗氣壓罐內的水量，從而使氣壓罐水位下降。當水位降到設定工作水位h3時，補水泵開始向罐內補水；當水位升高至設定的最高水位h4時，則補水泵停止補水。設備在氣壓力控制器和電氣控制柜作用下，通過補氣系統向管內補氣，直到達到要求的工作壓力。在罐體內水位達到設定值h4的前提下，當氣壓罐內的壓力降至某一設定壓力值P3時，補氣系統開始向罐內補氣；當壓力達到最高設定壓力值P4時，停止補氣。消防工況時，四只氣壓水罐共提供消防初期18m3數量，此期間隨著罐內水量逐漸減少，氣壓罐內供水水壓逐漸降低，由1．07～1．03MPa降至0．96MPa時，第一臺消防泵啟動，此時消防泵啟動信號傳至穩壓系統，補氣補水泵停止運行。消防工況結束后，因穩壓設備參與了消防運行，罐體內氣體并未外泄，只是罐體內水位下降，所以需將系統切換至手動啟動補水泵，對穩壓系統進行補水，水位達到上限后切換至自動運行狀態，系統將自動啟動補氣泵進行加壓，并恢復正常運行工況。穩壓系統控制柜可將設備運行狀態信號送至中控，以便監視管理，同時也具備報警信號顯示。穩壓系統采用雙電源供電方式，并帶有自動切換功能，一但設備故障，即能發出聲光報警信號，同時自動投入備用裝置 （見圖2）。

2 穩壓系統調試

穩壓系統設備管道在現場全部安裝完成后，穩壓系統必須進行整體水壓或氣壓試驗，對系統內所有連接位置進行全面檢查。因穩壓系統內含汽水混合介質，對系統嚴密性要求更高。由于氣體的可壓縮性，氣壓試驗存在較大的危險。氣壓試驗一旦發生意外，不僅會釋放集聚的能量，而且會以最快的速度恢復在升壓過程中被壓縮的體積，破壞力極大，相當于爆炸時的沖擊波，所以出于安全考慮，一般對非毒性介質的容器采用水壓試驗。水壓試驗完成后還要對系統管道及設備進行沖洗檢查，確保系統清潔合格。

圖2 單罐水位壓力圖Fig．2 Single tank water level pressure

（1）穩壓系統壓力設定值

將電接點壓力表指針按暫定值調節到系統穩壓系統工作壓力下限P3（1．03MPa）、系統穩壓工作壓力上限P4（1．07MPa）。

（2）穩壓系統運行前充氣

在消防管網充滿水的前提下，對穩壓系統進行充水和充氣。首先關閉穩壓系統與主管之間的隔離閥，利用壓空機或外部空氣氣源對系統進行充氣，充氣接口連接至液位計下部，在空罐狀態下先進行充氣，當充氣壓力達到0．73MPa起始工作壓力時停止充氣。

（3）穩壓系統運行前充水

將控制柜面板上的手動／自動選擇開關轉向手動位置，補水泵選擇開關轉向對應的1號或2號均可，手動將1號或2號補水泵選擇開關轉向ON位置，則1號補水泵或2號補水泵即可啟動運行，向罐內充水，當液位達到液位計管的第二檔液位時，需要手動停止1號或2號補水泵的運行，此時壓力表顯示數值應當是1．07MPa。當罐體的水位和壓力達到設定值后，應當將設備轉化為自動運行工況，進行調試，調試結果符合設計要求后，即轉入自動運行的正常工況。

（4）穩壓系統調試運行

當穩壓系統水位和壓力均達到設計值時，即可進行調試運行。通過罐體底部泄水閥門放水，當水位降至液位計顯示的第三檔時，1號或2號補水泵應當啟動；當水位升至就地顯示管的第二檔時，1號或2號補水泵應當停止；通過罐體液位計充、放氣閥放氣，當壓力表指針指示到1．03MPa時，補氣泵開始啟動，約15～30min后，補氣泵停止運行，此時罐體內的水將回流至補氣罐，同樣大約15～30min后，補氣泵再次啟動，如此往復直到電接點壓力表指針指示到1．07MPa時，補氣泵停止運行。模擬火災、補水泵故障、補氣泵故障、罐體高低液位等情況，檢測各種狀態下的運行及信號輸出情況，當一切正常后，設備即可在自動運行工況下轉入正常穩壓運行模式 （見圖3）。

圖3 液面檔位圖Fig．3 Liquid surface level

2．1 調試中發生的問題分析

穩壓系統調試試驗過程中發現，系統狀態投入自動工況下，當系統壓力沒有變化時，補氣泵設備頻繁誤動作，難以在系統壓力略有波動情況下正常啟停，頻繁啟停影響補氣泵設備使用壽命，PLC畫面顯示信息見圖4。當系統內液位下降時，四臺氣壓罐液位計顯示不同步，不能準確給出補水泵觸發啟動信號，可能會導致穩壓系統失效。在調試試驗時還發現，當系統壓力超過了設計系統保護壓力1．3MPa時，泄壓閥初期可以開啟泄壓，動作幾次后系統壓力達到1．4MPa時，泄壓閥仍然不動作，系統安全隱患較大。根據上述調試問題分析如下：

