核电厂消防水系统抗震设计改进

核电厂消防水系统抗震设计改进

谭洪超

华能山东石岛湾核电有限公司 山东省荣成市 264312

摘要：科技在迅猛发展，社会在不断进步，为确保地震工况下消防水系统的安全可靠性，在严重事故时具备向安全专设系统供水能力，秦山核电厂根据福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求，采用最新法规标准对320MWe核电机组的消防水系统进行升级改造。技术改进完成后，通过系统功能测试验证了消防水系统的灭火能力和系统功能状态，新消防水系统的灭火能力和功能满足设计和安全要求。

关键词：核电厂；消防水系统；地震工况；技术改进

引言

近年来，我国核电产业始终坚持不断自主创新，无论是产业规模还是能力水平，都得到了较大幅度的提升。在核电厂的工程设计中，涉及很多地下结构，如地下综合管廊、消防水池等建、构筑物。作为核工程，其安全性、重要性不言而喻。鉴于此，文章首先阐述了反应位移法的基本理论，然后在此基础上对地下消防水池进行了结构抗震分析与计算，并重点对墙板的计算结果进行了对比分析，得出了相关结论，对其他类似工程的抗震分析与计算有很好的参考价值。

1全厂消防水系统供水型式

根据核电厂建（构）筑物的划分原则，全厂消防水系统可分为核岛（ＮＩ）消防水系统、常规岛（ＣＩ）消防水系统和辅属设施（ＢＯＰ）消防水系统。目前，ＣＰＲ、ＥＰＲ、华龙１号等堆型核电厂的消防水系统基本上采用统一的消防水系统，每台机组对应一套消防泵组，消防水系统管路先接入核岛消防水系统，在核岛消防水环管上引出两根消防管接入常规岛消防水系统，然后，在常规岛消防水环管上引出两根消防管在厂区形成环网，再接入全厂ＢＯＰ消防水系统。ＡＰ１　０００核电厂一般采用两套消防水系统，每台机组对应有两套相对独立的消防泵组、消防水池及管网，核岛和常规岛共用一套消防水系统，ＢＯＰ单独构成一套独立的消防水系统，设有相对独立的消防泵组、消防水池和给水管网。常规岛虽不同于核岛的安全性，但对于核电厂的安全运行意义重大：（１）常规岛是核电厂火灾危险性最大的区域，主要可燃物是闪点较高的油品及大量的电缆；（２）部分堆型的常规岛发生火灾甚至可能影响核岛安全；（３）世界上发生过因常规岛火灾导致整个核电厂退役的先例，如１９８９年１０月１９日西班牙Ｖａｎ－ｄｅｌｌｏｓ核电厂２号机组常规岛火灾，导致该核电厂一期两台机组于火灾后退役。鉴于以上，常规岛与核岛的消防水系统采用同一标准、合并设置是合理的；ＢＯＰ消防水系统可单独设置，在参考火电厂消防规范的前提下，可适当降低设置标准。

2核电厂消防水系统抗震设计改进

2.1提高消防系统可靠性的必要性

与普通民用消防设计的目的———保证生命财产安全相比，区别之处主要在与防火措施必须保证核安全功能的完成。由于火灾可能导致核电厂中执行同一安全功能的系统、设备和部件同时失效，进而引发核安全事故，根据单一故障准则的要求，同一故障及其继发故障不能使执行同一安全功能的安全物项同时失效，故必须对发生在一列安全物项上的火灾予以有效控制，防止火灾从一列蔓延到另外一列，灭火是其中一个选项，在火灾时消防系统的及时启动，是防止事故的一个有效办法。同时由于安全物项的重要性，其损坏可能导致核电厂长期不可用，造成巨大的经济损失，再次，由于安全物项着火且火灾无法控制，将给社会留下一种核电厂设计可能不够安全的印象甚至引起恐慌，故在核电厂核岛消防中应有意识的加强安全物项消防设施的可用性和安全性。核电厂中汽轮机厂房和部分辅助性厂房，以及核岛中不执行安全功能的区域虽然几乎不会由于该区区域火灾造成核事故，但也不是完全没有可能，同时相对于火电厂和其他民用设施其由于火灾原因导致核电厂长期不可用带来的经济损失要大的多，发生火灾而不能控制给公众留下的印象也要恶劣的多，故其消防设计也应比普通民用设施严格。综上所述，核电厂消防系统应具有更高的可靠性。

