核電廠火災(zāi)共模點處理方法與成果

摘 要：在核電廠防火設(shè)計和運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)一種核電廠防火研究方法，通過多項措施系統(tǒng)地分析和處理了核電廠火災(zāi)共模點，研究取得的成果體現(xiàn)了核電廠消防設(shè)計的縱深防御理念，全面提升了核電廠的防火安全水平。

關(guān)鍵詞：核電廠；火災(zāi)；共模點

1 前言

通過世界核電廠多年運行經(jīng)驗和目前掌握的分析技術(shù)證實，火災(zāi)不僅會影響到核電廠的正常運行，導(dǎo)致機組停堆，使經(jīng)濟效益受到損害，嚴重情況下還會阻礙核電廠安全功能的執(zhí)行，甚至導(dǎo)致核安全事故，產(chǎn)生極為嚴重的后果和災(zāi)難。在世界核電運營史上，曾經(jīng)在核島和常規(guī)島廠房發(fā)生過多起大型火災(zāi)，不僅對核電廠的安全造成嚴重威脅，亦使核電廠遭受了重大經(jīng)濟損失。

經(jīng)過多年的發(fā)展，核電廠防火設(shè)計技術(shù)日趨完善，然而隨著國際社會對核電廠的安全性能要求的逐步提高，世界范圍內(nèi)核電廠的安全標準也日趨嚴格，核電廠防火設(shè)計技術(shù)仍然需要不斷進步和創(chuàng)新，其技術(shù)本身仍有進一步提高的空間。

因此，為了全面提升核電廠的防火安全水平，降低火災(zāi)對核電廠安全功能的影響，提高電廠的經(jīng)濟效益，本研究在幾個方面開展全面而深入的分析，開發(fā)一種核電廠防火研究方法，通過多項措施系統(tǒng)地分析和處理核電廠火災(zāi)共模點，并通過工程實踐驗證了其成果的有效性。

2 研究方法

由于核電廠空間布局緊湊，設(shè)備和電纜布置復(fù)雜，一場火災(zāi)很可能造成執(zhí)行同一安全功能的冗余設(shè)備的不可用，引起火災(zāi)共模失效。因此，為了保證火災(zāi)發(fā)生時及發(fā)生后核安全功能的有效性，在國內(nèi)核電防火多年的設(shè)計和運行經(jīng)驗基礎(chǔ)上，研究單位投入了大量的人力物力，歷時數(shù)年，在以下兩個方面開展了研究工作：

a.通過實體隔離或空間隔離的方法，使得執(zhí)行同一安全功能的冗余設(shè)備不會在一場火災(zāi)中同時失效。

b.對于由于空間所限而無法進行有效隔離的情況，通過火災(zāi)風險分析和功能分析，對共模設(shè)備或電纜補充防火保護措施。

3 研究成果

為了系統(tǒng)的解決和處理火災(zāi)共模點，首先采用實體隔離或空間隔離等方法，對廠房內(nèi)可燃物和安全重要物項實施有效防火隔離，避免火災(zāi)蔓延，消除大部分火災(zāi)共模點；然后對每個安全防火空間進行共模分析并根據(jù)分析結(jié)果對關(guān)鍵部件實施非能動防火保護措施，徹底消除火災(zāi)共模點，確?；馂?zāi)不會引起共模失效而導(dǎo)致機組正常運行或事故工況下所必須的安全功能的喪失。

3.1 實體隔離或空間隔離

解決和處理火災(zāi)共模點的有效方法之一是通過實體隔離或空間隔離的方法（安全防火分區(qū)）將核安全相關(guān)設(shè)備及電纜的冗余系列劃分為不同的防火空間，避免一場火災(zāi)導(dǎo)致核安全功能的完全失效，以確保核電廠在發(fā)生火災(zāi)情況下能夠滿足實現(xiàn)安全停堆、提供排出余熱的手段，提高核電廠抗擊火災(zāi)風險的能力。

