某核電廠消防水分配管網(wǎng)破損后的查漏與原因分析

作者簡介：

常蔚（1990- ），男，漢族，山西晉中人，本科，工程師，研究方向：核電運行。

摘要：

核電廠消防水分配管網(wǎng)長期運行中極易因腐蝕而出現(xiàn)破口。由于管網(wǎng)覆蓋范圍廣，布置復(fù)雜，部分埋入地下，破口難以定位，影響消防系統(tǒng)正常運行。通過分析相關(guān)現(xiàn)象，分段隔離排除，可以快速找到破口，消除滲漏，保證消防水分配系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：

管網(wǎng)破口；定位；消防水系統(tǒng)

引言

2018年11月，某核電廠消防水管網(wǎng)穩(wěn)壓罐的兩臺補水泵啟動次數(shù)由20次/（臺.天）上漲至33次/（臺.天），之后緩慢上漲至40次/（臺.天）。經(jīng)過計算，兩臺補水泵出力正常，消防管網(wǎng)真實泄漏。2019年01月，發(fā)現(xiàn)由地下管廊A段通往B生產(chǎn)廠房的電纜槽架處有連續(xù)水流，水流沿槽流入附近地坑。流水處與通往B生產(chǎn)廠房的消防支管距離約4-5m，此消防支管（在地下管廊內(nèi)）和C閥門處（B生產(chǎn)廠房附近地面）均有明顯節(jié)流聲，判斷C閥門與消防水母管之間的管道有破口，且破口在地面以下。實施隔離后驗證消防水管網(wǎng)穩(wěn)壓罐的兩臺補水泵啟動次數(shù)減少為4～5次/（臺·天），確認C閥門與消防水母管之間的管道有漏點。

一、核電廠消防系統(tǒng)組成

核電廠消防水生產(chǎn)與分配系統(tǒng)由兩個蓄水池、四臺輸水泵、一個穩(wěn)壓罐和相應(yīng)的管網(wǎng)組成。正常運行時，由穩(wěn)壓罐來維持管網(wǎng)壓力和水位在正常允許范圍內(nèi)，補償消防管網(wǎng)系統(tǒng)的輕微泄漏。當發(fā)生火災(zāi)時，需要大流量消防水時，由泵出口的壓力啟、停定值來確定消防水泵啟動先后順序，從而保證消防管網(wǎng)的供水，如圖1所示。

消防水蓄水池由鋼筋混凝土制成，位于聯(lián)合泵房內(nèi)每個機組的兩列旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)廠房中間。容積1400m3，大氣壓力、水箱設(shè)計滿足最大單一固定滅火系統(tǒng)及局部消防

栓2小時用水量。每機組設(shè)有兩臺消防水泵，每臺消防水泵容量為100%，互為備用。水平安置于聯(lián)合泵房的重要廠用水系統(tǒng)泵坑內(nèi)，由6.6Kv交流應(yīng)急配電系統(tǒng)供電。電站消防系統(tǒng)供水優(yōu)先順序為核島、常規(guī)島、外圍。由消防水泵提供的消防水直接供向核島，同時通過常開的電動閥供向1/2號機常規(guī)島環(huán)管，最后由常規(guī)島環(huán)管供向外圍管網(wǎng)。在核島發(fā)生火災(zāi)事故情況下可以關(guān)閉供向1/2號機常規(guī)島環(huán)管的電動閥，切斷常規(guī)島和外圍的消防水，僅保證核島消防水。核島和常規(guī)島消防水壓力為12bar.g，取自消防水泵出口管網(wǎng)，正常情況下由穩(wěn)壓罐維持壓力。消防噴淋啟動后由消防水泵啟動維持壓力；外圍消防水壓力為8bar.g，常規(guī)島的消防水經(jīng)過三個減壓閥調(diào)節(jié)實現(xiàn)[1]。

