漳州核電廠輔助電源倒送電消防臨時供水優(yōu)化探討

胡靖 丁濤 董婷婷

(1.中國核電工程有限公司華東分公司 浙江嘉興 314000;2.中核咨詢工程有限公司福建分公司 福建福州 350000)

眾所周知，核電廠220 kV 備用電源系統(tǒng)（簡稱輔助變壓器）的按期投運對一座核電站的安裝、調(diào)試工作以及工期的保證有重大影響，屬于核電廠調(diào)試的首個重大節(jié)點[1]。輔助變壓器電源正常投入運行的前提條件需要配套的火警、消防、通風、低壓、繼電保護系統(tǒng)可靠運行，而輔助變壓器消防系統(tǒng)作為變壓器的安全保障，當發(fā)生火災(zāi)時通過手動或自動方式控制雨淋閥組啟動實施滅火。

輔助變壓器消防正式水源來自0PF 泵房，供水路徑從廠區(qū)泵房（0PF）通過GB 溝管廊供至輔助變壓器消防控制間（9JX）；由于核電廠選址一般距離城鎮(zhèn)較遠，消防水源無法利用市政管網(wǎng)供水，而工程建設(shè)前期，消防施工進度范圍廣、任務(wù)重無法匹配輔助變壓器送電需求。為滿足輔助變壓器倒送電按時投運需求，需設(shè)計一套應(yīng)用簡潔、安全的供水系統(tǒng)[2]；漳州核電現(xiàn)場結(jié)合實際情況設(shè)計了臨時消防供水系統(tǒng)為輔助變壓器消防系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠的消防水，以實現(xiàn)輔助變壓器消防系統(tǒng)的功能[3]。

1 輔助變壓器消防系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)簡介

輔助變壓器消防系統(tǒng)主要由消防管道、雨淋閥組與相關(guān)配件、控制箱、水霧噴頭以及管網(wǎng)等主要設(shè)備組成，雨淋閥組是輔助變壓器消防系統(tǒng)非常重要的組件，由雨淋閥、電磁閥、壓力開關(guān)、水力警鈴、壓力表以及配套的閥門等部件組成。系統(tǒng)利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細小的水霧滴噴射到物體表面從而進行滅火或防護冷卻的一種固定式滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)源于自動噴水滅火系統(tǒng)，其具有安全可靠、經(jīng)濟實用等特點[4]。

1.2 系統(tǒng)的功能原理

輔助變壓器消防系統(tǒng)具有自動、手動以及機械應(yīng)急啟動3 種控制方式，其中手動啟動又可分為遠程啟動和就地啟動。遠程啟動為主控人員確認火警后按動火災(zāi)探測報警控制盤上的相應(yīng)按鈕開啟雨淋閥組；就地啟動即在閥組帶自備電源的就地控制箱按鈕手動啟動；機械應(yīng)急啟動是在電源發(fā)生故障時，在雨淋閥組上直接打開手動應(yīng)急操作閥，雨淋閥組打開向失火的防護區(qū)進行噴水作業(yè)，同時通過管網(wǎng)壓力聯(lián)鎖消防泵啟動，噴淋啟動后火災(zāi)探測報警控制盤接收雨淋報警閥組開啟的反饋信號，其原理圖如圖1所示。

圖1 輔變消防系統(tǒng)原理圖

2 臨時供水方案

針對漳州核電廠正式消防水生產(chǎn)系統(tǒng)施工滯后局面，為確保輔助變壓器消防水源可靠性同時滿足最大水噴霧強度20 L/min·m2的火災(zāi)噴水作業(yè)要求，結(jié)合施工現(xiàn)場布局和臨時措施可實施性、安全性方面分析提出如下3種消防供水方案。

2.1 從淡水廠供水泵房引入正式水源為輔助變壓器供水

淡水廠生活飲用水系統(tǒng)（WPW）共設(shè)計4 臺消防（變頻控制），最大供水量為974 m3/h，水泵供水壓力為0.65 MPa。根據(jù)《水噴霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50219-2014）中強制性條文規(guī)定[5]：水霧噴頭的工作壓力，當用于滅火時不應(yīng)小于0.35 MPa；當用于防護冷卻時不應(yīng)小于0.2 MPa。根據(jù)如下水霧噴頭的流量計算公式計算結(jié)果，水噴霧強度大于20 L/min·m2要求，從原理上方案可行。

