“華龍一號”核電廠防火設(shè)計優(yōu)化經(jīng)驗總結(jié)

林武清，陳 琳，劉文華，譚廣萍

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

“華龍一號”核電廠防火設(shè)計充分借鑒吸收了三代核電技術(shù)的先進(jìn)設(shè)計理念、我國現(xiàn)有壓水堆的運行經(jīng)驗和福島核事故的經(jīng)驗反饋，遵循縱深防御方針。根據(jù)導(dǎo)則和規(guī)范的要求[1-3]，應(yīng)避免可能發(fā)生的火災(zāi)蔓延導(dǎo)致執(zhí)行同一安全功能的冗余設(shè)備同時被損毀。因此，“華龍一號”對核島廠房進(jìn)行了全面的防火分區(qū)，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；對于空間所限而無法進(jìn)行有效隔離的情況，通過火災(zāi)風(fēng)險分析，對共模設(shè)備或電纜補(bǔ)充防火保護(hù)措施[4]。為了驗證“華龍一號”首堆消防設(shè)計中所采用防火措施的有效性，福清核電5、6號機(jī)組在設(shè)計階段后期開展詳細(xì)的火災(zāi)危害性分析和火災(zāi)薄弱環(huán)節(jié)分析工作，分析發(fā)現(xiàn)部分安全級冗余設(shè)備和電纜不能實現(xiàn)有效的防火隔離，且在后期采取防火保護(hù)措施時存在施工困難和增加投資等問題。為了避免在后續(xù)工程中出現(xiàn)類似情況，在福清核電5、6號機(jī)組的防火設(shè)計基礎(chǔ)上提出設(shè)計優(yōu)化建議，并進(jìn)行經(jīng)驗總結(jié)。

1 設(shè)計思路

通過火災(zāi)薄弱環(huán)節(jié)分析，對福清核電5、6號機(jī)組的防火設(shè)計進(jìn)行驗證，針對每一個防火空間可能存在的火災(zāi)共模點進(jìn)行鑒別，再針對潛在的火災(zāi)共模點進(jìn)行相應(yīng)的功能分析和火災(zāi)風(fēng)險分析，根據(jù)分析結(jié)果，對確認(rèn)的火災(zāi)共模點補(bǔ)充防火保護(hù)措施，確保火災(zāi)不會引起核安全相關(guān)冗余設(shè)備和電纜共模失效而導(dǎo)致機(jī)組正常運行或事故后長期階段所必須的安全功能喪失。部分安全級冗余設(shè)備和電纜實現(xiàn)有效的防火隔離經(jīng)濟(jì)性較差或施工困難，在后續(xù)“華龍一號”工程中為了提升經(jīng)濟(jì)性或更有效地實現(xiàn)防火隔離，需要考慮在設(shè)計之初從設(shè)備布置、電纜敷設(shè)、防火分區(qū)調(diào)整等方面入手，從源頭上解決防火分析中發(fā)現(xiàn)的問題。

2 防火分析發(fā)現(xiàn)的問題

2.1 上充泵房

上充泵屬于安全重要物項，每臺上充泵設(shè)置專門的潤滑油箱，容量約為 15 L，存在一定的火災(zāi)風(fēng)險，因此將上充泵A、B系列分別布置在兩個相互隔離的安全防火區(qū)內(nèi)。福清核電5、6號機(jī)組上充泵房施工過程中發(fā)現(xiàn)房間N005、N006之間的防火屏障較難實現(xiàn)完全封閉，該防火屏障處設(shè)置了推拉門，推拉門上同時設(shè)置了供人員通行的小門，推拉門上方設(shè)有吊車軌道、電纜、通風(fēng)管道等，推拉門與各物項交叉處存在較大的孔洞，防火封堵實施較為困難，且后續(xù)檢修中使用吊車或推拉門時會破壞封堵。

