李肇華，宋 磊，李 琳，顏 珍

防火屏障有效性分析方法研究

李肇華，宋 磊，李 琳，顏 珍

（上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海200233）

該論文的目的是對(duì)當(dāng)前的各類(lèi)核電廠防火屏障有效性分析方法進(jìn)行對(duì)比研究，為工程實(shí)踐提供參考。文中對(duì)用于評(píng)估核電廠防火屏障耐火能力的等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間評(píng)估法（包括等效面積法、等效溫度法）以及計(jì)算機(jī)模擬法分別進(jìn)行了闡述，并利用這些方法對(duì)核電廠中兩種比較典型的防火隔間（液壓機(jī)組間和電氣設(shè)備間）的防火屏障耐火能力進(jìn)行了評(píng)估，通過(guò)比較各種方法的分析結(jié)果，對(duì)這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)及其在工程應(yīng)用中的適用范圍進(jìn)行了評(píng)估，指出了在評(píng)估防火屏障有效性時(shí)應(yīng)結(jié)合具體的情況，選取合適的方法開(kāi)展評(píng)估，在實(shí)際工程應(yīng)用中建議優(yōu)先采用等效面積法對(duì)耐火極限進(jìn)行估算，與此同時(shí)，還應(yīng)盡可能地應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬法，進(jìn)行更現(xiàn)實(shí)的估算或進(jìn)一步了解特定隔間的火災(zāi)特性，后續(xù)還應(yīng)從法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及方法等方面進(jìn)一步完善數(shù)值評(píng)估法，推動(dòng)數(shù)值評(píng)估法在國(guó)內(nèi)核電廠防火設(shè)計(jì)中的使用。

防火屏障；等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間；等效面積，等效溫度；計(jì)算機(jī)模擬

核電廠被防火屏障劃分成不同的防火區(qū)，根據(jù)核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定（HAF 102）［1］，必須對(duì)核電廠進(jìn)行火災(zāi)危害性分析，以確定所需的防火屏障耐火能力。目前普遍采用評(píng)估等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間（Equivalent Fire Duration）的方法，該方法又可分為基于等效面積與基于等效溫度的兩種計(jì)算方法，此外，采用基于計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行評(píng)估的方式也在逐漸興起。本文對(duì)這些方法進(jìn)行了研究并結(jié)合具體實(shí)例對(duì)這些方法在工程中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1 分析方法簡(jiǎn)述

1.1 關(guān)于耐火極限與標(biāo)準(zhǔn)溫度—時(shí)間曲線(xiàn)的說(shuō)明

耐火極限與標(biāo)準(zhǔn)溫度—時(shí)間曲線(xiàn)是等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間評(píng)估法的基礎(chǔ)。耐火極限是指“建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件、部件或構(gòu)筑物在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下承受所要求荷載、保持完整性和（或）熱絕緣和（或）所規(guī)定的其他預(yù)計(jì)功能的能力［2］”。在設(shè)計(jì)時(shí)，通常使用標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證相應(yīng)構(gòu)件的耐火極限是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)是按照一定的試驗(yàn)要求，將建筑構(gòu)件、部件或構(gòu)筑物放入試驗(yàn)爐中加熱，爐內(nèi)的溫度隨時(shí)間按照標(biāo)準(zhǔn)溫度—時(shí)間曲線(xiàn)變化，如圖1所示。如果測(cè)試件在一段時(shí)間內(nèi)能持續(xù)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，則認(rèn)為測(cè)試件具備相應(yīng)時(shí)間的耐火極限。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)是按照GB／T 9978—2008［3］進(jìn)行的，該標(biāo)準(zhǔn)是在ISO 834—1999（E）［4］（下文簡(jiǎn)稱(chēng)ISO 834）的基礎(chǔ)上制定發(fā)布的。在法國(guó)，標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)也是基于ISO 834進(jìn)行的。而在美國(guó)，標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)則是按照ASTM E119-12a［5］（下文簡(jiǎn)稱(chēng)ASTM 119）進(jìn)行。

ISO 834和ASTM 119所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)溫

圖1 常用的標(biāo)準(zhǔn)溫度—時(shí)間曲線(xiàn)Fig．1 Normally used standard temperature-time curve

