先进压水堆核电厂防火分区设计

摘要: 本文主要对先进压水堆核电厂防火分区设计的背景、目标、范围、原则及不同防火空间的特点进行了介绍，列举了重要厂房相关防火分区的设计情况。通过防火分区设计有助于火灾情况下保证安全相关设备的功能和人员的安全，提高了核电厂的总体防火安全水平。

关键词：核电厂防火分区设计提高防火安全

中图分类号：F407文献标识码： A

1背景

核电厂是指将核能转换为热能，用以产生供汽轮机用的蒸汽,汽轮机再带动发电机，构成了产生商用电力的电厂。百万千瓦级中国先进压水堆核电机组是在我国三十余年核电科研、设计、制造、调试和运行经验的基础上, 投入大量财力、物力和人力，深刻汲取福岛核事故的教训，充分借鉴国际三代核电的先进安全理念，满足国际最先进法规标准而研发的三代核电机型，主要技术指标和安全指标满足我国和全球最新的安全要求。先进压水堆核电机组是为落实国家建设核电强国，实现核电又好又快、安全发展的目标，落实“走出去”战略，而研发的具有完全自主知识产权的第三代先进核电品牌。

目前世界各国正在不断加强和提高核电站防火安全要求和对现役核电站实施消防改进，第三代核电机组（如AP1000、EPR）正在陆续进入中国核电市场，国产先进压水堆核电机组在防火安全技术与设施方面吸取了国际国内防火规范和技术水平的新理念，在已有电站运行经验和信息反馈的基础上，根据系统设计及厂房布置的特点，采用安全防火分区的方法对安全相关系统和功能冗余的设备进行有效的隔离，并设置必要的防火屏障。通过设置非能动的防火措施及建立不同类型的防火空间，可防止核安全重要设备在火灾情况下发生共模失效。

2防火分区设计

2.1设计目标

安全防火分区是核电厂防火设计的最重要内容之一，其目的在于通过保持每一防火空间边界的完整性、稳定性和隔热性，防止火灾从一个防火空间蔓延到另一个防火空间，保证核电厂安全重要物项的分隔，避免执行同一安全功能的核安全有关系统和设备产生共模失效。

2.2设计范围

核岛范围内的各厂房，主要包括：反应堆厂房、电气厂房、核燃料厂房、核辅助厂房、柴油发电机厂房等。

2.3设计原则

安全防火分区划分原则是：尽可能将所有安全相关系统执行同一安全功能的冗余系列设备，以及其支持系统进行隔离，并遵循电气元件的隔离准则，以此避免火灾情况下产生共模失效，并保证安全功能的有效执行。

安全防火分区划分首先考虑以下因素：

-国内核电站的设计及运行经验反馈；

-已有的结构边界条件（墙体、顶板及梁等）；

-避免潜在的机械共模失效；

-减少机柜和电缆共模。

其次要考虑的是：

-详细的结构边界分析（墙体、门、墙体开洞等）；

-详细的通风边界分析（风管、防火阀等）。

安全防火分区是将核岛相关厂房分隔成若干防火空间，例如，某堆型包含了以下五类：

SFS安全防火区 （耐火极限为2.0h）

ZFS安全防火小区 （耐火极限为1.0h）

ZFA人员疏散通道防火小区 （耐火极限为1.0h）

ZNS非安全防火小区 （边界耐火极限满足相邻防火空间边界要求）

图1 防火分区边界耐火极限要求及图例

根据规范要求并经过适当分析，对防火空间防火屏障及其相关部件（墙、门、楼板、防火阀、封堵、嵌缝等）设计其耐火极限，并满足规范中抗震、定期试验及质保要求，确保一个防火空间内发生的火灾不会蔓延到其它防火空间。

通过采取上述措施，加强了核电厂控制火灾蔓延的能力，更有助于火灾情况下保证安全相关设备的功能和人员的安全，提高了核电厂的总体防火安全水平。

2.4防火空间特点

2.4.1安全防火区（SFS）

对于设置有安全相关的设备或电缆的区域，在其已有的建筑和结构边界条件完善的情况下，一般是严格按照实体隔离准则建立安全防火区，边界完全封闭并且没有未封堵的孔洞，耐火极限要求不低于2.0小时。特别是对于火灾荷载较大的安全相关区域（火灾荷载密度 ≥ 400 MJ/m2）来说，应当尽量划分为安全防火区。

2.4.2安全防火小区（ZFS）

对于设置有安全相关的设备或电缆的区域，当其已有的建筑和结构边界条件不完善的情况下（即边界上存在未封堵的孔洞或开口），如果其火灾荷载较小（火灾荷载密度 < 400 MJ/m2），则可以通过风险评估方法来验证火灾不会蔓延至该区域之外，并将其划分为安全防火小区，耐火极限要求不低于1.0小时。

2.4.3人员疏散通道防火小区（ZFA）

核电厂内设置有楼梯间和主疏散通道，以便工作人员在火灾情况下的逃生和消防队员实施灭火操作，为了防止火灾及其烟气影响人员安全，将这些区域划分为人员疏散通道防火小区。这些区域内没有明显的可燃物，边界保持完整性，并且采取措施防止火灾及其烟气蔓延至该区域内，耐火极限要求不低于1.0小时。

