马国建 李娜娜 史凤华
(中国核电工程有限公司，北京 100840)
谈稳压泵在核电厂核岛厂房消防中的应用
马国建 李娜娜 史凤华
(中国核电工程有限公司，北京 100840)
针对核电厂核岛厂房消防的特性，结合国内和NFPA等相关标准规范，对消防稳压泵的设置、流量、压力、供电、控制等进行了分析，并总结了一些稳压泵在设计时需重点考虑的问题，为稳压泵在核电厂核岛厂房消防中的应用积累了经验。
核岛厂房，稳压泵，消防
1 核电厂消防设计特点
火灾事件是关系到核安全的一个重要方面，因而消防设计在整个核电站的设计中占有重要的地位。核岛厂房的消防设计与一般工业与民用建筑消防相比，有其相似的一面，一些常规消防技术及计算可以借鉴，但也有不同于一般工业厂房的特点和设计要求。核岛厂房灭火系统供水的消防供水系统，也有其显著的特点和设计要求，如抗震、定期试验和质量保证等方面都与一般工业与民用建筑不同。核电厂因为厂房布局限制，往往无法设置高位水箱，消防供水系统为临时高压系统，只能设置稳压系统，以维持未发生火灾时消防管网的压力。常用的稳压设施有稳压泵、气压给水装置等。本文仅对稳压泵在核岛厂房消防供水系统中的应用，结合国内相关规范、NFPA等标准，对其设置、参数确定、供电和联动操作等进行分析。
2 稳压泵的设置分析
GB 50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范5.2条对高位水箱进行了详细描述，规定其临时高压消防给水系统有效容积应满足初期火灾消防用水量的要求。而5.3条对稳压泵进行了描述，“稳压泵的设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄露量和系统自动启动流量”。
NFPA 20中规定稳压系统的作用是补充管网渗漏量，维持未发生火灾时管网的压力，同时根据管网压力自动启动消防泵。没有“火灾初期消防用水量”的概念。
笔者认为GB 50974—2014中关于稳压泵的作用与要求和NFPA规范要求相同，但是未说明设置稳压泵时是否还应该考虑初期火灾用水量。与NFPA 20规范相比，区别主要在于国内标准中临时高压、常高压、初期火灾等概念的存在，所以稳压系统的设置与NFPA标准有所不同。
GB 50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范5.3.4条规定：“采用气压水罐时，其调节容积应根据稳压泵气泵次数不大于15次/h计算确定，但有效储水容积不宜小于150 L。”NFPA没有强制要求稳压泵配置稳压罐，因此没有对稳压罐的容积做特别的要求。
大部分工业与民用建筑一般采用气压水罐作为稳压措施，可以有效避免稳压泵频繁启动。核岛厂房内消防管道按抗震设计，为明装管道，没有埋地管道，连接方式为焊接，并且每段管道要进行探伤检测，有工作人员定期巡检。从材质质量、施工方式和检测方式等来看，都高于一般民用建筑。所以如果仅考虑管网泄漏量，核岛消防管网泄露量很小，稳压泵可按照NFPA标准设置，不设稳压罐。
3 稳压泵参数的分析
3.1 稳压泵流量分析
GB 50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范5.3.2条有明确规定：“稳压泵设计流量不应小于消防给水系统管网的正常泄露量和系统自动启动流量”“当没有管网泄漏量数据时，稳压泵设计流量宜按消防给水设计流量的1%～3%计，且不宜小于1 L/s”。GB 50268—2008给水排水管道工程施工及验收规范9.2.11对管道允许渗水量做了规定，以核岛厂房DN200的消防主环网为例，允许渗水量应不大于0.5 L/(min·km)。NFPA 20 2-19中对稳压泵作用仅定义为用于管网泄露量。美标规定地下干管不论其管径多大，每100个连接点每小时漏失量为1.9 L。
笔者认为，报警阀的灵敏性能因生产厂家的不同而有较大差异，报警阀的动作流量一般为25 L/min～60 L/min，故系统自动启动流量至少为1 L/s。而管网泄漏量应根据系统有无室外埋地管道、管材、施工质量等综合考虑。依据施工完毕后的运行测试来判定最为准确，然后以此确定稳压泵的流量。但工程设计中，设备的采购远远早于运行测试。针对核电站的情况，在核岛厂房内管道材质、施工及检测方式非常严格，其泄漏量很少，其泄漏量可按照一个消火栓发生故障时的泄露量考虑，即按照5 L/s进行设计。泄漏量大于5 L/s时，由于管网泄漏量较大，可按发生火灾考虑，即此时管网压力下降较快，消防水泵根据压力自动启动。