度—時(shí)間曲線(xiàn)有一定差異，從圖1可以看出，ISO 834溫度—時(shí)間曲線(xiàn)和ASTM 119溫度—時(shí)間曲線(xiàn)在試驗(yàn)開(kāi)始30 min之后有一定的差別。ISO試驗(yàn)的溫度比ASTM高。這種差別是由于溫度測(cè)量方式的不同而產(chǎn)生的。在ASTM試驗(yàn)中，測(cè)量試驗(yàn)爐溫度的熱電偶是包裹在保護(hù)管中的，而在ISO試驗(yàn)中，熱電偶是裸露的，因此在同樣的溫度環(huán)境中，ISO測(cè)量的溫度會(huì)比ASTM高一些。詳細(xì)的驗(yàn)證試驗(yàn)和分析過(guò)程見(jiàn)參考文獻(xiàn)［6］。

1.2 基于等效面積的計(jì)算方法

1922年美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)署的Ingberg［7］等人在一系列火災(zāi)事件調(diào)研和火災(zāi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，首先提出了等效面積計(jì)算方法的概念：如果隔間內(nèi)實(shí)際火災(zāi)溫度—時(shí)間曲線(xiàn)下的面積和標(biāo)準(zhǔn)溫度—時(shí)間曲線(xiàn)下的某個(gè)時(shí)間的面積相等，則此時(shí)間即為等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間。如圖2所示，如果A 2的面積等于A 1的面積，則實(shí)際火災(zāi)的等效持續(xù)時(shí)間是te。她同時(shí)指出火災(zāi)的持續(xù)時(shí)間主要由隔間內(nèi)單位面積內(nèi)可燃物質(zhì)量決定。Ingberg給出了等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間和單位面積內(nèi)可燃物質(zhì)量的關(guān)系式，如式（1）所示。

圖2 等效面積法示意圖Fig．2 Equal area method sketch map

式中：te——等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間，min；

L——單位面積內(nèi)可燃物質(zhì)量，kg／m2；

k——線(xiàn)性系數(shù)，min·m2／kg。

式（1）只適用于普通可燃物（即木材），未考慮火災(zāi)嚴(yán)重等級(jí)（Fire Severity）對(duì)等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間的影響。NFPA（National Fire Protection Association）出版的防火手冊(cè)（Fire Protection Handbook）第16版［8］中指出不同種類(lèi)的可燃物引起火災(zāi)的嚴(yán)重等級(jí)不同，其溫度—時(shí)間曲線(xiàn)存在差別。為了區(qū)分不同可燃物對(duì)等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間的影響，將可燃物按照燃燒時(shí)的時(shí)間-溫度曲線(xiàn)分成以下五類(lèi)：

·A類(lèi)可燃物，可引起輕度火災(zāi)，在核電廠火災(zāi)危害性分析中一般較少考慮

·B類(lèi)可燃物，可引起中等火災(zāi)，在核電廠火災(zāi)危害性分析中，少量廢紙、木制品導(dǎo)致的火災(zāi)為該類(lèi)代表

·C類(lèi)可燃物，可引起中等偏嚴(yán)重的火災(zāi)，在核電廠火災(zāi)危害性分析中，電纜火災(zāi)為該類(lèi)代表

·D類(lèi)可燃物，可引起嚴(yán)重的火災(zāi)，在核電廠火災(zāi)危害性分析中，大量塑料、橡膠導(dǎo)致的火災(zāi)為該類(lèi)代表

·E類(lèi)可燃物，可引起最嚴(yán)重的火災(zāi)（等同于標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)），在核電廠火災(zāi)危害性分析中，典型的如可燃液體導(dǎo)致的火災(zāi)

在實(shí)際應(yīng)用中基于可燃物類(lèi)型、數(shù)量、布置情況結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)綜合確定火災(zāi)嚴(yán)重性。

上述五類(lèi)可燃物引起的火災(zāi)的溫度—時(shí)間曲線(xiàn)如圖3所示［8］，從圖中可以看出，A類(lèi)可燃物燃燒的溫度上升最慢，E類(lèi)上升的最快。所以，要燃燒釋放出相同的熱量，則A類(lèi)可燃物需要的燃燒時(shí)間最長(zhǎng)，E類(lèi)最短。而燃燒相同的時(shí)間，A類(lèi)可燃物的等效面積最小，E類(lèi)最大。

