核電站消防供水建設(shè)
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摘要：縱深防御是核電站消防設(shè)計應(yīng)遵循的基本原則。介紹了某核電站在消防設(shè)計中對這一原則的貫徹執(zhí)行：消防水源有三個，消防水泵分別放在四個抗震泵坑里，由兩個獨立的應(yīng)急配電系統(tǒng)供電并配柴油發(fā)電機作后備。核島消防供水管道的抗震及環(huán)網(wǎng)設(shè)計，為安全設(shè)施多增加了一道屏障。廠區(qū)增加環(huán)網(wǎng)布置及常規(guī)島以后的管網(wǎng)減壓設(shè)計提高了系統(tǒng)的可靠性，并且便于管路的沖洗維護。
關(guān)鍵詞：核電站消防法規(guī)縱深防御設(shè)計基準消防供水系統(tǒng)穩(wěn)壓系統(tǒng)
隨著我國核電事業(yè)的發(fā)展，以核發(fā)電近期已成為我國能源開發(fā)的重要課題。核電站主要由核反應(yīng)堆廠房（以下簡稱核島）、汽機廠房（以下簡稱常規(guī)島）及技術(shù)性或非技術(shù)性建筑物（以下簡稱bop）等組成。由于它生產(chǎn)設(shè)施的特殊性，無論在正常運行和事故條件下都要保證它具有足夠的安全性。所以，核電站的消防設(shè)計也有別于通常的民用設(shè)計。
1應(yīng)遵循的消防設(shè)計規(guī)范
目前國內(nèi)民用設(shè)施的消防規(guī)范只適用于核電站的非核設(shè)施及其廠房。
對于核設(shè)施及其廠房的消防設(shè)計應(yīng)遵循中國核安全導(dǎo)則had102/11《核電廠防火》。然而，該導(dǎo)則只是指導(dǎo)性文件，用它作為技術(shù)規(guī)范標準來指導(dǎo)防火設(shè)計不能完全滿足要求。并且，國內(nèi)核電站多數(shù)是引進國外的商業(yè)堆，其消防設(shè)計應(yīng)與工藝系統(tǒng)和廠房設(shè)計、建造相匹配，所以還必須遵守引進國相應(yīng)的防火設(shè)計規(guī)范。
《核電廠防火》中強調(diào)縱深防御設(shè)計概念，即冗余、多樣配制消防安全措施，從而確保高水平的安全性。冗余即同功能、同類型設(shè)備重復(fù)設(shè)置。
2核電廠消防供水系統(tǒng)的作用
核電站火災(zāi)不僅造成巨大損失，可能造成的后果也是嚴重的：巨大的人員傷亡；威脅核安全或引發(fā)核安全事故；惡劣的公眾影響。眾所周知的切爾諾貝利核電站事故所造成的經(jīng)濟損失和對環(huán)境的污染都與火災(zāi)的二次效應(yīng)直接有關(guān)。
因此，為確保足夠安全，核電廠的防火設(shè)計必須滿足總的安全設(shè)計要求。核安全導(dǎo)則had102/11《核電廠防火》明確：核電廠應(yīng)通過在設(shè)計上運用縱深防御概念實現(xiàn)以下三個主要目標：①防止發(fā)生火災(zāi)；②快速探測并撲滅確已發(fā)生的火災(zāi)，從而限制火災(zāi)的損害；③防止尚未撲滅的火災(zāi)蔓延，從而將火災(zāi)對電廠安全重要功能的影響降至最低。
第二目標的實現(xiàn)依賴于能動的防火技術(shù)是否達到火災(zāi)的早期探測和撲滅的要求。核電廠消防供水系統(tǒng)是通過水泵這一能動設(shè)備向整個電廠消防滅火能動裝置提供和輸送具有足夠設(shè)計壓力、設(shè)計流量的消防水。其供水的可靠性是實現(xiàn)這一目標的根本保障。
下面以某核電站消防供水系統(tǒng)的設(shè)計來論述為實現(xiàn)上述第二目標而采取的措施。
3設(shè)計實例
