Suggestions on Fire Fighting Design for Conventional Island in Nuclear Power Plants

核电厂常规岛是由汽轮机厂房、润滑油传送间、凝结水处理间、通风室等组成的综合性建筑物。常规岛厂房消防灭火系统分布在常规岛内，主要包括：室内消火栓系统、电动给水泵水喷雾灭火系统、润滑油传送间水喷雾灭火系统、润滑油室水喷雾灭火系统、密封油控制装置水喷雾灭火系统、凝结水泵水喷雾灭火系统、润滑油管道水喷雾灭火系统、电缆夹层自动喷水灭火系统、常规岛各层楼板下自动喷水灭火系统、常规岛消防水分配系统^[1]。

核电厂常规岛消防水分配系统是布置在常规岛厂房内，为常规岛各水消防灭火系统输送消防用水的管网分配系统，主要由环状给水管网、手动检修阀、水泵接合器和气压给水稳压装置组成^[2]。

Figure 1.  Fire fighting system flow chart for conventional island of nuclear power plant

现行《核电厂常规岛设计防火规范》(GB 50745-2012)和《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974-2014)均提出室内环状给水管网应设置检修阀，以保证管网检修时仍有必要的消防用水^[3-4]。环状给水管网应分段检修，每段管道均存在放水、充水的过程，需在管段低点设置疏水阀，在管段高点设置排气阀。若两个检修阀门之间有竖直向上的管道引出时，则排气阀需移至竖直管的高点处，或增设排气阀。若两个检修阀门之间有竖直向下的管道引出时，则疏水阀可移至竖直管低点处，或增设疏水阀。在消防系统运行维护手册中需要说明：所有管段在充水前需要确保该管段排气阀处于正常工作状态，以免管段冲水时产生气锤。

在检修阀采购时，应要求阀门本身具有平衡阀，否则管段检修后，由于阀门两端静压差达到1.2 MPa，将导致阀门开启力矩远远超过检修人员手动操作能力，操作及其不便，且容易对阀门本体造成损害。

常规岛消防水分配系统管道与室外埋地管道采用法兰连接，但由于盘插短管与室外埋地球墨铸铁管采用承插连接，仅仅依靠盘插短管与混凝土镇墩的摩擦力固定。在管段检修完成后充水时，容易发生气锤现象，导致管道损坏。为防止此类现象发生，常规岛消防水分配系统管道与室外埋地管道连接处宜增设固定支架。

常规岛厂房自动喷水灭火系统防护的区域包括汽轮机厂房中间各层和运转层下的平台、电缆夹层、电缆竖井^[5]。单个湿式报警阀组控制多个楼层的喷头，因此每层均设有信号蝶阀和水流指示器。布置设计中，通常在各个楼层的支管上设置信号蝶阀和水流指示器。根据《自动喷水灭火系统施工及验收规范》(GB 50261-2005)^[6]，水流指示器需要每季度检查一次，信号蝶阀需要每月检查一次。由于常规岛厂房内设备众多，且层间间距高达10 m，最高处甚至达到16 m，消防设备巡检难度大大增加。为便于运行管理，设计中应把信号蝶阀和水流指示器布置在湿式报警阀组附近，或便于检修的楼层上方。常规岛厂房内高温管道和设备众多，闭式喷头布置时，严禁在喷头上方布置未采取保温措施的高温管道或容易漏水的高温设备，以免导致闭式喷头误动作。

电缆竖井内消防喷头布置时，应考虑防火封堵的设置因素，以免现场防火封堵影响到消防喷头的保护范围和灭火效果。

励磁机设备主要由主励磁机、副励磁机和旋转整流盘三部分组成。励磁机轴承及其进油管路布置在励磁机外罩内；励磁机外罩内设有强循环冷却风回路。励磁机的轴承润滑油在循环时会将轴承处产生的热量迅速带走，且外罩内有强循环冷却风，进入励磁机和整流盘的冷却风温度不超过50℃，整体不易起火。励磁机外罩属于励磁机本体不可分割的一部分，外罩不仅仅执行隔音功能，还承担着励磁机本体防护和形成冷却风回路的功能。