圖3 不同類(lèi)別可燃物的溫度—時(shí)間曲線(xiàn)及燃燒時(shí)間Fig．3 Temperature-time curves and combustion duration of different combustible material

同時(shí)，圖3給出了各類(lèi)可燃物的燃燒時(shí)間與單位面積內(nèi)可燃物質(zhì)量的線(xiàn)性關(guān)系，可用式（2）表示。需要指出的是單位面積內(nèi)可燃物質(zhì)量是針對(duì)普通可燃物的（即木材，8 000 btu／lb），其他可燃物則需要根據(jù)釋放的熱量進(jìn)行換算。

式（2）中：Td——可燃物燃燒時(shí)間，min；

L——單位面積內(nèi)可燃物質(zhì)量，psf（lb／ft2）；

k——線(xiàn)性系數(shù)，與可燃物分類(lèi)有關(guān)，min／psf，取值如表1所示。

表1 燃燒時(shí)間與單位面積內(nèi)可燃物質(zhì)量的線(xiàn)性系數(shù)Table1 linear coefficient of combustion duration and combustible material per square area

可燃物燃燒時(shí)間Td不是等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間，還需要通過(guò)等效面積計(jì)算得到等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間。

在實(shí)際計(jì)算中，因?yàn)榇蠖鄶?shù)可燃物都不是普通可燃物，為了降低計(jì)算量，統(tǒng)一使用單位面積內(nèi)的可燃物完全燃燒釋放的熱量（即火災(zāi)荷載密度，簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)′）作為計(jì)算輸入。因?yàn)? lb的木材完全燃燒釋放的熱量是8 000 btu，因此火災(zāi)荷載密度（MJ／m2）與單位面積內(nèi)可燃物質(zhì)量（lb／ft2）之間換算關(guān)系如式（3）所示。

此時(shí)，表1可換算成表2。

表2 燃燒時(shí)間與火災(zāi)荷載密度的線(xiàn)性系數(shù)Table 2 linear coefficient of combustionduration and fire loading

式（3）則轉(zhuǎn)換成式（4）。

式中：Td——可燃物燃燒時(shí)間，min；

L′——火災(zāi)荷載密度，MJ／m2；

k′——線(xiàn)性系數(shù)，min·m2／MJ。

如圖3所示，可燃物的溫度—時(shí)間變化曲線(xiàn)是不規(guī)則的，不方便直接用于工程計(jì)算。在工程應(yīng)用中，為了便于使用，可將各類(lèi)可燃物在不同時(shí)間的等效面積計(jì)算出來(lái)，并計(jì)算出各類(lèi)可燃物相應(yīng)的燃燒時(shí)間，列成表格，直接查表就可以方便地得到等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間。

法國(guó)法瑪通公司在M310核電廠的《核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)和建造規(guī)范》中也采用類(lèi)似的等效面積法［9］，并歸納給出了等效時(shí)間和火災(zāi)荷載密度的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖4所示。與美國(guó)NFPA所使用的方法不同，法國(guó)所使用的方法不區(qū)分可燃物的類(lèi)型，通過(guò)查圖表可以直接得到等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間。

圖4 等效時(shí)間和火災(zāi)荷載密度的關(guān)系Fig．4 Relation between equalduration and combustion loading

Ingberg的方法適用的情況很少，NFPA修訂之后的方法可應(yīng)用于多種情況。法國(guó)的方法和NFPA的方法基本一致，只是確定火災(zāi)荷載密度和等效持續(xù)時(shí)間的量化關(guān)系不一致。

等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間計(jì)算方法是最先提出來(lái)用于評(píng)價(jià)防火區(qū)邊界有效性的方法，它只考慮單位面積內(nèi)可燃物質(zhì)量或者火災(zāi)荷載密度和火災(zāi)持續(xù)時(shí)間的關(guān)系，給出了簡(jiǎn)單可行的經(jīng)驗(yàn)公式和操作流程，并經(jīng)過(guò)火災(zāi)試驗(yàn)，具有一定保守性，因此該方法從提出之日開(kāi)始得到了廣泛的使用。但該類(lèi)方法沒(méi)有考慮可燃物具體的燃燒過(guò)程，不考慮通風(fēng)情況、可燃物布局情況以及溫度和熱通量的變化情況。

