核電廠火探滅火裝置應(yīng)用研究

肖 飛，林特君，張 琨，劉旭升，陳軍勇，王正義，朱傳波

(大亞灣核電運營管理有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

火災(zāi)是核電廠面臨的最現(xiàn)實的威脅之一。核電廠一旦發(fā)生火災(zāi)，將可能引起核安全相關(guān)系統(tǒng)事故，經(jīng)濟損失大，社會影響大，后果極其嚴(yán)重，火災(zāi)安全已成為核電廠安全的重要課題。

作為核電站變配電系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，配電柜主要起對電能進行分配和控制的作用。核電站內(nèi)多個區(qū)域如電氣廠房、汽輪機主廠房等設(shè)有配電室，設(shè)置有數(shù)量眾多的高壓及中低壓配電柜。目前核電站內(nèi)重要區(qū)域配電室設(shè)置有全淹沒氣體滅火系統(tǒng)，但是對于配電柜等微環(huán)境設(shè)備火災(zāi)的早期探測和撲滅尚缺乏相應(yīng)的手段及措施，無法實現(xiàn)配電柜火災(zāi)的早期探測和滅火動作。

1 系統(tǒng)對比及介紹

目前核電站重要區(qū)域配電室主要采用的消防系統(tǒng)為全淹沒式氣體滅火系統(tǒng)，滅火劑一般采用二氧化碳或七氟丙烷。全淹沒氣體滅火系統(tǒng)在實際運用中主要存在以下幾個問題。

(1) 系統(tǒng)保護對象(防護區(qū))必須為密閉區(qū)域，對于敞開空間或者獨立配電柜可能無法適用。

(2) 煙感探測或者溫感探測都需要達(dá)到一定程度才能夠?qū)崿F(xiàn)報警，無法實現(xiàn)初期火災(zāi)的早期探測及撲滅。

(3) 對于配電柜等電氣設(shè)備內(nèi)部微環(huán)境火災(zāi)，無法實現(xiàn)早期探測及滅火。

(4) 系統(tǒng)復(fù)雜，投資造價高。

針對傳統(tǒng)氣體滅火系統(tǒng)存在的問題，火探管式感溫自啟動滅火裝置是國際上近年來發(fā)展中的一種新型滅火裝置。它是一套簡單、低成本且高度可靠的獨立自動滅火系統(tǒng)，它無需電源，無需專門的煙、溫感探測器，無需復(fù)雜的設(shè)備及管線，利用自身儲壓，依靠一根經(jīng)充壓的火探管和一套火探瓶組就能快速、準(zhǔn)確、有效地探測及撲滅火災(zāi)，是集報警和滅火于一體的滅火系統(tǒng)。

將火探管置于靠近或在火源最可能發(fā)生處的上方，一旦著火時，火探管在受熱溫度最高處會被軟化并發(fā)生爆破，將滅火介質(zhì)通過火探管本身(直接系統(tǒng))或噴嘴(間接系統(tǒng))釋放到被保護區(qū)域，從而達(dá)到自動探火、滅火的目的?；鹛焦苁阶詣訙缁鹧b置技術(shù)參數(shù)如表1所示，火探管主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表1 火探管式自動滅火裝置技術(shù)參數(shù)

表2 火探管主要技術(shù)參數(shù)

2 系統(tǒng)設(shè)計和布置

2.1 設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

自火探管式自動滅火裝置引入中國后，公安部以及相關(guān)的行業(yè)協(xié)會頒布了一系列標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范火探裝置的產(chǎn)品生產(chǎn)及應(yīng)用。

針對火探管式自動滅火裝置的系統(tǒng)設(shè)計、計算、布置應(yīng)用，國家尚未頒布相對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，但是火探管式自動滅火裝置自進入市場以來，憑借其一系列優(yōu)點，發(fā)展迅速，已成功應(yīng)用于電力、通訊、醫(yī)療等多個行業(yè)。為了便于火探管式自動滅火裝置的更好應(yīng)用，多個省份均出臺相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)。同時在標(biāo)準(zhǔn)中明確提出在設(shè)置時應(yīng)考慮GB 50193—93《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(2010年版)的要求。具體采用標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范一覽表

2.2 設(shè)計計算

根據(jù)火探管式自動滅火裝置的滅火特點，其滅火方式主要為局部全淹沒式的滅火方式，保護空間為單個配電柜或控制柜的密閉空間，故根據(jù)GB 50193—93《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(2010年版)，對于全淹沒系統(tǒng)的計算如下：

