核電站受限空間內立式泡沫滅火裝置墻掛抗震支架安裝設計

摘要：核電站作為國家能源戰略的重要基石，其消防安全等級要求遠高于常規工業設施。泡沫滅火系統是保護站內關鍵設備（如油浸變壓器、柴油發電機房等）的重要手段。然而，在原核電站改擴建工程中，存在內部結構復雜、空間緊湊的情況，給大中型消防設備的安裝帶來了困難。針對一臺總重約2000kg的立式泡沫滅火裝置，在受安裝位置限制的情況下，設計了一套完整、可靠且符合核級抗震要求的墻壁支架安裝解決方案。從前期設計、材料選擇、支架結構設計、抗震力學分析與計算、安裝工藝及質量控制、驗證與測試等方面進行系統性闡述，旨在確保該裝置在核電站整個壽期內，尤其是在極端地震荷載下，能夠保持結構完整性與功能可靠性。

關鍵詞：核電站；泡沫滅火裝置；壁掛安裝；抗震支架

中圖分類號：D631.6" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）10-0015-03

0 引言

核電站的設計遵循“縱深防御”原則，消防安全是其中至關重要的一環[1]。重要含油設備采用泡沫滅火裝置[2]（通常為泡沫儲罐、比例混合裝置或壓力式泡沫罐）進行保護。立式泡沫滅火裝置因其占地面積小、操作維護相對方便等特點[3-4]，被廣泛采用。然而，當其安裝位置臨近設備、管道或建筑墻體，或位于空間狹窄的設備間、走廊，以及在改造項目時，受條件限制，傳統的混凝土基礎落地安裝方式往往不可行[5]，因此，需要設計一種可行的安裝方案，該方案需考慮以下因素。

1）空間限制：無法提供足夠的地面空間用于落地安裝。

2）荷載集中：將2000kg的靜態設備重量及動態地震力通過支架傳遞至建筑結構，而非分散到地面，對結構體及其連接點的承載力提出極高要求。

3）抗震要求：核電站核島廠房相關設備必須滿足嚴苛的抗震設計規范，確保在安全停堆地震（SSE）和運行基準地震（OBE）下不發生功能失效。

4）系統完整性：安裝方案不得影響泡沫裝置本身及其相連管道、電氣線路的功能，需為日常檢查、測試和維護留出空間。

針對以上條件，采用墻壁支架安裝方案能夠完美解決工程中出現的安裝難題，該新型工程技術方案的核心在于將墻體作為主要承重和抗震結構，本文將從以下幾個方面進行闡述。

1 壁掛抗震支架總體設計原則

方案設計遵循以下核心原則。

1）安全第一：所有設計與施工均以最高安全標準為準繩，確保在任何工況下，人員和設備的安全得到充分保障。

2）合規性：嚴格遵循GB50267—2019《核電廠抗震設計標準》、NB/T20036.2—2011《核電廠能動機械設備鑒定 第2部分：抗震鑒定》抗震標準、GB20031—2024《泡沫滅火設備》等消防法規及其他相關標準規范。

3）可靠性：采用保守的設計裕度，確保支架系統在設備壽命周期內具有極高的可靠性。

4）可維護性：支架設計需便于設備本身的檢修、更換以及墻體的后續維護。

5）經濟性：在滿足所有技術和安全要求的前提下，優化設計方案，控制成本和工期。

2 壁掛抗震支架設計

2.1" 前期勘察與評估

1）墻體結構鑒定：聯合土建結構專業人員，對目標安裝墻體進行詳細勘察，確定墻體結構類型。選用具備足夠承載力和剛度的結構性墻體，嚴禁在非承重墻、隔墻或輕質墻體上安裝。

2）掌握結構設計：學習掌握墻體結構專業的設計內容，確認混凝土標號（強度等級）、鋼筋布置（鋼筋規格、間距、保護層厚度），對后續進行錨栓設計和力學計算有充分依據。

3）現場勘測評估：使用鋼筋掃描儀精確探測墻體內部鋼筋的分布情況，避開主筋位置，為錨栓孔定位提供依據。同時，測量墻體的平整度和垂直度，在獲得適宜的安裝位置后做好標記，后期安裝施工時可以直接采用。若未能獲得理想安裝位置，則需尋求其他可利用的安裝位置，方法同上。

2.2" 支架設計與材料選擇

2.2.1" 支架結構型式設計

采用三角形支撐結構。三角形結構具有優異的穩定性，能有效將豎向荷載和水平地震力轉化為墻體的拉壓力和剪力。立式泡沫滅火裝置安裝在“懸臂式”三角形支架上，該支架由以下部分組成。