某核電站引進法國壓水堆型，規(guī)模：2×900mw，為商用核電站。其消防供水系統(tǒng)是向核島、常規(guī)島、bop及廠區(qū)滅火裝置提供和分配具有足夠設(shè)計壓力、設(shè)計流量的消防水。由于核電站核設(shè)施的特殊性，它的防火設(shè)計遵循兩個基準：①保護具有執(zhí)行安全功能的安全系統(tǒng)的消防設(shè)施的設(shè)計；②保護非安全系統(tǒng)的消防設(shè)施的設(shè)計。采用的設(shè)計規(guī)范：中國核安全導(dǎo)則had102/11《核電廠防火》、《法國壓水堆核電站防火設(shè)計和建造規(guī)則rcc-i》及國內(nèi)現(xiàn)行的防火規(guī)范。另外，該核電站消防設(shè)計按同一時間只有一次火災(zāi)發(fā)生；由于條件限制廠區(qū)內(nèi)沒設(shè)高位消防水池。
它的消防供水系統(tǒng)相當(dāng)于民用建筑的穩(wěn)（準）高壓消防供水系統(tǒng)，是由消防水生產(chǎn)系統(tǒng)，分配系統(tǒng)，穩(wěn)壓系統(tǒng)及廠區(qū)室外消防栓組成（見圖1）。
圖1消防供水原理
3.1消防水生產(chǎn)系統(tǒng)
消防水生產(chǎn)系統(tǒng)是由水源、水泵、消防泵房和管路組成。它的功能是向兩個機組的核島廠房、常規(guī)島廠房、bop及廠區(qū)滅火裝置提供具有足夠設(shè)計壓力、設(shè)計流量的消防水。
設(shè)計基準：由于與核島消防供水有關(guān)，設(shè)計時按保護具有執(zhí)行安全系統(tǒng)消防設(shè)施的設(shè)計基準考慮。根據(jù)rcc-i，消防泵所提供的消防水應(yīng)滿足常規(guī)島設(shè)計基準火災(zāi)滅火流量（受固定滅火裝置保護的設(shè)備所需的最大消防水量）的需要，并且保證在撲滅常規(guī)島最大設(shè)計基準火災(zāi)的同時，有若干室內(nèi)消火栓耗水200m3/h的需要。消防設(shè)施考慮冗余設(shè)計。另外，保護安全系統(tǒng)的消防設(shè)施、管道、閥門等附件在地震期間或地震后不允許被破壞，保證其功能的完整性，從而確保其所保護的安全系統(tǒng)的安全性。所以，除水源補水管外，系統(tǒng)劃分為抗震系統(tǒng)，全部應(yīng)按抗震級設(shè)計。
3.1.1水源
核電站消防水源的可靠性與否直接關(guān)系到整個消防水滅火系統(tǒng)的可運行性，正如《核電廠防火》5.4.3所述：水系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)永久性地接到有保障的足夠的消防水源上。它還關(guān)系到如何實現(xiàn)快速探測并撲滅確已發(fā)生的火災(zāi)，從而限制火災(zāi)的損害這一目標。所以水源必須是：具有足夠、可靠的水量；消防水水質(zhì)要符合要求。
該核電站消防水源有三個：正常情況下由生活飲用水系統(tǒng)自動向消防水池供水，水池設(shè)有控制飲用水管路電動閥門開關(guān)的液位信號。當(dāng)生活飲用水系統(tǒng)供水失效時，轉(zhuǎn)換成生水系統(tǒng)供水，由值班人員用手動閥門控制補水。這兩個水源的水都流入兩個獨立的能貯存1400m3淡水的混凝土池子。第三個水源是海水，一旦消防水池水位降到低報警液位，值班人員需手動打開消防泵與海水連接的吸水母管的閥門，水泵直接吸入海水。
它的消防水池容量是根據(jù)汽機廠房的設(shè)計基準火災(zāi)滅火消防水量設(shè)計的。該水量大于核島廠房的滅火用水量，所以對于核島消防，水量貯存能滿足要求。消防水池是抗震性的結(jié)構(gòu)，從而確保了水源的可靠性。設(shè)置兩個獨立、冗余的淡水池保證了檢修時水源的連續(xù)可用性。兩套補水系統(tǒng)、兩個水源（淡水和海水）的替代，增強了防御的縱深度。
消防水補水系統(tǒng)一個是生活飲用水、一個是經(jīng)過過濾的生水，水質(zhì)均符合消防水要求；采用的海水是經(jīng)過轉(zhuǎn)鼓濾網(wǎng)（濾網(wǎng)孔徑3mm×3mm）過濾后，直接進入消防管網(wǎng)。所以說，該核電站消防水源的設(shè)計上具有多重的防御措施，體現(xiàn)了縱深防御的概念，是安全可靠的。
