核電廠汽機廠房內消防排水設計研究

王帥，賁岳

（國核電力規劃設計研究院有限公司，北京 100095）

1 引言

在設置消防給水的場所，消防排水有多種途徑，主要包括水滅火過程中產生的滅火排水，定期巡檢、調試、試驗產生的排水和火災導致設備、管道破裂產生的排水等。若消防排水不能及時排除，不僅會影響到正常的生產運行，還會造成結構荷載的增加，長時間的積水會損壞建筑裝飾，嚴重時會對建筑結構的安全性與穩定性造成一定的影響。對于部分特殊的區域（如電子設備間、配電室等），不僅會影響設備的正常運行，甚至造成重大的經濟損失[1,2]。

根據對國內多家在役核電廠的調研，普遍認為火災屬特定事故，以滅火為最終目的，沒有明確的消防排水設計原則或專項研究。近些年，相關消防規范要求設有消防給水系統的建（構）筑物應設置消防排水設施，以水為介質進行滅火時，必然帶來排水問題，處理不好會產生次生災害，需要預防；同時消防設施在定期模擬巡檢、調試、維護、試驗過程中也會產生少量排水，對運行造成諸多不便，因此，需采取適當的排水措施[3]。核電廠汽機廠房室內水消防系統包括消火栓、自動噴水、水噴霧等滅火系統，作為核電廠重要的建筑物，其消防排水系統設計是一項重要工作。

建構（筑）物常用的排水設施為地漏和排水溝。地漏排水能力相對較小，若地面采用地漏排水，局部布置數量多、非常密集，連接地漏的排水管較多、布置困難、且容易堵塞，而樓板上設置排水溝會使得結構復雜。

深入研究消防排水布置與設計，是完善水滅火系統設計，提升運行環境，確保系統的安全運行，對保護財產、防止水漬破壞具有深遠的意義。

2 相關規范對消防排水設計要求

根據GB 50745—2012《核電廠常規島設計防火規范》規定，設有消防給水系統的建（構）筑物應設置消防排水設施。由于潤滑油箱所在房間和設有消防給水設施的倉庫地面排水有可能含油，應排入核電廠生產廢水系統，統一貯存、處理，其排水能力不宜小于最大消防給水設計流量；其他區域的消防排水設施沒有明確的容量及去向要求[4]。

根據GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》規定，設有消防給水系統的建筑工程宜采取消防排水措施，排水措施應滿足財產和消防設施安全，以及系統調試和日常維護管理等安全和功能的需要，明確了設置消防排水的建（構）筑物以及對排水系統的要求。另外，要求消防給水系統試驗裝置處應設置專用排水設施，對排水管徑做出規定[5]。

根據GB 51283—2020《精細化工企業工程設計防火標準》規定，對于可能造成水體污染的消防廢水，應設置消防廢水排水收集設施；消防廢水宜利用工廠生產廢水或雨水系統收集，當利用生產廢水系統、雨水系統收集消防排水時，應按最大消防廢水量校核排水系統的收集能力[6]。根據GB 50414—2018《鋼鐵冶金企業設計防火標準》規定，消防排水、電梯井排水宜與生產、生活排水統一設計。電纜隧道、電纜夾層和電氣地下室等電氣防護空間，應對其墻面和地面做防水處理，并應設置集水坑[7]。根據GB/T 51293—2018《城市軌道交通給水排水系統技術標準》規定，消防排水量應與消防用水量相同[8]。根據GB 50229—2019《火力發電廠與變電站設計防火標準》規定，消防排水應與電廠排水系統統一設計。油系統等設施的消防排水應按消防流量設計,其他場所的消防排水宜排入室外雨水管道[9]。根據GB 50098—2009《人民防空工程設計防火規范》規定，設置有消防給水的人防工程，必須設置消防排水設施，一般消防排水量可按消防設計流量的80%計算[10]。由于火災中水的蒸發、被物體吸收等因素，不可能全部的消防用水都形成徑流積存，若按消防給水設計流量設計，其排水系統相對加大。

NFPA804Standard for Fire Protection for Advanced Light Water Reactor Electric Generating Plants提供了排水和避免設備被淹的措施，其排水能力及容積應能滿足單個最大可燃易燃液體的溢流量、至少30 min自動水消防用水量、30 min手動滅火消防用水量（流量1892.5 L/min，未設置自動水消防系統時），當布置在室外時應考慮雨雪的量，對消防排水系統相關設施的容量提出了明確的要求[11]。

我國現行消防標準和NFPA相關標準均明確要求在設有消防給水系統的建（構）筑物設置消防排水設施，NFPA804對消防排水能力及容積要求明確，現行國標中僅對某些特定場所明確了消防排水能力。

3 核電廠汽機廠房水消防系統設計

依托某核電工程開展相關設計研究，汽機廠房設置的水消防系統包括室內外消火栓、自動噴水和水噴霧滅火系統，火災延續時間按2 h計。汽機廠房室內外消火栓設計流量分別為25 L/s和20 L/s，部分水消防系統設計用水量見表1。

