馬國建 李娜娜 史鳳華

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

談穩(wěn)壓泵在核電廠核島廠房消防中的應用

馬國建 李娜娜 史鳳華

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

針對核電廠核島廠房消防的特性，結合國內(nèi)和NFPA等相關標準規(guī)范，對消防穩(wěn)壓泵的設置、流量、壓力、供電、控制等進行了分析，并總結了一些穩(wěn)壓泵在設計時需重點考慮的問題，為穩(wěn)壓泵在核電廠核島廠房消防中的應用積累了經(jīng)驗。

核島廠房，穩(wěn)壓泵，消防

1 核電廠消防設計特點

火災事件是關系到核安全的一個重要方面，因而消防設計在整個核電站的設計中占有重要的地位。核島廠房的消防設計與一般工業(yè)與民用建筑消防相比，有其相似的一面，一些常規(guī)消防技術及計算可以借鑒，但也有不同于一般工業(yè)廠房的特點和設計要求。核島廠房滅火系統(tǒng)供水的消防供水系統(tǒng)，也有其顯著的特點和設計要求，如抗震、定期試驗和質量保證等方面都與一般工業(yè)與民用建筑不同。核電廠因為廠房布局限制，往往無法設置高位水箱，消防供水系統(tǒng)為臨時高壓系統(tǒng)，只能設置穩(wěn)壓系統(tǒng)，以維持未發(fā)生火災時消防管網(wǎng)的壓力。常用的穩(wěn)壓設施有穩(wěn)壓泵、氣壓給水裝置等。本文僅對穩(wěn)壓泵在核島廠房消防供水系統(tǒng)中的應用，結合國內(nèi)相關規(guī)范、NFPA等標準，對其設置、參數(shù)確定、供電和聯(lián)動操作等進行分析。

2 穩(wěn)壓泵的設置分析

GB 50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范5.2條對高位水箱進行了詳細描述，規(guī)定其臨時高壓消防給水系統(tǒng)有效容積應滿足初期火災消防用水量的要求。而5.3條對穩(wěn)壓泵進行了描述，“穩(wěn)壓泵的設計流量不應小于消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄露量和系統(tǒng)自動啟動流量”。

NFPA 20中規(guī)定穩(wěn)壓系統(tǒng)的作用是補充管網(wǎng)滲漏量，維持未發(fā)生火災時管網(wǎng)的壓力，同時根據(jù)管網(wǎng)壓力自動啟動消防泵。沒有“火災初期消防用水量”的概念。

筆者認為GB 50974—2014中關于穩(wěn)壓泵的作用與要求和NFPA規(guī)范要求相同，但是未說明設置穩(wěn)壓泵時是否還應該考慮初期火災用水量。與NFPA 20規(guī)范相比，區(qū)別主要在于國內(nèi)標準中臨時高壓、常高壓、初期火災等概念的存在，所以穩(wěn)壓系統(tǒng)的設置與NFPA標準有所不同。

GB 50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范5.3.4條規(guī)定：“采用氣壓水罐時，其調(diào)節(jié)容積應根據(jù)穩(wěn)壓泵氣泵次數(shù)不大于15次/h計算確定，但有效儲水容積不宜小于150 L。”NFPA沒有強制要求穩(wěn)壓泵配置穩(wěn)壓罐，因此沒有對穩(wěn)壓罐的容積做特別的要求。

大部分工業(yè)與民用建筑一般采用氣壓水罐作為穩(wěn)壓措施，可以有效避免穩(wěn)壓泵頻繁啟動。核島廠房內(nèi)消防管道按抗震設計，為明裝管道，沒有埋地管道，連接方式為焊接，并且每段管道要進行探傷檢測，有工作人員定期巡檢。從材質質量、施工方式和檢測方式等來看，都高于一般民用建筑。所以如果僅考慮管網(wǎng)泄漏量，核島消防管網(wǎng)泄露量很小，穩(wěn)壓泵可按照NFPA標準設置，不設穩(wěn)壓罐。

