趙文秀

上海核工程研究設(shè)計(jì)院

1 防火閥的分類

AP 系列電站是在傳統(tǒng)成熟的壓水堆核電技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的先進(jìn)的非能動(dòng)的壓水堆 （Advanced Passive PWR）。 按照HAD102/11 《核電廠防火》 的要求， 為保證核電廠具有足夠的安全性， 核電廠的防火設(shè)計(jì)也有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求。通風(fēng)系統(tǒng)防火閥在通風(fēng)防火與防排煙設(shè)計(jì)中起著關(guān)鍵性的作用 [1] 。

1.1 按功能分類

按功能劃分， 其類型主要分為防火閥、 防煙閥、 防火防煙閥。

核島廠房通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)管穿越防火屏障時(shí)應(yīng)設(shè)置防火閥 [2] ， 制造和試驗(yàn)要滿足UL555的要求， 閥門(mén)性能應(yīng)滿足AMCA500和UL555， 在空氣溫度達(dá)到70 ℃時(shí)， 防火閥自熔關(guān)閉， 限制火災(zāi)以及煙霧的蔓延。

當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)穿越有煙氣隔離要求關(guān)鍵區(qū)域時(shí)應(yīng)安裝防煙閥[3]， 其制造和試驗(yàn)應(yīng)滿足 UL555S 的要求，性能應(yīng)符合AMCA500和UL555S的規(guī)定。 平時(shí)開(kāi)啟，火災(zāi)時(shí)通過(guò)就地手動(dòng)或遠(yuǎn)距離電動(dòng)操作關(guān)閉閥門(mén)， 火災(zāi)后可遠(yuǎn)距離自動(dòng)復(fù)位。

風(fēng)管穿越安全相關(guān)區(qū)域、 煙霧敏感區(qū)域時(shí)應(yīng)設(shè)置防火防煙閥，其制造和試驗(yàn)同樣應(yīng)滿足 UL555 和UL555S 的要求， 性能滿足AMCA500和 UL555S的要求。防火防煙閥除了可自熔關(guān)閉，還可根據(jù)火災(zāi)探測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)聯(lián)動(dòng)關(guān)閉。已設(shè)置防火防煙閥的地方不再設(shè)置防火閥。

1.2 按結(jié)構(gòu)分類

目前在建的 AP 系列電站中，按防火閥的結(jié)構(gòu)劃分， 可以分為單體閥和多體閥。 當(dāng)防火閥外形大邊＜38英寸 （965mm） 時(shí)， 均為單體閥。當(dāng)高度或?qū)挾扔幸贿叄?8 英寸 （965mm） 時(shí)， 在高度或?qū)挾确较蛞环譃槎?，分為兩個(gè)單體閥。當(dāng)高度和寬度都 ＞38 英寸 （965mm） 時(shí)， 在高度和寬度方向均一分為二， 成 “田” 字形，共分為四個(gè)單體閥。

不連接風(fēng)管的防火閥只在防火閥內(nèi)安裝易熔片加彈簧， 不設(shè)復(fù)位驅(qū)動(dòng)器。連接風(fēng)管的防火閥， 在防火閥套筒上就地安裝手動(dòng)復(fù)位驅(qū)動(dòng)器。防煙閥和防火防煙閥套筒上安裝電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) [4] 。

在結(jié)構(gòu)上，防火閥及防火防煙閥增加了鎖緊機(jī)構(gòu)， 以加強(qiáng)防火閥關(guān)閉的可靠性。閥門(mén)內(nèi)設(shè)置易熔片，易熔片連接一個(gè)桿狀的 “鎖門(mén)” ， 閥門(mén)外設(shè)置扇形鎖孔板， 當(dāng)易熔片熔斷， 易熔片所連接的鎖門(mén)在套筒外的長(zhǎng)度伸長(zhǎng)， 與扇形鎖孔板上孔穿插在一起， 達(dá)到鎖緊的效果。

2 防火閥的貫穿形式

防火閥貫穿墻體或樓板， 根據(jù)其貫穿的墻體或樓板的種類有不同的貫穿形式。有防火閥與套管貫穿混凝土墻， 模塊墻， 防火閥套貫穿越混凝土樓板、 預(yù)制樓板和帶有散熱片模塊的樓板五種。