本研究采用全新的防火分區(qū)劃分原則，防火分區(qū)范圍擴展到整個核島廠房，不僅隔離了高火災(zāi)荷載設(shè)備區(qū)域，更加注重所有與安全相關(guān)的驅(qū)動機構(gòu)、傳感器和電纜的冗余系列的隔離。在工程實踐中，針對核島范圍內(nèi)的所有區(qū)域劃分了防火空間，兩臺機組共劃分了167個防火空間。

3.2 火災(zāi)共模分析

通過實體隔離或空間隔離措施，核島廠房安全功能的大部分共模點已經(jīng)被消除，但是由于設(shè)備布置和電纜敷設(shè)的復(fù)雜性，仍然有一部分遺留的共模點無法通過隔離措施予以消除。研究通過功能分析的方法，改進防火設(shè)計當中的薄弱環(huán)節(jié)，進而徹底消除遺留的全部火災(zāi)共模點。并形成一套有效的火災(zāi)共模分析方法。

根據(jù)某核電工程的實踐經(jīng)驗，通過火災(zāi)共模分析，遺留的全部火災(zāi)共模點已經(jīng)予以消除，確?；馂?zāi)不會引起共模失效而導(dǎo)致機組正常運行或事故工況下所必須的安全功能的喪失，提高了核電廠防火安全水平。具體成果如下：

3.2.1 成果之一：通過功能分析未確認共模點占比78%。某些核電廠只針對房間內(nèi)數(shù)量較少的一個系列電纜采取防火包覆的保護方法進行處理，該方法簡單粗放，不僅造成防火保護的高成本，也未取得良好的效果。

本項工作針對所有安全相關(guān)電纜和設(shè)備進行全面、深入和具體的功能分析，在確認不會影響機組安全的前提下，未確認共模點占比78%，大量減少防火保護措施，有效降低成本。

3.2.2 成果之二：通過電纜托盤非能動防火包覆消除共模點207處

通過火災(zāi)共模分析，確認了22%的共模點，其中絕大部分通過電纜托盤段非能動防火包覆的形式對安全功能進行保護，確?；馂?zāi)情況下的所有必需的核安全功能都能夠得到保證，提升了火災(zāi)情況下核電廠的防火安全水平。

3.2.3 成果之三：共設(shè)置三大類51處非能動實體防火保護裝置

非能動實體防火保護主要對電氣柜、傳感器及電動閥等電氣機械設(shè)備進行防火保護。它主要包括封閉防火箱體、非封閉防火箱體、防火屏障和防火包覆幾種類型，有效地保證了核電站安全功能的有效性。

4 創(chuàng)新性

通過與國內(nèi)外同類研究的比較，本項研究成果在以下幾個方面具有顯著的創(chuàng)新性：

申請多項發(fā)明專利并獲得“核島廠房安全防火分區(qū)方法”發(fā)明專利；在國際上首次將核電廠防火設(shè)計與數(shù)字化分布式控制技術(shù)（DCS）和狀態(tài)導(dǎo)向法事故處理規(guī)程（SOP）相結(jié)合應(yīng)用于核電廠設(shè)計中；在國內(nèi)率先通過安全防火分區(qū)、火災(zāi)共模分析以及非能動防火保護措施，系統(tǒng)地處理了核島廠房內(nèi)的全部火災(zāi)共模點。

5 結(jié)束語

本項研究通過安全防火分區(qū)設(shè)計、火災(zāi)共模分析以及非能動防火保護措施，系統(tǒng)地分析和處理了核電廠火災(zāi)共模點。研究中取得多項成果，填補國內(nèi)多項空白。體現(xiàn)了核電廠消防設(shè)計的縱深防御理念，全面提升了核電廠的防火安全水平。

本項研究涉及專業(yè)多、范圍廣、實施難度大，已成功應(yīng)用于國內(nèi)運行和在建的多個核電機組，工程實踐證明該項研究成果能夠全面提升核電廠的防火安全水平，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻

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作者簡介：王樂（1979，7-），男，漢族，中國核電工程有限公司，工程師，主要從事核電廠防火安全分析。