二、穩(wěn)壓罐補水泵啟動次數(shù)增加的原因分析

（一）穩(wěn)壓水罐設(shè)計原理

穩(wěn)壓水罐直徑為3m，高為10.6m，容積為75m3，其中25m3充水（能滿足火災(zāi)發(fā)生后第一分鐘的用水量），50m3充壓縮空氣。穩(wěn)壓水罐內(nèi)的水量由液位開關(guān)1和液位開關(guān)2自動控制的兩臺補水泵從生活飲用水系統(tǒng)中交替抽水補充，其流量為5.4m3/h，觸發(fā)補水泵啟動的信號由液位開關(guān)1（低液位）發(fā)出，定值為3.76m，觸發(fā)補水泵停運的信號由液位開關(guān)2發(fā)出，定值為3.823m，兩者相差6.3cm。現(xiàn)場跟蹤每次啟泵過程中，穩(wěn)壓水罐液位上漲約6cm，穩(wěn)壓水罐截面積7.07m2，每次啟泵補水0.445m3，兩臺補水泵每天共啟動80次，補水35m3，兩臺補水泵滿足設(shè)計的補水能力。空氣壓縮機1和空氣壓縮機2維持消防水管網(wǎng)的較高壓力，以保證在滅火初期穩(wěn)壓水罐能迅速提供高壓力、大流量和及時的水源。

（二）穩(wěn)壓水罐補水泵控制信號回路

日常運行期間通過執(zhí)行定期試驗，驗證兩臺補水泵的可用性，每周執(zhí)行一次。試驗主要步驟如下：關(guān)閉水位開關(guān)室下部隔離閥，緩慢微開啟水位開關(guān)室疏水閥，檢查穩(wěn)壓罐水位下降，水位下降到低開關(guān)的水位時，一臺補水泵自動啟動。補水泵一啟動，立即關(guān)閉水位開室疏水閥，開啟水位關(guān)室下部隔離閥，水位開關(guān)室增至正常工作水位時，補水泵自動停運。查詢近期定期試驗記錄，結(jié)果均滿意，補水泵信號控制回路正常。

（三）補水泵啟動次數(shù)增加原因定位

兩臺補水泵滿足設(shè)計的補水能力，信號控制回路正常，兩臺補水泵每天共啟動80次，補水35m3，穩(wěn)壓水罐維持在正常液位，由此可以判定消防水管網(wǎng)有泄漏，且補水泵啟動次數(shù)增加，管網(wǎng)泄漏有擴大趨勢[2]。

三、管網(wǎng)查漏基本思路及處理過程

（一）查漏基本思路

消防水管網(wǎng)覆蓋范圍廣，布置復(fù)雜，設(shè)備眾多，查漏時應(yīng)先易后難，從以下幾個方面去著手。

1.查詢補水泵啟動次數(shù)增加的時間段內(nèi)機組的相關(guān)操作，確認最近是否有消防相關(guān)的工作，如消防栓放水檢查、消防閥組定期試驗、消防水泵的水力特性試驗等，分析是否存在管網(wǎng)泄漏因素。

2.確認消防水泵出口逆止閥是否存在內(nèi)漏故障，如果逆止閥內(nèi)漏，將導(dǎo)致消防水反向進入蓄水池，消防水泵出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

3.分組分批次普查機組核島、常規(guī)島、外圍區(qū)域地面以上的消防管線、固定消防設(shè)施和消防栓、卷盤是否漏水。

4.普查地下管廊中的消防管道、地下管廊污水坑是否有異常來水以及消防管線上的安全閥是否松動。

（二）查漏及處理過程

針對上述思路，并結(jié)合機組當前實際狀況，本次主要采取以下行動。

1.通過機組生產(chǎn)計劃、日志記錄和近期維修工作開展情況等，列出可能存在漏點的清單，現(xiàn)場逐一核實均無異常。相關(guān)工作包括消防管網(wǎng)減壓閥解體工作、定期檢查清潔逆止閥、消防栓五年放水試驗。期間發(fā)現(xiàn)某一消防栓無法關(guān)嚴，呈線狀流，但在隔離后兩臺補水泵的啟動頻率并未減少。