根据《核电厂常规岛设计防火规范》(GB 50745—2012)、《核电厂防火设计规范》(GB/T 22158—2008)励磁机轴承及其润滑油管道需要防护，并建议采用手动高速水喷雾灭火系统，水喷雾灭火系统的喷头布置应使水雾直接喷向并覆盖保护对象。但实际供货的励磁机均带有防护罩，励磁机供货商认为如果在励磁机外罩内设水喷雾消防管道，当水喷雾系统误动作时，在外罩内的强冷却风作用下，冷却风将会把水汽带至励磁机内部，引起励磁机绝缘降低，甚至短路，易造成主/副励磁机、整流盘等设备损坏；励磁机的本体设计已经考虑防止内部火灾措施，外罩内部诱发火灾的可能性较小，不需要在外罩内部设置水喷雾灭火措施；在外罩内布置消防管道将影响风回路形成、噪音上升、密封性下降。

鉴于励磁机本体设计特点，当励磁机设备自身已考虑消防措施时，消防灭火系统设计方案应按设备制造厂家特定要求执行，同时确保该区域火灾不会蔓延至厂房内的其它区域。因此励磁机水喷雾灭火系统应由原励磁机轴承及其油管路灭火改为励磁机整体设备的防护冷却，确保该区域火灾不会蔓延至常规岛厂房内的其他区域。

根据《核电厂常规岛设计防火规范》(GB 50745—2012)、《核电厂防火设计规范》(GB/T 22158—2008)发电机轴承需要防护，并建议采用手动高速水喷雾灭火系统，水喷雾灭火系统的喷头布置应使水雾直接喷向并覆盖保护对象。由于发电机设备接口归口汽机专业负责，且设备外形资料深度不够，在消防设计时难以准确把握发电机轴承的实际尺寸，消防设计人员应参与发电机外形尺寸接口交换中，在设计阶段确认发电机轴承尺寸及布置位置，避免后期对此处消防喷头的变更。

常规岛消防系统有检修阀、疏水阀、排气阀、末端试水装置及试水阀等，阀门数量众多。根据规范规定，每季度应对所有的末端试水阀和报警阀组进行一次试验；每月对系统上所有控制阀门的铅封、锁链进行一次检修^[4-6]。但由于常规岛厂房内管道众多，且有检修通道的要求，消防管道大都布置在楼板下方，维护管理不便。在消防管道布置设计时，阀门应尽可能布置在便于操作、维护的地方。所有疏水阀、末端试水装置均可引至0 m层便于操作的地方；所有排气阀均可从排气点上连接短管引至上一楼层后接排气阀；需确保检修阀上方楼面无其他设备，通过加装阀门连杆来操作；尽可能避免检修阀门布置在楼层5 m以上空间，确实需要布置时，需设置检修平台。

《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974—2014)提出需考虑消防排水。由于常规岛内电缆沟、润滑油管沟、低位布置的设备等坑道众多，室内地下排水管道布置困难，无法实现完全自流排水。建议消防排水系统设计可与非放射性含油废水排水系统、生活污水排水系统统筹考虑。在充分论证含油废水调节池和生活污水调节池调节能力的情况下，有非放射性含油废水和生活污水收集的地方，可不单独布置消防水排水系统。消防排水直接排入非放射性含油或生活污水排水管网，可减少地下埋管交叉，降低管道布置难度，节省工程投资。

核电厂常规岛灭火系统在核电厂安全中具有重要的作用。本文从运行和维护角度，结合设计规范，对核电厂常规岛厂房消防灭火系统进行了梳理，对常规岛自喷水灭火系统、励磁机灭火系统、发电机轴承灭火系统、阀门设置、消防排水系统设计中存在的问题进行了探讨和总结。

对消防水分配系统运行维护中存在的问题，提出了疏水阀和排气阀设置建议。根据工程反馈，提出了常规岛自喷水灭火系统水流指示器和闭式喷头布置注意事项。深入研究励磁机设备特点结合供货商意见，提出了励磁机灭火系统的设计原则。根据运行人员要求结合设计规范，提出了消防系统阀门布置建议。根据常规岛厂房地下管道布置特点提出了消防排水系统优化设计建议。

消防设计人员在按照规范设计的同时，还应从运行、维护的角度去考虑，优化消防系统和布置设计，力求系统布置合理、安全可靠、运行维护方便。