3 穩(wěn)壓泵參數(shù)的分析

3.1 穩(wěn)壓泵流量分析

GB 50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范5.3.2條有明確規(guī)定：“穩(wěn)壓泵設計流量不應小于消防給水系統(tǒng)管網(wǎng)的正常泄露量和系統(tǒng)自動啟動流量”“當沒有管網(wǎng)泄漏量數(shù)據(jù)時，穩(wěn)壓泵設計流量宜按消防給水設計流量的1%～3%計，且不宜小于1 L/s”。GB 50268—2008給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范9.2.11對管道允許滲水量做了規(guī)定，以核島廠房DN200的消防主環(huán)網(wǎng)為例，允許滲水量應不大于0.5 L/(min·km)。NFPA 20 2-19中對穩(wěn)壓泵作用僅定義為用于管網(wǎng)泄露量。美標規(guī)定地下干管不論其管徑多大，每100個連接點每小時漏失量為1.9 L。

筆者認為，報警閥的靈敏性能因生產(chǎn)廠家的不同而有較大差異，報警閥的動作流量一般為25 L/min～60 L/min，故系統(tǒng)自動啟動流量至少為1 L/s。而管網(wǎng)泄漏量應根據(jù)系統(tǒng)有無室外埋地管道、管材、施工質量等綜合考慮。依據(jù)施工完畢后的運行測試來判定最為準確，然后以此確定穩(wěn)壓泵的流量。但工程設計中，設備的采購遠遠早于運行測試。針對核電站的情況，在核島廠房內(nèi)管道材質、施工及檢測方式非常嚴格，其泄漏量很少，其泄漏量可按照一個消火栓發(fā)生故障時的泄露量考慮，即按照5 L/s進行設計。泄漏量大于5 L/s時，由于管網(wǎng)泄漏量較大，可按發(fā)生火災考慮，即此時管網(wǎng)壓力下降較快，消防水泵根據(jù)壓力自動啟動。

3.2 穩(wěn)壓泵壓力分析

NFPA 20規(guī)定穩(wěn)壓泵、消防水泵的啟動是根據(jù)消防管網(wǎng)的壓力來聯(lián)動的。首先確定穩(wěn)壓泵停泵值，等于零流量的揚程加最小的靜水壓力；然后確定穩(wěn)壓泵起泵值，比穩(wěn)壓泵停泵值小0.069 MPa；最后確定消防泵起泵值，比穩(wěn)壓泵起泵值小0.034 MPa。

國內(nèi)標準沒有規(guī)定穩(wěn)壓泵與消防主泵聯(lián)動啟動，僅在GB 50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范5.3.3中規(guī)定，穩(wěn)壓泵設計壓力應大于系統(tǒng)設置自動起泵壓力值，且增加值宜為0.07 MPa～0.1 MPa。但是沒有說明消防泵的起泵壓力的設定值。

核島廠房內(nèi)消防系統(tǒng)雖不直接承擔安全功能，但是與安全有關的系統(tǒng)，故筆者認為穩(wěn)壓泵應設計為與消防主泵聯(lián)鎖啟動，并且穩(wěn)壓泵的設計壓力及啟動壓力值的確定應保證管網(wǎng)壓力時刻滿足系統(tǒng)壓力需求。應首先確定系統(tǒng)的額定壓力，然后確定消防泵的起泵壓力，再確定穩(wěn)壓泵的起泵壓力和停泵壓力，而穩(wěn)壓泵的額定壓力至少應為穩(wěn)壓泵的停泵壓力。

舉例如下：如果滅火時系統(tǒng)設計壓力為P，穩(wěn)壓泵按照一用一備設置。第一穩(wěn)壓泵啟動壓力為P1，如果第一穩(wěn)壓泵無法正常啟動，管網(wǎng)泄漏量使壓力下降至P2，則備用穩(wěn)壓泵啟動，即備用穩(wěn)壓泵啟動壓力為P2，P1>P2；而為了滿足核島消防用水需求，P1和P2的壓力值應滿足最不利用水點的壓力要求，即P1>P2>P。而當核島廠房發(fā)生火災時，穩(wěn)壓泵無法滿足火災用水量要求，管網(wǎng)壓力繼續(xù)下降，降至消防主泵啟動壓力P3，此時消防主泵啟動滅火。為保證供水安全性，應滿足P1>P2>P3>P。其中每個啟動壓力的差值可根據(jù)儀表的精確度等綜合確定。

