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        某核電站防火閥設(shè)計(jì)特點(diǎn)淺析

        2018-05-18 03:17:31趙文秀
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        趙文秀

        上海核工程研究設(shè)計(jì)院

        1 防火閥的分類

        AP 系列電站是在傳統(tǒng)成熟的壓水堆核電技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的先進(jìn)的非能動(dòng)的壓水堆 (Advanced Passive PWR)。 按照HAD102/11 《核電廠防火》 的要求, 為保證核電廠具有足夠的安全性, 核電廠的防火設(shè)計(jì)也有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求。通風(fēng)系統(tǒng)防火閥在通風(fēng)防火與防排煙設(shè)計(jì)中起著關(guān)鍵性的作用 [1] 。

        1.1 按功能分類

        按功能劃分, 其類型主要分為防火閥、 防煙閥、 防火防煙閥。

        核島廠房通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)管穿越防火屏障時(shí)應(yīng)設(shè)置防火閥 [2] , 制造和試驗(yàn)要滿足UL555的要求, 閥門性能應(yīng)滿足AMCA500和UL555, 在空氣溫度達(dá)到70 ℃時(shí), 防火閥自熔關(guān)閉, 限制火災(zāi)以及煙霧的蔓延。

        當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)穿越有煙氣隔離要求關(guān)鍵區(qū)域時(shí)應(yīng)安裝防煙閥[3], 其制造和試驗(yàn)應(yīng)滿足 UL555S 的要求,性能應(yīng)符合AMCA500和UL555S的規(guī)定。 平時(shí)開啟,火災(zāi)時(shí)通過就地手動(dòng)或遠(yuǎn)距離電動(dòng)操作關(guān)閉閥門, 火災(zāi)后可遠(yuǎn)距離自動(dòng)復(fù)位。

        風(fēng)管穿越安全相關(guān)區(qū)域、 煙霧敏感區(qū)域時(shí)應(yīng)設(shè)置防火防煙閥,其制造和試驗(yàn)同樣應(yīng)滿足 UL555 和UL555S 的要求, 性能滿足AMCA500和 UL555S的要求。防火防煙閥除了可自熔關(guān)閉,還可根據(jù)火災(zāi)探測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)聯(lián)動(dòng)關(guān)閉。已設(shè)置防火防煙閥的地方不再設(shè)置防火閥。

        1.2 按結(jié)構(gòu)分類

        目前在建的 AP 系列電站中,按防火閥的結(jié)構(gòu)劃分, 可以分為單體閥和多體閥。 當(dāng)防火閥外形大邊<38英寸 (965mm) 時(shí), 均為單體閥。當(dāng)高度或?qū)挾扔幸贿叄?8 英寸 (965mm) 時(shí), 在高度或?qū)挾确较蛞环譃槎?,分為兩個(gè)單體閥。當(dāng)高度和寬度都 >38 英寸 (965mm) 時(shí), 在高度和寬度方向均一分為二, 成 “田” 字形,共分為四個(gè)單體閥。

        不連接風(fēng)管的防火閥只在防火閥內(nèi)安裝易熔片加彈簧, 不設(shè)復(fù)位驅(qū)動(dòng)器。連接風(fēng)管的防火閥, 在防火閥套筒上就地安裝手動(dòng)復(fù)位驅(qū)動(dòng)器。防煙閥和防火防煙閥套筒上安裝電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) [4] 。

        在結(jié)構(gòu)上,防火閥及防火防煙閥增加了鎖緊機(jī)構(gòu), 以加強(qiáng)防火閥關(guān)閉的可靠性。閥門內(nèi)設(shè)置易熔片,易熔片連接一個(gè)桿狀的 “鎖門” , 閥門外設(shè)置扇形鎖孔板, 當(dāng)易熔片熔斷, 易熔片所連接的鎖門在套筒外的長(zhǎng)度伸長(zhǎng), 與扇形鎖孔板上孔穿插在一起, 達(dá)到鎖緊的效果。

        2 防火閥的貫穿形式

        防火閥貫穿墻體或樓板, 根據(jù)其貫穿的墻體或樓板的種類有不同的貫穿形式。有防火閥與套管貫穿混凝土墻, 模塊墻, 防火閥套貫穿越混凝土樓板、 預(yù)制樓板和帶有散熱片模塊的樓板五種。

