核电机组火灾响应及火灾规程的应用.pdf

旦应用塞 日 D o i l 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 1 0 4 1 ． 2 0 1 3 ． 0 6 ． 0 1 4 核 电机组火灾响应及火灾规程的应用 置 麦用 魏艳辉 。苏德颂，任 历 大亚湾核电运营管理有限责任公司，深圳 5 1 8 1 2 4 摘要 法 国早期核 电厂设计 时考虑 了各 个区域 的消防灭火的要求 ，侧重在消防灭火的影响 ，而火灾对机组控制 的影 响考虑 不 多。法国核 电厂在 采用S OP 状态导 向法事故 处理 规程 后 ，对 电站的消防进行 了重新考虑 ，考虑 了火灾对安全或者 安 全相关 系统影响 ，并因此设计 了新 的电站规程 DO I S [1 F A I Op ，提 升了电厂在火 灾时的响应水平 ，改善了绩效。本文分 析法国电力公司 E DF电厂火灾响应规程的发展过程、分析其转换的条件以及带来的优势，对比了国内岭澳核电厂二期 简称L AI I 实施的过程和经验 ，给出国内核电厂 实施相关改进的建议 。 关键词 核 电厂 ；火灾响应；DOI S ； F AI Op ；机组控制 ；改进建议 中图分 类号 T M6 1 3 文献标志码B Fi r e r e s pons e a nd fir e fig ht i ng pr o c e du r e a ppl i c a t i on i n NPP W EI Ya n h u i ， S U De s o n g ， R_ EN Li B r a n c h o f OS L ， Da y a Ba y Nu c l e a r P o we r Ma n a g e me n t Co mp a n y ， S h e n z h e n 5 1 8 1 2 4 ， Ch i n a Ab s t r a c t E a r l v d e s i g n e d F r e n c h n u c l e a r p o we r s t a t i o n c o n s i d e r e d o n l y p r o t e c t i o n me a s u r e s a g a i n s t fir e ． a n d fi r e e x t i n c t i o n wa s a c c o mp l i s h e d b y fi r e fi g h t i n g a c t i o n s h e e t ． L a t e r w h e n E DF ma d e i t s e me r g e n c y o p e r a t i o n p r o c e d u r e t r a n s i t i o n f r o m E O P E v e n t O r i e n t e d P r o c e d u r e t o S 0 P S t a t e O r i e n t e d P r o c e d u r e ． F u r t h e r mo r e ， me a s u r e s i n c l u d i n g e n g i n e e r i n g mo d i fi c a t i o n t o g e t h e r w i t h a s s o c i a t e d u n i t c o n t r o 1 p r o c e d u r e s D0I S a n d F A1 0P 、we r e s t u d i e d a n d i n t e g r a t e d i n t o S 0PTh e s e h e l p e d t o i mp r o v e fi r e fi g h t i n g r e s p o n s e wh i l e e n h a n c i n g t h e p e r for ma n c e ． Th e a r t i c l e a n a l y s e s a n d c o n t r a s t s t h e d e v e l o p me n t p r o c e s s ． c o n d i t i o n ． a n d s u b s