談穩壓泵在核電廠核島廠房消防中的應用

馬國建 李娜娜 史鳳華

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

談穩壓泵在核電廠核島廠房消防中的應用

馬國建 李娜娜 史鳳華

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

針對核電廠核島廠房消防的特性，結合國內和NFPA等相關標準規范，對消防穩壓泵的設置、流量、壓力、供電、控制等進行了分析，并總結了一些穩壓泵在設計時需重點考慮的問題，為穩壓泵在核電廠核島廠房消防中的應用積累了經驗。

核島廠房，穩壓泵，消防

1 核電廠消防設計特點

火災事件是關系到核安全的一個重要方面，因而消防設計在整個核電站的設計中占有重要的地位。核島廠房的消防設計與一般工業與民用建筑消防相比，有其相似的一面，一些常規消防技術及計算可以借鑒，但也有不同于一般工業廠房的特點和設計要求。核島廠房滅火系統供水的消防供水系統，也有其顯著的特點和設計要求，如抗震、定期試驗和質量保證等方面都與一般工業與民用建筑不同。核電廠因為廠房布局限制，往往無法設置高位水箱，消防供水系統為臨時高壓系統，只能設置穩壓系統，以維持未發生火災時消防管網的壓力。常用的穩壓設施有穩壓泵、氣壓給水裝置等。本文僅對穩壓泵在核島廠房消防供水系統中的應用，結合國內相關規范、NFPA等標準，對其設置、參數確定、供電和聯動操作等進行分析。

2 穩壓泵的設置分析

GB 50974—2014消防給水及消火栓系統技術規范5.2條對高位水箱進行了詳細描述，規定其臨時高壓消防給水系統有效容積應滿足初期火災消防用水量的要求。而5.3條對穩壓泵進行了描述，“穩壓泵的設計流量不應小于消防給水系統管網的正常泄露量和系統自動啟動流量”。

NFPA 20中規定穩壓系統的作用是補充管網滲漏量，維持未發生火災時管網的壓力，同時根據管網壓力自動啟動消防泵。沒有“火災初期消防用水量”的概念。

筆者認為GB 50974—2014中關于穩壓泵的作用與要求和NFPA規范要求相同，但是未說明設置穩壓泵時是否還應該考慮初期火災用水量。與NFPA 20規范相比，區別主要在于國內標準中臨時高壓、常高壓、初期火災等概念的存在，所以穩壓系統的設置與NFPA標準有所不同。

GB 50974—2014消防給水及消火栓系統技術規范5.3.4條規定：“采用氣壓水罐時，其調節容積應根據穩壓泵氣泵次數不大于15次/h計算確定，但有效儲水容積不宜小于150 L。”NFPA沒有強制要求穩壓泵配置穩壓罐，因此沒有對穩壓罐的容積做特別的要求。

大部分工業與民用建筑一般采用氣壓水罐作為穩壓措施，可以有效避免穩壓泵頻繁啟動。核島廠房內消防管道按抗震設計，為明裝管道，沒有埋地管道，連接方式為焊接，并且每段管道要進行探傷檢測，有工作人員定期巡檢。從材質質量、施工方式和檢測方式等來看，都高于一般民用建筑。所以如果僅考慮管網泄漏量，核島消防管網泄露量很小，穩壓泵可按照NFPA標準設置，不設穩壓罐。

3 穩壓泵參數的分析

3.1 穩壓泵流量分析

GB 50974—2014消防給水及消火栓系統技術規范5.3.2條有明確規定：“穩壓泵設計流量不應小于消防給水系統管網的正常泄露量和系統自動啟動流量”“當沒有管網泄漏量數據時，穩壓泵設計流量宜按消防給水設計流量的1%～3%計，且不宜小于1 L/s”。GB 50268—2008給水排水管道工程施工及驗收規范9.2.11對管道允許滲水量做了規定，以核島廠房DN200的消防主環網為例，允許滲水量應不大于0.5 L/(min·km)。NFPA 20 2-19中對穩壓泵作用僅定義為用于管網泄露量。美標規定地下干管不論其管徑多大，每100個連接點每小時漏失量為1.9 L。

筆者認為，報警閥的靈敏性能因生產廠家的不同而有較大差異，報警閥的動作流量一般為25 L/min～60 L/min，故系統自動啟動流量至少為1 L/s。而管網泄漏量應根據系統有無室外埋地管道、管材、施工質量等綜合考慮。依據施工完畢后的運行測試來判定最為準確，然后以此確定穩壓泵的流量。但工程設計中，設備的采購遠遠早于運行測試。針對核電站的情況，在核島廠房內管道材質、施工及檢測方式非常嚴格，其泄漏量很少，其泄漏量可按照一個消火栓發生故障時的泄露量考慮，即按照5 L/s進行設計。泄漏量大于5 L/s時，由于管網泄漏量較大，可按發生火災考慮，即此時管網壓力下降較快，消防水泵根據壓力自動啟動。

