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1、书书书美国用户要求文件第卷消防系统设计要求浅析高丽艳（ 核工业标准化研究所，北京 ）鉴于我国全面引进了 非能动核电技术，很多系统的设计发生了革新型的变化，其中消防系统的设计就采用了一种不同于以往的防火设计理念，因此文章简要介绍和分析了美国用户要求文件 （ ）第卷对非能动压水堆核电厂消防系统的设计要求，讨论了编制我国相关标准应关注的问题。关键词非能动；消防系统；美国用户要求文件；标准进入 世纪，新建核电厂大都采用第三代核电技术，不仅安全性提高，经济性也明显提高。为此我国全面引进了 非能动核电技术，并开工建设了浙江三门、山东海阳两个自主化依托项目。我国成为世界上首个采用 核电技术，建造非能动安全系
2、统压水堆核电厂的国家。由于采用了非能动技术，很多系统的设计发生了革新型的变化，其中消防系统的设计就采用了一种不同于以往的防火设计理念，在纵深防御对策的前提下，进一步提出了区别对待，重点防护的对策。而目前我国已有的核电厂防火设计标准，如 “ 核电厂防火设计规范” 、 “ 核电厂防火准则”等主要是针对能动压水堆核电厂的，对于非能动压水堆核电厂并不完全适用。为了规范非能动压水堆核电厂消防系统的设计建造，确保发生火灾时不会威胁核电厂的安全和影响核电厂的电力生产，本文对美国用户要求文件 （ ）第 卷第 章非能动核电厂消防系统的设计要求进行了简要介绍和分析，以期能够对下一步编制有关标准打下基础。 非能动压
3、水堆核电厂消防系统的主要设计特点为满足防火要求，作为非能动压水堆核电厂的典型代表 配置了两套消防系统，一套专供确保反应堆安全的非能动消防系统 （ 安全壳高位水箱 满足抗震 类要求的消防水立管供水管线） ，另一套确保全厂发电安全生产的能动消防系统 （ 非抗震的消防水池 消防泵 供配水管线） 。由于采用了非能动的消防系统，反应堆安全系统的防火保护得到了可靠保证， 的消防系统就比传统的 消防系统更简化、经济，其设计和设备分级要求也将有相应变动，例如水泵不再需要配置应急动力电源，对诸如水泵、输配水管路、阀门等消防设备 （ 尤其是大容积消防水池）无特殊抗震分析或鉴定研究与探讨 年第 期要求。由于采用非能
4、动的设计理念，与传统的压水堆核电厂相比，减少了 的阀门、 的泵、 的管道、 的抗震建筑体积、 的电缆，火灾荷载大大降低。 美国用户要求文件 （ ）第卷消防系统主要设计要求 年在美国能源部 （ ）的参与下，由美国电力研究院 （ ）编制了核电厂用户要求文件 （ ） ， 年 正式出版。 提出了先进轻水堆核电站的安全和设计技术要求，其中第卷给出了非能动型先进轻水堆的一整套设计要求，它把预防和缓解堆芯熔化的严重事故作为设计上的必须要求，其中第 章第 节给出了核电厂消防系统的设计要求，通过满足这些设计要求，可把核电厂发生火灾的风险和后果降至最小。第 章第 节主要论述了非能动轻水堆核电厂消防系统的范围、性能
5、要求、系统特征、部件特性等内容，下面就 出版的第 次修订的 分别予以介绍。 范围根据 第 章 节的规定，可列入消防系统范畴的系统包括： 在失火事件中能实现和保持安全停堆状态所需的系统； 在失火事件中能确保厂内人员安全、保护财产和保证核电厂正常发电所需的系统。本要求强调了安全性和经济性两个方面，把在火灾事件中用于保证安全停堆和正常发电所需的系统、设备都列入消防系统的范畴，体现了 维护业主利益的出发点。 功能根据 第 章 节的规定，消防系统应具有如下功能： 按防火分区探测和定位火灾，迅速发出火灾报警； 迅速扑灭确实存在的那些火灾，把火灾对安全和发电有重要作用的构筑物、系统、部件的不利影响降至最小；