e q u e n t i a 1 a d v a n t a g e b e t we e n EDF a n d Li n g Ao I I Nu c l e a r P o we r s t a t i o n ， a n d p r o v i d e s s o me mo d i fi c a t i o n a r r a n g e me n t f o r d o m e s t i c NP R Ke v WO r d s NP P； fi r e r e s p o n s e ； DOI S ； F AI Op ； u i n t c o n t r o l ； e n g i n e e r i n g mo d i fi c a t i o n r e c o mme n d a t i o n 0 引言 各国核动力电厂发生事件总结中得 的运行经验表 明，火 灾及其影响对安 全或者安 全相关系统易 造成损害 。 在核电厂防火设计过程 中，尽管设计上采取 了措施保证 火灾情况下对安全功能的保护 ，但是对于某些安全防火空 间，火灾可能导致核安全相关系统重要功能紊乱，从而给 操纵 员控制机组带来 困难 。因此 有必要对这些 安全防火 空 间在火灾情况下的操作进行规定 ，帮助操纵员在火灾情况 下安全有效得控制机组 ，避免事故后果扩大 。 研 究核 电厂消防 ，不仅要考 虑T业安 全问题 灭火 、 伤员抢救 ，还应考虑核电厂带核的固有特性以及火灾对 核安全或者核安全相关系统的影响，制定好合适的文件指 引对受影响系统的控制，从而实现核安全控制的目的。 1 核 电厂防火重要性和 目的 火灾对核 电厂造成 的损 失很 重大 。统计 数据表 明 ，从 1 9 6 5 年至1 9 8 5 年，仅美国就发生了3 4 5 起核电厂火灾 ，从 1 9 7 4 年到1 9 8 9 年，直接损失在6 0 0 万美元以上的火灾及核 事故共发生3 4 起，直接经济损失3 9 ． 7 亿美元【 l。因此，核电 厂消防对保证核安全 、T业安全和减少经济损失很关键。 面对 [ 1 B r o w n s F e r r v 等核 电厂不 断发生 威胁核 电厂安 全 的 火灾事件的事实及其所导致的严重后果，美国联邦法规及 美国国家消防协会 NF P A针对核电厂防火也提H ； 了更 加明确的要求 。我国的 核安全导则中 核电厂防火 5 4 El C Vo1 ． 20 201 3 No． 6 HA D1 0 2 ／ 1 1 规定了核电站防火设计需要达到_二个基本要 求0 ” 保证火灾时人员安全；保证安全停堆和排⋯堆芯余 热并减 少放射性物质 释放 ；限制导致机组 长期不可用 的影 响，以将火灾造成的损失降至最低。 因此消防设计 目的主要有三个确保T作人员人身安 全；保证火灾时或火灾发生后核安全功能完成；限制那些 使核电厂设备长期不能使用的火灾损坏事故。 2 法国核电厂消防管理 2 ． 1 发展历史 E D F 在上世纪6 0 年代引进美国压水堆技术后 ，通过 自 己的消化吸收形成了自己的技术。并通过多年的努力，不 断创新和发 展 ，形成 了研 究 、设计 、开发 、制造 、T程 、 运营 、燃料处理的一套体系。在早期E DF 电厂的消防设计 中 ，主要考 虑电厂 的消防设施 的可 用性 ，在指 引规程方 面 集中在消防灭火行动卡上。后来 ，在事故规程深入研究 后 ，从 E OP 向S OP 转换 。为 了减少火 灾情况 下人员 干预 随 意性，规范指引电站运行人员控制机组，通过深入分析 ， E D F 编写了与S O P 规程配套使用的火灾操作规程一 F A I O p 操 作规程 ，它规定 _r 安 全防火分 区发生火灾情 况下操纵 员应 采取的行动及帮助操纵员使用准确的执行S O P 规程需要的 相关信息。