式中：M—二氧化碳設(shè)計用量(kg)；Kb—物質(zhì)系數(shù)；K1—面積系數(shù)(kg/m2)，取0.2 kg/m2；K2—體積系數(shù)(kg/m3)，取0.7 kg/m3；A—折算面積(m2)；Vv—防護區(qū)的內(nèi)側(cè)面、底面、頂面(包括其中的開口)的總面積(m2)；Ao—開口總面積(m2)；V—防護區(qū)的凈容積(m3);Vv—防護區(qū)容積(m3);Vg—防護區(qū)內(nèi)不燃燒體和難燃燒體的總體積(m3)。

根據(jù)計算公式，在計算中過程中，需要考慮的因素如下：

(1) 物質(zhì)系數(shù)的選取，計算機、通訊機、電纜間與溝槽等區(qū)域Kb取1.5；開關(guān)電氣室、配電間Kb取1.2；

(2) 防護區(qū)開口總面積Ao，對于電廠的配電柜及控制柜等區(qū)域，一般狀態(tài)下均相對密閉空間，故防護區(qū)開口總面積Ao為0；

(3) 防護區(qū)內(nèi)不燃燒體和難燃燒體的總體積Vg，由于火探裝置為局部全淹沒式的滅火方式，實體部分無法淹沒滅火劑(即不損耗滅火劑)，所以不考慮中間實體部分的體積，即防護區(qū)內(nèi)不燃燒體和難燃燒體的總體積Vg取0。

根據(jù)上述計算公式以及考慮因素，針對核電廠常用的配電柜尺寸，相關(guān)的計算如4所示。

表4 滅火劑計算

根據(jù)火探裝置的規(guī)格型號，選用滅火劑容量為6 kg的滅火裝置可以滿足上表中的單一機柜的計算用量要求。

2.3 系統(tǒng)布置

根據(jù)相關(guān)規(guī)范以及實際應(yīng)用要求，火探管式自動滅火裝置的滅火劑容器瓶以及探火管的布置，主要要求有以下幾點。

(1) 滅火劑容器須以瓶架妥善固定，盡可能靠近保護對象并直立安裝，安裝處溫度在0～50 ℃。

(2) 火探管式自動滅火裝置應(yīng)將探火管設(shè)在防護區(qū)內(nèi)，火探管布置距防護區(qū)最遠(yuǎn)點不應(yīng)超過1m。

(3) 單套火探管式自動滅火裝置的保護對象不宜超過6個，同時火探管的長度不應(yīng)超過25m。

(4) 火探管、釋放管及主要組件的連接應(yīng)采用專用的接頭等零配件，以保證其密封性，當(dāng)需穿過墻壁或箱體應(yīng)安裝專用接頭或保護件以防磨損。

(5) 火探管需專用固定夾固定，火探管固定夾間距不大于0.5m。

(6) 火探管終端的壓力表應(yīng)安裝在被保護區(qū)域的外部或便于檢查的部位。

3 系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性和使用影響建議

3.1 抗震要求

當(dāng)火探管式自動滅火裝置用于核島，比如電氣廠房的配電裝置的消防保護時，應(yīng)考慮相應(yīng)的抗震要求。在這種情況下，火探管式自動滅火裝置雖然不是安全級設(shè)備，但為安全有關(guān)系統(tǒng)提供滅火措施，應(yīng)滿足抗震(SL-2)要求。

瓶頭閥作為火探裝置的主要能動部件，已經(jīng)按 照IEC 60068-2-6 Environmental Testing- Vibration的要求，進行相關(guān)的振動試驗，后續(xù)將根據(jù)核電廠抗震的要求，進行試驗以驗證滿足要求。

3.2 環(huán)境影響

火探管式自動滅火裝置主要用于保護配電柜、控制柜等區(qū)域，布置在室內(nèi)的正常環(huán)境下，一般不考慮惡劣環(huán)境影響，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，火探管式自動滅火裝置主要考慮溫度對于滅火裝置的影響。

火探管式自動滅火裝置采用的滅火劑CO2，正常狀態(tài)下儲存在壓力容積中，呈氣液兩相態(tài)，溫度過高導(dǎo)致氣相增加，壓力容器會處于高壓狀態(tài)，不利于設(shè)備安全；溫度過低會導(dǎo)致滅火性能降低，故要求環(huán)境溫度處于正常狀態(tài)范圍內(nèi)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，CO2火探管式自動滅火裝置的工作溫度范圍應(yīng)處于0～49 ℃，核電站配電室均設(shè)置有通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)，可滿足火探管式自動滅火裝置的溫度范圍要求。