6、 对安装自动灭火系统的区域，提供后备的手动灭火装施； 限制火灾蔓延； 确保实现安全停堆所必需的任一冗余设备序列不因火灾而受到危害； 把火灾造成的放射性或有害化学物质对人员的照射及向环境的排放降至最小。消防系统的主要用途是预防火灾和尽量减少火灾造成的危害。核电厂在所有情况下都必须具备足够的防火能力。 性能要求对消防系统的性能要求， 第 章 节规定：“ 核电厂消防系统的设计、安装和试验应符合 的规定” 、“ 对安全重要系统、构筑物和部件应进行火灾危害性分析。 ” “ 防火大纲”论述了 能够接受的消防系统的设计准则和具体的技术细则。规定消防系统的设计应满足下列准则的要求： “ ” ， ， “ ” ，
7、 ， “ ， ， ”研究与探讨 年第 期 还给出了用于满足 、设计总则 和设计总则 的下列具体细则和设计建议，即： “ ” “ ” “ ” 非能动核电厂消防系统的设计要求就是在遵循上述导则和标准的基础上编写的。但有一个例外情况是不采用 关于设置独立于防火区的可替换或专设停堆系统的要求。因为如果采用可替换或专设停堆系统，将增加设备序列，导致运行和维修的复杂化。由于采用非能动设计，火灾荷载大大降低。通过采取防火屏障、空间分隔、火灾探测器和自动灭火系统等措施的适当组合就能保持安全停堆能力，从而无需采用可替换或专设的停堆系统。 第卷第 章 规定在开展消防系统的设计、安装和试验时仅采用 的规定，可能还不
8、够。例如对消防设备的分级要求、对主控室吊顶空间和地板夹层内不再设置自动灭火系统从而对该区域敷设电缆的设计要求、灭火活动和灭火剂对控制室设备的影响等都未提及。因此消防系 统 的 设 计、 安 装 和 试 验， 除 了 采 用 外，还需参考最新的先进轻水堆核电厂防火设计标准，如 “ ” 、 消防专业系列 （ 火灾探测、喷洒、气体灭火等）的最新版标准、 等，应根据最新可用的技术提出对先进反应堆的防火要求。在性能要求一节中还规定 “ 火灾后安全停堆到 第卷第 章 节所定义的稳定状态 （ 冷停堆）是一个可接受的终态。火灾不应导致反应堆冷却剂压力边界出现破裂” 、“ 当一个防火区的火灾危害可能会妨碍电厂进
9、入或维持冷停堆状态时，安全和非安全辅助设备所在的电厂区域应设置自动灭火设施。如果单一火灾可能危害正常余热排出功能，那么应为具有余热排出功能的备用水源安装接口” 。可以看出，对消防系统的上述性能要求体现了停堆、排出余热、包容放射性物质的三大安全功能，这与我国 、 的规定一致。另外 第卷第 章 节还规定： “ 对于 火灾危害性分析中没有包括的，但对电力生产重要的核电厂区域和系统也应进行火灾危害性分析” 。这是因为考虑到核电厂投资巨大，需要对有可能导致放射性释放的火灾区以及对核电厂发电重要的其他区域进行火灾危害性分析，以评估火灾风险并确定正确的预防、探测和灭火方法。这将为投资保护、为满足核电厂可用性
10、的目标提供更可靠的保证。通过对发电重要的非安全相关设备进行火灾危害性分析，确保消防大纲能为提高核电厂的可用性和投资保护目标作出贡献。因为火灾可能造成巨大的经济损失。 系统特性 冗余安全序列的防护研究与探讨 年第 期 第 章 中规定 “ 为保护安全停堆设备免遭火灾损坏，冗余安全停堆设备序列之间应完全隔离以实现其安全停堆能力。用于隔离的防火屏障应具有 小时的耐火极限” ，“ 主控室不采用防火屏障来实现隔离要求，在远程停堆站设置独立的停堆控制设施” ，“ 倘若利用实际的火灾情景证明可实现安全停堆，那么安全壳内的冗余停堆系统也可不考虑采用防火屏障来实现隔离要求。安全壳内宜通过空间方位上的分离、减少易燃