1）豎向支撐：作為緊貼墻面的主要承重構件，采用鋼板和膨脹螺栓，具體結構見圖1。

2）水平支撐：用于托舉泡沫裝置的掛耳，采用工字鋼或方鋼組合，具體結構見圖2。

3）斜撐：是連接豎向支撐板和水平支撐梁的關鍵構件，將力矩轉化為軸向力，極大地增強支架抗側移能力，可采用槽鋼或方鋼，具體結構見圖3。

4）加強筋：在所有承重節點和力流方向改變處焊接加勁肋，防止局部屈曲和應力集中。

2.2.2" 支架材料選擇

鋼材：主結構采用低合金高強度結構鋼，如Q345B，具有良好的強度、韌性和可焊性。采用的鋼材需提供原材料材質證明，并符合對應的質保要求。

焊接材料：焊條、焊絲的選擇需與母材匹配，焊縫質量滿足相關要求。

防腐處理：核電站環境可能潮濕且具有腐蝕性。所有鋼結構件需進行Sa2.5級的噴砂除銹，并涂覆環氧富鋅底漆、環氧云鐵中間漆和聚氨酯面漆的復合涂層系統，干膜總厚度（DFT）不低于250μm。

錨栓：錨栓是連接的生命線，必須選用后擴底機械錨栓或重型化學錨栓。其規格需通過計算確定，通常為M20以上（8.8級），錨栓必須通過第三方認證。

2.3" 抗震分析與力學計算

抗震分析與力學計算是支架設計的核心部分，必須由注冊結構工程師使用專業軟件完成。計算數據如下。

2.3.1" 荷載分析

靜荷載：設備自重（2000kg×9.8=19.6kN）+支架結構自重。

地震荷載：根據核電站廠址的SSE和OBE地震譜，采用響應譜法或等效靜力法進行計算。將設備與支架視為一個整體系統，計算其在地震作用下的慣性力。地震力會分解為3個方向（2個水平方向，1個垂直方向）的作用。

2.3.2" 力學計算內容

錨栓計算：校核在最不利荷載組合下，錨栓群的抗拉、抗剪承載力，以及混凝土錐體破壞、劈裂破壞等混凝土失效模式。必須滿足規范要求的安全系數。

支架計算：對支架的各構件進行強度（抗拉、抗壓、抗彎、抗剪）、剛度和穩定性（屈曲分析）校核。最大應力應小于材料允許應力的0.9倍。

墻體局部承壓計算：校核支架對墻體的局部壓力，防止混凝土壓潰。

頻率分析：計算支架-設備系統的固有頻率，確保其避開地震主頻帶，防止共振。

2.4" 安裝工藝與質量控制

安裝是保證系統設計和產品質量的重要環節[6-9]。

1）施工準備：編制詳細的作業指導書（WI）和質量計劃（QP），對所有施工人員進行技術交底和安全培訓。

2）定位放線：根據設計圖紙，利用全站儀或激光水平儀在墻面上精確放出錨栓孔位，并用鋼筋掃描儀復核，避開鋼筋。

3）鉆孔：使用與錨栓匹配的液壓鉆機或水鉆鉆孔，嚴格控制孔的直徑、深度和垂直度；對于后擴底錨栓，需完成底部擴孔工序，使用專用吹氣筒和毛刷清除孔內所有灰塵和碎屑，這是保證錨固力的關鍵步驟（對于化學錨栓尤為重要）。

4）后擴底錨栓安裝：將錨栓插入孔底，使用專用工具張緊，使錨栓尾部在孔底擴張，形成機械互鎖。

5）支架安裝：將預制好的鋼結構支架吊裝就位，穿過錨栓，初步擰緊螺母。使用精密水準儀和經緯儀調整支架的水平度和垂直度。按設計扭矩值，使用扭矩扳手分步對稱擰緊所有錨栓螺母。扭矩值必須記錄在案。

6）設備就位與管道連接：使用叉車或手動葫蘆將泡沫裝置平穩吊裝至支架上，用高強度螺栓將設備掛耳與支架平臺牢固連接，并采取防松措施。連接進出口管道必須設置柔性接頭（如橡膠軟接）或抗震支吊架，以隔離地震波傳遞給管道，防止對設備接口造成過大應力。

7）最終檢驗與文件交付：對所有焊縫進行外觀檢查，必要時進行無損探傷（UT/RT），復核所有螺栓的緊固扭矩，檢查涂層完整性，整理所有過程記錄，包括材料證書、焊工資格證、扭矩記錄、檢驗報告等，形成完整的竣工文件包。

3 抗震支架驗證與測試

為確保萬無一失，安裝完成后需進行驗證。

1）錨栓拉拔測試：在施工同期，需在墻體的相同位置、采用相同工藝安裝見證錨栓，并進行現場破壞性拉拔測試，以實測值驗證設計計算的保守性，測試數量按相關標準執行。

2）功能性測試：啟動泡沫滅火系統，進行水循環測試，檢查裝置運行是否平穩，管道連接有無泄漏，支架有無異常振動或變形。

4 結束語

在核電站受空間限制的區域，采用墻壁支架方案安裝重型立式泡沫滅火裝置是一項可行但技術復雜的工程任務。本文提出的解決方案通過系統性的設計流程，以詳盡的前期勘察為前提，以抗震力學計算為核心，選用高品質材料，嚴格把控施工工藝作為保障措施，同時借助科學的驗證測試作為最終確認手段，能夠成功將2000kg的設備荷載及地震力安全地傳遞至結構性墻體。該設計方案不僅解決了空間不足的難題，還完全契合了核電站對于安全與抗震的要求，為核電站的安全穩定運行提供了可靠的消防保障。此方案的設計思路和方法論，亦可為其他行業在類似受限空間下的重型設備安裝提供有價值的參考。

參考文獻

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