表1 依托工程汽機廠房部分水消防系統設計用水量

4 核電廠汽機廠房消防排水系統設計

4.1 排水分區

汽機廠房的消防排水僅考慮水滅火過程中產生的滅火排水和定期巡檢、調試、試驗產生的排水。結合廠房內各類設施的布置以及消防給水系統的設置，消防排水根據水質與其他生產排水統一規劃實施，并按分質、分區的原則收集排放。通常，核電廠消防用水水質為工業水或生活水，在汽機廠房內滅火產生的排水水質與保護區域或設備的類別有關，分為含油類和非含油類；而消防水系統定期巡檢、調試、試驗產生的排水未被污染，為非含油類，均通過管道就近排至排水管（溝）。

由于汽機廠房空間大，長約125 m，寬約56 m，結合廠房內建筑、工藝、設備（含電氣設施）的布置劃分多個排水區域，將消防排水控制在一定范圍內（主要為±0.00 m層和-9.00 m層，其他層消防給水量相對較小，產生的消防排水量也較小，且均為非含油類廢水，因此未做分區）。汽機廠房地下室設有海水排水溝和含油廢水排水溝，分別連接至1座海水池和1座含油廢水池，其中含油廢水池中安裝2臺流量130 m3/h的排水泵，最終排至非放射性生產廢水處理系統處理達標后排放。

潤滑油室位于5.00 m房間，其消防排水通過管道獨立排至含油廢水池；氫密封油油箱、電動給水泵及油箱消防排水通過管（溝）道排至含油廢水排水溝；由于-9.00 m層和±0.00 m層自動噴水滅火系統為整層設置，根據NFPA850Recommended Practice for Fire Protection for Electric Generating Plants and High Voltage Direct Current Converter Stations規定，受油流淌、噴射和積聚影響的運轉層下區域應設置自動噴水[12]，其目的是為了防止油類火災蔓延，因此，需按含油廢水處理。由于地下室排水溝均為明溝，自動噴水滅火系統的排水將根據排水溝的功能排至海水池或含油廢水池。電纜夾層位于6.00 m房間，通過管道獨立排至地下室排水溝，最終排至海水池；其他消防排水均利用附近排水設施，最終排入海水池或含油廢水池。含油廢水均被排至廠區非放射性生產廢水處理系統的含油廢水處理設施處理達標后排放。

4.2 排水設施

根據相關消防要求，汽機廠房潤滑油室、電動給水泵及油箱、氫密封油箱等含油設施區域的消防排水能力均按不小于消防給水設計流量設計；由于依托工程汽機廠房為半地下結構，為避免造成二次災害，消防排水能力亦按消防給水設計流量設計。

根據工程實際需要，將雨水斗應用于汽機廠房內的地面排水，其排水能力大，布置相對簡單，適合消防排水流量較大的場所。具體排水能力見表2[13]。

表2 雨水斗排水能力

依托工程汽機廠房±0.00 m層、潤滑油室和電纜夾層采用87改進型雨水斗排水，由于電動給水泵及油箱位于地下室，采用管（溝）道排水，-9.00 m層與其他專業統籌規劃采用排水溝排水，根據保護區域或設備的消防排水設計流量確定其排水設施規格和數量。除潤滑油室消防排水通過管道獨立排至含油廢水池外，其他排水最終通過地下室設置的排水溝排至含油廢水池或海水池。滅火的消防排水可能產生一定范圍的積水漫排，但為了防止消防排水通過樓板開孔漫流，其周圍設置50～100 mm的擋沿，另外廠房內各工藝和電氣設備均設有高度不小于100 mm的基礎，起到了避免被消防排水損害的作用；消防水系統定期巡檢、調試、試驗產生的排水均通過管道就近排至排水溝。消防排水最終通過排水泵排至耐海水腐蝕的處理設施處理。

5 結論與展望

1）根據相關規范要求，設有消防給水系統的建（構）筑物應設置消防排水設施。消防排水應按含油和非含油分質排放，含油設施的消防排水能力均按不小于消防給水設計流量設計，而非含油設施的消防排水能力尚未有相關的消防規范明確要求。因此，可結合區域內設備布置、建筑結構開孔等條件確定排水能力，其目的是避免造成次生災害，建議排水能力按消防給水設計流量設計。

2）大流量消防排水的場所宜采用雨水斗，其排水能力相對地漏大，結構布置相對排水溝簡單，通過合理選型和布置，布置簡單、數量少且能保證排水順暢。

3）建議同其他相關專業密切配合，并提出具體要求，避免對設備、建筑結構造成不利影響；通過合理地分區、分質收集，結合開孔處擋沿、設備基礎、排水設施優化、排水溝道等措施，能較好地實現有組織分區、分質排水，滿足日益嚴格的消防和環保要求，避免水滅火后產生次生災害，確保核電廠安全穩定運行。