11、荷载以及通过火灾危害性分析确定的探测和抑制的综合方案来实现安全壳内安全停堆设备的防火。 ”这部分内容对安全有关构筑物、系统和部件的布置进行了规定，同时把主控室和安全壳厂房作为例外情况单独处理。根据安全要求，把冗余设置的安全停堆所需的部件，包括机械设备、电气设备、管道和电缆放在彼此隔开的区域内，用耐火极限为 小时的防火屏障作整体分隔，这样冗余系统就不会因事故或火灾，包括丧失防火区内的全部设备引起的共模故障的危害。主控室内始终有人值班，一旦发生火灾能及时发现并扑救，即使因火灾值班人员必须从主控室撤出，可利用远程停堆站实现安全停堆操作。因此主控室可不采用耐火屏障作整体分隔。主控室内铺设的电缆主要集中
12、在吊顶空间和地板夹层内，根据 第 章 的政策声明和 的规定，采用手动灭火器扑灭主控室吊顶空间和地板夹层内发生的火灾。安全壳消防系统的布置要确保主冷却剂系统的完整性和安全壳不受损坏，安全壳主要承担着压力保持功能，是单一防火区，可不采用耐火屏障作实体分隔。安全壳内的火灾荷载包括主冷却泵的润滑油系统、电缆支架、电缆贯穿件、活性炭过滤器等。非能动压水堆核电厂安全壳内的火灾荷载已大大减少，如主冷却剂泵采用无需润滑油的屏蔽电机泵，减少了电缆用量等。所以可通过空间方位上的间隔距离，配备火警探测器和自动消防系统等，至少保证一个系列的安全停堆所需的设备不会遭受火灾的破坏。本要求满足 技 术 见 解 和 的要求。
13、 部件更换 第卷第 章 中规定 “ 消防系统的设计和安装应便于因老化、故障或者报废引起的可能更换” 。这与常规电厂的要求一致。 扩大消防覆盖范围 规定 “ 汽轮发电机及其相关区域应按 进行防护。安装了自动灭火系统的区域应同时配备手动备用灭火装置。在不需要自动灭火系统的区域，应根据火灾危害性分析结果安装手动灭火装置” ， “ 含有足够多的可燃材料以至于必须安装固定灭火系统的任何设备的防火区内都应配备自动的固定水灭火装置。火灾危害性分析确认的火灾危害没有大到必须配备固定灭火系统的区域，应配备火灾自动探测设备。放有贵重设备和易燃的重要电力生产用材料的仓库，应配备自动喷水灭火设备。应安装足够数量的消防
14、栓”等。总的安全性不应寄托在单个火灾抑制手段上，应准备适当的后备火灾抑制能力。所以要求安装了自动灭火系统的区域应同时配备手动灭火装置。另外核电厂的规模决定了被迫停堆的经济损失是巨大的，因此要扩大消防措施，以便通过保护财产和确保连续发研究与探讨 年第 期电的措施，来保护投资。这样消防系统通过提高核电厂的利用率和减少强迫停堆次数，为实现提供便宜的电力目标做出贡献。 设备特性 预作用喷淋系统预作用喷淋系统是指其管道平时充以压缩空气的系统，该系统正常情况下使管网气体略微保持超压，避免管道腐蚀及探测喷头误开，属于固定喷水灭火系统。对于预作用喷淋系统， 中规定 “ 在意外泄漏或误操作几率比较高的区域，应使
15、用预作用喷淋系统” 。 消防泵对于消防泵， 规定 “ 设置两台或多台消防泵以便在假设最大容量泵发生故障或失去厂外电源的情况下仍能提供 的消防泵设计容量” 、 “ 柴油机驱动的消防泵至少应提供 的消防泵设计容量。 ”由此可见，非能动核电厂中的消防泵可采用电动泵和柴油机驱动泵，这样失电时可启动柴油机驱动的消防泵继续供应消防水，以确保随时提供充分的水流。 供水设施 第卷第 章规定 “ 消防用水应来自专门的供水水源。消防用水应进行化学处理以减少生物污垢并经过滤去除泥砂和碎屑” 。一般设置两个独立的淡水水池作为消防水源。每个水池的储存容量足够维持消防泵至少 运行所需的水量。其中 个专供全厂消防水使用，另