2.因土建“風(fēng)雨連廊”項目施工挖消防管道而大量跑水，但在隔離了相關(guān)管線之后，兩臺補水泵的啟動頻率也未減少。

3.通過監(jiān)視蓄水池的水位以及分析消防水泵啟動期間補水泵的啟動頻率，排除消防水泵出口逆止閥內(nèi)漏導(dǎo)致的管網(wǎng)消防水返流至蓄水池[3]。

4.普查機組核島、常規(guī)島和外圍區(qū)域地面以上的消防管線、固定消防設(shè)施均未發(fā)現(xiàn)異常。

5.針對消防栓和上游隔離閥，采取排查的方法，消防栓的隔離閥在蓋板內(nèi)，閥桿、法蘭可能漏水。由于部分蓋板坑內(nèi)匯集有雨水，所以檢查時要注意區(qū)分是消防管網(wǎng)泄漏水還是雨水殘留[4]。

6.若經(jīng)過上述排查仍未發(fā)現(xiàn)漏點，則漏點很有可能在外圍的地下管網(wǎng)。按照查漏思路，在地下管廊對消防管道進行普查。在地下管廊查漏時，不僅要目視檢查消防管道有無破口，還可以觀察污水坑有無異常來水。因為有些消防支管被埋在地下，泄漏點無法直接發(fā)現(xiàn)，但日積月累泄漏水可能會順著相應(yīng)的泥土、墻壁流入地下管廊，最終匯流入相應(yīng)的污水坑。在排查過程中發(fā)現(xiàn)一污水坑有兩股來水，一股來自蒸汽系統(tǒng)疏水器的疏水，另一股來水原因不明。沿著溝渠上溯查找發(fā)現(xiàn)：地下管廊A段通往B生產(chǎn)廠房的電纜槽架暗溝處有連續(xù)水流，水量較大。加之最近天氣沒有下雨，排除雨水的可能性[5]。

7.維修過程。工作負責(zé)人聯(lián)系土建人員挖開土石，發(fā)現(xiàn)管道有5mm穿孔及有螺栓斷裂，經(jīng)技術(shù)人員測量厚度，根據(jù)測量厚度及現(xiàn)場目視檢查結(jié)果，確定需要更換新管道。

（三）消除缺陷的收益

面對長期存在的消防水泄漏，主動分析并制定查漏方案，經(jīng)過多個輪班查找，最終成功定位隱蔽的漏點。消防水泄漏量由35m3/天減少為4.4m3/天，在保證消防系統(tǒng)處于良好運行狀態(tài)的同時，也避免了長期漏水引起廠區(qū)路面和附近建筑物地基松動帶來的安全隱患。

（四）消防管網(wǎng)破損及消防水質(zhì)差的危害

消防管網(wǎng)破損，造成水資源浪費，破口較大時將影響火災(zāi)情況下的消防用水；破口較小且處于建筑物地面以下，難以及時發(fā)現(xiàn)，將影響建筑物地基穩(wěn)固性；消防管線的長期腐蝕，導(dǎo)致水質(zhì)變差，可能堵塞消防噴頭，導(dǎo)致噴頭無法產(chǎn)生霧化水，影響滅火能力；大體積的固體雜質(zhì)進入消防水泵，影響消防水泵出力，甚至堵轉(zhuǎn)導(dǎo)致過載跳泵；水中雜質(zhì)附在消防管網(wǎng)閥門的密封面上，導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴，造成消防水管網(wǎng)壓力異常或消防水外漏[6]。

