核电行业的防火设计

作者工程老混子-大林

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核电行业和化工行业作为两个重要的危险设施领域,对于防火设计规范的要求都非常严格。单从两者标准规范页数来看,GB/T-22158-2008共44页,GB50160-2018共52页,能看出尽管都是防火设计,但存在的差异还是比较大。本文将对《核电厂防火设计规范》与《石油化工企业设计防火标准》进行简要对比分析,将重点关注两个行业在防火设计规范方面的相似性和差异性,并探讨相互借鉴的可能性,供大家思考!

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核电厂和石油化工都是社会发展的必需品,但是它们又都是危险的,其危害性不容小视。核电厂由于火灾可能引发的二次危害主要有核事故等;石化化工装置由于火灾可能引发的二次危害主要有爆炸、建构筑物的坍塌、有毒介质泄露等。确保工作人员的人身安全、保证安全功能的实现、限制那些由火灾引起的使设备长期不可用的损害事故发生等情况,特在各自领域里都编著了防火设计规范。






《核电厂防火设计规范》GB/T-22158-2008 主要内容摘取解读
针对核岛厂房的消防设计,常规岛以及核电厂配套的消防设计除了执行此规范外还可以参考国内其他的设计规范。核电厂的防火设计应贯彻纵深防御的原则。
由于核电厂的重要设施都是在安全壳建筑内的布置,因此核电厂采用了类似《建筑防火规范》中的“防火区”术语核电厂内的防火区可以细分为三类:
  • 安全防火区:为保护安全系列防止共模失效,确保实现安全功能而建立的防火区;
  • 限制机组不可用性防火区:当一个空间的火灾荷载密度大于400MJ/m2,为限制火灾蔓延可能导致机组长期无法使用以及为方便消防队灭火而建立的防火区,它可以包括在安全防火区内或者独立于所有的安全防火区;
  • 防火及放射性包容区:在正常运行工况下,防火区内火灾可能会引起放射性物质释放,在该区域内,除确保火灾不向外蔓延外,还应控制放射性物质的释放。
在核电厂的设计过程中主要采用以下两种方式来预防火灾发生:
  • 通过选用不燃烧的设备和材料来防止火灾蔓延和传递;
  • 通过空间分割来实现火灾的屏障法;即通过将受保护的设备分头布置在两个独立的防火小区内以实现火灾的阻断。
另外在此规范中特意强调了核岛内的电缆敷设需要遵从“冗余的电气电缆通道应布置在不同的防火区内,以避免火灾的共模失效”的原则。且在需要时应将电缆采用耐火材料进行包裹保护。

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《石油化工企业设计防火标准》GB50160-2018 主要内容摘取解读

石油化工装置中的介质大多数是易燃易爆的火灾危险物品,因此石化企业的防火工程在设计时是重大课题。因此其针对的是石油化工企业新建、扩建或改建工程的防火设计。在此基础上近些年又发布了《精细化工防火设计规范》GB51283和《煤化工防火设计规范》GB51428作为细分领域的补充。

由于石油化工装置大多数室外建设,因此《石油化工企业设计防火标准》中使用的是“防火间距”术语,而不是“防火分区”。

其中区域规划、工厂总平面布置以及工艺装置或设施内平面布置的防火间距起止点为:

  • 设备──设备外缘;
  • 建筑物(敞开或半敞开式厂房除外)──最外侧轴线;
  • 敞开式厂房──设备外缘;
  • 半敞开式厂房──根据物料特性和厂房结构型式确定;
  • 铁路──中心线;
  • 道路──路边;
  • 码头──输油臂中心及泊位;
  • 铁路装卸鹤管──铁路中心线;
  • 汽车装卸鹤位──鹤管立管中心线;
  • 储罐或罐组──罐外壁;
  • 高架火炬──火炬筒中心;
  • 架空通信、电力线──线路中心线;
  • 工艺装置──最外侧的设备外缘或建筑物的最外侧轴线。

采用防火间距的主要意图是通过使用一定的“空间隔离”以实现对“火焰蔓延的隔离和阻断”。将装置中的主项进行重要性分类,根据不同的重要性确定不同大小的防火间距。以确保其安全性。


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针对防火设计规范核电行业和化工行业的相同性
1、无论是化工领域还是核电领域,其防火设计规范设置的最终目的是防止火灾的发生和在发生后可以快速发现且控制终止火灾的扩大。
2、内容上来划分都大体可分为三大块,即:“防火设计”即通过防火分区,防火间距以及使用阻燃材料等来阻止火灾传递和蔓延;“知火设计”,即通过使用火灾自动报警系统等自动化手段尽早的让生产人员知晓发生了火灾;“灭火设计”,通过使用消防手段喷水喷二氧化碳等手段实现灭火

针对防火设计规范核电行业和化工行业的差异性

1、在核电设计中从始至终都贯穿着对质量保证的要求在《核电厂防火设计规范》的第六章“质量保证”是对核电防火设计的特殊要求定义。火灾危害性分析需要遵循HAD 102/11导则,在设计完成后对核岛厂房的防火设计撰写危害性分析报告,以验证设计所采取的防火措施是否满足了核电厂总体的防火安全目标。
《核电厂防火设计规范》中的4.4节为火灾自动报警设计的章节,对如何设计核电厂的火灾自动报警系统做了交代,而《石油化工企业设计防火标准》中只定义了什么地方需要设置火灾自动报警系统,而如何设计需要参见《火灾自动报警设计规范》GB50116。即核电的火灾自动报警设计有特殊的要求,如抗震,质量保证等,其设计通常不遵守GB50116。火灾危害分析和质量保证要求是核电防火设计中独有的要求。
而由于石化装置多为露天的,且很多大型设备高耸入云,因此由雷电引发火灾成为一种可能,所以良好防雷接地对装置的防火有着重大意义。在《石油化工企业设计防火标准》的第九章专门做了电气的设计要求。

2、在核电的防火设计规范中类似于建筑防火规范,将生产厂房进行防火分区划分,在独立的防火分区之间使用防火墙或防火门以及防火贯穿件进行防火隔离;对需要进行防火保护的电缆使用防火材料包覆等措施以防止发生火灾时造成电缆损坏以导致阀门无法关闭等。

而在石化的防火设计规范中使用“防火间距”对不同火灾类别的装置进行有效隔离防止火灾蔓延;在石化领域对需要进行防火保护的电缆选用耐火电缆从而保证在发生火灾时也能让阀门安全的完整其正确功能,如EIV紧急隔离阀。

3、由此可见核电和化工领域对特殊用途的阀门电缆进行防火防护有着类似的要求,但在做法上略有区别:核电的做法是将电缆使用防火材料进行防火包覆而化工领域是使用耐火电缆等手段进行电缆的防火设计。

4、在核电设计中如果是冗余信号的两根电缆经过同一防火分区时,为防止共模失效,需要进行火灾薄弱分析,典型的地方是中控室这点在石化设计中还未曾涉及。

5、此外,同一种机型的核电厂其布置相对固定,而其中的介质又相对简单;而化工厂由于产品不同,流程不同,介质种类多,物性复杂,因此在无核灾害的情况下化工厂的火灾危害性要远大于核电厂的后果。