3.1.2消防水泵
消防水泵房是整個廠區(qū)消防滅火系統(tǒng)的心臟，它的設(shè)計要求如《核電廠防火》5.6.5所述在由水泵運行提供必要水量的廠區(qū)內(nèi)，必須設(shè)置多重消防泵，以滿足單一故障準則。單一故障準則可解釋為在一套設(shè)備失效或不起作用的情況下，多重性可保住功能不致喪失。系統(tǒng)設(shè)計消防水量：1043m
3/h（常規(guī)島設(shè)計基準火災(zāi)滅火流量）＋200m3/h＝1243m3/h；系統(tǒng)共設(shè)4臺水泵（每個機組2臺泵），并聯(lián)連接，出水管上設(shè)有壓力開關(guān)。當(dāng)管網(wǎng)壓力1.275mpa（基點是±0.00m）時，單臺泵的流量342m3/h；當(dāng)管網(wǎng)壓力為1.2mpa時，單臺泵的流量445m3/h，此時允許任一臺泵檢修工況。消防水泵的動力供電有應(yīng)急配電系統(tǒng)、應(yīng)急柴油發(fā)電機兩種。正常情況下，每個機組的兩臺泵分別由兩個獨立的應(yīng)急配電系統(tǒng)供電。當(dāng)應(yīng)急配電系統(tǒng)事故時，啟動柴油發(fā)電機作后備應(yīng)急電源。
考慮保持多重系統(tǒng)部件間的獨立性，設(shè)計共設(shè)4臺消防水泵并分別放在4個抗震泵坑里，實體隔離，而且泵坑的四壁、坑底板及坑頂板是鋼筋混凝土制造，耐火極限2.5h，這樣保證了當(dāng)一臺消防泵受損時不殃及其余。水泵動力電源也考慮了冗余設(shè)計，減少了消防水泵失效的可能性。
3.2消防水分配系統(tǒng)
消防水分配系統(tǒng)由消防泵房至核島、常規(guī)島消防輸水管，常規(guī)島以后的廠區(qū)消防輸水管組成。其功能是將足夠設(shè)計壓力的消防水根據(jù)各廠房的重要性依次分配給核島、常規(guī)島、bop各建筑物。其中消防泵房至核島的消防輸水管承擔(dān)著輸送保護安全系統(tǒng)的消防水，應(yīng)該按保護安全系統(tǒng)消防設(shè)施的設(shè)計基準設(shè)計。系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)置從泵房伸出兩根消防管敷設(shè)在兩個安全廠用水管溝里至核島廠房，并在核島內(nèi)形成環(huán)網(wǎng)。在核島消防環(huán)網(wǎng)上又引出兩根消防管通向常規(guī)島，在與常規(guī)島供水管網(wǎng)分界處核島兩側(cè)各設(shè)有一個電動隔離閥，它們在核島失火或常規(guī)島以后部分故障時可以關(guān)閉，確保了核島的消防供水。根據(jù)rcc-i用來保護與安全相關(guān)的消防系統(tǒng)應(yīng)按承受sse設(shè)計，否則對與安全相關(guān)設(shè)備形成危險，……。sse是指安全停堆地震荷載。這段管線按抗震1a級設(shè)計，即在sse荷載條件下,能動部件（水泵）運行，非能動部件（管線）保持其功能。并且安全廠用水管溝及管道支架也是抗震（承受sse荷載）設(shè)計。
常規(guī)島及以后的廠區(qū)供水管網(wǎng)是按保護非安全系統(tǒng)消防設(shè)施的設(shè)計基準設(shè)計，管網(wǎng)沒有抗震要求。常規(guī)島各自廠房內(nèi)形成環(huán)網(wǎng)，兩個環(huán)網(wǎng)之間由一根連通管連接。在1＃汽機廠房外側(cè)設(shè)有消防穩(wěn)壓裝置，其出水管接在汽機廠房的環(huán)網(wǎng)上，管網(wǎng)運行壓力維持在1.2mpa（基點±0.00m）。兩個汽機廠房各引出兩根水管在廠區(qū)形成環(huán)網(wǎng)，圍繞著核島、常規(guī)島及各廠房又布置成若干環(huán)路，每個環(huán)路都設(shè)有隔離閥。管網(wǎng)運行壓力維持在1.2mpa是基于核島或常規(guī)島的某些固定滅火裝置要求確定的，而對于消火栓系統(tǒng)而言就顯得過高。在常規(guī)島與bop之間的三根消防管線上分別設(shè)置三套減壓閥組，在無火災(zāi)情況下，減壓閥組上游管網(wǎng)壓力為1.2mpa，閥組后管網(wǎng)壓力為0.8mpa。廠區(qū)室外消火栓的布置：參照國內(nèi)消防規(guī)范，沿著廠區(qū)室外消防管網(wǎng)每120m設(shè)置一個室外消火栓。