式（1）中：Q為水霧噴頭的流量，單位為L/min；P為水霧噴頭的工作壓力，單位為MPa；K為水霧噴頭的流量系數(shù)。

2.2 從除鹽水廠供水泵房引入正式水源為輔助變壓器供水

除鹽水廠共含有兩路可為下游提供水源的裝置，分別為WCD 儲罐、WND 儲罐以及供水泵。WCD 系統(tǒng)共設(shè)計3 臺水泵，單臺水泵額度流量為240 m3/h；WND系統(tǒng)共設(shè)計3臺水泵，單臺水泵額度流量為150 m3/h，水泵啟動臺數(shù)可根據(jù)下游用戶流量設(shè)定。根據(jù)水霧噴頭的流量計算公式計算結(jié)果，水噴霧強度大于20L/min·m2要求，該方案從原理上可行。

2.3 設(shè)置一套臨時消防供水系統(tǒng)

臨時消防供水系統(tǒng)由消防泵、真空泵、穩(wěn)壓裝置、控制箱以及系統(tǒng)管道等主要部件組成，使用除鹽水廠房廢水中和池作為臨時消防水池，消防泵通過低位吸水從而實現(xiàn)供水功能，供水裝置如圖2所示。

圖2 臨時供水裝置示意圖

根據(jù)漳州一期工程三級施工計劃與現(xiàn)場實際施工進展，淡水廠和除鹽水廠可用進度無法匹配220 kV倒送電實際需求，最終選擇方案三為輔助變壓器消防供水方案。

3 臨時供水裝置實施

3.1 設(shè)備與管線布置

消防水泵、穩(wěn)壓泵、真空泵、控制箱等主設(shè)備就位于除鹽水廠中和池上方，供水管線通過YA、GB溝至JX廠房，具體路線如圖3所示，供水管道采用PE管，連接方式采用熱熔連接。

圖3 臨時水源管線布置圖

3.2 電源布置

消防水泵、穩(wěn)壓泵、真空泵電源均從就地消防控制箱引入，就地消防控制箱電源引自除鹽水廠南側(cè)10 kV箱變，消防電氣管路配套采用壁厚≥1.2 mm 金屬管，埋入地下進行填埋。

3.3 控制邏輯設(shè)定

正常工況下真空泵通過就地控制箱控制泵啟停使消防泵入口保持真空滿足泵入口充滿流體，消防水泵可通過就地控制箱實現(xiàn)就地啟停，也可通過泵出口壓力開關(guān)實現(xiàn)自動啟停（壓力定值可調(diào)），穩(wěn)壓泵可通過就地控制箱實現(xiàn)就地啟停，也可通過泵出口壓力開關(guān)實現(xiàn)自動啟停（壓力定值可調(diào)），具體設(shè)定值如表1所示。

表1 啟停定值數(shù)據(jù)表 （單位：MPa）

4 臨時裝置存在問題與處理方案

4.1 真空泵無冷卻水源

臨時裝置施工完成進行調(diào)試驗證時，在啟動真空泵為消防水泵抽真空時發(fā)現(xiàn)，泵運行噪聲較大，同時軸承溫度上升較快，且消防泵入口無法維持真空狀態(tài)；停泵后對異常現(xiàn)象進行分析，分析原因為真空泵為離心泵缺少冷卻水，導(dǎo)致冷凝器發(fā)熱，而消防裝置廠家供貨時也未提供配套冷卻水管和相關(guān)說明。

處理方案：通過高位水箱引入一路水源通過重力作用為真空泵提供冷卻水源，最終將冷卻水排入中和池內(nèi)。變更后啟泵驗證，真空泵異音消失，軸溫上升速率緩慢最終趨于平穩(wěn)，真空泵運行10 min 左右消防泵入口充滿液體。

4.2 真空泵無聯(lián)鎖啟停控制

真空泵出廠設(shè)計啟停方式為就地小三箱控制啟停，無法實現(xiàn)自動控制，若要保證消防泵火災(zāi)情況下能夠?qū)崿F(xiàn)自動啟動前提條件為真空泵必須保持連續(xù)運行維持泵入口真空，此情況下將導(dǎo)致電能浪費和日常巡檢、維護投入，大大增加管理成本[6]。

經(jīng)過現(xiàn)場評估確定兩種處理方案：方案一為在泵入口管線上增加真空表，當真空度低于設(shè)定值控制真空泵自動啟動，當真空度達到設(shè)定值時真空泵自動停運；方案二為將低位吸水變更為高位水箱供水。

經(jīng)過對兩種方案實施難易程度和系統(tǒng)穩(wěn)定性考慮，最終選擇方案二為最終方案，除鹽水廠共計4個儲水罐（水箱參數(shù)見表2），具體實施方案為從除鹽水廠WCD402BA 高位水箱取水，安裝臨時供水管道至消防泵入口并保留低位吸水管道作為備用取水口。