16、一个供消防用水兼作非能动安全壳冷却系统的水源。 第卷第 章 中还规定 “ 安全停堆设备所在区域内的消防水立管和消火栓应进行安全停堆地震 （ ）载荷分析，并确保在 条件下的完整性。此时通过手动操作与抗震类水系统相连的消防水立管系统上的阀门，从抗震类水系统获得供水” 。本要求说明安全停堆设备所在区域采用满足抗震类要求的消防水立管和消火栓系统，在发生安全停堆地震时用于保护安全停堆部件免受火灾危害，该消防水立管系统承受 荷载，并保持其安全功能。 中该系统的消防用水接自安全相关的非能动安全壳冷却系统贮水箱。本要求满足 技术见解 的要求。 稳压泵 中规定 “ 消防供水的主管道应维持在设定的消防泵启动压力值
17、以上” 、 “ 推荐采用稳压泵”等。稳压泵简单、便宜、可靠而且满足了系统简单化的目的。 手提式灭火器 中规定 “ 手提式灭火器不应放在高放区，除非火灾危害性分析表明有特殊要求。但是，手提式灭火器应放在没有阻挡的、易于接近的通向高放区的地方。只要可能，水龙带站应放在高放区的外面。但水龙带站的位置必须保证通过最长为 的水龙带、至少一股有效水柱能到达含有或可能对安全有关设备构成危害的任何区域。 ”本要求减少了高放区内设备安装的数量并降低了高放区内设备维修的需求量。本要求也减少了需处理的低水平放射性废物的数量。 火灾探测器 中规定 “ 选择探测器的类型不仅要考虑到湿度、空气流速、温度、空气污染、辐射和
18、压力的影响，还要特别考虑到燃烧产物、危害类型和预期的火灾荷载。选择探测器的安装位置时，应考虑以上所述各因素、各种干扰、定期试验和更换探测器的需要以研究与探讨 年第 期及减少例行试验期间的放射性辐照”等。火灾探测器对烟雾、火焰、热或者燃烧产物进行感应。以往核电厂的运行经验表明许多探测器的选择不恰当。本要求的重点在于要认真考虑影响探测器选择的各种因素。 二氧化碳 中规定 “ 应尽量减少使用全淹没固定式二氧化碳灭火系统，只在确实需要并有明显好处的区域才使用这样的灭火系统。 ” 、“ 如果使用其他灭火剂可能损害设备时，可使用二氧化碳灭火” 。灭火剂的化学、物理性能不应危害核电厂及其人员的安全。水是最常
19、用的灭火剂，当不能使用水作为灭火剂时，可使用其他灭火剂，如二氧化碳。另外在 第卷第 章 中还规定，辐射区采用水灭火有可能引起污染扩散，所以对于辐射区的灭火建议把使用水系统作为最后的手段。如果辐射区安装水系统，那么水应设计成可以回收、过滤并排出。 结论从上面介绍和分析可以看出， 对消防系统的设计要求强调三大安全功能的实现和保证业主的发电能力。如在 第卷第章 、 、 、 都规定把火灾对安全和发电有重要作用的构筑物、系统、部件的不利影响降至最小，要对发电重要的区域进行火灾危害性分析等。随着非能动技术的运用，电厂内火灾荷载已降低，消防系统的设计要求也体现了区别对待，重点防御的策略。如安全停堆设备所在区
20、域的消防立管和消火栓系统为抗震类设备，要求除了控制室和安全壳内以外，在所有安全设备序列之间都将设置防火屏障。不要求证明安全有关区域的自动灭火系统和火灾探测系统在安全停堆地震后也仍然有效等等。在编制、修订我国消防系统标准、规范时要对这些方面予以关注。在根据美国 编制我国用户要求文件“ 消防系统”一章或编制有关标准时，仅满足 的要求还不够，还需根据最新可用的技术要求，如 消防专业的最新版标准、 等提出对先进反应堆的防火要求。应充分论证 、 、设计总则和与我国法规 和 的一致性程度。应跟踪 标准的发布出版状态，及时把有关标准转化为我国标准，加强防火基础工业标准的制修工作。目前我国没有类似于美国 之类的中国式用户要求文件对非能动压水堆核电厂消防系统的设计提供全面的指导。目前已有的防火标准，如 核电厂防火设计规范 、 核电厂防火准则等是针对能动核电厂的，不完全适用于非能动电厂。随着 的引进，我国也需着手开展非能动核电厂消防系统设计规范、标准方面的编制研究工作。参考文献 国家核安全局 核安全导则汇编 北京：中国法制出版社， 林诚格非能动安全先进压水堆核电技术 北京：原子能出版社， 研究与探讨 年第 期