1）電接點壓力表精度不夠及補氣泵啟停定值刻度之間間距過小，就會造成補氣泵接收信號不準確，頻繁啟動，系統不能正常運行。

2）玻璃管液位計內浮球容易吸附鐵銹及渣粒而導致卡澀，就會造成液位報警信號無法觸發，導致控制失效。另外，浮球卡澀還可能會造成四臺罐體液位顯示不一致，液位計高／低位開關信號不準確即會發生補水泵誤啟停現象。

3）系統帶壓情況下泄壓閥不能正常開關，開關動作時好時壞，對系統存在安全風險。

2．2 調試優化建議

1）建議在主管道增加疏水點，便于切換小范圍檢修系統隔離，避免因小范圍故障而影響到大系統，也可以作為應急泄壓排放口。

圖4 PLC畫面顯示信息Fig．4 PLC display information

2）水泵的吸入端建議管頂平接，防止泵腔發生氣蝕現象；吸水口建議采用自灌式，防止介質供給不足；泵進出口建議設置橡膠軟接，以消除設備運行時振動及管道自重帶來的應力集中，防止到聯軸器同軸度，導致設備運行參數超標或損壞。

3）壓力表精度范圍建議選取0．25～0．5級數顯電接壓力表或超聲波壓力變送器，考慮到系統壓力啟停定值設定在0．01～0．04MPa范圍之間，指針電接點1．6級壓力表精度無法滿足，會因信號不準確引起補氣泵頻繁誤啟停，導致系統不能穩定運行。

4）液位報警信號是觸發補水泵啟停的指令，因消防系統水質較差，管道中產生的銹渣容易造成液位計卡澀，建議選用電容式液位計或超聲波液位計控制，以確保四個液位計定值動作一致。

5）泄壓閥的作用是確保系統內壓力保持工作壓力，當出現壓力不穩定超壓時通過自動打開泄壓閥進行排水泄壓，壓力泄至工作壓力時立即關閉。但值得注意的是系統泄壓閥后管道內積水應排盡，管道內不能存水，尤其是水柱低點泄壓至高點的回收水管道，水柱高差越大，背壓越高，水柱背壓會迫使泄壓閥不能正常啟停，危及到系統設備安全，故建議取消泄壓閥后管道或增加管低點排水閥。

3 維護保養事項

1）穩壓系統設備在使用中必須采取可靠的防凍措施，一旦發生冰凍，不僅設備功能立即失效，而且系統內的感控器件也將凍裂損壞。

2）氣壓水罐內的壓力將會隨著環境溫度的變化而變化，其隨穩固的急劇變化其罐內壓力也將有較大的變化，所以應防止陽光直射或外界熱源的不穩定加熱。

3）電氣控制柜安裝環境應確保無可燃性、無爆炸性、無潮濕性、無粉塵物等。

4）為實現減振效果，補氣泵、補水泵設備底座設計加橡膠墊板，但橡膠材質容易老化失去彈性或開裂，建議每周檢查一次，確保設備正常運行。

4 結論

穩壓系統在調試中發現的壓力反饋信號、液位報警信號及系統超壓等問題，在經過系統優化改進后，成功在田灣核電項目BOP子項消防泵房中得到了應用，在后期的調試過程中正常通過了系統試驗驗證，系統運行達到設計要求，并且取得了很好的效果。自2015年12月投運以來，未發生因系統故障而導致停運的事件。

［1］GB50275—2010，風機、壓縮機、泵安裝工程施工及驗收規范 ［S］．

［2］GB 50974—2014，消防給水及消火栓系統技術規范［S］．

［3］GB 27898．1—2011，固定消防給水設備中華人民共和國國家標準 ［S］．

［4］GB 50235—2010，工業金屬管道安裝技術規范 ［S］．

［5］QJB 7．3／18－HY，南京消防器材股份有限公司，消防氣壓穩壓系統安裝、調試手冊 ［R］．

Commissioning and Application of Fire Pump Room Regulated System in Tianwan Nuclear Power Station

WANG Xiao－qiang，ZHAO Lian－rui，ZHAO Ji－feng
（China Construction Electric Power Construction Co．，Ltd．，Shenzhen，Guangdong Prov．518034，China）

Through analysis on the pressurization principle of pressure stabilizing system in the fire pump room of Unit 3of Tianwan nuclear power station，precautions and suggestions for the fire control system in the nuclear power field in the design，construction，and commissioning stages are put forward．The accuracy and sensitivity of the pressure feedback signal and the liquid level alarm signal in the equipment and components selection are mainly focused on．Thus，automation operation of pressure stabilizing system is more reasonably achieved While protecting the equipment and extending their service life，the performance effect of the fire control system is also optimized．The safety standards are met，and smooth operation of the fire control system is ensured．

fire protection system；pressure regulation system；automation；operation principle；performance effect

TM623 Article character：A Article ID：1674－1617 （2017）03－0380－05

TM623

A

1674－1617 （2017）03－0380－05

10．12058／zghd．2017．03．380

2017－06－17

王曉強 （1985—），男，山西太原人，助理工程師，現從事工業設備及管道安裝、調試工作 （E－mail：466268215＠qq．com）。

（責任編輯：白佳）