3.3 使用影響及建議

3.3.1 安裝影響

當(dāng)采用火探裝置對電氣中、低壓配電柜和勵磁柜等屏柜進行火災(zāi)探測及滅火時，火探管安裝時需要從中、低壓配電柜側(cè)壁開孔穿至柜體內(nèi)，在柜間安裝時也需要開孔，孔徑為10～15mm，穿孔處設(shè)置專用穿墻接頭。火探管安裝時在開關(guān)柜側(cè)壁開孔，可能造成開關(guān)設(shè)備電氣絕緣破壞、火探管與開關(guān)導(dǎo)電部分的帶電距離不夠等問題，面對這種情況，建議火探管在布置過程中，從配電柜上部或底部開口進出機柜內(nèi)，有效避免設(shè)備開孔問題。

3.3.2 設(shè)備檢修

由于火探管直接布置在電氣設(shè)備內(nèi)占用了設(shè)備內(nèi)的檢修空間，給電氣設(shè)備的檢修造成一定的干擾，并且存在電氣檢修時火探管被機械損傷引起火探裝置誤動作造成檢修人員人身傷害的危險。因此，在進行電氣檢修時，需臨時關(guān)閉滅火劑氣瓶閥門，待電氣檢修完畢后再開啟滅火劑氣瓶閥門。為保證火探裝置的正常運行和檢修人員的安全，故需在電氣設(shè)備檢修規(guī)程中將檢修前后對火探裝置滅火劑氣瓶閥門的關(guān)閉和開啟操作作為一項必須的操作步驟。

3.3.3 通風(fēng)影響問題

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，火探管工作環(huán)境要求滿足風(fēng)速不宜大于2m/s。對于部分機柜，如勵磁整流屏、變頻器柜等運行時發(fā)熱量巨大的電氣設(shè)備均采取強制通風(fēng)，屏柜內(nèi)部風(fēng)速一般會超過2m/s，造成被保護的屏柜內(nèi)部無法形成局部CO2全淹沒效果。針對這種情況，在確需設(shè)置火探管式自動滅火裝置的情況下，可由末端壓力開關(guān)送出啟動信號至火警控制器，聯(lián)動關(guān)閉相應(yīng)通風(fēng)設(shè)施，可保證CO2全淹沒效果。

3.3.4 火探管安全問題

火探管作為整個裝置的主要探測及滅火手段，如果出現(xiàn)問題，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的誤噴放或設(shè)備不可用。同時由于火探管布置在屏柜內(nèi)部，面臨高溫及高壓的危險?；鹛焦芄ぷ鳝h(huán)境溫度范圍為0～50 ℃。而中、低壓開關(guān)柜、勵磁整流屏、變頻器柜等電氣設(shè)備內(nèi)部運行溫度高于50 ℃，對于火探管的安全問題，主要的措施如下：

(1) 根據(jù)火探管的設(shè)備數(shù)據(jù)顯示，使用溫度范圍為-30～80 ℃，可以承受內(nèi)部的運行溫度；

(2) 火探管為非金屬復(fù)合材料，根據(jù)火探管生產(chǎn)廠家的數(shù)據(jù)報告，按照IEC 60243-1的要求，其耐受電壓等級為39 kV，可保證使用安全；

(3) 根據(jù)安裝要求，火探管在敷設(shè)過程中，與電氣柜內(nèi)的保護對象有一定距離，不能直接敷設(shè)在高溫設(shè)備上，可有效避免高溫及高壓問題。

4 結(jié)束語

相對于傳統(tǒng)氣體滅火系統(tǒng)，火探管式感溫自啟動滅火裝置有著諸多優(yōu)點，反應(yīng)迅速、運維簡便、滅火有效性高。但是作為一種新型的消防設(shè)備，火探管滅火裝置在核電站中尚未實際應(yīng)用。建議后續(xù)盡快在核電站內(nèi)開展火探管裝置的推廣示范應(yīng)用，實現(xiàn)配電柜火災(zāi)的早期探測和滅火動作，極大提升電氣火災(zāi)的防控水平，進而改善核電廠消防安全管理水平，保障核電站的火災(zāi)安全。