中國(guó)示范快堆BN800水消防系統(tǒng)介紹

李長(zhǎng)江

(中國(guó)原子能科學(xué)研究院快堆研究設(shè)計(jì)所，北京 102413)

0 引言

快堆是快中子反應(yīng)堆的簡(jiǎn)稱，屬于第四代堆型的核電站，快堆是當(dāng)今唯一現(xiàn)實(shí)的增殖堆，所以快堆又稱為快中子增殖反應(yīng)堆。目前世界上有美、俄、英、法、日、德、印等國(guó)建造過(guò)功率不等的快堆核電站，中國(guó)早在20世紀(jì)60年代中后期就組織快堆技術(shù)的基礎(chǔ)研究，作為863計(jì)劃的20 MW電功率的中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆也于2011年正式并網(wǎng)發(fā)電。中國(guó)示范快堆BN800(內(nèi)陸濱河電站兩個(gè)機(jī)組)的預(yù)先設(shè)計(jì)文件也于2010年由俄羅斯圣彼得堡核動(dòng)力設(shè)計(jì)院完成。安全是核電的生命，核電廠的消防又是影響核電安全的重要因素之一，下面就簡(jiǎn)單介紹一下BN800的水消防設(shè)計(jì)中的相關(guān)內(nèi)容。

1 俄方主要的設(shè)計(jì)法規(guī)依據(jù)

CП 5.13130.2009消防系統(tǒng)消防信號(hào)裝置和自動(dòng)滅火裝置設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

НПБ-110-03需要配備自動(dòng)滅火裝置和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置的建筑物、構(gòu)筑物、房間和設(shè)備。

2 廠址的消防供水

2.1 總則

示范快堆核電廠消防供水系統(tǒng)統(tǒng)一用于兩臺(tái)機(jī)組并保證以下幾個(gè)方面的功能:所有廠房和構(gòu)筑物消火栓的外部防火;所有廠房和構(gòu)筑物消火栓的內(nèi)部防火;用水—泡沫噴射器對(duì)火災(zāi)時(shí)的汽輪機(jī)廠房金屬框架進(jìn)行冷卻;向輔助廠房和構(gòu)筑物自動(dòng)水消防裝置系統(tǒng)供水;維持正常運(yùn)行工況下動(dòng)力機(jī)組主要廠房和構(gòu)筑物自動(dòng)消防裝置系統(tǒng)內(nèi)的壓力;在電纜開(kāi)始安裝前的電纜間和向容器供油的注油設(shè)備的水消防自動(dòng)裝置的提前供水(包括動(dòng)力機(jī)組主要廠房);向移動(dòng)消防車注水(包括最大設(shè)計(jì)地震在內(nèi)前發(fā)生的地震強(qiáng)度)。

2.2 外部消防水管網(wǎng)

1)兩臺(tái)動(dòng)力機(jī)組的消防供水系統(tǒng)包括:兩組消防泵組;兩個(gè)生產(chǎn)水和消防供水貯水容器;消防供水外網(wǎng);消防供水內(nèi)網(wǎng)。

2)消防泵組主要位于消防、生活飲用和生產(chǎn)水供給聯(lián)合泵站。在廠房中安裝有兩臺(tái)消防泵(一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用)和保證維持消防供水系統(tǒng)壓力的三臺(tái)生產(chǎn)供水泵(一臺(tái)運(yùn)行，二臺(tái)備用)。消防泵和穩(wěn)壓泵分別從兩個(gè)生產(chǎn)和消防供水貯水容器中進(jìn)行吸水。

3)用于兩臺(tái)機(jī)組的備用消防泵組(一臺(tái)工作，一臺(tái)備用)和壓力保持的備用泵組(一臺(tái)工作，一臺(tái)備用)位于1號(hào)機(jī)組工藝水泵站內(nèi)。

4)兩個(gè)消防泵組在現(xiàn)場(chǎng)相互分隔，并且獨(dú)立向消防供水外網(wǎng)供水。備用消防泵組只在位于消防、生活飲用和生產(chǎn)水供給聯(lián)合泵站廠房?jī)?nèi)的主要消防泵損壞時(shí)使用。在兩臺(tái)動(dòng)力機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，生產(chǎn)供水泵保證消防水管網(wǎng)的正常壓力，并保證最先10 min內(nèi)(消防泵啟動(dòng)前)內(nèi)部消火栓的工作。在主要消防泵站損壞時(shí)所有功能移交給位于1號(hào)機(jī)組工藝水泵站內(nèi)的備用泵組(遙控啟動(dòng))。

