后處理廠負壓控制及火災工況數模分析

侯京婧　鄧晶　張晅

【摘??要】后處理廠的特點是放射性水平高，污染等級高，目前火災時通風系統的運行無有效可行規范，無法確?；馂臅r的負壓有效性。因此擬通過計算流體力學軟件，對設備室火災情景、事故分析火災情況下的溫度、壓力變化，對相關通風系統設計等進行研究，確保在火災情況下，兼顧滅火和減少放射性泄露。

【關鍵詞】負壓控制;火災工況;通風系統;窒息滅火

一、研究背景及意義

由于后處理廠設備室的特殊工藝流程導致其具有放射性水平高、污染等級高、內部結構復雜、設備發熱量大、氣密性要求高的特點。

因此，后處理廠在正常運行時需要通過靜態密封和動態密封來控制污染物不外泄，控制氣流組織由非污染區域到污染區，由低污染區到高污染區。所以，處理廠設備室對于通風系統的設計要求不僅要考慮排除污染物，還需要考慮排除余熱;事故時還需要考慮控制開口處流速;著火時，要考慮氣體滅火系統，同時還要控制放射性物質外泄等問題。此外，對于某些設備室室，還要求內部有良好的氣流組織，風速不能過大等問題。因此，放射性區域房間負壓控制、氣流組織和動態密封技術對于保障后處理廠安全運行是非常重要的。

二、基于FDS的設備室火災模擬研究

FDS場模擬的基本控制方程如下所示：

（1）質量守恒方程

T（x，y，z）——對應t時刻，距火源中心水平距離x（m），距地面垂直距離z（m）處的空氣溫度，℃;

Tz——從火源中心距地面垂直距離z（m）處的最高空氣升溫，℃;

β——由火源功率和按αt2增長型火源確定的升溫曲線形狀系數;

η——距火源中心水平距離x的溫度衰減系數;

t——時間，s;

b——火源中心至火源最外邊緣距離，m;

μ——系數;

T0——火災發生前的環境溫度，一般取20℃。

三、模型建立及基本參數設置

（一）模型建立過程

首先是對CAD圖紙進行必要的簡化與組合，處理后的圖形如下圖所示。

然后將組合完成的CAD文件文件導入到PyroSim軟件當中，生成立體圖形，如下圖所示：

（二）模型參數設置

（1）基本參數設置

FDS場模型中的環境溫度、壓強、重力加速度、空氣密度等基本參數設置入下表所示。

表3-1?模型基本參數設置一覽表

（2）網格劃分

為保證模擬分析計算的快速進行，模型劃分為10組網格，單個網格的尺寸為0.125m×0.125m×0.125m。

（3）煤油分布情況

根據集油坑附近液面分布的情況分析，在FDS模型中將煤油按照網格大小進行布置，如下圖所示。

（4）材料屬性設置

（5）反應及測點設置

模型中假定煤油的熱解產物為C4H10，燃燒反應熱值為煤油的燃燒熱3.013×104kJ/kg。

（6）通風控制參數設置

送風口：在T=0s時出現，當模型中的火災探測器動作后，延遲10s關閉送風口，停止送風。

排風口：在T=0s時出現，當模型中的排風口附近的溫度測點到70℃之后自動關閉，停止排風。

（7）CO2氣體滅火參數設置

對于CO2氣體滅火系統的滅火效果模擬。CO2氣體滅火系統的啟動通過模型中的設置的火災探測器聯動觸發，當火災探測動作后，延遲10s啟動氣體滅火系統。

四、滅火模擬分析

對以下4種工況模擬分析：1.窒息滅火;2.設計CO2氣體滅火;3.GB50193滅火工況;4.預防滅火工況

通過模擬我們可以獲得不同方式下的：火災蔓延發展過程、火災功率變化曲線、設備室內的溫度變化趨勢、進排風口附近溫度變化曲線、混凝土墻體溫度變化趨勢、設備室內壓力變化趨勢、進排風口附近壓力變化曲線和設備室O2及CO2濃度變化曲線及數據。

五、結論

（一）關于火災功率

對理論計算和不同工況下的火災蔓延模擬分析得出的最大火災功率及火災持續時間統計如下表所示。

（二）關于火源上方的溫度

不同工況下的設備室內火源上方的溫度統計如下表所示。

（三）關于進、排風口附近的溫度

不同工況下的設備室內進、排風口附近的最高溫統計如下表所示。

（四）關于混凝土墻壁的溫度

不同場景下設備室混凝土墻壁內的最高溫度和平均溫度統計如下表所示。

（五）關于設備室內的壓力

不同工況下的設備室內典型高度位置的最大壓力統計如下表所示。

（六）關于進、排風口附近的壓力

不同工況下的設備室內進、排風口附近最大壓力統計如下表所示。

（七）關于氧氣和二氧化碳濃度

不同工況下的設備室內典型高度位置的氧氣和二氧化碳濃度統計如下表所示。

（八）關于不同泄漏量工況下的設備室壓力

不同泄漏量工況下，采用FDS數值模擬及理論校核分析得出的設備室內部及最大壓力值如下表所示。

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（作者單位：中國核電工程有限公司）