核电站常规岛消防给水系统设计综述

摘要:发展核电对缓解我国能源紧缺、优化能源结构、促进环境保护具有重要意义.。但发展核电必须以保障核安全为前提，在开展核电设计过程中，必须切实贯彻“安全第一，质量第一”的理念。核电站常规岛厂房的消防给水系统的设计和常规火力发电厂有着较为明显的差异。本文本文结合某核电站二期工程初步设计情况，对核电站常规岛消防给水系统的设计进行了介绍。希望能有抛砖引玉作用。

关键词:核电站:常规岛；消防供水系统:设计优化分析

中图分类号： S611 文献标识码： A

由于核电工程的特殊性，其消防给水系统设计和一般工业厂房的消防设计有一定的差别。本文根据广东某核电站二期工程(3,4号机组)的初步设计情况，对核电站常规岛消防给水系统进行介绍，供同行借鉴。

1、设计采用的规范与原则

常规岛(CI)消防给水系统根据HAF0202《核电厂防火导则》和EJ/T1082-2005((核电厂防火谁则》进行设计。由于HAF0202《核电厂防火导则》和EJ/T 1082-2005《核电厂防火准则》只是一个指导性的规范，只对核电厂的消防设计进行了一些原则上的规定，因此该核电站二期工程消防设计遵循了下列几个原则:

(1 )以一期工程为参考电站对消防给水系统进行设置;

(2)消防给水系统的设置需满足HAF0202《核电厂防火导则》和EJ/T1082一2005《核电厂防火准则》的规定;

(3)消防给水系统参考G B50229-1996《火力发电厂与变电所设计防火规范》进行设计，对干各种固定式消防系统，需满足相应单项设计规范的要求。

2、常规岛的主要火灾危险源

常规岛厂房的主要火灾危险，来源于四类:

(1)含油设备和含有管道，主要包括汽轮机、电动给水泵等的油系统相关设备、管道以及室外油浸式变压器;

(2)电缆等易燃物体;

(3)易燃气体，即用于发电机冷却用的氢气系统管道和设备;

(4)耐火极限低的材料，主要指厂房内钢制平台等。

常规岛消防给水系统，主要给上述火灾危险源提供保护。

3、常规岛消防给水系统的组成

常规岛消防给水系统包括了消防气压给水系统、消防水分配系统、自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统和室内消火栓系统。

3.1消防气压给水系统

常规岛消防气压给水系统设置在3号机组汽机厂房外，是全厂性的消防供水系统。与火力发电厂消防气压供水系统之被用于维持全厂消防管网压力的功能不尽相同，核电厂的消防气压供水系统不仅要维持全厂消防管网的压力，还需要提供火灾初期70s的消防用水量。本系统的主要设备包括2个气压罐、2个稳压泵、2个空压机及相关的管路和仪控设备。每个气压罐的总容积75m3，其中贮存25m3水，50m3压缩空气，稳压泵流量1.5L/s，扬程130m。

火灾初期由消防气压给水装置供应消防系统用水，同时由于消防管网压力下降，位于联合水泵房内的主消防水泵自动启动，供应常规岛消防系统用水。

3.2消防水分配系统

消防水分配系统的功能是向常规岛建筑物内部的自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统和室内消火栓系统提供消防用水。系统管网设计压力1. 3MPa。每座汽轮机厂房设置一套消防水分配系统环路，系统主管道采用DN400热浸镀锌钢管，环绕汽轮机厂房布置。两个汽轮机厂房的消防水分配系统主环路设置连通管路。

3.3自动喷水灭火系统

自动喷水灭火系统对汽机房内低于标高16.2m的建筑结构(如楼板、钢制平台等)灭火和冷却作用。在每个汽机房内，该系统分成若干个控制和报警区域，每个区域设置1个湿式报警阀。

3.4密特隆自动喷水灭火系统

密特隆自动喷水灭火系统用来保护电缆层和竖井架。之所以称之为密特隆自动喷水系统，是因为这种系统采用的喷头是一种叫做密特隆喷头(MetronSprinkler)的特殊喷头。这

种喷头是在一般的玻泡式自动喷水喷头上再加一个螺线管柱塞装置。这个装置通电后能够击碎喷头的玻抱，所以它有两种各自独立的方式启动系统:

(1)在火灾时，由于温度升高，喷头玻抱破裂，系统喷水;