        常見的有防火閥與套貫穿混凝土墻 (圖 1) 和防火閥套貫穿越混凝土樓板 (圖 2)。

        圖1 防火閥套管穿混凝土墻

        圖2 防火閥套管穿混凝土樓板

        AP系列核電站中防火閥的貫穿有以下特點(diǎn):

        1) 若A表示防火閥套管外尺寸,H表示洞口的內(nèi)尺寸。則洞口留出的尺寸H-A值最小尺寸不能小于1/4英寸 (7mm), 最大尺寸不能超過 2英寸 (50mm)。A值每增加 1 英尺 (305mm) 的時(shí)候,H-A值遞增 1/8英寸 (3mm)。

        2) 限位角鋼應(yīng)與防火閥套筒進(jìn)行連接, 并應(yīng)與樓板或墻體緊貼,但不應(yīng)進(jìn)行連接。在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮限位角鋼的安裝空間, 避免與周圍支架或鋼梁等之間的碰撞。

        3) 防火閥套管與墻體或樓板間、 限位角鋼與墻體或樓板之間的間隙, 不封堵。

        4) 防火閥套管超出墻體或樓板的長(zhǎng)度一般不大于6英寸 (150mm), 安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)一側(cè)和組合式防火閥套管超出墻體或樓板的長(zhǎng)度可以不大于 16 英寸(400mm)。

        3 防火閥的連接形式

        3.1 防火閥與風(fēng)管的連接

        在AP系列核電站中, 接風(fēng)管的防火閥, 其與風(fēng)管的連接形式有兩種, “Breakaway” 的連接和普通的法蘭連接 [4] 。

        圖3 防火閥與風(fēng)管的連接方式

        除了帶放射性的或壓力較高的風(fēng)管, 防火閥與風(fēng)管連接時(shí)采用 “Breakaway” 的連接方式。見圖3 所示。此連接形式不同于UL555中 “S Slips” 或 “Drive Slips” 。該連接方式為卡扣連接, 兩側(cè)的風(fēng)管管壁塞到兩側(cè)夾板內(nèi), 夾板與風(fēng)管管壁進(jìn)行鉚接, 中間用夾板扣起來,而不再需要任何其他螺絲或鉚釘?shù)倪B接。這樣在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候, 中間夾板脫落, 防火閥與風(fēng)管脫離, 以免在風(fēng)管損壞的情況下, 影響套管內(nèi)防火閥的功能, 也保證了火災(zāi)不會(huì)通過通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步地蔓延。兩側(cè)的夾板對(duì)接時(shí)要用密封墊片密封。兩側(cè)夾板與風(fēng)管管壁之間鉚接時(shí),鉚釘距風(fēng)管拐角處距離為1英寸 (25mm),每個(gè)鉚釘之間的最大間距為 4 英寸(102mm), 每邊的鉚釘數(shù)量至少為三個(gè), 兩個(gè)分別布置在兩個(gè)拐角處, 一個(gè)布置在中間。

        帶放射性的或壓力較高的風(fēng)管與防火閥連接采用普通的法蘭連接。即風(fēng)管側(cè)與防火閥套管側(cè)分別裝角鋼對(duì)接的法蘭, 法蘭之間加密封墊片, 法蘭用螺栓連接。其目的是在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候, 保證風(fēng)管與防火閥不脫離。在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候不希望風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)泄露到相鄰的房間中[4]。

        3.2 防火閥與風(fēng)口的連接

        對(duì)于單獨(dú)貫穿于防火屏障的墻體上, 而不連接風(fēng)管的防火閥, 防火閥兩端需要直連風(fēng)口。這樣的防火閥一端為翻邊法蘭, 一端為直焊法蘭。如圖4所示。

        圖4 防火閥直連風(fēng)口的做法

        翻邊法蘭在防火閥生產(chǎn)的時(shí)候就已制作好, 直焊法蘭需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接, 目的是讓防火閥安裝時(shí)能順利地穿過防火墻, 兩端的法蘭與風(fēng)口上的法蘭盤用螺栓連接, 法蘭中間加密封墊片。

        4 防火閥設(shè)計(jì)的改進(jìn)建議

        在建的AP系列電站給防火閥的設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在滿足防火閥設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上, 防火閥設(shè)計(jì)要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況, 以保證設(shè)計(jì)方案能順利實(shí)施。 通過AP系列現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn), 通風(fēng)系統(tǒng)的防火閥設(shè)計(jì)要充分考慮以下幾點(diǎn)。

