核電廠消防鋼瓶故障分析與改進

陳若瀅，黃顯藝

（福建福清核電有限公司，福建福清 350318）

0 引言

目前核電廠常用于實現消防功能的煙烙燼滅火系統由美國安素公司生產、利用固定噴嘴與藥劑實現分配管網的工程系統。該系統根據美國國家防火協會（National Fire Protection Association，NFPA）“清潔藥劑滅火系統”2001標準設計和安裝，主要利用自動運行的探測與控制設備操控啟動，必要時通過相關配件的安裝于調試。根據現場實際環境，煙烙燼滅火系統在實現報警、通風控制、關閉門窗或其他輔助的關閉功能時，需使用一些特定附件。

在氣體滅火原理方面，煙烙盡藥劑成分為3種惰性氣體的混合物，即52%氮氣、40%氬氣和8%二氧化碳。通過提升空氣中惰性氣體濃度、極度降低氧氣濃度達到撲滅火災的目的。

1 煙烙燼系統故障現象

煙烙燼系統實現消防功能是通過消防鋼瓶、鋼瓶頭部件、單向閥、連接管等設備的相互配合與協調來實現的（圖1）。核電廠使用煙烙燼的消防系統中，常見故障有鋼瓶頭泄壓、單向閥失效、連接管失效等情況，單一或多個故障同時發生的情況下故障現象大有不同。結合核電廠運行實際情況，分析煙烙燼系統鋼瓶泄壓故障。

圖1 煙烙燼滅火系統

2 煙烙燼系統重要部件

2.1 鋼瓶頭部件組裝分析

為提高鋼瓶封口可靠性，實現鋼瓶接連觸發的效果，裝有煙烙盡藥劑的鋼瓶上方裝有圖2所示瓶頭組裝部件。各部件安裝方式簡單，可根據實際需要增減、可串聯。

圖2 鋼瓶頭部件

（1）CV-98瓶頭閥。作用是與鋼瓶口連接的閥門，下部頂針設計用于觸發鋼瓶。具有電動、氣動、手動的背壓式啟動方式。特點是充裝端和啟動端的螺紋尺寸不同，以防誤用裝置。日常使用及系統試驗中無需拆卸，密封性好，可靠性高。

（2）電啟動器。與壓力啟動器套用，可重復使用與疊加。在僅使用單臺電啟動器時，必須串聯21.5 Ω電阻，12 V直流電源供電，利用線圈通電后產生的磁性與電啟動器內磁鐵部件相互作用，觸發該電啟動器。上連接拉桿，適用于多次進行預防性維修與試驗的場所；可靠性高，一般除承載電壓過大而造成線圈燒壞以外，較少出現其他損壞因素。

（3）壓力啟動器。與電啟動器配套使用，頂部可安裝其他啟動器。安裝方式簡單且可靠性高。如經觸發，需使用專用復位工具。

（4）拉桿啟動器。拉桿啟動器可安裝在電動啟動器上，使得單個主鋼瓶能用電動、氣動和機械啟動。相當于在其他啟動方式失效時可使用的手動啟動方式；配有保護拉環，不易誤觸發。

2.2 同組鋼瓶接連泄壓原理分析

烙燼滅火系統采用鋼瓶分組泄壓的觸發、運行方式，以此達到控制惰性氣體噴射量、減少不必要的消耗、降低人員窒息風險的目的。

如圖3所示，當某組鋼瓶中的主動瓶頭各類啟動器收到來自電信號、手動操作等形式的作用、啟動器觸發造成瓶頭閥頂針彈出時，主動瓶在觸發泄壓的同時會在連接管內產生一股氣壓，而后二級主動瓶逐級利用其同組上一個鋼瓶觸發后產生氣壓接連觸發。一般每組鋼瓶的容量、數量將取決于該組所分配的消防房間的空間大小與現場運用，因此當現場每個鋼瓶都裝有啟動裝置時，一旦某鋼瓶由于瓶頭閥頂針彈出繼而開始泄壓，則噴發惰性消防氣體的將是同組中在其壓力走向下游的全部鋼瓶。

圖3 同組鋼瓶連接

2.3 泄壓鋼瓶數量異常故障分析

煙烙燼滅火系統采用鋼瓶分組泄壓的觸發、運行方式。正常情況下，某一鋼瓶的故障泄壓僅可能導致其下游并同組的鋼瓶泄壓。但在核電廠實際運行中可能出現非下游、不同組鋼瓶誤噴現象，這就是單向閥失效的故障表現。某單向閥銹蝕、失效可能造成的額外觸發。在整個系統的分組中，單向閥控制鋼瓶觸發的組別，達到在不同房間進行消防噴灑的效果。如圖4所示，舉例2種情況說明。

圖4 煙烙燼系統消防鋼瓶存放（部分）

（1）當1號鋼瓶觸發泄壓時，如單向閥A，B，C功能正常，則在接連觸發其下游的2，3號鋼瓶的同時，還將通過單向閥B，C接連觸發8號鋼瓶及其壓力輸送下游的9～11號鋼瓶，因A的作用4～7號鋼瓶不受影響。

（2）當1號鋼瓶觸發泄壓時，如單向閥A與C發生故障或銹蝕造成失效，則從1號鋼瓶瓶頭輸出的管線壓力將直接造成1～8號鋼瓶的全部觸發，其中4～7號鋼瓶為錯誤觸發。與此同時，本應觸發的9～11號鋼瓶則并未觸發。

由此可見，單向閥功能異常是導致鋼瓶誤噴且范圍擴大到其他組別的直接、根本原因。

3 總結

3.1 電啟動器復位流程細化

在電啟動器拆裝、復位工作的實施過程中，需更加關注各時間段底部頂針的狀態，尤其是設備回裝之前。在日常故障檢修與試驗的實施過程中，在鋼瓶電啟動器安裝前必須對電啟動器狀態進行確認。如電啟動器下方頂針突出，則需對其進行手動復位。使用專用復位工具（部件號75433）對準電啟動器下方頂針，用較大的力量頂壓，直到聽到“咔噠”一聲。而后以不同方向多次用力晃動電啟動器，確認頂針仍未突出，說明頂針已徹底恢復未觸發時位置并卡死，正確復位。通過電啟動器加24 V電源信號后觸發動作，頂針可有效恢復，搖晃后頂針無晃動、收縮現象，則可說明電啟動器功能正常，可實施回裝操作。

3.2 煙烙盡系統單向閥維護須知

在以氣體為傳輸媒質的消防系統管道內，安裝于調試期間慎行水壓試驗。已有經驗表明，在氣體傳輸管道內進行過水壓試驗的前提下，閥門部件由于管道內部與設備縫隙中液體殘留，導致設備銹蝕、失效的概率通常較高。此外定期的預防性維護也是必不可少，考慮到核電廠煙烙燼滅火系統觸發報警與噴發概率較小，可在日常試驗的開展中適當加入單向閥等重要部件的檢查與關注，降低系統異常故障時不利影響擴大的可能性，提升消防系統應急可靠性。