5)生產(chǎn)、消防供水容器中貯存100%備用水，用于兩臺(tái)機(jī)組所有廠房和構(gòu)筑物的內(nèi)、外部消防，輔助廠房和構(gòu)筑物房間和設(shè)備自動(dòng)消防裝置以及1號(hào)，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)廠房覆層框架冷卻裝置工作。在容器中同樣考慮用于動(dòng)力機(jī)組主要廠房和構(gòu)筑物中電纜間和注油設(shè)備自動(dòng)消防裝置的提前輸入的水量。

火災(zāi)后應(yīng)在24 h內(nèi)保證消防備用水的恢復(fù)。

6)為計(jì)算消防管線系統(tǒng)，同時(shí)火災(zāi)數(shù)量取一次，火災(zāi)熄滅時(shí)間為3 h。消防供水系統(tǒng)外網(wǎng)水的壓力為0.6 MPa～1.0 MPa。

7)抗震方面，消防供水系統(tǒng)部件具有不同的分類:貯水容器、其啟動(dòng)和向移動(dòng)消防裝置供水的管道和閥門屬于抗震Ⅰ級(jí)，以便保證發(fā)生包括最大設(shè)計(jì)地震在內(nèi)的地震時(shí)消防設(shè)備注水的可能性;消防泵、生產(chǎn)泵、其啟動(dòng)上的管道和閥門屬于地震Ⅱ級(jí)，以便保證發(fā)生包括設(shè)計(jì)地震在內(nèi)的地震時(shí)系統(tǒng)工作的可能性。

8)保證用正常運(yùn)行供電系統(tǒng)對(duì)消防管線系統(tǒng)帶電驅(qū)動(dòng)的元件進(jìn)行供電。消防、生活飲用和生產(chǎn)水供給聯(lián)合泵站的消防泵的啟動(dòng):自動(dòng)——在輔助廠房裝備水消防自動(dòng)裝置的房間里火災(zāi)報(bào)警啟動(dòng)時(shí);遙控——1號(hào)機(jī)組主控制室(備用控制室)，2號(hào)機(jī)組主控制室(備用控制室);就地安裝核電廠共用構(gòu)筑物泵和閉鎖—啟動(dòng)裝置。

備用消防泵的啟動(dòng):遙控——1號(hào)機(jī)組主控制室(備用控制室)，2號(hào)機(jī)組主控制室(備用控制室)，中心控制站;就地安裝泵的閉鎖—啟動(dòng)裝置。

所有消防泵的啟動(dòng)考慮中心控制站遙控以及就地裝配。

9)消防供水系統(tǒng)外網(wǎng)為兩臺(tái)機(jī)組共用，鋪設(shè)在地下，直徑為100 mm～400 mm的環(huán)形鋼管，備有完全加強(qiáng)的防腐絕緣。在管道連接到泵處，在廠房和構(gòu)筑物出、入口處，在地形改變特別大的地方或者消防管道敷設(shè)方向有巨大改變的地方考慮軟連接，允許管道端部角度和縱向位移。鋼維修閥門和消火栓安裝在由鋼筋混凝土組合部件組成的井中。井從外部做水絕緣防護(hù)以保護(hù)地下水。環(huán)網(wǎng)消火栓的布置保證廠房和構(gòu)筑物在該系統(tǒng)的可靠保護(hù)范圍之內(nèi)。沿公路布置消火栓，距人行路邊緣距離不大于2.5 m，距廠房外墻不小于5 m。

2.3 內(nèi)部消防水管道

1)主廠房和輔助廠房消防供水系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)為直徑50 mm～200 mm的鋼管，沿墻和在管井內(nèi)明設(shè)，以便檢查和維修時(shí)接近。檢修閥門為鋼制，帶有長(zhǎng)20 m的水龍帶和直徑為50 mm和65 mm的消火栓安裝在消防箱內(nèi)，箱內(nèi)可放置手動(dòng)滅火器。消火栓優(yōu)先安裝在出口處、樓梯間、前廳、廊道、過(guò)道和其他經(jīng)常出入的地方，并且其布置不影響人員疏散。

2)從消火栓到內(nèi)部消防管線的水消耗量和水流量將根據(jù)俄方相關(guān)規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行確定。

3)為了火災(zāi)時(shí)冷卻汽輪機(jī)廠房覆層鋼架，使用水—泡沫噴射器，其安裝在汽輪機(jī)廠房覆層鋼架的低層標(biāo)高上，從每側(cè)相互對(duì)立。鋼架火災(zāi)時(shí)冷卻裝置啟動(dòng)方式包括:相應(yīng)機(jī)組主控制室(備用控制室)遙控;就地安裝閉鎖—啟動(dòng)裝置。裝置工作時(shí)間符合火災(zāi)滅火時(shí)間，為3 h。