本文对法国E D F 核电机组火灾响应及F A I O p 操作 规程在S O P 中的应用进干 于I 7 总结如 1 所示 器 麦 表1 E D F 核电厂发展重要历史状态 年份 主要进展状态 1 9 7 0 年 没有火灾防护导则 1 9 8 0 年 编写 R C C I 火灾设计 导则 1 9 8 5 偏差验证和建议 l 9 8 7 1 9 8 9 E U p ／ A 建 吊砹 组 1 9 8 8 消防行动卡 l 9 9 l 运行规程 I 4 D 投入应用 l 9 9 3 E D F开始编 写新的导则 火灾 l 9 9 4 一 l 9 9 8 火灾工作组 F A 1 0 p 设计研究 2 0 0 0 火灾行动计划和I 4 D 集成 2 0 0 1 编写 F AI O p导则和规程 2 0 0 3 第一份F A 1 0 p 规程应用于P 4 机组 l { { I l ⋯， l l 脯 芒 h I 1 9 9 2 l 指导性研究 [亟] - 偏 差 措 施 火灾分区 研究 优先火灾行动计 完整火灾行动计 划 划 设 备 选 择 ． 仅 电 气 厂 房 A 匦巫习 [困 列 涉 及 核 岛 所 有 厂房 e J D T ． 修改 [ 消 防 行 动 卡 灭火方法 消防行动卡 新的火灾分区 现场消防行动卡 火 灾 F 操 I 无 如 果 影 响 安 全 图1 EDF 核 电厂 消 防发 展关 系 图 2 ． 2 F A I O p 规程的结构 一 般一个机组根据安全系统的组成 、供 电、电缆走 线 ，经过 分析之后 ，发生 在指定 区域 内的火 灾 ，对 机组 的 影响具有某些特征 ，在控制上可以采取同一类的策略，就 将该相类似的区域划定义为一个安全防火分区V F S 。引入 安 全 防火分 区的概念 意 义是 ，VF S 内部 的火灾 不能蔓 延到 安全防火分区外部 ，而VF S b 部的火灾也不能进入防火分 区内部 ，形成一定数量的分区。安全防火分区V F S 分为安 全 防火 区S F S 带物理墙 的能 防御火灾一个半 小时 的安全防 火分区 和安全防火小区Z F S 带或不带物理墙的安全防火 分 区 】 ，分 区划分好后 ，针对 每一个分 区 ，编制对应 的控 制规程，指引电厂人员控制机组。当前，法国核电厂事故 处理规程为S O P，对应安全或者安全相关系统所在的区域 的消 防控制规程 为F A I O p 。 对每一个分区，一般有一张对应的区域火灾机组控制 单 ，称为R F I 单 ，以R F I n n 数字 的形式编码。每个R F I 单结构一般包括初始诊断、预先行动 、断电计划、不可用 功能、后备状态五个部分。如表2 所示。 2 ． 3消防控制规程执行 在机组应用中，针对发生的火灾，需要根据是否是在 V F S 、是否有合适的R F I 单 、热工水力事故的主要规程是否 在执行的因素，选择不同的控制策略，如图2 所示。主要考 虑三个原则F A I O P 只处理核安全或者核安全相关的区域 的火灾，并且是预先设计了对应的R F I 单 ；如果没有合适 的规程，只能由电厂人员临时根据其他可供参考的文件执 行；如果H { 现叠加的情况，如同时出现热工水力事故和火 灾事故，则需优先处理热工水力事故，火灾可稍后处理。 2 ． 4 引入F A I O P 主要的工作 从上面分析可知，在早期的核电厂设计过程中，没有 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 日廑用塞 日 考虑火 灾 出现后对 安全 和安 全相关 系统的影 响所 需 的机组 控制问题，从而也没有设计相应的火灾下机组控制规程。 对法国这些老电厂，为了实现上述转变，主要做了如下工 作1 系统和电缆分析。由设计和施工部门提供安全和安 全系统的布置、电缆走线清册等数据 ，交给负责火灾分析 部门进行分析。2 影响后果分析。按照逐个区域 、逐个系 统的方式 ，分析火灾发生对这些受影响区域或者系统的影 响。根据受影响的情况考虑对应的策略。3电缆重新布置 或者电缆包裹。根据上述分析结果，从优化策略控制的需 求出发，可能需要对一些电缆进行重新布线、孑 L 洞封堵， 部 分 电缆需要根 据耐火 时间需要 进行包 裹 。4编写F AI O 规程 ，进行V V 验证和确认 ，培训 ，宣布投 用。 表2 R F I 单结构和注释 R F I 单主要结构 注释 初始诊断 。确定是否需要执行R F I 单，是完整 执行R F I 还是部分执行R F I 。 预先行动 。 由丁火灾导致某些 不可用 ，断电 前的先期操作行动。 室 断电计划。隔离相关电气盘。 不可用功能。断电导致某些功能不可用。 后备状态。火灾导致不可用，需要后撤。期 限一般是立即后撤 协 助 规 丰 呈执 行 的 佰 息 。 火 _火 日 J 能 导 致 栗 些 小 可用的参 数，需要 的其它替代辅 助参数或 者 其他协助规程执行 的信 息 强制参数 。