3.3消防水穩(wěn)壓系統(tǒng)
消防供水系統(tǒng)中穩(wěn)壓系統(tǒng)在整個消防管網(wǎng)中舉足輕重：既要維持日常的管網(wǎng)運行壓力，還要提供火災(zāi)初期或第一臺消防泵尚未達到額定功率時的初期火災(zāi)消防水量。它的可靠性與否決定著是否能有效地限制火情的蔓延。
該核電站的穩(wěn)壓系統(tǒng)采用的是由氣壓罐、穩(wěn)壓泵、空壓機組成的穩(wěn)壓裝置（見圖2）。它由1個75m3的氣壓罐，2臺1.5l/s的補水泵，2臺穩(wěn)壓空壓機及配套管網(wǎng)組成。工作原理：當(dāng)整個廠區(qū)消防給水系統(tǒng)因泄漏、排水或有消防用水時，氣壓罐內(nèi)水位和壓力隨之下降，當(dāng)水位達到設(shè)定的低水位時，此時如系統(tǒng)壓力未達到正常運行壓力1.2mpa，則穩(wěn)壓空壓機啟動為氣壓罐補氣，達到為整個廠區(qū)消防系統(tǒng)補壓的目的，當(dāng)壓力達到正常狀態(tài)后，穩(wěn)壓空壓機停止運行。在這一過程中當(dāng)補水泵啟動后，如果整個廠區(qū)消防給水系統(tǒng)的水壓仍繼續(xù)下降，則當(dāng)壓力下降到一個更低的壓力值1.1mpa時，主消防泵將自動啟動。所提供的初期火災(zāi)消防水量是氣壓罐內(nèi)儲存的壓力為1.2mpa，容量為25m3的消防水，是基于電源正常，主消防泵要在啟動43s內(nèi)達到正常運行狀態(tài)的條件下確定的。它能滿足火災(zāi)時，至少向管網(wǎng)提供的是電廠可能發(fā)生最大一次火災(zāi)的最初1min的消防水。補水泵的水源是敷設(shè)在汽機廠房的生活飲用水管。整個系統(tǒng)是非抗震設(shè)計。系統(tǒng)的特點：穩(wěn)高壓系統(tǒng)，火災(zāi)時，不僅能提供必要的初期消防水量也能保證消防水壓；補水泵、空壓機是冗余設(shè)計；運行維護可靠，具有與高位水箱穩(wěn)壓系統(tǒng)等同的作用效果，并且實用、可行、經(jīng)濟。
圖2消防穩(wěn)壓裝置原理
3.4運行
正常情況下，消防水池和系統(tǒng)是充滿水的，系統(tǒng)壓力由設(shè)置在汽機廠房的穩(wěn)壓系統(tǒng)控制。當(dāng)發(fā)生火險，系統(tǒng)壓力值降至某一定值時，在30s內(nèi)，應(yīng)急配電系統(tǒng)供電，消防泵根據(jù)消防水量、系統(tǒng)壓力的變化依次啟動，若超過30s，消防泵由應(yīng)急柴油發(fā)電機（后備應(yīng)急電源）供電。在自動方式失效時，可在主控室或就地進行手動啟動干預(yù)。消防水通過分配系統(tǒng)供應(yīng)至消防用水點，消防完畢后，水泵的停運由主控室手動操作。
4結(jié)論
綜上所述，該核電站的消防供水系統(tǒng)在水源、水泵設(shè)計，動力源配制及控制方式上各有若干冗余、多樣措施，核島消防供水管道的抗震及環(huán)網(wǎng)設(shè)計，為安全設(shè)施多增加了一道安全屏障，因此充分體現(xiàn)了縱深防御的設(shè)計原則。廠區(qū)增加環(huán)網(wǎng)布置及常規(guī)島以后的管網(wǎng)減壓設(shè)計提高了系統(tǒng)的可靠性和可用率，并且便于管路的沖洗維護。穩(wěn)壓系統(tǒng)的選擇是先進、可靠的。所以整個消防供水系統(tǒng)設(shè)計具有可行性、可用性和可靠性。
我國核電事業(yè)剛起步，充分理解國內(nèi)、外防火規(guī)范在設(shè)計上的應(yīng)用對將來的核電設(shè)計國產(chǎn)化是很有必要的。