3 設(shè)備和房間用水噴霧自動(dòng)滅火裝置

3.1 自動(dòng)水滅火裝置系統(tǒng)用于輔助廠房和構(gòu)筑物

1)輔助廠房和構(gòu)筑物自動(dòng)水滅火裝置系統(tǒng)設(shè)置位置:所有輔助廠房和構(gòu)筑物中的電纜間;位于開(kāi)關(guān)站區(qū)域上的成套六氟化硫配電裝置、自藕變壓器和備用啟動(dòng)鍋爐房變壓器。

2)輔助廠房和構(gòu)筑物自動(dòng)水滅火裝置系統(tǒng)是不影響安全的正常運(yùn)行系統(tǒng)，并屬于4級(jí)。消防供水系統(tǒng)元件具有不同的分類。

3)該系統(tǒng)供水源為貯水容器和消防供水系統(tǒng)泵站。系統(tǒng)由供水、飲用水和分配管道組成。為了電纜間滅火，設(shè)置帶有噴水器的自動(dòng)消防水裝置，作為閉鎖—啟動(dòng)裝置使用電動(dòng)閥門，系統(tǒng)的延時(shí)啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò)3 min。

4)輔助廠房和構(gòu)筑物自動(dòng)消防水裝置的啟動(dòng)設(shè)定為:在被保護(hù)房間自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警啟動(dòng)時(shí)自動(dòng);在自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警、其他變壓器氣體和擴(kuò)散保護(hù)信號(hào)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng);人員常駐控制室遙控;就地安裝閉鎖—啟動(dòng)裝置。消防裝置的自動(dòng)啟動(dòng)避免向幾個(gè)滅火方向(被保護(hù)的房間)同時(shí)供水，同時(shí)保留向其他方向供水閥門遙控的可能性。自動(dòng)工況下火災(zāi)滅火的計(jì)算時(shí)間為10 min，此后裝置自動(dòng)斷開(kāi)，遙控進(jìn)行重復(fù)啟動(dòng)。消防管道系統(tǒng)的帶有電驅(qū)動(dòng)的元件保證從正常運(yùn)行供電系統(tǒng)進(jìn)行供電。

5)系統(tǒng)供水、飲用水和分配管道設(shè)計(jì)為由直徑25 mm～200 mm的鋼管制成，在廠房限值內(nèi)管道沿著墻、在樓板下并且在管井明設(shè)，便于檢查和維修的可接近性。另外，要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足當(dāng)?shù)乜拐鹨蟆?/p>

3.2 用于主要廠房和構(gòu)筑物的水自動(dòng)滅火裝置系統(tǒng)

1)機(jī)組主要廠房和構(gòu)筑物水滅火自動(dòng)裝置系統(tǒng)用于:機(jī)組主要廠房和構(gòu)筑物電纜間滅火;組合式超高壓變壓器和自身需要備用變壓器滅火;充油設(shè)備室滅火。

2)該系統(tǒng)是具有重要安全性的標(biāo)準(zhǔn)使用系統(tǒng)，并且屬于3H等級(jí)。發(fā)生火災(zāi)時(shí)保證核電廠安全消防要求要考慮:備用安全重要性系統(tǒng)(元件)保證在火災(zāi)過(guò)程中和火災(zāi)過(guò)后實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)的功能;用防火隔離墻對(duì)工藝設(shè)備、電纜、管路通風(fēng)管進(jìn)行實(shí)體分割，避免火災(zāi)同時(shí)影響安全重要性主、備用設(shè)備。考慮到火災(zāi)負(fù)荷的強(qiáng)度，選擇火險(xiǎn)區(qū)邊界的耐火極限，并保證在發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行隔離。主要廠房和構(gòu)筑物水滅火自動(dòng)裝置系統(tǒng)屬于抗震性等級(jí)Ⅱ級(jí)。

3)對(duì)于每組機(jī)組考慮單獨(dú)安裝主要廠房和構(gòu)筑物水滅火自動(dòng)裝置系統(tǒng)。每組機(jī)組系統(tǒng)包括:配有儲(chǔ)水罐的自動(dòng)消防水泵站;控制樞紐;引水管路、給水管路和分配管路。每個(gè)泵站安裝有兩組泵:兩臺(tái)自動(dòng)消防泵(一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用);兩臺(tái)穩(wěn)壓泵(一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用)。在正常使用工況下，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)消防管路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)中壓力保持。在地震作用達(dá)到消防保護(hù)的情況下，1號(hào)，2號(hào)機(jī)組主要廠房和構(gòu)筑物自動(dòng)消防水裝置系統(tǒng)壓力保持泵自動(dòng)啟動(dòng)。