如果孔洞不進(jìn)行防火封堵，當(dāng)泵房內(nèi)其中一列上充泵泄漏的潤滑油發(fā)生火災(zāi)時，該房間內(nèi)的煙氣會通過推拉門上方的孔洞蔓延到相鄰上充泵房。火災(zāi)模擬結(jié)果顯示，這些煙氣形成高度為 1.96 m 的熱氣層（煙氣溫度為248.75 ℃），能夠淹沒上充泵潤滑油冷卻器進(jìn)氣口，由于潤滑油冷卻器進(jìn)氣口的溫度限值為55 ℃，從而同時導(dǎo)致相鄰上充泵喪失其正常功能，該共模失效是不可以接受的。

2.2 反應(yīng)堆換料水池和乏燃料水池冷卻泵

反應(yīng)堆換料水池和乏燃料水池冷卻和處理系統(tǒng)（RFT）A、B系列冷卻泵是 RFT系統(tǒng)的重要物項。福清核電5、6號機(jī)組RFT001PO、002PO和006PO均設(shè)置在防火空間ZFSK0081A的K001房間內(nèi)。

在福清核電5、6號機(jī)組初步設(shè)計階段，總體消防、工藝系統(tǒng)和電氣布置專業(yè)針對該房間內(nèi)布置情況進(jìn)行了探討，由于廠房限制無法對 RFT冷卻泵進(jìn)行實體隔離，確定在設(shè)計中通過減少該房間內(nèi)的電纜以降低擴(kuò)散性火災(zāi)風(fēng)險，針對局部性火災(zāi)風(fēng)險在設(shè)計后期采取非能動防火措施進(jìn)行保護(hù)，避免 RFT泵產(chǎn)生火災(zāi)共模失效。

火災(zāi)薄弱環(huán)節(jié)分析結(jié)果顯示，A/B系列RFT001PO、002PO的電機(jī)、B系列RFT002PO的配電柜與 A列電纜主托盤距離不滿足空間隔離要求，由于該防火空間存在局部性火災(zāi)的風(fēng)險，發(fā)生火災(zāi)時，將造成 RFT系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)A/B系列均不可用，影響機(jī)組的安全功能。

該現(xiàn)狀不滿足設(shè)計階段對安全冗余設(shè)備實體隔離的要求，因此，需要在RFT001PO、002PO之間設(shè)置防火屏障，并對相關(guān)電纜主托盤、配電柜等增設(shè)非能動防火保護(hù)設(shè)施，確保火災(zāi)情況下RFT001PO、002PO和006PO不會產(chǎn)生共模失效。非能動防火保護(hù)裝置增加了施工難度和項目投資，同時造成電廠后續(xù)運行中定期試驗和維護(hù)工作量的增加。

2.3 中壓動力電纜

由于中壓電纜在正常運行情況下存在散熱量大的問題，無法在后期通過對電纜實施防火包覆而消除火災(zāi)共模失效的風(fēng)險，因此在設(shè)計之初，總體消防專業(yè)和電儀布置專業(yè)就針對該問題進(jìn)行了深入梳理，并對中壓電纜路徑進(jìn)行了規(guī)劃，盡可能地避免出現(xiàn) A、B列中壓電纜火災(zāi)共模失效的風(fēng)險。

福清核電5、6號機(jī)組在進(jìn)行火災(zāi)薄弱環(huán)節(jié)分析時發(fā)現(xiàn)，NX廠房 ZNSN0001防火空間的 N071房間存在局部性火災(zāi)，造成該房間中的A、B列上充泵中壓動力電纜存在共模失效風(fēng)險。

由于無法直接對中壓動力電纜進(jìn)行防火包覆，設(shè)計中將構(gòu)成局部性火災(zāi)的電纜采取了防火包覆，以消除火災(zāi)風(fēng)險。