3.2 稳压泵压力分析
NFPA 20规定稳压泵、消防水泵的启动是根据消防管网的压力来联动的。首先确定稳压泵停泵值，等于零流量的扬程加最小的静水压力；然后确定稳压泵起泵值，比稳压泵停泵值小0.069 MPa；最后确定消防泵起泵值，比稳压泵起泵值小0.034 MPa。
国内标准没有规定稳压泵与消防主泵联动启动，仅在GB 50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范5.3.3中规定，稳压泵设计压力应大于系统设置自动起泵压力值，且增加值宜为0.07 MPa～0.1 MPa。但是没有说明消防泵的起泵压力的设定值。
核岛厂房内消防系统虽不直接承担安全功能，但是与安全有关的系统，故笔者认为稳压泵应设计为与消防主泵联锁启动，并且稳压泵的设计压力及启动压力值的确定应保证管网压力时刻满足系统压力需求。应首先确定系统的额定压力，然后确定消防泵的起泵压力，再确定稳压泵的起泵压力和停泵压力，而稳压泵的额定压力至少应为稳压泵的停泵压力。
举例如下：如果灭火时系统设计压力为P，稳压泵按照一用一备设置。第一稳压泵启动压力为P1，如果第一稳压泵无法正常启动，管网泄漏量使压力下降至P2，则备用稳压泵启动，即备用稳压泵启动压力为P2，P1>P2；而为了满足核岛消防用水需求，P1和P2的压力值应满足最不利用水点的压力要求，即P1>P2>P。而当核岛厂房发生火灾时，稳压泵无法满足火灾用水量要求，管网压力继续下降，降至消防主泵启动压力P3，此时消防主泵启动灭火。为保证供水安全性，应满足P1>P2>P3>P。其中每个启动压力的差值可根据仪表的精确度等综合确定。
4 稳压泵的供电分析
国内消防水泵及稳压泵供电设计按照双电源设计，且双路电源自动切换时间不应大于2 s。NFPA 20 6-2中对于电动泵的电源要求为一路可靠电源或两路及以上独立电源。由于稳压泵所在系统是与安全有关的系统。故稳压泵作为核岛厂房消防系统的供水装置，应考虑地震后全厂断电的不利状况。故在核岛厂房消防设计中，首先应防止共模失效，每个机组的两台稳压泵分别由A系列和B系列供电，考虑地震后可能失去厂内电源和厂外正常电源时，应设置应急柴油机加载供电，其加载时间为0 s工步，以满足稳压泵的供电安全和消防管网的正常运行。
5 稳压泵的控制分析
GB 50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范11.0.8条规定：稳压泵应设置就地强制启停泵按钮，并应有保护装置。条文解释为设置就地停泵按钮是便于维修时控制和应急控制。
针对核电厂的特性，笔者认为，核电厂发生火灾可能导致核岛反应堆停堆，故认为可不设置就地停泵按钮，以免有人员误操作将正在运行的稳压泵关停。建议仅在主控室设置手动停泵操作，在现场人员确认火灾扑灭后通知主控室人员手动关闭。可在就地和主控室设置起泵按钮。
6 结语
稳压泵占地面积小，设计与施工方便，系统控制简单，因而核电站核岛消防供水系统利用稳压泵进行稳压，是合理、可行的方式。笔者认为，稳压泵的相关设计需要重点关注以下几方面问题：1)设置稳压泵的消防供水系统，是否还要考虑火灾初期用水量；2)稳压泵的流量以管网泄露量计算，其泄漏量以多少计最为合适；3)稳压泵的压力值如何确定，与消防泵的联动压力值如何确定仍需研究；4)核岛厂房消防设计因工程项目不同，采用的规范标准也不同，如有的项目采用RCC-I标准，有的采用NFPA标准，应根据不同国家规范间的差异，综合考虑稳压设计方案。
[1] RCC-I，压水堆核电站防火设计和建造规则[S].
[2] GB 50974—2014，消防给水及消火栓系统技术规范[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
马国建(1983- )，男，工程师； 李娜娜(1984- )，女，工程师； 史凤华(1966- )，女，研究员级高级工程师
TU998.1
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