3.2 穩壓泵壓力分析

NFPA 20規定穩壓泵、消防水泵的啟動是根據消防管網的壓力來聯動的。首先確定穩壓泵停泵值，等于零流量的揚程加最小的靜水壓力；然后確定穩壓泵起泵值，比穩壓泵停泵值小0.069 MPa；最后確定消防泵起泵值，比穩壓泵起泵值小0.034 MPa。

國內標準沒有規定穩壓泵與消防主泵聯動啟動，僅在GB 50974—2014消防給水及消火栓系統技術規范5.3.3中規定，穩壓泵設計壓力應大于系統設置自動起泵壓力值，且增加值宜為0.07 MPa～0.1 MPa。但是沒有說明消防泵的起泵壓力的設定值。

核島廠房內消防系統雖不直接承擔安全功能，但是與安全有關的系統，故筆者認為穩壓泵應設計為與消防主泵聯鎖啟動，并且穩壓泵的設計壓力及啟動壓力值的確定應保證管網壓力時刻滿足系統壓力需求。應首先確定系統的額定壓力，然后確定消防泵的起泵壓力，再確定穩壓泵的起泵壓力和停泵壓力，而穩壓泵的額定壓力至少應為穩壓泵的停泵壓力。

舉例如下：如果滅火時系統設計壓力為P，穩壓泵按照一用一備設置。第一穩壓泵啟動壓力為P1，如果第一穩壓泵無法正常啟動，管網泄漏量使壓力下降至P2，則備用穩壓泵啟動，即備用穩壓泵啟動壓力為P2，P1>P2；而為了滿足核島消防用水需求，P1和P2的壓力值應滿足最不利用水點的壓力要求，即P1>P2>P。而當核島廠房發生火災時，穩壓泵無法滿足火災用水量要求，管網壓力繼續下降，降至消防主泵啟動壓力P3，此時消防主泵啟動滅火。為保證供水安全性，應滿足P1>P2>P3>P。其中每個啟動壓力的差值可根據儀表的精確度等綜合確定。

4 穩壓泵的供電分析

國內消防水泵及穩壓泵供電設計按照雙電源設計，且雙路電源自動切換時間不應大于2 s。NFPA 20 6-2中對于電動泵的電源要求為一路可靠電源或兩路及以上獨立電源。由于穩壓泵所在系統是與安全有關的系統。故穩壓泵作為核島廠房消防系統的供水裝置，應考慮地震后全廠斷電的不利狀況。故在核島廠房消防設計中，首先應防止共模失效，每個機組的兩臺穩壓泵分別由A系列和B系列供電，考慮地震后可能失去廠內電源和廠外正常電源時，應設置應急柴油機加載供電，其加載時間為0 s工步，以滿足穩壓泵的供電安全和消防管網的正常運行。

5 穩壓泵的控制分析

GB 50974—2014消防給水及消火栓系統技術規范11.0.8條規定：穩壓泵應設置就地強制啟停泵按鈕，并應有保護裝置。條文解釋為設置就地停泵按鈕是便于維修時控制和應急控制。

針對核電廠的特性，筆者認為，核電廠發生火災可能導致核島反應堆停堆，故認為可不設置就地停泵按鈕，以免有人員誤操作將正在運行的穩壓泵關停。建議僅在主控室設置手動停泵操作，在現場人員確認火災撲滅后通知主控室人員手動關閉。可在就地和主控室設置起泵按鈕。

6 結語

穩壓泵占地面積小，設計與施工方便，系統控制簡單，因而核電站核島消防供水系統利用穩壓泵進行穩壓，是合理、可行的方式。筆者認為，穩壓泵的相關設計需要重點關注以下幾方面問題：1)設置穩壓泵的消防供水系統，是否還要考慮火災初期用水量；2)穩壓泵的流量以管網泄露量計算，其泄漏量以多少計最為合適；3)穩壓泵的壓力值如何確定，與消防泵的聯動壓力值如何確定仍需研究；4)核島廠房消防設計因工程項目不同，采用的規范標準也不同，如有的項目采用RCC-I標準，有的采用NFPA標準，應根據不同國家規范間的差異，綜合考慮穩壓設計方案。

[1] RCC-I，壓水堆核電站防火設計和建造規則[S].

[2] GB 50974—2014，消防給水及消火栓系統技術規范[S].

[3] NFPA 20，Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection[S].

On application of steady pressure pump in fire-fighting at nuclear island plants of nuclear power plants

Ma Guojian Li Nana Shi Fenghua

(ChinaNuclearPowerEngineeringCo.,Ltd,Beijing100840,China)

According to the features of nuclear island plants of nuclear power plants, the paper analyzes allocation, flux, pressure, power-supply, and control of the fire-fighting steady pressure pump by combining with related standards and regulations in China and NFPA, and sums up some considerate problems of some steady pressure pump in design, so as to accumulate experience for the application of the steady pressure pump in fire-fighting at nuclear island plants of nuclear power plants.

nuclear island plant, steady pressure pump, fire-fighting

1009-6825(2015)07-0123-02

2014-12-25

馬國建(1983- )，男，工程師； 李娜娜(1984- )，女，工程師； 史鳳華(1966- )，女，研究員級高級工程師

TU998.1

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