(2)在火灾时，由火灾探测系统或人工启动螺线管柱塞，击碎玻泡，系统喷水。

从系统灭火方式来看，密特隆自动喷水灭火系统既具有闭式白动喷水灭火系统的特点，同时囚为螺线管柱塞装置的作用，使之在一定场合具有开式雨淋系统的功能。

该系统分成4个独立的区域，每个区域设置1个湿式报警阀。当由火灾探测系统启动灭火系统时一，螺线管柱塞将击碎区域内所有喷头的玻饱。

3.5手动高速水喷雾灭火系统

该系统水源接自汽机房JPD系统环网。系统入口控制阀组为连接在一起的两个信号蝶阀，其中位于上游的蝶阀为常闭电动蝶阀，下游蝶阀为常开手动蝶阀。上游蝶阀可以通过远程手动开启，也可以通过现场就地控制按钮手动开启。系统采用离心式高速水雾喷头。采用手动高速水喷雾灭火系统保护的设备和区域有:

(1)汽轮机，包括高压缸前方的油管，高压缸和1号低压缸之间、1号低压缸和2号低压缸、2号低压缸和发电机之间的轴承;

(?)发电机，包括发电机和励磁机之间的轴承;

(3)油管道，包括所有沿汽机基座敷设至发电机和汽机轴承之间的供油管路。

3.6自动高速水喷雾系统

自动高速水喷雾灭火系统:该系统水源接自汽机房JPD系统坏网，人口控制阀为自动雨淋阀组。自动雨淋阀组包括自动雨淋阀、隔离阀和相应的管道系统，雨淋阀阀瓣是常闭的，阀瓣的控制机构和火灾探测系统相连。雨淋阀和隔离阀安装在一起形成阀组，使得在系统测试时候不会向保护区域误喷。系统采用离心式高速水雾喷头。

采用自动高速水喷雾灭火系统保护的设备和区域如下:

(1)油传送间

(2)电动给水泵

(3)汽轮机油设备间

(4)主变压器

(5）高压厂用变压器

3.7自动中速水喷雾灭火系统

该系统水源接自汽机房JPD系统环网，入口控制阀为自动雨淋阀组。自动雨淋阀组包括自动雨淋阀、隔离阀和相应的管道系统，雨淋阀阀瓣是常闭的，阀瓣的控制机构和火灾探侧系统相连。雨淋阀和隔离阀安装在一起形成阀组，使得在系统测试时候不会向保护区域误喷。系统采用撞击式中速水雾喷头。

采用自动中速水喷雾系统保护的设备为氢冷发电机氢冷器、控制小室、紧急扫气屏。由于这三个设备布置位置分散，相隔较远，因此自动中速水喷雾系统由分区雨淋阀分隔为三个区域。在保护每个设备的水喷雾管网系统人口均设置一个分区温控雨淋阀，分区温控雨淋阀采用传动管控制。当某一个设备区域发生火灾时，火灾探测系统就使系统雨淋阀组打开，整个管网系统充水。当火灾使保护区域温度继续升高，导致保护区域内作为火灾探测用的闭式喷头玻璃球破裂，启动分区温控雨淋阀，系统向着火区域喷水灭火。

3.8室内消火栓系统

在汽轮机厂房及其附属建筑内一定间隔内均设有消防立管，立管在汽轮机厂房首层、运行层、配电开关层和除氧层都配有消火拴。一般建筑采用的消火栓为直流水枪，产生充实密集射流，能量大，可以进入火源的深部。由于常规岛内有部分管道和核岛相连，存在潜在的放射性危险。为避免但密集射流造成消防水飞溅从而扩大放射性污染范围，所有消火栓都配喷雾水枪。汽轮机厂房首层内的消火检还可与移动式泡沫设备相连接。所有的消火栓都布置在建筑物或平台层的通道边上。

根据法国技术支持专家建议，将消防供水设施的主要功能之一确定为向核岛应急供水系统和燃料水池冷却与净化系统应急补水，并根据燃料水池冷却与净化补水要求将消防供水设施的安全级别定为F1B级，应有更高冗余性，保证应急供水需求，燃料水池冷却与净化系统对补水系统的本质要求就是保证在仃何情况下补水功能不能丧失。主供水管道以及反应堆厂房内的很多消防管道和阀门已经按照有关规范要求定为抗震级别。

4、常规岛消防给水系统的优化设计分析

核电厂防火设计是指在工程上采取妥善措施，防止火灾危害并限制火灾造成的后果，以达到如下三个基本目的。

(1)确保电厂工作人员的人身安全:要求采取措施在发生火灾时能使电厂工作人员安全疏散。

(2)必须在火灾发生时或火灾后仍能维持核电站核安全功能的完整性，以确保:为安全停堆和维持冷停堆状态提供必要的手段;停堆后(包括事故工况)从堆芯中排出余热提供必要的手段;减少放射性物质可能的释放并提供必要的手段使任何释放低于可接受的规定限值。

(3)限制会导致核电厂设备和仪表长期不能使用的火灾事故。

4.1贯彻“预防为主、防消结合”的方针

核电厂消防设计中，“预防为主、防消结合”的方针是通过以下三个途径来体现的:

(1)预防。预防是核电站防火的首要途径，其目的是限制火灾发生的潜在危险，一旦火灾发生

则要控制火灾的蔓延和扩大。在核电站主厂房设计中要把对各种火灾危害的预防作为根本性的防火措施给以充分的考虑。

(2)探测。核电站设置的火灾自动探测报警系统可以保证:迅速及时地探知火灾的发生;准确确定起火地点;启动报警及阻火排烟设施，在双重探测回路同时发出报警信号的情况下可驱动起火场所的自动灭火系统及时扑灭火势。

(3)灭火。核电厂设置的各种灭火设施及系统，为消防人员提供了有效、可靠的灭火手段。

常规岛厂房(CI)是由汽机厂房(MX)，油转运站(MO)，汽机通风厂房(MV)，树脂再生间(MP)以及设在室外的主变(TA)和公共气体储箱((ZA)所组成。

4.2消防用水水源

核电站消防用水水源拟采用三个层次:生活饮用水、生水和海水。正常情况下消防水池由生活饮用水系统(SEP)供水，并由生水系统(SEA)作备用;在应急情况下还可以开启与核岛厂用水系统(SEC)相连的阀门，消防泵可直接将海水吸入取用。淡水水源来自岭澳核电站专用的岭澳水库，其供水量在一期工程中己考虑二期的扩建，可以满足本期扩建的消防用水要求;海水供应也已在核电站工业用水中考虑。

4.3消防水生产系统(JPP )

消防水生产系统(JPP)的供水能力按厂区最大一次的消防用水量考虑，并按满足最不利点压力要求考虑供水压力。本系统的主要构筑物为消防水泵房和消防水池，其功能是为厂区提供1.2MPa运行压力的消防用水，用以扑救核岛、常规岛(工作压力1.2MPa)和BOP(工作压力0.8MPa)所发生的火灾。厂区最大一次的消防用水量来自常规岛，常规岛最大的消防用水量是汽机房主油箱间的水喷雾消防用水量，参考一期工程ALSTOM最后的计算结果为14190 L/min ( 236.5 L/s );第二大的火灾用水量是备用油箱间的水喷雾消防用水量，参考一期工程为13504 L/min ( 225.1 L/s )，由于水喷雾灭火系统的消防用水量与保护设备的外形尺寸、水雾喷头的性能有关。

4.4常规岛((CI)消防给水及消防系统

常规岛消防用水由整个厂区消防供水系统供给，它经由消防泵房(PX)的主消防泵提升、并经核岛后再送至常规岛，即常规岛消防用水由核岛消防管网供给，但常规岛消防给水管网按非抗震管线考

虑。

常规岛每个机组内均再设置一套的环形配水干管，再形成一个常规岛机组内部环形配水干管。两个机组常规岛的大环形配水干管与常规岛两个机组向BOP部分供水的干管又形成了一个外部的环网，在常规岛内部环网和外部环网的适当部分均设有隔离阀，当其中某一部分需要进行维修时，可

对该部分管网和设备进行隔离，其它系统、管线、设备仍可正常运行。常规岛厂房内配水环网主要用来给厂房各区域的灭火系统供水，同时也向BOP部分供水;另外每个常规岛厂房南墙外侧都备有4个消防水泵接合器，当主消防泵发生故障或部分发生故障时，可通过消防车联接这8个水泵接合器以达到给厂区整个消防给水系统供水的目的。

常规岛厂房内主要的可燃物是闪点较高的油品和大量的电缆，对油品火灾采用以水喷雾灭火系统为主辅之以手动泡沫和消火栓水雾喷枪灭火的方式;对电气火灾则采用水喷雾灭火系统，对其它主要危险区域的固体火灾则采用自动喷淋灭火系统，另外在常规岛各楼层均设有室内消火栓和移动式灭火器;这些灭火系统和灭火设施能对常规岛内的一切火灾危险提供防护;该系统还与核岛消防系统相互连通。

常规岛消防系统的设计遵守有关英国、美国和国际的规则、标准和指南。防火和火警探测系统设计应符合NFPA规则的要求，同时也遵守1983年版“国际核电站防火指南”。

结束语

核电站常规岛厂房的消防给水系统的设计和常规火力发电厂有着较为明显的差异。当前我国已建核电厂常规岛部分的消防设计，多数是按照HAF0202的要求，翻版参考电站的设计。我国核电建设现在正进入一个高速发展的时期，加上近年来消防技术的不断进步，采用已建电站的翻版已经难以满足要求，迫切需要一套符合我国国情的核电厂消防设计规范和消防权威机构指导设计，以提高设计水平。要做到自主化设计,需在深入研究消化参考电站原设计前提下,坚持精益求精、持续改进的设计理念,坚持走国产化之路,不断提高热力系统的安全性和经济性,为核电在国内快速发展创造条件。

参考文献

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[2]HAD102/11核电厂防火[S].

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