常見(jiàn)的有防火閥與套貫穿混凝土墻 （圖 1） 和防火閥套貫穿越混凝土樓板 （圖 2）。

圖1 防火閥套管穿混凝土墻

圖2 防火閥套管穿混凝土樓板

AP系列核電站中防火閥的貫穿有以下特點(diǎn)：

1） 若A表示防火閥套管外尺寸，H表示洞口的內(nèi)尺寸。則洞口留出的尺寸H-A值最小尺寸不能小于1/4英寸 （7mm）， 最大尺寸不能超過(guò) 2英寸 （50mm）。A值每增加 1 英尺 （305mm） 的時(shí)候，H-A值遞增 1/8英寸 （3mm）。

2） 限位角鋼應(yīng)與防火閥套筒進(jìn)行連接， 并應(yīng)與樓板或墻體緊貼，但不應(yīng)進(jìn)行連接。在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮限位角鋼的安裝空間， 避免與周圍支架或鋼梁等之間的碰撞。

3） 防火閥套管與墻體或樓板間、 限位角鋼與墻體或樓板之間的間隙， 不封堵。

4） 防火閥套管超出墻體或樓板的長(zhǎng)度一般不大于6英寸 （150mm）， 安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)一側(cè)和組合式防火閥套管超出墻體或樓板的長(zhǎng)度可以不大于 16 英寸（400mm）。

3 防火閥的連接形式

3.1 防火閥與風(fēng)管的連接

在AP系列核電站中， 接風(fēng)管的防火閥， 其與風(fēng)管的連接形式有兩種， “Breakaway” 的連接和普通的法蘭連接 [4] 。

圖3 防火閥與風(fēng)管的連接方式

除了帶放射性的或壓力較高的風(fēng)管， 防火閥與風(fēng)管連接時(shí)采用 “Breakaway” 的連接方式。見(jiàn)圖3 所示。此連接形式不同于UL555中 “S Slips” 或 “Drive Slips” 。該連接方式為卡扣連接， 兩側(cè)的風(fēng)管管壁塞到兩側(cè)夾板內(nèi)， 夾板與風(fēng)管管壁進(jìn)行鉚接， 中間用夾板扣起來(lái)，而不再需要任何其他螺絲或鉚釘?shù)倪B接。這樣在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候， 中間夾板脫落， 防火閥與風(fēng)管脫離， 以免在風(fēng)管損壞的情況下， 影響套管內(nèi)防火閥的功能， 也保證了火災(zāi)不會(huì)通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步地蔓延。兩側(cè)的夾板對(duì)接時(shí)要用密封墊片密封。兩側(cè)夾板與風(fēng)管管壁之間鉚接時(shí)，鉚釘距風(fēng)管拐角處距離為1英寸 （25mm），每個(gè)鉚釘之間的最大間距為 4 英寸（102mm）， 每邊的鉚釘數(shù)量至少為三個(gè)， 兩個(gè)分別布置在兩個(gè)拐角處， 一個(gè)布置在中間。

帶放射性的或壓力較高的風(fēng)管與防火閥連接采用普通的法蘭連接。即風(fēng)管側(cè)與防火閥套管側(cè)分別裝角鋼對(duì)接的法蘭， 法蘭之間加密封墊片， 法蘭用螺栓連接。其目的是在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候， 保證風(fēng)管與防火閥不脫離。在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候不希望風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)泄露到相鄰的房間中[4]。

3.2 防火閥與風(fēng)口的連接

對(duì)于單獨(dú)貫穿于防火屏障的墻體上， 而不連接風(fēng)管的防火閥， 防火閥兩端需要直連風(fēng)口。這樣的防火閥一端為翻邊法蘭， 一端為直焊法蘭。如圖4所示。

圖4 防火閥直連風(fēng)口的做法

翻邊法蘭在防火閥生產(chǎn)的時(shí)候就已制作好， 直焊法蘭需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接， 目的是讓防火閥安裝時(shí)能順利地穿過(guò)防火墻， 兩端的法蘭與風(fēng)口上的法蘭盤(pán)用螺栓連接， 法蘭中間加密封墊片。

4 防火閥設(shè)計(jì)的改進(jìn)建議

在建的AP系列電站給防火閥的設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在滿足防火閥設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上， 防火閥設(shè)計(jì)要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況， 以保證設(shè)計(jì)方案能順利實(shí)施。 通過(guò)AP系列現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)， 通風(fēng)系統(tǒng)的防火閥設(shè)計(jì)要充分考慮以下幾點(diǎn)。