2.4.4非安全防火小区（ZNS）

对于不含有安全相关设备或电缆的区域，如果其火灾荷载密度较小，则可以将其划分为非安全防火小区，这些区域边界没有特定的耐火极限要求，仅当在与其它类型防火空间相邻时，满足相邻防火空间的耐火极限要求。

2.5重要厂房防火空间介绍

（1）反应堆厂房

由于该厂房内的大多数隔墙和楼板根据厂房超压保护要求设置为不封闭，为限制火灾对安全重要物项的影响，并防止火灾的蔓延，某堆型在反应堆厂房内划分了若干个安全防火小区，并使用能动的火灾探测、自动灭火或非能动手段以及部件之间适当空间分隔等措施以防止火灾从一个防火小区蔓延至另一个防火小区。反应堆冷却剂系统（RCP）的每台泵和蒸汽发生器设置在一个耐火极限不低于1.0小时的安全防火小区内。

图2 反应堆厂房RCP泵和蒸汽发生器防火分区

（2）安全厂房

该厂房用钢筋混凝土建成，并用墙分隔成许多隔间，主要防火分区如下：

―― 中压安注泵带有油箱和油管路，每台泵设有一定容量的油箱，每台中压安注泵设置于耐火极限不低于2.0小时的独立安全防火区内。

―― 安全壳喷淋系统泵、低压安注系统泵和堆腔注水冷却系统泵带有电动机，它们火灾危险虽然不大，但由于其对核安全的重要性，上述设备均分别设置在耐火极限不低于2.0小时的安全防火区内。

―― 厂房内的电缆层：A、B系列分别布置在耐火极限不低于2.0小时的安全防火区内。

―― 厂房内的蓄电池区域B系列分别布置在耐火极限不低于2.0小时的安全防火区内。

―― 盘柜间A、B系列分别布置在耐火极限不低于2.0小时的安全防火区内。

―― 反应堆保护系统第II组和第IV组机柜间分别布置在耐火极限不低于2.0小时的独立安全防火区内。

楼梯间和相关重要疏散通道设置了耐火极限不低于1.0小时的人员疏散通道防火小区。

（3）电气厂房

该厂房大部分空间留作电气设备专用，其余部分为辅助服务房间。反应堆保护系统机柜（IP-IVP）的隔离是通过将它们分别设置在4个不同的安全防火区中予以实现的。蓄电池组的A系列设置在耐火极限不低于2.0小时的安全防火区内。主控制室与电气厂房的其它场所的隔离是通过设置耐火极限不低于2.0小时的防火屏障予以实现的。远程停堆站与主控制室划分为不同的防火分区。

（4）燃料厂房

本厂房用钢筋混凝土建成，并分隔成许多隔间，主要防火空间如下：

―― 水压试验泵由于其对核安全的重要性，设置在耐火极限不低于2.0小时的安全防火区内。

―― 安全壳大气监测系统的碘吸附器设置在金属箱体内，所在房间设置为耐火极限不低于1.0小时的安全防火小区。

―― 设备冷却水系统A、B系列的设备被分别布置在耐火极限不低于2.0小时的独立安全防火区内。

（5）柴油发电机厂房

每台柴油发电机布置在一个独立的钢筋混凝土的厂房内。主贮油罐位于柴油机房的地下部分，设置在一个耐火极限不低于2.0小时的安全防火区内。柴油发电机组、日用油罐和空压机设置在一个耐火极限不低于1.0小时的安全防火小区内。

3结论

先进压水堆核电厂防火分区的设计吸取了国际国内防火规范和技术水平的先进理念以及相关运行电厂的经验反馈，对安全相关系统进行有效的隔离，防止核安全重要设备在火灾情况下发生共模失效，加强了核电厂控制火灾蔓延的能力，更有助于火灾情况下保证安全相关设备的功能和人员的安全，提高了核电厂的总体防火安全水平。

4参考文献

【1】《核电厂防火》 HAD102/11-1996

【2】《核电厂防火设计规范》GB/T 22158-2008

【3】NFPA 804，Standard for Fire Protection for Advanced Light Water Reactor Electric Generating Plants 2001 Edition[S].

【4】EPR Technical Code for fire protection（2010版）

Fire Area Design of Advanced Pressurized Water Reactor Nuclear Plant

CHEN Min-feng1, ZHANG Hai-bo2

(1 CNNC China Zhongyuan Engineering Corporation, Haidian District, Beijing, 100191,China)

(2 CNNC China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd, Haidian District, Beijing, 100840,China)

Abstracet: This paper introduces the fire area design of advanced pressurized water reactor nuclear plant about background, objectives, scope, principles and characteristics of different fire area, and cites the fire area design of some important buildings. Through the design of fire area to help ensure the safety related equipment and personnel under fire and raise the overall level of fire safety in nuclear power plants.

Key words: Nuclear plant；Fire area design；Raise the level of fire safety.