AP1000核電站FPS消防系統設計比較分析

劉曉輝　李樂

摘 要：FPS消防系統是基于假想發生火災而設置的，消防系統最基本的目標就是探測和抑制火災，將火災危害降至最低。文章簡要分析了徐大堡核電廠（1116工程）AP1000核電站消防系統FPS的系統功能，布置情況，與M310機組的消防系統做了簡要的對比分析。

關鍵詞：消防系統；系統；布置

徐大堡核電廠（1116工程）采用AP1000技術，AP1000是采用美國西屋公司的技術方案，為國內自主設計、自主建造、自主運營的第三代核電技術項目。消防給水和消防設施無論在工廠中或是核電站中都是極其重要的配置，消防給水和消防設施的設置應根據建筑的用途及其重要性、火災危險性、火災特性和環境條件等因素綜合確定[1]。該系統具有重要安全相關功能，在設計基準事故工況下，在供水管線穿越安全殼部分的消防系統應提供安全殼隔離保護[2]。下面就AP1000的消防系統設計進行簡要分析。

1 系統介紹

1.1 火災危害性分析

以防火分區為單位，通過對1116工程核島各防火區在火災危害、識別（包括安全重要物項、火災載荷計算與分析、防火屏障、火災探測功能、滅火功能、排煙功能、人工干預條件的識別）等方面進行分析，確定FPS消防系統功能、運行及布置情況。

1.2 系統功能

1116工程FPS消防系統是基于假想發生火災而設置的。最基本的目標就是探測和抑制火災，將火災危害降至最低。該系統主要功能設置如下。

火災探測和火災抑制：在電站正常運行期間，消防系統通過設置合適的火災探測和滅火系統，將火災對安全重要的構筑物、系統及設備的影響降至最低。

為余熱導出系統提供冷卻水：消防系統一個額外功能就是為余熱導出泵和熱交換器提供冷卻水，以保證核電廠在由于火災導致設備冷卻水系統正常的余熱導出功能失效后仍然能夠進行冷停堆。

為非能動安全殼冷卻系統（PCS）的水箱提供補水：在消防系統可用的情況下，消防系統為非能動安全殼冷卻系統提供備用水源，以保證在要求安全殼冷卻的設計基準事故工況下，對安全殼穹頂進行濕潤以及重新向安全殼冷卻系統水箱補水。

為乏燃料池補水及噴淋；為安全殼噴淋。

為冷停堆系統提供滅火設施：消防系統為那些無法通過實體隔離進行分隔，但是冷停堆必須使用的機械系統與其相關的電氣儀控系統提供滅火設施。

為電氣設備提供滅火措施：消防系統為汽輪機廠房的AC交流電動機控制中心提供滅火功能以保持其在火災后仍然具有冷停堆能力。

非安全相關的縱深防御功能：安全停堆設備區域的收到滅火設施是按抗安全停堆地震（SSE）進行設計的。

消防監控滅火系統的狀態、探測和指示火災區域，為操作人員提供火災位置指示；在發生火災的區域提供自動或手動的滅火系統以保證電廠人員安全，同時達到限制火災的目的；火災伴隨的另一個后果就是放射性物質或者有害物質的外漏，消防系統的另一個功能就是講這些物質對操作人員及環境的危害降至最低。

1.3 系統運行

FPS消防系統要求在機組啟動之前是可用的，在電站運行期間應保持其可操作性。消防系統在正常工況下是一個穩態系統。

在電站正常運行期間消防系統是可用的，系統的狀態包括消防水箱、消防水泵、閥門及自動滅火系統應由操作員進行監控。消防水箱的液位和溫度應進行監測。消防水箱的補水由主廠房生活水系統（PWS）提供，由原水系統（RWS）作為后備水源。消防管網由穩壓水泵進行穩壓。當溫度和煙被探測系統探測到或者自動滅火系統啟動時，火災探測和報警系統需在就地發出聲音報警，在主控室和中央安全警報站發出聲光報警。當發生火災自動或手動啟動滅火器系統導致消防管網壓力下降時，電動消防水泵應在壓力低信號下自動啟動。如果電動消防水泵不能正常啟動，則柴油機驅動泵應在更低的壓力信號下啟動，兩臺消防水泵持續運行直到手動將其停止為止。