四、常見消防管道材料和性能介紹

幾種常見的消防管道材料和性能介紹，可以根據(jù)需要，選擇合適材質(zhì)的管道。

（一）球墨鑄鐵管

適用范圍：主要用于自動噴水滅火系統(tǒng)報警閥前的埋地管道。消火栓系統(tǒng)的埋地管道優(yōu)點：壁薄、耐壓、耐沖擊、耐腐蝕、耐抗震等[7]。缺點：可焊性較差。

（二）鍍鋅鋼管

熱浸鍍鋅焊接鋼管適用范圍：消火栓給水系統(tǒng)、自動噴淋滅火系統(tǒng)和水噴霧滅火系統(tǒng)的埋地、架空管道；熱浸鍍鋅無縫鋼管適用范圍：由于有較好的承壓能力，故輸送流體用的無縫鋼管常用于消防給水系統(tǒng)，作為主干管或系統(tǒng)工作壓力較高部位的管道。優(yōu)點：鍍鋅管強度好，可承受高溫、高壓，適應(yīng)性強，因表面有鍍鋅層，其耐腐蝕性能較普通鋼管有大幅提高。缺點：與鑄鐵管和不銹鋼管相比，其耐腐蝕性能還有一定差距。

（三）涂塑復(fù)合鋼管

適用范圍：消火栓給水系統(tǒng)、自動噴淋滅火系統(tǒng)和水噴霧滅火系統(tǒng)的埋地、架空管道。優(yōu)點：耐腐蝕，使用壽命長；防結(jié)垢、內(nèi)壁光滑、流體阻力小；涂層極強的附著力。缺點：安裝時不能彎曲。

（四）銅管

適用范圍：常用于自來水管道、供熱以及制冷管道。由于造價較高，國內(nèi)在消防管道方面的應(yīng)用較少。優(yōu)點：銅管經(jīng)久耐用，銅的化學(xué)性能穩(wěn)定，將耐寒、耐熱、耐壓、耐腐蝕和耐火等特性集于一身，同時具有優(yōu)良的抗震、抗沖擊及抗凍脹性能，可在不同的環(huán)境中長期使用。缺點：銅管造價高，銅管接口處連接主要取決于施工的工藝水平，對施工質(zhì)量要求較高[8]。

（五）不銹鋼管

適用范圍：可應(yīng)用于自動噴淋滅火系統(tǒng)和水噴霧滅火系統(tǒng)的埋地、架空管道，目前主要應(yīng)用在腐蝕工況惡劣的環(huán)境中。優(yōu)點：耐腐蝕性好，使用壽命長、抗拉強度高、耐溫性能好、不易被細菌粘污、不積垢。缺點：初次安裝費用較高，耐氯腐蝕能力有限，不適用于輸送海水管道。

（六）塑料管

適用范圍：塑料管主要用于一些消防與民用供水管道合用的管道，不能用于室內(nèi)，并且塑料管材熱塑性較大，在消防工程中的應(yīng)用較少。優(yōu)點：耐腐蝕、質(zhì)輕、安裝方便、使用壽命長、無毒、不結(jié)垢、柔韌性好、抗震能力強、造價低，有獨特的電容焊接和熱熔焊接技術(shù)，接口安全可靠。缺點：熱塑性差，不耐高溫，耐壓能力有限。

結(jié)語

核電站火災(zāi)事故一旦發(fā)生并且得不到有效控制，將造成巨大的經(jīng)濟損失，對核電站人員生命和財產(chǎn)安全直接構(gòu)成威脅，損害重要安全系統(tǒng)。消防系統(tǒng)是否安全可靠對核電廠安全經(jīng)濟運行具有重要影響。隨著機組運行時間增加，消防水管網(wǎng)一直滿水且有一定流動，水中含空氣，設(shè)備老化腐蝕不可避免。流動頻繁的管道，腐蝕發(fā)展速度較快，可能發(fā)生穿孔現(xiàn)象；對于幾乎不流動的管道，腐蝕發(fā)展一般較慢；埋地管線則增加了外部土壤腐蝕。因此，有必要制定措施解決消防水管道的腐蝕問題。

參考文獻

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