1） 兩個(gè)防火閥相對(duì)位置。設(shè)計(jì)中不只要考慮到防火閥本體的大小， 也要充分考慮到防火閥外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)所占據(jù)的空間， 防火閥貫穿形式所要求的外部限位角鋼的空間，以及由此帶來(lái)的安裝操作空間的需求。在AP系列通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，尤其是送回風(fēng)系統(tǒng)左右或上下布置在一起時(shí)， 要盡可能地給防火閥留出足夠的空間。

2） 套管長(zhǎng)度的確定。在 AP系列核電站防火閥套管的設(shè)計(jì)中， 套管超出被貫穿的墻體或樓板的長(zhǎng)度有以下限制， 有執(zhí)行器或檢修門(mén)的一側(cè)套管的長(zhǎng)度不超過(guò) 16 英寸 （406mm）， 無(wú)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或檢修門(mén)一側(cè)的套管長(zhǎng)度不超過(guò) 6英寸 （152mm） [1] 。此長(zhǎng)度只考慮到墻體或樓板的厚度， 但對(duì)于防火閥穿樓板時(shí)， 樓板下防火閥附近經(jīng)常會(huì)有結(jié)構(gòu)的鋼梁， 鋼梁的存在會(huì)導(dǎo)致防火閥套管上的限位角鋼無(wú)法安裝， 也會(huì)導(dǎo)致防火閥與風(fēng)管連接的Breakaway無(wú)法正常安裝。為避開(kāi)結(jié)構(gòu)的鋼梁， 則需加長(zhǎng)套管， 用同厚度的鋼板焊接在原套管上。長(zhǎng)度的臨時(shí)變更會(huì)帶來(lái)眾多的問(wèn)題， 比如套管與檢修門(mén)的碰撞， 套管與風(fēng)管上原支架的矛盾等。在設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)具體情況， 考慮到每側(cè)套管伸出墻體或樓板的應(yīng)有長(zhǎng)度。

3） 防火閥兩側(cè)風(fēng)管設(shè)備等級(jí)不同的情況。對(duì)于防火閥兩側(cè)連接不同等級(jí)的情況， 防火閥與風(fēng)管之間、 防火閥與限位角鋼的連接在兩側(cè)應(yīng)有所不同。比如， 防火閥一側(cè)為帶放射性的風(fēng)管，另一側(cè)為普通的風(fēng)管。因帶放風(fēng)管考慮更高的泄漏率的要求， 風(fēng)管附件與風(fēng)管的連接需采用焊接， 其它級(jí)別的風(fēng)管附件與風(fēng)管的連接可采用鉚接， 對(duì)于壁厚較厚的風(fēng)管也可采用焊接 [4] 。對(duì)于帶防風(fēng)管側(cè)， 防火閥與風(fēng)管連接需用普通的法蘭連接， 法蘭與風(fēng)管的連接需采用焊接， 限位角鋼的安裝同樣需焊接； 對(duì)于普通風(fēng)管側(cè)， 防火閥與風(fēng)管的連接采用 Breakaway 的連接形式， Breakaway 的兩側(cè)夾板與風(fēng)管的連接采用鉚接， 限位角鋼與套管的連接方式可根據(jù)套管壁厚確定。

5 結(jié)語(yǔ)

防火閥是通風(fēng)系統(tǒng)防火設(shè)計(jì)中重要的組成部分，AP系列核電站防火閥在其實(shí)現(xiàn)防火功能或信號(hào)傳輸功能的基礎(chǔ)上， 考慮了在各種用途下， 防火閥不同的構(gòu)造， 包括熔斷特性， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)置， 閥門(mén)的泄露率的保證， 套管壁厚及長(zhǎng)度等， 也遵照規(guī)范進(jìn)行了防火閥在結(jié)構(gòu)中的貫穿和安裝方式， 設(shè)計(jì)了防火閥與風(fēng)管間的連接方式等， 這些都與防火閥功能的正常發(fā)揮起著重要的作用。 隨著 AP系列核電站的開(kāi)展， 防火閥在現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)也是提高設(shè)計(jì)水平的寶貴財(cái)富， AP 系列核電站防火閥安裝及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)將使防火閥的設(shè)計(jì)得到逐步完善。

參考文獻(xiàn)

[1] Standard for Installation of Air-Conditioning and Ventilation Systems(NFPA 90A)[S].1999.

[2] UL Standard for Safety for Fire Dampers(UL555)[S].2006.

[3] UL Standard for Safety for Smoke Dampers(UL555S)[S].2006.

[4] Rectangular Industrial Duct Construction Standard(SMACNA)[S].1980.

[5] HAD102/11核電廠防火[S].1996.