濕式噴淋系統啟動：當周圍溫度上升到閉式噴頭的爆破溫度時閉式噴頭開啟，水流通過報警止回閥時觸發壓力開關在就地和主消防控制盤報警。當火災被撲滅時，通過關閉供水閥門來實現系統隔離。干式噴淋系統啟動：當周圍溫度上升到閉式噴頭的爆破溫度時閉式噴頭開啟，管網里面的壓縮空氣被釋放出來，管網壓力降低將導致干式管網的控制閥門開啟，閥門開啟將觸發壓力開關在就地和主消防控制盤報警。當火災被撲滅時，通過關閉供水閥門來實現系統的隔離。另外預作用系統的啟動和雨淋及噴霧系統的啟動方式跟濕式、干式噴淋系統啟動方式原理一致。手動滅火系統包含室外消火栓，消火栓立管。室外消火栓通過連接水龍帶和消火栓并打開隔離法進行滅火，通過關閉消火栓的隔離閥進行室外消火栓的關閉。水龍帶和噴槍平時存在專門的水龍帶站里面。濕式消火栓立管通過連接水龍帶并打開相關的常閉閥進行操作，水流的大小及形式可通過調節閥噴嘴進行調節，通過關閉常閉閥進行關閉。除了設置在安全殼外側的常閉閥需要在供水時首先打開外，干式消火栓立管（盡在安全殼內）使用方法與濕式立管相同。

2 系統布置

每個消防水箱至少包括1419m3的水量，其容積能夠滿足全廠最大假設消防用水量2300gpm（145.11L/s）兩小時的用水。為了防凍，每個消防水箱設有電加熱裝置和絕熱裝置。位于主廠區的主消防水箱，主消防管道通過埋地管道延伸至汽輪機廠房，由10主管道FPS-L054延伸至附屬廠房、核輔助廠房、放射性廢物廠房，并由汽輪機廠房主管分支至核島，由附屬廠房主管分支延伸至柴油發電機廠房。在核島各個廠房中，由消防主管供水的消防立管供水，分支管線遍布河道廠房，包括附屬廠房、廢物處理廠房、柴油發電機廠房等，接到各個房間消火栓或自動噴淋裝置。最大消防系統管徑為300mm。

3 與M310機組的比較

以0738項目為例，M310機組中的消防系統由核島消防系統JPI、電氣廠房消防系統JPL、柴油發電機廠房消防系統JPV以及消防水分配系統JPD組成。消防水分配系統JPD的功能是向核島、常規島、和BOP各建筑物分配消防用水，在非火災情況下維持管網壓力約為1.12MPa。在BOP內部，JPD系統想建筑物內的消火栓系統和自動消防系統提供消防水。手提式滅火器和推車滅火器等移動設備屬于JPS系統；室外消火栓屬于JPU系統。每個廠房JPD系統入口管道都按照隔離閥，以實現系統隔離。核島消防系統JPI是為了撲滅在核島內可能發生的火災而設立的，該系統涉及的區域包括：反應堆廠房、燃料廠房、核輔助廠房和部分連接廠房。核島廠房內的每層均設有消火栓，它們可到達可能有火災的任何部位。反應堆廠房內的六根立管及核輔助廠房、設冷水廠房和燃料廠房內的各兩根立管均為干式的，當發生火災時，對于核輔助廠房、設冷水廠房和燃料廠房，運行人員需用一根軟管將此立管與JPD系統相連，并開啟常閉閥進行滅火；對于反應堆廠房，則直接遙控開啟常閉閥門進行滅火。電氣廠房消防系統JPL的功能是在電氣廠房±0.00m標高處以表壓1.15MPa的壓力從JPD系統來的消防水，每個房間另外配有干粉或二氧化碳滅火器。規格和數量根據被保護的設備決定。此外，若干房間配有固定式噴水滅火設備。

柴油發電機廠房消防系統JPV，通過設置有效的火警探測裝置確保對柴油發電機間、電氣間、主貯油罐間、日用油箱間、潤滑油間燃油輸送泵間周圍環境的連續控制；通過在柴油發電機間、主貯油罐間、日用油罐間、潤滑油箱間和燃油輸送泵間設置固定AFFF泡沫滅火裝置，以達到滅火和控制火災蔓延的目的。

借助于非能動設計，AP1000防火分區范圍有了縮小且重點防護抗震Ι類設備，相對于M310堆型系統復雜程度有所降低，此外設備多樣化的形式，也增加系統的安全性。M310堆型的消防系統分類更為詳細，根據消防的功能和區域不同，劃分了更詳細的消防系統，此外M310堆型消防設備多為冗余設置。

參考文獻

[1]GB50016-2014.建筑設計防火規范[S].

[2]AP1000設備技術及分析[M].中國原子能出版社，2011.