        1) 兩個(gè)防火閥相對(duì)位置。設(shè)計(jì)中不只要考慮到防火閥本體的大小, 也要充分考慮到防火閥外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)所占據(jù)的空間, 防火閥貫穿形式所要求的外部限位角鋼的空間,以及由此帶來的安裝操作空間的需求。在AP系列通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,尤其是送回風(fēng)系統(tǒng)左右或上下布置在一起時(shí), 要盡可能地給防火閥留出足夠的空間。

        2) 套管長(zhǎng)度的確定。在 AP系列核電站防火閥套管的設(shè)計(jì)中, 套管超出被貫穿的墻體或樓板的長(zhǎng)度有以下限制, 有執(zhí)行器或檢修門的一側(cè)套管的長(zhǎng)度不超過 16 英寸 (406mm), 無執(zhí)行機(jī)構(gòu)或檢修門一側(cè)的套管長(zhǎng)度不超過 6英寸 (152mm) [1] 。此長(zhǎng)度只考慮到墻體或樓板的厚度, 但對(duì)于防火閥穿樓板時(shí), 樓板下防火閥附近經(jīng)常會(huì)有結(jié)構(gòu)的鋼梁, 鋼梁的存在會(huì)導(dǎo)致防火閥套管上的限位角鋼無法安裝, 也會(huì)導(dǎo)致防火閥與風(fēng)管連接的Breakaway無法正常安裝。為避開結(jié)構(gòu)的鋼梁, 則需加長(zhǎng)套管, 用同厚度的鋼板焊接在原套管上。長(zhǎng)度的臨時(shí)變更會(huì)帶來眾多的問題, 比如套管與檢修門的碰撞, 套管與風(fēng)管上原支架的矛盾等。在設(shè)計(jì)時(shí),要根據(jù)具體情況, 考慮到每側(cè)套管伸出墻體或樓板的應(yīng)有長(zhǎng)度。

        3) 防火閥兩側(cè)風(fēng)管設(shè)備等級(jí)不同的情況。對(duì)于防火閥兩側(cè)連接不同等級(jí)的情況, 防火閥與風(fēng)管之間、 防火閥與限位角鋼的連接在兩側(cè)應(yīng)有所不同。比如, 防火閥一側(cè)為帶放射性的風(fēng)管,另一側(cè)為普通的風(fēng)管。因帶放風(fēng)管考慮更高的泄漏率的要求, 風(fēng)管附件與風(fēng)管的連接需采用焊接, 其它級(jí)別的風(fēng)管附件與風(fēng)管的連接可采用鉚接, 對(duì)于壁厚較厚的風(fēng)管也可采用焊接 [4] 。對(duì)于帶防風(fēng)管側(cè), 防火閥與風(fēng)管連接需用普通的法蘭連接, 法蘭與風(fēng)管的連接需采用焊接, 限位角鋼的安裝同樣需焊接; 對(duì)于普通風(fēng)管側(cè), 防火閥與風(fēng)管的連接采用 Breakaway 的連接形式, Breakaway 的兩側(cè)夾板與風(fēng)管的連接采用鉚接, 限位角鋼與套管的連接方式可根據(jù)套管壁厚確定。

        5 結(jié)語

        防火閥是通風(fēng)系統(tǒng)防火設(shè)計(jì)中重要的組成部分,AP系列核電站防火閥在其實(shí)現(xiàn)防火功能或信號(hào)傳輸功能的基礎(chǔ)上, 考慮了在各種用途下, 防火閥不同的構(gòu)造, 包括熔斷特性, 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)置, 閥門的泄露率的保證, 套管壁厚及長(zhǎng)度等, 也遵照規(guī)范進(jìn)行了防火閥在結(jié)構(gòu)中的貫穿和安裝方式, 設(shè)計(jì)了防火閥與風(fēng)管間的連接方式等, 這些都與防火閥功能的正常發(fā)揮起著重要的作用。 隨著 AP系列核電站的開展, 防火閥在現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)也是提高設(shè)計(jì)水平的寶貴財(cái)富, AP 系列核電站防火閥安裝及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)將使防火閥的設(shè)計(jì)得到逐步完善。

        參考文獻(xiàn)

        [1] Standard for Installation of Air-Conditioning and Ventilation Systems(NFPA 90A)[S].1999.

        [2] UL Standard for Safety for Fire Dampers(UL555)[S].2006.

        [3] UL Standard for Safety for Smoke Dampers(UL555S)[S].2006.

        [4] Rectangular Industrial Duct Construction Standard(SMACNA)[S].1980.

        [5] HAD102/11核電廠防火[S].1996.

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