使用兩個(gè)儲(chǔ)水罐作為每座消防泵站的消防供水源。在每個(gè)儲(chǔ)水罐中保存100%的水儲(chǔ)量，用于對(duì)隔間或設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)滅火，30 min內(nèi)具有最大理論消耗量。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)消防管路系統(tǒng)恢復(fù)儲(chǔ)水罐內(nèi)消防水儲(chǔ)量不超過(guò)24 h。

4)對(duì)于電纜室和充油設(shè)備室內(nèi)的滅火，使用帶有噴淋管式噴水器的自動(dòng)水滅火裝置，對(duì)于變壓器滅火，使用帶有漸開(kāi)線式噴水器的水滅火裝置。使用電動(dòng)閘閥作為截止啟動(dòng)裝置。系統(tǒng)延時(shí)啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò)3 min。系統(tǒng)能動(dòng)源元件供電使用正常可靠的供電電源。

5)自動(dòng)水滅火裝置啟動(dòng)方式如下:保護(hù)房間內(nèi)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置動(dòng)作時(shí)——自動(dòng)啟動(dòng);火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置和變壓器氣體和差動(dòng)保護(hù)信號(hào)動(dòng)作時(shí)——自動(dòng)啟動(dòng);從主控室(備用控制室)相應(yīng)控制盤(pán)上遙控啟動(dòng);在截止啟動(dòng)裝置就地。

滅火裝置的自動(dòng)啟動(dòng)排除了向保護(hù)房間多個(gè)方向上同時(shí)供水，同時(shí)還保留了遙控啟動(dòng)其他方向閘閥的可能性。自動(dòng)工況下火災(zāi)滅火設(shè)計(jì)持續(xù)時(shí)間為10 min，遙控進(jìn)行第二次啟動(dòng)。水儲(chǔ)量保證裝置工作30 min(3次啟動(dòng)，每次10 min)。

6)引水管路、給水管路和分配管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用直徑為25 mm～300 mm鋼管加工。引水管路從泵站引至設(shè)置有自動(dòng)水滅火裝置的廠房，它們被露天鋪設(shè)在隧道管路上，確保進(jìn)入檢查和維修。引水管路、給水管路和分配管路在廠房?jī)?nèi)沿墻、樓板下及豎井通道內(nèi)敷設(shè)，確保可以進(jìn)入檢查和維修。維修的鋼制閥門適用于抗震Ⅱ級(jí)。

4 模塊式細(xì)水霧自動(dòng)滅火裝置系統(tǒng)

1)依據(jù)柴油發(fā)電機(jī)站房間和設(shè)備保護(hù)部頒發(fā)標(biāo)準(zhǔn)文件，考慮到優(yōu)先實(shí)現(xiàn)安全功能，預(yù)計(jì)使用模塊式細(xì)水霧自動(dòng)滅火裝置。模塊式細(xì)水霧自動(dòng)滅火裝置系統(tǒng)應(yīng)該保證保護(hù)房間發(fā)生火災(zāi)時(shí)按容積或局部按容積進(jìn)行細(xì)水霧填充。系統(tǒng)組成包括:模塊式細(xì)水霧滅火裝置;滅火劑中央供給管路;細(xì)水霧噴水器;特型零件。

2)模塊式細(xì)水霧自動(dòng)滅火裝置應(yīng)該按照俄方相關(guān)規(guī)則匯編要求設(shè)計(jì)。為了安裝系統(tǒng)應(yīng)該對(duì)適合于具體保護(hù)對(duì)象或同類對(duì)象組的專門技術(shù)條件進(jìn)行詳細(xì)分析。

3)模塊式細(xì)水霧自動(dòng)滅火裝置系統(tǒng)應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)使用系統(tǒng)，并屬于安全等級(jí)4級(jí)。細(xì)水霧滅火裝置模塊和管路應(yīng)該屬于抗震等級(jí)Ⅰ級(jí)，并在地震作用不大于最大設(shè)計(jì)地震條件下保持自己的工作性能。

5 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成文的關(guān)于快堆設(shè)計(jì)方面的法律法規(guī)或規(guī)范性文件，BN800作為從俄羅斯引進(jìn)的示范堆型還有別于引進(jìn)商業(yè)堆的經(jīng)驗(yàn)做法，所以BN800的初期設(shè)計(jì)是完全按照俄羅斯的水消防規(guī)范執(zhí)行的，部分內(nèi)容與目前國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范有出入。相信隨著快堆工作在中國(guó)的推進(jìn)，與快堆相關(guān)的各方面法律法規(guī)體系也會(huì)及時(shí)跟進(jìn)。

［1］中國(guó)原子能科學(xué)研究院.中國(guó)示范快堆工程預(yù)先設(shè)計(jì)文件——消防安全報(bào)告［R］.

［2］徐 銤.第四代核能系統(tǒng)和快堆［Z］.

［3］GB/T 22158-2008，核電廠防火設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.