1.3 基于等效溫度的計(jì)算方法

該方法是20世紀(jì)70年代由Law［10］等人最先提出的，將假想火災(zāi)的溫度時(shí)間曲線(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)間曲線(xiàn)的溫度相比較，如果防火屏障達(dá)到相同的溫度，則把標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)間曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間作為假想火災(zāi)的等效持續(xù)時(shí)間，如式（5）所示。該方法考慮火災(zāi)荷載密度、通風(fēng)、可燃物分布方式、可燃物幾何結(jié)構(gòu)等多種因素對(duì)火災(zāi)持續(xù)時(shí)間的影響；之后，Pettersson等人［11］在Law的基礎(chǔ)上提出了等效時(shí)間計(jì)算方法，如式（6）所示；歐洲和英國(guó)基于等效溫度方法制訂了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［12］，其中使用的等效持續(xù)時(shí)間如式（7）～式（9）所示，其中式（8）適用于有通風(fēng)口的房間且只有當(dāng)w的計(jì)算結(jié)果大于0．5時(shí)才有效，式（9）適用于無(wú)通風(fēng)口的房間。

式中：te——等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間，min；

Af——隔間地板面積，m2；

L——可燃物質(zhì)量（與木材相比），kg；

Av——通風(fēng)口面積，m2；

k1——1．3～1．5，根據(jù)可燃物之間的距離確定；

At——隔間內(nèi)部表面總散熱面積，m2；

h——垂直通風(fēng)口的高度，m；

k2——表示隔間內(nèi)表面的散熱特性，與Pettersson“標(biāo)準(zhǔn)”隔間（k2＝1）的散熱特性相比進(jìn)行判斷取值。

Av1——垂直通風(fēng)口的面積，m2；

Ah——水平通風(fēng)口的面積，m2；

Q——火災(zāi)荷載密度，MJ／m2；

kb——轉(zhuǎn)換因子，和傳熱特性有關(guān)，一般取0．07，min·m2／MJ；

H——隔間高度，m；

av——Av／Af；

bv——1．25（1＋av－a2v）；

ah——Ah／Af；

w——通風(fēng)效應(yīng)因子；

O——Avh1／2／At；

kc——材料結(jié)構(gòu)因子，鋼筋混凝土和有防護(hù)的混凝土取1，無(wú)保護(hù)的鋼板取13．7×O；

等效溫度方法考慮通風(fēng)、可燃物布局和具體的燃燒過(guò)程對(duì)防火屏障的影響，理論上，這是一種更為貼近實(shí)際的計(jì)算方法。

1.4 基于計(jì)算機(jī)模擬的計(jì)算方法

根據(jù)EJ／T 1217［13］，采用計(jì)算機(jī)模擬（即火災(zāi)數(shù)值模擬）是確定火災(zāi)效應(yīng)的一種重要手段，但國(guó)內(nèi)核電領(lǐng)域應(yīng)用得還比較少?；馂?zāi)計(jì)算機(jī)模擬是指基于能量守恒、動(dòng)量守恒和質(zhì)量守恒等原理將火災(zāi)現(xiàn)象簡(jiǎn)化為數(shù)學(xué)模型，結(jié)合實(shí)際火災(zāi)試驗(yàn)所得的半經(jīng)驗(yàn)公式，利用計(jì)算機(jī)程序?qū)Ω黝?lèi)火災(zāi)情景進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)在該火災(zāi)情景下各個(gè)參數(shù)的變化。火災(zāi)數(shù)值模型大致可分為區(qū)域模擬和場(chǎng)模擬兩類(lèi)。