即便执行完R F I 单返回S O P 规程 ， 这部分内容需要始终拿在 手中作为参考 。 图2 火灾 诊 断和火 灾规 程使 用流 程 这种变更涉及大量的工作 ，需要投入人力 、资源，涉 及不少改造工程。总的来说成本还比较高。当然，电厂实 施F A I O p 后 ，在应对火灾 、保障核安全或者相关系统可用 性方面还是优势明显 减少了无规程控制的风险；根据薄 弱环节采取 了改进措施；提升了运行人员的应对技能；提 升公众对核电厂的信心；减少保险成本。 3 岭澳二期火灾处理规程 3 ． 1 发展历史 大亚湾核电站的参考电厂法国格拉夫林5 、6 号机组是 上世纪7 0 年代末开始建设的，当时法国压水堆核岛设计和 建造规范一 消防 R C C I 系列规范还没有出台，防火设计 理念不完全成熟。尽管大亚湾核电站的设计遵照了R C C I EI C Vo1 ． 2 0 201 3 No． 6 55 日应 日 1 9 8 3 版 [I R C C I 1 9 8 7 版应 用 ，这些 法规 中已经开 始考虑防火分区和火灾共模分析，但核电厂防火体系尚未 建设完善，尚不能全面系统地进行防火分析和保护 0。 根据L A I I 项 目建设的基本方针和要求 ，L AI I 以岭澳 一 期为参考电站 ，遵循 “ 翻版加改进” 的设计和建造 原则，在岭澳一期核 电站消防设计的基础上 ，积极参照 R C C I 9 7 版的适用部 分进行改 进 ’。 同时 满足核安 全导则 HA D1 0 2 ／ 1 1“ 核电厂防火” 1 9 9 6 年 的要求。常规岛 消防设计执行GB 5 0 2 2 9 -- 1 9 9 6 火力发电厂与变 电所设 计防火规范 、GB J 1 6 --1 9 8 7建筑设计防火规范 和 HA D1 0 2 ／ 1 1 核电厂防火安全导则 等国内规范和标准 ； B O P 电站配套设施 部分执行G B J 1 6 --1 9 8 7 建筑设计防 火规范、G N J 1 1 9 8 1 消防站建筑设计标准等国内规 范和标准 J 。 L A I I 核 岛厂房进行 了完整 的防火分 区调 整和划分 ，新 的防火分区将覆盖所有核岛厂房，包括R X 核岛厂房 、 L X 电气厂房 、NX 核辅助厂房 、KX 燃料厂 房 、D X 柴油机厂房 、P X 泵站 和s E c 重要设备 冷却水系统 廊道。L A I I 首次把火灾事故管理纳入事故规 程管理范畴，为了能够编写出有效的事故管理规程 ，在电 站设计中主要进行了以下工作火灾薄弱环节分析 ；电缆 分析；电缆包裹 、分列隔离T作；火灾规程导则和规程编 制；火灾规程现场培训和使用。 3 ． 2 主要规程组成 每个电厂机组的系统分类是类似的，但是由于电缆走 线 、电缆包 裹 、V F S 1 分 的情况不 同，在F A I O p 单的数量上 会存在较大差异。因为在法国采用F A I O p 规程时，许多核 电站 已经运行 了几十年 ，无法重新对 电缆进行铺设 和防火 包裹，所以法国的火灾规程操作单数量多，比较复杂。一 般而言，法国C P Y每台机组有约1 5 张R F I 操作单。L A I I 由于 进行了较大的改造，在设计和施T期间重新布置了部分电 缆走线，对多个受影响的电缆进行包裹，因 E R F I 单大为减 少 ，三号机有5 张 ，而四号机只有约7 张左右 ，如表3 所示。 表3 L AI I R F I 单子组成 编号 3 号机 4 9机 1 幔，房F A I O p 操作原则 N x 厂房F A I O p 操作原 则 2 R X ； 房F A I O p 操作原则 R X 厂房F A I O p 操作 原iA 0 L X I一 房 失去I P 和 I I I P 的F A I O P I x 厂房 失去I P f D I l I P 的F A I O P 操 作 3 操作原则 原则 4 A 列全厂断 电F A I O P 操作原 则 A 列全』 一 断电F A I O P 操作原则 5 B 列全厂 断电F A I O p 操作原则 B f lJ 全厂断电F A I O p 操作原则 4 S F S W O 5 9 0 A 安全防火空 f F A I O p 6 操作原 则 4 S F S L O 5 9 4 A 安全防火空间F A I O p 操 7 作原则 3 ． 