核电站消防水生产系统的配置设计与运行机制研究

1 引言

核电厂发生火灾后，可能会导致设备烧毁，影响经济效益，严重时会导致放射性物质释放到环境中，对环境和公众造成危害。因此，防火控制于核电站而言具有突出的地位，在核电站设计时可以从火灾探测系统、阻止火势蔓延、消防水生产、火灾喷淋系统全链路进行研究。本文主要研究消防水生产系统的配置，包含消防水储存、消防水传输、管网压力稳定等方面，通过精细化的设备配置与智能化的运行逻辑，满足复杂工况下的消防水供应需求。

2 系统整体功能和主要设备

消防水生产系统包含储水设备、动力设备、稳压回路以及管网控制四个部分。在核电站所有运行工况下，消防水生产系统均保持可用，处于备用状态，稳压回路投入自动控制，空压机根据系统压力进行启停，维持消防管网压力在正常运行范围，稳压泵根据稳压罐液位自动启停。此外，当乏燃料水池辅助系统发生管道破口并且已经隔离的情况下，消防水生产系统可以经由消防管网，向乏燃料水池提供补给水，确保乏燃料水池有足够的水装量，持续导出乏燃料水池的余热。消防水生产系统的主要设备如表 1 所示：

表1：消防水生产系统主要设备

3 子系统运行机制分析

3.1 储水与补水系统

储水设备包含 2 个储水箱，通过液位传感器实现“低液位自动补水”的控制逻辑。当传感器检测到任何一个水箱液位低于L1 阈值（如：水箱总容积的 70% ）时，系统触发补水阀自动开启信号向消防水箱补水，当液位回升至H1 阈值（如：水箱总容积的 80%) ）时，补水阀自动关闭。双水箱的设计提升了总储水量，还可在单一水箱检修时，另一水箱维持系统供水，保持系统高运行可靠性。

3.2 动力供水系统

动力供水子系统采用“2 列4 泵”的冗余配置，其核心优势在于取水路径的灵活性与运行安全性。消防水生产系统分为两列，每一列配置两台消防水泵，在泵的吸入口设置4 个手动隔离阀，4 台消防水泵可以从任何一个水箱取水，也可以从两个水箱同时取水，向各用户供水，这种设计增强了系统运行灵活性。此外，当某台水泵需检修时，关闭对应泵吸入口的手动隔离阀即可切断其与水箱的连接，其他水泵可正常运行，实现“部分设备检修不影响整体供水”的目的。

3.3 稳压回路

当消防水生产系统处于备用状态时，消防水泵停运，稳压回路维持管网压力稳定，并补偿管网微小泄漏，稳压回路逻辑控制包含水位控制和压力控制两个部分。

 水位控制逻辑

稳压罐水位由液位监测装置实时监测，当水位下降至低 1 阈值（如：稳压罐总容积的 70% ）时，系统优先启动处于优选的稳压泵，若该泵故障或水位持续下降至低2 阈值（如：稳压罐总容积的 50%) ），则启动备用稳压泵，直至水位回升至上限（通常为稳压罐总容积的 75%) ），稳压泵自动停止运行。

 压力控制逻辑

根据行业惯例，核电消防管网压力一般维持在8-10barg。消防管网的压力通过稳压回路实现，稳压回路的压力需要考虑整个管网的沿程阻力，保证最末端的消防管网压力也能达到8-10barg。空压机的启停信号以稳压罐压力为依据，采用“分级启动”策略，如：

一级启动阈值：12.1barg。当压力降至该值时，优先选择的空压机自动启动，向稳压罐补压；若补压时压力回升至 13barg，则优先选择的空压机自动停运；

二级启动阈值：11.6barg。若优先选择的空压机启动后压力仍持续下降至该值，非优先选择的空压机自动启动，避免管网压力过低导致供水效率下降。

3.4 管网电动隔离阀控制

电动隔离阀分布于消防管网关键节点，具备“远程控制”与“工况适配”功能：在正常供水工况下，阀门处于开启状态保障消防水畅通；在局部管网检修时，关闭对应区域阀门，实现“分区隔离”，避免检修对整体供水的影响；在应急情况下，如发生乏燃料水池辅助系统管道破口，乏燃料水池的水位降，乏燃料水池循环泵自动停运，乏燃料水池失去冷却。隔离泄漏后稳定水位，要保证安全，就要给乏燃料水池补水，补水功能可以由消防水生产系统完成。运行人员根据规程，关闭消防管网相关的电动隔离阀。补水完毕后，关闭乏燃料水池相关阀门，操纵员恢复消防水生产系统备用状态。

4 总结

消防水生产系统通过模块化的配置与精细化的运行控制，展现出三大核心优势：

1. 高灵活性：双水箱储水、多路径取水，使系统适用于不同水箱状态和工况；

2. 高可靠性：消防水泵、稳压泵、空压机的冗余配置，以及分级启动、分区隔离降低了单一设备故障对系统的影响；

3. 高安全性：液位低补水、压力控制等自动保护机制，保障了系统运行的稳定性与设备的安全性。以上方案可以作为核电站消防水生产系统的优化设计的参考，减轻核电站火灾产生的后果。参考文献

[1] 编辑委员会，EPR 机组智能化控制的设计原理，北京：原子能出版社，2019

[2] 核电厂防火设计规范 GB/T 22158-2008