AP1000核电站安全壳厂房水喷雾灭火系统的设计分析

1、AP1000核电站平安壳厂房水喷雾灭火系统的设计分析摘 要：AP1000核电站平安壳厂房内的消防系统在正常运行期间为干管运行，当消防系统需要动作时再进行充水，这与常规的消防系统的运行方式不同。市场上的雨淋阀组均是用于阀组前的管道始终是充水情况下的，本文针对市场上常见雨淋阀组是否适用于AP1000核电站平安壳厂房这一问题展开讨论和分析，采用流体力学软件Fluent模拟的方式得出平安壳消防母管充水过程中，会导致系统误动的结论。并针对这一情况，给出了使用电动雨淋阀组替代的解决方案，为后续工程的设计提供参考。关键词：平安壳 AP1000核电厂 雨淋阀组 干式管道

2、 Fluent中图分类号：TU892                文献标识码：A           文章编号：1674-098X202105a-0116-021 引言AP1000核电站平安壳厂房布置大量的电缆，设计了5组水喷雾灭火系统对这些电缆桥架进行火灾防护【1】。为保证核电厂正常运行期间，消防水误动或

3、管道破裂导致的消防水大量进入平安壳，威胁平安相关系统的正常工作，布置于平安壳厂房内的消防管道在电站正常运行期间为干管。当电流桥架水喷雾灭火系统需要动作时，再人为翻开平安壳外的隔离阀给平安壳内的消防管道进行充压。通过分析，得出市场常见雨淋阀不适用于平安壳厂房消防系统的结论，并给出了解决方案。2 AP1000平安壳内消防系统平安壳内的消防系统由位于平安壳贯穿件外侧的常关阀门V003与供水管道进行隔离，在电厂处于正常运行模式下，消防系统都不将水送至平安壳内，即平安壳内的消防系统在准运行工况下处于干管状态，图1为AP1000平安壳内消防系统简图。市场上现有的雨淋阀组均是为湿式系统设计的，即在

4、水喷雾系统处于准运行状态时，雨淋阀组的供水侧是充满压力水的，以图2泰科公司DV-5型雨淋阀组为例，隔膜腔中的压力与供水腔的压力相等，但供水腔中的水作用在膜片上的面积仅为膜片腔中的水作用在膜片上面积的一半，所以阀组可以维持在关闭的状态，需要动作时通过自动火警联动电磁阀翻开或者就地翻开启动阀，使膜片中的压力降低，最终导致雨淋阀组动作。平安壳内消防母管下游有消防立管、平安壳喷淋和电缆桥架水喷雾灭火三个子系统，任何一个子系统需要工作时，均需将V003开启，对平安壳消防母管进行充水【2】。此时雨淋阀组会经历未人为的投用操作即开始充水，有系统全部误动的风险。当平安壳内消防母管由干式转换为湿式时，采用Flu

5、ent流体力学软件模拟此时DV-5型雨淋阀组的运行工况。2.1模拟控制方程雨淋阀组充水的过程属于两相流问题，该问题中可按水气相流的控制方程进行数值求解【3】。VOF方法的控制方程为不可压缩流体的N-S方程和连续性方程：式中：t为时间;、v分别为x、y方向上的流体速度分量;p为流体压强;为流体密度;V为流体运动粘度分量;gx、gy为体积加速度分量;为局部单元体参数，其值在01之间。为了表示自由面，VOF方法引入函数Fx，y，t。如果F=1，那么这个网格单元充满流体;如果F=0，那么该网格单元不含流体;如果02.2建立模拟模型采用Gambit软件建立DN200DV-5雨淋阀组的全尺寸模型，并采用T

6、Grid类型对模型进行划分网格，网格划分结果如图3所示。2.3边界条件的设定如果在平安壳内电缆桥架水喷雾自动灭火系统中采用上面的雨淋阀组。当需要将非平安相关的平安壳喷淋子系统投入运行时，利用消防泵为平安壳内消防管道充水，这时，水流也会进入电缆桥架水喷雾灭火系统的雨淋阀中，取水流进雨淋阀组供水管道的速度为1m/s，即将入口界面的边界設置为速度入口边界条件。2.4计算结果及分析图4中给出了雨淋阀组自然充水的过程模拟结果，当t=0.28s时，水流通过隔膜腔供水管路开始进入隔膜腔，当t=0.95s时系统腔中已充满了水，隔膜腔中仅有少量的水，隔膜腔的充水速度远小于系统腔的充水速度。因此在雨淋阀组自然充水

7、过程中，隔膜腔内的压力缺乏以维持雨淋阀组为关闭的状态，可致使雨淋阀组误开启。因此，当平安壳喷淋环管需要动作时，平安壳此时已存在放射性物质，人员进入是不可接受的。在执行喷淋的过程中，假设采用的市场上现有的DV-5型雨淋阀组，设置的三列水喷雾系统也会误翻开，造成系统的不可控，同时也会因系统流量的增加而影响平安壳喷淋环管的水源的压头，影响喷淋效果。因此，在AP1000平安壳电缆桥架水喷雾自动灭火系统中，市场上没有可以应用的雨淋阀组。2.5解决方案针对市场上通用的DV-5型雨淋阀组会在平安壳的充水过程中误开启，给出了图5所示结构的阀门，该阀门由一个电动蝶阀来控制系统的动作，还添加了主排水阀、压力表、压

8、力开关、报警试验阀和系统排水阀。压力开关在系统动作后给火灾报警主机提供反响信号，告诉外部人员该阀门已正常开启，水流已进入阀门下游。图中所示的电动阀组不会在干式管道充水过程中误开启，电动阀动作的电源为来自火灾报警控制盘的24V直流电源，火灾报警控制盘除了用双电源供电之外，还配备蓄电池，可以保证在事故情况下动作的可靠性。3 结语根据平安壳内的消防系统在正常运行时未干管的特点，采用Fluent软件对市场上常见的DV-5型雨淋阀组进行了分析，得出了雨淋阀组在充水过程中会误动，不适用于平安壳干式消防系统的结论，并给出了如图5所示的电动阀组进行代替的解决方案。需要提出的是，与雨淋阀组相比，电动阀

9、组还有以下几个方面的缺乏：一是电动阀组的动作速度较慢，完全开启需要一个过程;二是电动阀组的开启需要消耗火灾报警控制盘上更多的电能;三是与?水喷雾灭火系统设计标准?GB50219-95中第2.1.1条不符：“水喷雾灭火系统，是由水源、供水设备、管道、雨淋阀组、过滤器、水雾喷头等组成的对保护对象喷射水雾灭火或防火冷却的灭火系统【4】。条文规定的是雨淋阀组，而不是电动蝶阀。因此，在准运行工作条件下不是干管的消防系统，不允许用电动阀组替代雨淋阀组。参考文献【1】NRCRegulatoryGuideRG1.189S.“FireProtectionforNuclearPowerPlants【2】顾军，缪亚民.AP1000核电厂系统与设备M.北京：原子能出版社，2021.