3 L AI I f [ I E D F 电厂 的F AI O p 主要对 比 L A I I 和E D F 电厂的F A I O p 规程总体原则相同，但是因为 E D F 电厂多建成时间较早完全改造困难，操作规程数量较 多；另外，L A I I 采用D C S 技术后，电源的电压等级、控制方 式发生了变化 如新增了2 2 0 伏不间断电源的L N P、L N G 和 L N H，减少了4 8 伏的L C A和L C B 系统的负荷；此处英文字母 都是系统码 ，火灾后果与E D F 电厂也有交大差别，所以 56 El C VO1 ． 2O 201 3 No． 6 器 麦旦座 部分火灾规程与E D F 电厂差别交大 。 总之，L A I I ； II 法国核电UF A I O p 主要差别如下机组堆 型不同，设备在各个房间布置不同，电缆走线不同；L A I I 火灾分析后，对薄弱环节进行了处理，如双路供电 、包裹 丁作不同等；L A I I 采用D C S 控制技术后 ，F A I O p 规程采用纸 质规程 ，为方便规程的执行，设计了专门的画面辅助操纵 员执行规 程。 4 F AI Op 使用反馈 法 国在进行 F A I O p 应用后 ，在 电厂 的实 际火 灾 中有 过 一 些事件。典型的是法国碧耶 B U G E Y电厂事件。火灾 发生时，机组在冷停模式，B 列电源停电检修 ，A 列电源房 间起火，执行S O P 规程，隔离A 列电源，导致全厂停电。 此事故导致了I 4 D 规程的产生 在F A I Op 集成到S OP 后 ，I 4 D已取消，现在该经验反馈内容已经反映到了D O I S 中 在 隔离A 列前需 要确 认B 列 电源的 可用性 ，如果B 列 电源是停电的，则即便是火灾发生在V F S 分区，R F I 单子编 号也适用该厂房，但对 “ RF I 适用”的测试仍然应回答是 “ 否”，即不实施R F I 单子X q A y lJ 进行断电。 E D F 后来改进 TF A I O p 规程 ，避免火灾事件 和机组有设 备检修叠加时，不适当地执行F A I O p 而影响机组控制。 5 结束语 法国核电机组将火灾处理融入S O P 事故处理规程中； 岭澳二期核电厂作为国内C P R1 0 0 0 系列的首批机组 ，也进 行了类似改进，引入了相应规程。运行经验表明，火灾处 理与机组控制紧密结合起来后，可以提升电厂运行安全水 平、提升公众对核电厂的信心。现有的国内核电厂，无论 是已经建成的或者拟新建 的，应该考虑进行类似的改造。 在 向F A I O p 转换 中 ，需要做 大量 的丁作 ，包 括T程 改 造、T期损失、文件修改、人员培训。需要按照项 目的形 式，编制好质保大纲，按照流程控制，实现上述转变。 另外 ，电厂设备改造巾电缆铺设可能对火灾危害性分 析结果产生影响，进而影 J F AI O P 导则，需要电厂运营部 门和设计部门共同完成方案设计及规程升版T作。口 参考文献 【 1 J董希琳， 李剑乾 核 电站 火灾与 安全相 关性 的研 究IJ ]火灾科 学， 1 9 9 9 ， 8 1 5 8 6 6 [ 2 1肖军， 张宁， 杨志超 大亚湾核电站火灾风 识别与评估 大亚湾核 电，2 1 2 ， 3 j 4 5 6 胡亚蕾 核电防火U l _ 科技创新导报 2 0 1 0 ， 1 1 2 1 6 2 1 6 【 4 ] 核电厂防火设计规范 G B ／ T 2 2 1 5 8 2 0 O 8 [ S 1 l 5 _ 祝赫， 刘晓爽，任兆鹰 CP R1 0 0 0 与E P R核电技术火灾共模分析比较 研究 大亚湾核电， 2 1 3 ， 1 j 4 5 6 【 6 】 法国电力公司和法马通公刮 法国压水堆恢电站防火设计和建造规 [j RC C I 第4 版 [M] 1 9 9 7 『 7 1 王卫东， 乔恩举 岭澳核电站二期CP RI f 】机组消防技术改进分析 l_ J I l大亚湾俊电， 2 1 2 ， 3 1 1 1 4 作者简介 魏艳辉 1 9 7 3 一 ， 男， 二 [ 程师， 从事核电厂运行工作 苏f ． 1 9 7 5 一 ， 男， 程师 事核 电J 运行_『 作； 任历 1 9 7 4 ， 高级 T 师1 人 J＼ 事消防与T 业安全管理工作。 收稿 日期 2 0 1 3 -0 8 -1 6