4 穩(wěn)壓泵的供電分析

國內(nèi)消防水泵及穩(wěn)壓泵供電設計按照雙電源設計，且雙路電源自動切換時間不應大于2 s。NFPA 20 6-2中對于電動泵的電源要求為一路可靠電源或兩路及以上獨立電源。由于穩(wěn)壓泵所在系統(tǒng)是與安全有關的系統(tǒng)。故穩(wěn)壓泵作為核島廠房消防系統(tǒng)的供水裝置，應考慮地震后全廠斷電的不利狀況。故在核島廠房消防設計中，首先應防止共模失效，每個機組的兩臺穩(wěn)壓泵分別由A系列和B系列供電，考慮地震后可能失去廠內(nèi)電源和廠外正常電源時，應設置應急柴油機加載供電，其加載時間為0 s工步，以滿足穩(wěn)壓泵的供電安全和消防管網(wǎng)的正常運行。

5 穩(wěn)壓泵的控制分析

GB 50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范11.0.8條規(guī)定：穩(wěn)壓泵應設置就地強制啟停泵按鈕，并應有保護裝置。條文解釋為設置就地停泵按鈕是便于維修時控制和應急控制。

針對核電廠的特性，筆者認為，核電廠發(fā)生火災可能導致核島反應堆停堆，故認為可不設置就地停泵按鈕，以免有人員誤操作將正在運行的穩(wěn)壓泵關停。建議僅在主控室設置手動停泵操作，在現(xiàn)場人員確認火災撲滅后通知主控室人員手動關閉?？稍诰偷睾椭骺厥以O置起泵按鈕。

6 結語

穩(wěn)壓泵占地面積小，設計與施工方便，系統(tǒng)控制簡單，因而核電站核島消防供水系統(tǒng)利用穩(wěn)壓泵進行穩(wěn)壓，是合理、可行的方式。筆者認為，穩(wěn)壓泵的相關設計需要重點關注以下幾方面問題：1)設置穩(wěn)壓泵的消防供水系統(tǒng)，是否還要考慮火災初期用水量；2)穩(wěn)壓泵的流量以管網(wǎng)泄露量計算，其泄漏量以多少計最為合適；3)穩(wěn)壓泵的壓力值如何確定，與消防泵的聯(lián)動壓力值如何確定仍需研究；4)核島廠房消防設計因工程項目不同，采用的規(guī)范標準也不同，如有的項目采用RCC-I標準，有的采用NFPA標準，應根據(jù)不同國家規(guī)范間的差異，綜合考慮穩(wěn)壓設計方案。

[1] RCC-I，壓水堆核電站防火設計和建造規(guī)則[S].

[2] GB 50974—2014，消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范[S].

[3] NFPA 20，Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection[S].

On application of steady pressure pump in fire-fighting at nuclear island plants of nuclear power plants

Ma Guojian Li Nana Shi Fenghua

(ChinaNuclearPowerEngineeringCo.,Ltd,Beijing100840,China)

According to the features of nuclear island plants of nuclear power plants, the paper analyzes allocation, flux, pressure, power-supply, and control of the fire-fighting steady pressure pump by combining with related standards and regulations in China and NFPA, and sums up some considerate problems of some steady pressure pump in design, so as to accumulate experience for the application of the steady pressure pump in fire-fighting at nuclear island plants of nuclear power plants.

nuclear island plant, steady pressure pump, fire-fighting

1009-6825(2015)07-0123-02

2014-12-25

馬國建(1983- )，男，工程師； 李娜娜(1984- )，女，工程師； 史鳳華(1966- )，女，研究員級高級工程師

TU998.1

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