在國(guó)內(nèi)核電領(lǐng)域尚未有關(guān)于火災(zāi)模擬的詳細(xì)指導(dǎo)性文件。但是，美國(guó)核管會(huì)（NRC）聯(lián)合美國(guó)電力研究院（EPRI）聯(lián)合發(fā)布了關(guān)于核電廠火災(zāi)計(jì)算機(jī)模擬的一系列文獻(xiàn)如NUREG-1824［14］，這些文獻(xiàn)不同程度地給出了火災(zāi)建模的描述及部分實(shí)例；除此之外，NUREG-1934［15］給出了核電廠火災(zāi)建模的分析流程，NUREG／CR-7010［16］則針對(duì)電纜橋架的火災(zāi)現(xiàn)象進(jìn)行深入探討。

為了能有效應(yīng)對(duì)NFPA 805［17］中關(guān)于火災(zāi)模型的規(guī)定，美國(guó)核管會(huì)（NRC）與美國(guó)電力研究院（EPRI）在2006年出版了NUREG-1824［14］——核電廠應(yīng)用火災(zāi)模型的校核和驗(yàn)證。NUREG-1824遵循美國(guó)實(shí)驗(yàn)和材料協(xié)會(huì)（ASTM）提出的方法論，對(duì)包括FDTS、FIVERev1、CFAST［18］、MAGIC和FDS在內(nèi)的5個(gè)核電廠常用的火災(zāi)建模軟件進(jìn)行了校核和驗(yàn)證，并且在結(jié)果中給出了各個(gè)火災(zāi)模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性范圍，其中FDTS和FIVE-Rev1屬于工程計(jì)算軟件，MAGIC和CFAST采用雙區(qū)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，F(xiàn)DS則采用場(chǎng)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，這三類(lèi)模型都可用于火災(zāi)建模。

在本文后續(xù)的案例分析中將采用CFAST進(jìn)行計(jì)算。CFAST模型［18］全稱(chēng)為“Consolidated Model of Fire Growth and Smoke Transport”，是由美國(guó)NIST（National Institute of Standards and Technology）開(kāi)發(fā)的區(qū)域式計(jì)算多隔間火災(zāi)與煙氣蔓延的程序。CFAST可用于預(yù)測(cè)用戶(hù)設(shè)定火源條件下建筑內(nèi)的火災(zāi)環(huán)境，用戶(hù)需要輸入建筑內(nèi)多個(gè)房間的幾何尺寸和連接各房間的門(mén)窗等開(kāi)口情況、壁面結(jié)構(gòu)的熱物性參數(shù)、火源的熱釋放速率或質(zhì)量燃燒速率以及燃燒產(chǎn)物的生成速率。該模型可以預(yù)測(cè)各個(gè)房間內(nèi)上部煙氣層和下部空氣層的溫度、煙氣層界面位置以及代表性氣體濃度隨時(shí)間的變化情況，同時(shí)可以計(jì)算房間壁面的溫度、通過(guò)壁面的傳熱以及通過(guò)開(kāi)口的質(zhì)量流率，CFAST還能處理存在機(jī)械通風(fēng)和多個(gè)火源的情況。

2 案例分析

2.1 分析概述

在本節(jié)中針對(duì)核電廠中常見(jiàn)的兩類(lèi)隔間，利用上述方法分進(jìn)行防火屏障有效性評(píng)估：

例1：某核動(dòng)力廠BOP廠房的液壓機(jī)組間，其長(zhǎng)3 m，寬2．5 m，高5 m，門(mén)寬1．5 m，高2．1 m。天花板為鋼筋混凝土，厚度為0．2 m，耐火極限是90 min，四周鋼筋混凝土墻壁墻厚約為0．4 m，設(shè)計(jì)耐火極限是180 min。主要可燃物是700 L的潤(rùn)滑油，燃燒熱值是4．21E＋7 J／L，E類(lèi)可燃物。屬于可燃物相對(duì)集中（空間較?。┑姆阑鸶糸g，其示意圖如圖5所示。

圖5 液壓機(jī)組間示意圖Fig．5 Hydraulic machine compartment sketch map

例2：某核動(dòng)力廠核島電氣設(shè)備間，其長(zhǎng)20 m，寬15 m，高5．4 m，兩扇小門(mén)寬0．9 m，高2．1 m，一扇大門(mén)寬1．8 m，高2．1 m。鋼筋混凝土墻厚度約為0．6 m，整體設(shè)計(jì)耐火極限都為180 min，天花板無(wú)通風(fēng)口。主要可燃物是電纜的絕緣層，約10 000 kg，燃燒熱值是2．37E＋7J／kg，C類(lèi)可燃物。屬于核電廠中比較典型的防火隔間，其示意圖如圖6所示。