表2 除鹽水箱參數(shù)表

4.3 消防泵啟動不成功及出口調(diào)節(jié)閥變形損壞

消防泵出口設(shè)計有止回閥和調(diào)節(jié)閥，為保證消防泵入口真空度保持穩(wěn)定調(diào)節(jié)閥保持關(guān)閉狀態(tài)，當啟動消防泵時需要人為調(diào)節(jié)閥門開度，消防泵啟動方式為星三角啟動，從啟動至滿負荷帶載需要5～10 s，而在此過程中當調(diào)節(jié)閥開啟過快會導(dǎo)致泵真空破壞，泵入口液體倒流從而導(dǎo)致泵啟動失敗[7]；當調(diào)節(jié)閥開啟過慢消防泵出口壓力急劇上升，調(diào)節(jié)閥兩端存在壓力差導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥開啟存在難度，現(xiàn)場實際調(diào)試過程中由于很難把握時間量導(dǎo)致消防泵啟動頻頻失敗，也存在由于使用蠻力開啟調(diào)節(jié)閥而導(dǎo)致閥門變形損壞情況發(fā)生。

處理方案：將主回路調(diào)節(jié)閥由塑料材質(zhì)替換為鍍鋅材質(zhì)，同時在泵出口增加旁通小流量管線并設(shè)置調(diào)節(jié)閥[8]；泵啟動后開啟小流量管線調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)泵出口壓力，當出口壓力穩(wěn)定后開啟主回路調(diào)節(jié)閥為下游管線供水，通過現(xiàn)場改造驗證問題得以解決。

4.4 建安階段輔助變壓器消防無備用水源

輔助變壓器消防噴淋系統(tǒng)在正式水源可用前只能依靠臨時供水裝置維持其消防功能，建安階段所采用的電源、水源均具有一定的不穩(wěn)定性。當出現(xiàn)消防泵臨時電源（箱變）故障跳閘或檢修、水源意外喪失的情況，整套臨時消防供水裝置將失去作用，在此情況下輔助變壓器將失去消防水。

處理方案：為確保單一故障或疊加故障情況發(fā)生時，輔助變壓器消防不可用現(xiàn)象發(fā)生；通過在JX 輔助變壓器噴淋系統(tǒng)雨淋閥組入口處安裝水泵接合器，當臨時消防不可用時，將水泵接合器與廠區(qū)消防車相連接作為備用水源[9]，通過水霧噴頭向輔助變壓器實施噴淋從而達到滅火效果。

5 臨時消防日常管理

核電廠輔助變壓器運行電壓高、火災(zāi)風險大，日常運行中消防雨淋閥組處于侍服狀態(tài)，當發(fā)生火災(zāi)時能夠及時準確實施滅火。為確保漳州核電廠輔助變壓器運行安全，臨時供水系統(tǒng)嚴格落實每日巡檢制度，并定時模擬管網(wǎng)壓力低驗證消防泵啟動響應(yīng)能力。針對消防泵、穩(wěn)壓泵以及配電箱實施定期維護保養(yǎng)，并制定消防行動卡為電廠各級人工消防干預(yù)提供依據(jù)，確保了臨時供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[10]。

6 結(jié)語

輔助變壓器消防安全作為核安全的組成部分，漳州核電一期工程輔助變壓器臨時消防實施前，通過對幾種可行的方案深入研究分析比對，最終確定采用一整套臨時消防生產(chǎn)系統(tǒng)作為水源。通過調(diào)試實踐驗證，并針對所出現(xiàn)的問題進行優(yōu)化改進，最終順利完成第三方單位驗收，同時保證了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，滿足前期系統(tǒng)調(diào)試及輔助變壓器投運消防要求。該臨時消防水源裝置的成功引入與運用，在核電廠工程建設(shè)前期發(fā)揮了重要作用，有力地保證了調(diào)試活動的正常開展，為核電消防安全做出了積極貢獻。

通過漳州核電一期工程輔助電源倒送電消防供水臨時解決方案的分析和實施，為核電建設(shè)中遇到的此類問題提供了一種解決途徑。臨時解決方案具有顯著的優(yōu)勢，它不僅可以減少大量的投資、縮短建設(shè)周期，甚至還可以作為后備水源。在建核電廠建設(shè)初期均會面臨此問題，各項目可借鑒此方案同時根據(jù)自身特點，因地制宜，開展工程建設(shè)前期的消防工作。