2.2设施设备抗震改造

为保证安全相关厂房内消防主管和消火栓系统管道的压力边界完整性，应在压力边界点采取隔离措施。通过原有雨淋阀与主管接入点之间设置手动抗震隔离阀并增设抗震固定支架来实现压力边界完整。在安全停堆地震后，消防快速行动组和核电厂消防队迅速达到厂房内抗震手动隔离阀所在地，快速关闭手动隔离阀，保证在安全停堆地震工况下抗震消防管道边界的完整性。在厂区内消防车可达的安全厂房外墙处，增设室外抗震消防快速接口，同厂房抗震消防进水管连接，在SSE后室外埋地消防环管万一破坏的情况下，通过移动消防设施来供给安全厂房内消防应急供水，进一步提高抗震消防水系统安全性和可靠性。根据力学计算结果，在主控楼厂房内消防水系统立管上增设抗震金属膨胀节，补偿因温度和地震工况下引起的应力和位移，保证系统安全运行。

2.3消防水源的抗震

《核电厂防火准则》（ＥＪ＿Ｔ１０８２—２００５）第６．１条规定，用于保护安全相关系统和设备的消防系统，应按可以承受ＳＳＥ地震引起的载荷进行设计；《核电厂防火设计规范》（ＧＢ／Ｔ　２２１５８—２００８）第４．５．３．４．１规定，如果使用水池，应设置两个１００％系统容量的水池，抗ＳＬ－２地震。因此，对于核岛消防水系统及对于核岛安全运行相关性较高的常规岛水消防系统，应设有抗震的消防水源及配套的消防泵组，立足于核电厂本身的力量来满足核安全物项消防的要求。目前，ＣＰＲ、ＥＰＲ、华龙１号等堆型核电厂的消防泵组、消防水池等均按上述抗震要求设置；但是，对于ＡＰ１　０００机组，其消防水池、消防泵组并未按抗震要求设置，仅在反应堆厂房的顶部设置有非能动安全壳冷却水箱，其中储有７２ｍ３消防专用水量，该水量仅满足安全停堆设备区域内的２个消火栓（每个消火栓流量５Ｌ／ｓ）、持续２ｈ用水量的要求，此消防储水量并不满足核岛的最大一次消防用水量要求。因此，相对而言，ＡＰ１　０００机组的消防水系统安全要求较ＣＰＲ有所降低。核岛的消防系统本身与核安全无关，由于核电厂的特殊性，其最首要的职责是保证火灾不会妨碍核电站安全停堆功能的执行，也不会显著地增加放射性物质释放到环境中去的危险；从这个意义上讲，对于ＡＰ１　０００机组，地震发生的特殊条件下，仅在非能动安全壳冷却水箱中储存消防专用水量，是可以接受的；但从消防系统控制任何火灾的职责角度出发，仅保证“安全停堆功能”也是不够的。鉴于核岛特殊性，核电厂消防系统的设置应从严要求，将核岛的消防泵组、消防水池以及进入核岛的消防管路等按抗震要求设置，其安全性更高，且增加的投资是可以接受的。

结语

新消防水系统功能测试验证了系统灭火能力和系统功能状态，通过技术改进不仅提升了消防水系统设施设备运行可靠性，抗震设计改进还对机组运行许可证延续（OLE）做出了显著贡献。

参考文献

［1］中华人民共和国电力工业部．核电厂水文气象规定(试行)［S］．北京:中国电力出版社，1996:34．

［2］国家核安全局．核电厂抗震设计与鉴定:HAD102/02［S］．北京:中国法制出版社，1996:909-915．

［3］中国核工业集团公司．核电厂防火准则:EJ/T1082—2005［S］．北京:中国标准出版社，2005:10．

［4］中国国家标准化管理委员会．核电厂防火设计规范:GB/T22158—2008［S］．北京:中国标准出版社，2008:17．