圖6 電氣設(shè)備間示意圖Fig．6 Electric equipment room sketch map

2.2 分析考慮

分析中的考慮如下所示：

·電氣設(shè)備間設(shè)置了三扇門(mén)，在分析開(kāi)門(mén)工況時(shí)，僅考慮圖6所示的情況（僅一扇門(mén)開(kāi)啟）。

·關(guān)于門(mén)縫通風(fēng)，若考慮門(mén)縫通風(fēng)，假設(shè)門(mén)縫的間隙為3 cm。

·液壓機(jī)組間的收集漏油的貯油槽，面積約1 m2。

·對(duì)于電氣設(shè)備間，按兩列，每列3層電纜橋架進(jìn)行模擬，假設(shè)6個(gè)電纜橋架同時(shí)起火燃燒。

·采用CFAST進(jìn)行火災(zāi)計(jì)算機(jī)模擬（版本為6．0．10．61027），電纜橋架與油池火災(zāi)的熱釋放率按照SFPE消防工程手冊(cè)［19］的第3～16頁(yè)和3～25頁(yè)的內(nèi)容估算，模擬時(shí)長(zhǎng)4 200 s。

·對(duì)于等效面積法和等效溫度法，將隔間各防火屏障的最低耐火極限作為驗(yàn)收準(zhǔn)則，通過(guò)所計(jì)算的火災(zāi)等效持續(xù)時(shí)間與其比較進(jìn)行判斷。

·以防火屏障的最低耐火極限90 min作為計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)收準(zhǔn)則。

對(duì)于計(jì)算機(jī)模擬法，取溫度作為驗(yàn)收參數(shù)，對(duì)此，在目前的各類(lèi)規(guī)范中除了暴露的結(jié)構(gòu)鋼在ASTM E119［5］中給出了具體的破壞溫度（538℃）以外，對(duì)于其他類(lèi)型的防火屏障并未給出具體的破壞溫度，考慮到兩個(gè)示例中的防火屏障至少都有90 min的耐火極限，結(jié)合圖1，將破壞溫度定為800℃，通過(guò)計(jì)算隔間的峰值熱氣層溫度與破壞溫度比較進(jìn)行判斷。

2.3 計(jì)算結(jié)果

各種方法的計(jì)算結(jié)果表3所示。

表3 等效火災(zāi)持續(xù)時(shí)間計(jì)算結(jié)果Table3 Equal fire duration calculation results

3 總結(jié)與建議

從評(píng)估結(jié)果看：

·當(dāng)采用等效面積法評(píng)估時(shí)，液壓機(jī)組間未能滿(mǎn)足驗(yàn)收準(zhǔn)則的要求。

·當(dāng)采用等效溫度法評(píng)估時(shí)，所有隔間都不能滿(mǎn)足驗(yàn)收準(zhǔn)則的要求，在關(guān)門(mén)的工況中的計(jì)算結(jié)果更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了限值，明顯過(guò)于保守。

·當(dāng)采用計(jì)算機(jī)模擬法評(píng)估時(shí)，所有隔間都能滿(mǎn)足驗(yàn)收準(zhǔn)則。

將上述評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，一般認(rèn)為這兩個(gè)隔間的防火屏障的性能已足以滿(mǎn)足要求（盡管采用等效面積法評(píng)估時(shí)，液壓機(jī)組間未能滿(mǎn)足驗(yàn)收準(zhǔn)則，但從工程經(jīng)驗(yàn)判斷，CFAST的分析結(jié)果更接近于實(shí)際情況，而且，一般而言防火屏障在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)留有相當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)裕度，例如，參考GB 50016［20］，對(duì)于厚度為0．2 m的鋼筋混凝土墻，其實(shí)際耐火極限大于210 min）；盡管采用等效溫度法評(píng)估的結(jié)果過(guò)于保守，但其在評(píng)估液壓機(jī)組間開(kāi)門(mén)工況時(shí)，評(píng)估結(jié)果比等效面積法更接近于現(xiàn)實(shí)情況，仍然有可取之處。

