第41卷 第1期 2021年2月 核 科 学 与 工 程 Nuclear Science and Engineering
Vol.41 No.1
Feb.2021
“华龙一号”核电厂防火设计优化经验总结
林武清，陈 琳，刘文华，谭广萍 （中国核电工程有限公司，北京 100840）
摘要：本文针对“华龙一号”核电厂首堆的防火设计优化经验进行了总结，对后续“华龙一号”项目的防火设计提出了优化方案。论文首先介绍了防火设计优化的思路，通过验证火灾薄弱环节分析后采取保护措施的施工状况以及经济性，发现防火设计存在的问题，针对具体问题分析相关原因，提出防火设计优化方案，作为后续华龙机组防火设计的改进措施。在后续“华龙一号”防火设计初期阶段通过对设备布置、电缆路径调整等措施，对安全级冗余设备和电缆进行防火隔离改进，提高核电厂防火安全水平和安全性的同时，降低消除火灾共模点的施工难度和经济性。该项经验总结也为国内其他同类核电厂防火设计改进提供了重要参考，总体提高我国核电厂的防火安全水平。 关键词：核电厂；防火设计；火灾薄弱环节分析；火灾共模点；共模失效；设计优化 中图分类号：TL48
文章标志码：A
文章编号：0258-0918（2021）01-0006-04
Experience Summary on Fire Protection Design
Optimization of HPR1000
LIN Wuqing，CHEN Lin，LIU Wenhua，TAN Guangping
（China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100840，China）
Abstract：The experience of fire protection design optimization of initial HPR1000 NPP is summarized and an optimized scheme for the fire protection design of HPR 1000 NPP is proposed in this paper. Firstly, research mentality of fire protection design optimization is introduced, and the construction and the economy of supplement measures which is taken after vulnerability analysis is verified to recognize issues of fire protection design. The related reasons of specific issues are analyzed and fire protection design optimization scheme is put forward, as the improvement measures of fire protection design in follow-up HPR 1000 NPP. In the initial design stage of the fire protection design of follow-up HPR1000 NPP, fire isolation of safety redundant equipment and cables is carried out by means of equipment layout, cable spreading adjustment and other measures, so as to improve the fire safety level and
______________________ 收稿日期：2020-12-21
作者简介：林武清（1991—），男，江西上饶人，工程师，硕士，现主要从事核电厂消防设计方面研究
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safety of nuclear power plant and reduce the construction difficulty and economy of elimination common mode failure of fire. This experience also provides an important reference for the fire protection design improvement and generally improves the fire level safety of other similar nuclear power plant in China.