3 防火設(shè)計優(yōu)化

3.1 上充泵房

漳州核電 1、2號機(jī)組上充泵房在 N005、N006之間設(shè)置了完全封閉的實體隔墻，同時將原隔墻上的推拉門改為具有 2 h耐火極限的平開式防火門，取消貫穿兩個房間的吊車軌道，改為兩個房間分設(shè)吊車軌道，管道及電纜等物項在貫穿防火墻處進(jìn)行防火封堵，通風(fēng)管道穿越防火墻處設(shè)置防火閥，合理設(shè)置通風(fēng)口以保證設(shè)備的正常工作環(huán)境。通過以上設(shè)計優(yōu)化，使上充泵房形成完整的防火屏障，防火門、封堵材料以及防火閥的耐火極限均滿足防火分區(qū)邊界耐火極限要求，避免火災(zāi)情況下 A、B列上充泵安全功能同時喪失的共模失效。上充泵房的設(shè)計優(yōu)化方案如圖1所示。

圖1 上充泵房的設(shè)計優(yōu)化方案Fig.1 Design optimization of the charge pump room

3.2 反應(yīng)堆換料水池和乏燃料水池冷卻泵

在漳州核電1、2號機(jī)組總體設(shè)計階段，總體消防專業(yè)將福清核電 5、6號機(jī)組RFT泵存在火災(zāi)共模失效風(fēng)險的問題反饋給工藝系統(tǒng)和布置專業(yè)。系統(tǒng)和布置專業(yè)結(jié)合RHR-RFT系統(tǒng)的統(tǒng)籌改進(jìn)及系統(tǒng)間不同運行階段可交叉運行的理念，在不降低RFT系統(tǒng)冗余度和安全性的前提下，取消一臺RFT系統(tǒng)冷卻泵，并對RFT泵布置進(jìn)行了調(diào)整，將RFT001PO放置于K010房間，RFT002PO放置于K001房間，總體消防根據(jù)設(shè)備布置情況將 A、B系列冷卻泵所在房間分別劃分為兩個獨立的安全防火小區(qū)，實現(xiàn)實體隔離，從源頭上有效避免了RFT系統(tǒng)A、B列火災(zāi)共模失效風(fēng)險。其中K009房間放置兩列換熱器，房間內(nèi)電纜數(shù)量少，火災(zāi)風(fēng)險小，換熱器本身沒有可燃物，不會存在火災(zāi)共模失效風(fēng)險導(dǎo)致兩個換熱器同時失效。RFT泵防火分區(qū)設(shè)計優(yōu)化方案如圖2所示。

圖2 RFT泵防火分區(qū)設(shè)計優(yōu)化方案Fig.2 Fire zoning design optimization of RFT pump

3.3 中壓動力電纜

在漳州核電1、2號機(jī)組總體設(shè)計階段，總體消防專業(yè)與電儀布置專業(yè)重新規(guī)劃了上充泵B系列中壓動力電纜的路徑，具體路徑為：ZFSN0087B-ZFSN0081A-SFSN0084B，并避開上充泵 A系列中壓動力電纜穿過的防火空間ZNSN0001，實現(xiàn)實體隔離，避免火災(zāi)共模失效風(fēng)險，減少了非能動防火保護(hù)裝置的使用，并具有一定經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)論

本文對福清核電 5、6號機(jī)組防火設(shè)計驗證中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，對我國“華龍一號”首堆防火設(shè)計進(jìn)行經(jīng)驗總結(jié)，提出設(shè)計優(yōu)化成果。在后續(xù)“華龍一號”核電廠防火設(shè)計初期階段通過對設(shè)備布置、電纜路徑調(diào)整優(yōu)化等措施，對安全級冗余設(shè)備和電纜進(jìn)行防火隔離改進(jìn)，可以減少設(shè)計后期出現(xiàn)無法消除火災(zāi)共模點的情況，在提高防火安全水平和核電廠安全性的同時，可以節(jié)省施工后期增設(shè)非能動實體防火保護(hù)裝置和電纜防火包覆的投資費用約300萬元，并可以顯著降低防火保護(hù)設(shè)施現(xiàn)場安裝難度，提高效率。同時，該項經(jīng)驗總結(jié)也為國內(nèi)其他同類核電廠防火設(shè)計改進(jìn)提供重要參考，可總體提高我國核電廠的防火安全水平。