從分析方法看：

·等效面積法，簡(jiǎn)單易行，適用范圍廣，一般而言，分析結(jié)果相對(duì)保守，但防火隔間的一些特性不能得到很好地體現(xiàn)，分析結(jié)果在現(xiàn)實(shí)性方面有所欠缺。

·等效溫度法，考慮了防火隔間的通風(fēng)情況，盡管在應(yīng)用時(shí)沒(méi)有指定適用范圍，但從分析結(jié)果可以看出，其分析更適用于一般的民用建筑，在分析大流量自然通風(fēng)的防火隔間工況時(shí)，分析結(jié)果接近于現(xiàn)實(shí)情況；但不適用于相對(duì)密閉的環(huán)境，分析結(jié)果會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的偏差。

·計(jì)算機(jī)模擬法，能夠?qū)Ψ阑鸶糸g的特性進(jìn)行比較充分的考慮，分析結(jié)果更接近于現(xiàn)實(shí)情況，但是建模比較繁雜，所需的輸入?yún)?shù)較多，在工程應(yīng)用中需要耗費(fèi)相比前面兩種方法大得多的工作量。

綜合上述的分析，建議如下：

·在評(píng)估防火屏障有效性時(shí)，分析方法的不同，可能會(huì)帶來(lái)不同的分析結(jié)果，且分析結(jié)果的離散程度較高，存在較大的不確定性，在工程應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合具體的情況，選取合適的方法開(kāi)展評(píng)估，以獲得更為現(xiàn)實(shí)的結(jié)果。

·核電廠的防火隔間一般都具有完整的防火屏障，當(dāng)火災(zāi)來(lái)臨時(shí)，隔間在短時(shí)間內(nèi)將進(jìn)入密閉隔離的狀態(tài)，再考慮到應(yīng)用的便利性，在評(píng)估核電廠防火屏障有效性時(shí)，優(yōu)先采用等效面積法對(duì)耐火極限進(jìn)行估算（這也是國(guó)內(nèi)業(yè)界目前的通用做法），與此同時(shí)，還應(yīng)盡可能地應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬法，進(jìn)行更現(xiàn)實(shí)的估算或進(jìn)一步了解特定隔間的火災(zāi)特性，為后續(xù)的防火設(shè)計(jì)優(yōu)化或火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

·從法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及方法等方面進(jìn)一步完善數(shù)值評(píng)估法，推動(dòng)計(jì)算機(jī)模擬評(píng)估法在國(guó)內(nèi)核電防火設(shè)計(jì)中的使用，使得核電的防火設(shè)計(jì)能夠更加現(xiàn)實(shí)，這將在確保核電防火安全性的同時(shí)，有利于核電廠建造、運(yùn)營(yíng)等成本的控制。

［1］ 國(guó)家核安全局．H AF 102核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定［S］．北京：2004．

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Study on the Analysis Method for Validity of Fire Barrier

Li Zhao-hua，Song Lei，Li Lin，Yan Zhen

（Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute，Shanghai，200233，China）

The analysis aims to research and compare different analysis methods for validity of fire barrier in nuclear power plants to provide reference for engineering application．The analysis method for validity of fire barrier in nuclear power plants is discussed including equivalent fire duration method（i．e．equal area method and equal temperature method）and computer simulation method．The fire barriers of two fire compartments（hydraulic machine compartment and electric equipment room）are analyzed by these methods．The advantages，disadvantages and scope of engineering application of these methods have been assessed according to the compare of the different evaluation results．The paper points out that the analysis method of validity of fire barrier in nuclear power plant should be selected according to practical conditions．It suggests that the preferred method is equal area method in the actual engineering designand at the same time，the computer simulation method should also be applied as far as possible to achieve more practical results or more detail fire protection features of the compartment．In the future，the computer simulation method should be improved in the aspects of code，standard，guideline and methodology to push forward the application of the method in fire protection design for nuclear power plant．

Fire barrier；Equivalent fire duration；Equal area；Equal temperature；Computer simulation

TL48

A

0258-0918（2016）01-0088-09

2015-11-27

李肇華（1979—），男，廣東羅定人，高級(jí)工程師，碩士，現(xiàn)從事核工程方向研究