Key words：Nuclear power plant；Fire protection design; Fire vulnerability analysis；Fire common mode；Common mode failure；Design optimization
“华龙一号”核电厂防火设计充分借鉴吸收了三代核电技术的先进设计理念、我国现有压水堆的运行经验和福岛核事故的经验反馈，遵循纵深防御方针。根据导则和规范的要求[1-3]，应避免可能发生的火灾蔓延导致执行同一安全功能的冗余设备同时被损毁。因此，“华龙一号”对核岛厂房进行了全面的防火分区，通过实体隔离或空间隔离的方法，使得执行同一安全功能的冗余设备不会在一场火灾中同时失效；对于空间所限而无法进行有效隔离的情况，通过火灾风险分析，对共模设备或电缆补充防火保护措施[4]。为了验证“华龙一号”首堆消防设计中所采用防火措施的有效性，福清核电5、6号机组在设计阶段后期开展详细的火灾危害性分析和火灾薄弱环节分析工作，分析发现部分安全级冗余设备和电缆不能实现有效的防火隔离，且在后期采取防火保护措施时存在施工困难和增加投资等问题。为了避免在后续工程中出现类似情况，在福清核电5、6号机组的防火设计基础上提出设计优化建议，并进行经验总结。
1 设计思路
通过火灾薄弱环节分析，对福清核电5、6号机组的防火设计进行验证，针对每一个防火空间可能存在的火灾共模点进行鉴别，再针对潜在的火灾共模点进行相应的功能分析和火灾风险分析，根据分析结果，对确认的火灾共模点补充防火保护措施，确保火灾不会引起核安全相关冗余设备和电缆共模失效而导致机组正常运行或事故后长期阶段所必须的安全功能丧失。部分安全级冗余设备和电缆实现有效的防火隔离经济性较差或施工困难，在后续“华龙一号”工程中为了提升经济性或更有效地实现防火隔离，需要考虑在设计之初从设备布置、电缆敷设、防火分区调整等方面入手，从源头
上解决防火分析中发现的问题。
2 防火分析发现的问题
2.1 上充泵房
上充泵属于安全重要物项，每台上充泵设置专门的润滑油箱，容量约为 15 L，存在一定的火灾风险，因此将上充泵A、B系列分别布置在两个相互隔离的安全防火区内。福清核电5、6号机组上充泵房施工过程中发现房间N005、N006之间的防火屏障较难实现完全封闭，该防火屏障处设置了推拉门，推拉门上同时设置了供人员通行的小门，推拉门上方设有吊车轨道、电缆、通风管道等，推拉门与各物项交叉处存在较大的孔洞，防火封堵实施较为困难，且后续检修中使用吊车或推拉门时会破坏封堵。
如果孔洞不进行防火封堵，当泵房内其中一列上充泵泄漏的润滑油发生火灾时，该房间内的烟气会通过推拉门上方的孔洞蔓延到相邻上充泵房。火灾模拟结果显示，这些烟气形成高度为1.96 m的热气层（烟气温度为248.75 ℃），能够淹没上充泵润滑油冷却器进气口，由于润滑油冷却器进气口的温度限值为55 ℃，从而同时导致相邻上充泵丧失其正常功能，该共模失效是不可以接受的。 2.2 反应堆换料水池和乏燃料水池冷却泵
反应堆换料水池和乏燃料水池冷却和处理系统（RFT）A、B系列冷却泵是RFT系统的重要物项。福清核电5、6号机组RFT001PO、002PO和006PO均设置在防火空间ZFSK0081A的K001房间内。
在福清核电5、6号机组初步设计阶段，总体消防、工艺系统和电气布置专业针对该房间内布置情况进行了探讨，由于厂房限制无法对RFT冷却泵进行实体隔离，确定在设
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计中通过减少该房间内的电缆以降低扩散性火灾风险，针对局部性火灾风险在设计后期采取非能动防火措施进行保护，避免RFT泵产生火灾共模失效。
火灾薄弱环节分析结果显示，A/B系列RFT001PO、002PO的电机、B系列RFT002PO的配电柜与A列电缆主托盘距离不满足空间隔离要求，由于该防火空间存在局部性火灾的风险，发生火灾时，将造成RFT系统冷却系统A/B系列均不可用，影响机组的安全功能。
该现状不满足设计阶段对安全冗余设备实体隔离的要求，因此，需要在RFT001PO、002PO之间设置防火屏障，并对相关电缆主托盘、配电柜等增设非能动防火保护设施，确保火灾情况下RFT001PO、002PO和006PO不会产生共模失效。非能动防火保护装置增加了施工难度和项目投资，同时造成电厂后续运行中定期试验和维护工作量的增加。 2.3 中压动力电缆
由于中压电缆在正常运行情况下存在散热量大的问题，无法在后期通过对电缆实施防火包覆而消除火灾共模失效的风险，因此在设计之初，总体消防专业和电仪布置专业就针对该问题进行了深入梳理，并对中压电缆路径进行了规划，尽可能地避免出现A、B列中压电缆火灾共模失效的风险。
福清核电5、6号机组在进行火灾薄弱环节分析时发现，NX厂房ZNSN0001防火空间的N071房间存在局部性火灾，造成该房间中的A、B列上充泵中压动力电缆存在共模失效风险。
由于无法直接对中压动力电缆进行防火包覆，设计中将构成局部性火灾的电缆采取了防火包覆，以消除火灾风险。
3 防火设计优化
3.1 上充泵房
漳州核电1、2号机组上充泵房在N005、N006之间设置了完全封闭的实体隔墙，同时将原隔墙上的推拉门改为具有2 h耐火极限的平开式防火门，取消贯穿两个房间的吊车轨道，8
改为两个房间分设吊车轨道，管道及电缆等物项在贯穿防火墙处进行防火封堵，通风管道穿越防火墙处设置防火阀，合理设置通风口以保证设备的正常工作环境。通过以上设计优化，使上充泵房形成完整的防火屏障，防火门、封堵材料以及防火阀的耐火极限均满足防火分区边界耐火极限要求，避免火灾情况下A、B列上充泵安全功能同时丧失的共模失效。上充泵房的设计优化方案如图1所示。
图1 上充泵房的设计优化方案
Fig.1 Design optimization of the charge pump room
3.2 反应堆换料水池和乏燃料水池冷却泵
在漳州核电1、2号机组总体设计阶段，总体消防专业将福清核电5、6号机组RFT泵存在火灾共模失效风险的问题反馈给工艺系统和布置专业。系统和布置专业结合RHR-RFT系统的统筹改进及系统间不同运行阶段可交叉运行的理念，在不降低RFT系统冗余度和安全性的前提下，取消一台RFT系统冷却泵，并对RFT泵布置进行了调整，将RFT001PO放置于K010房间，RFT002PO放置于K001房间，总体消防根据设备布置情况将A、B系列冷却泵所在房间分别划分为两个独立的安全防火小区，实现实体隔离，从源头上有效避免了RFT系统A、B列火灾共模失效风险。其中K009房间放置两列换热器，房间内电缆数量少，火灾风险小，换热器本身没有可燃物，不会存在火灾共模失效风险导致两个换热器同时失效。RFT泵防火
分区设计优化方案如图2所示。
图2 RFT泵防火分区设计优化方案
Fig.2 Fire zoning design optimization of RFT pump
3.3 中压动力电缆
在漳州核电1、2号机组总体设计阶段，总体消防专业与电仪布置专业重新规划了上充泵B系列中压动力电缆的路径，具体路径为：ZFSN0087B-ZFSN0081A-SFSN0084B，并避开上充泵A系列中压动力电缆穿过的防火空间ZNSN0001，实现实体隔离，避免火灾共模失效风险，减少了非能动防火保护装置的使用，并具有一定经济性。
4 结论
本文对福清核电5、6号机组防火设计验证中发现的问题进行分析，对我国“华龙一号”首堆防火设计进行经验总结，提出设计优化成果。在后续“华龙一号”核电厂防火设计初期阶段通过对设备布置、电缆路径调整优化等措施，对安全级冗余设备和电缆进行防火隔离改进，可以减少设计后期出现无法消除火灾共模点的情况，在提高防火安全水平和核电厂安全性的同时，可以节省施工后期增设非能动实体防火保护装置和电缆防火包覆的投资费用约300万元，并可以显著降低防火保护设施现场安装难度，提高效率。同时，该项经验总结也为国内其他同类核电厂防火设计改进提供重要参考，可总体提高我国核电厂的防火安全水平。 参考文献：
1］ 国家核安全局．核动力厂设计安全规定：HAF102
［S］．2016.
2］ 国家核安全局．核动力厂防火与防爆设计：HAD102/11
［S］．2019.
3］ 全国核能标准化技术委员会．核电厂防火设计规范．GB/T
22158—2008［S］．北京：中国标准出版社，2008.
4］ 王乐，陈闽烽，陈琳．核电厂火灾共模点处理方法与成
果［J］．科技创新与应用，2013，（18）：50.
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