核电厂人员干预防火分区划分方法的研究

赵鑫樾胡凌生万砺珂陈石

华龙国际核电技术有限公司广东深圳518124

摘要：火灾是核电厂发生频率最高的灾害。核电厂火灾防护最有效的措施是实体隔离，划分防火分区就是的具体措施。在二代核电机组设计中各种防火分区的定义及划分方法已经有较为成熟的经验，而其中人员干预防火分区（SFI）在二代核电机组中没有涉及。在三代核电机组中使用了SFI防火分区的设计，但是SFI防火分区划分方法差异较大。本文根据核电厂防火分区的工程设计经验，研究出一套SFI防火分区划分的基本原则。

关键词：核电厂；防火分区；SFI

0引言

根据HAD102/11[1]和GB/T22158-2008[2]中的描述，核电厂在所有情况下都必须具备足够的防火能力。应通过在设计上运用纵深防御概念实现下述三个主要目标：

防止发生火灾；

快速探测并扑灭确已发生的火灾，从而限制火灾的损害；

防止尚未扑灭的火灾蔓延，从而将火灾对核电厂安全重要功能的影响降至最低。

在ETC-F2010[3]的描述，核电厂防火设计贯彻“纵深防御”的设计原则，包括三个层次：火灾预防、防火分隔、火灾控制。

表1核电厂防火三个层次

其中第二层次是通过分隔材料（墙、板、门等）自身的固有耐火性能，以及火灾、温度的传播特性，通过实体隔离或空间分隔等方式在一定的时间内将火灾限制在即定的区域范围内，限制火灾的蔓延。防火分隔是实现防火安全目标最关键的层次，而其核心是通过防火分区的设计来实现。

根据上述描述，防火分区设计就是火灾分隔的重要方法。防火分区分为安全防火分区、安全防火小区、人员疏散防火分区，人员干预防火分区，非功能性防火区等。二代核电厂防火分区的相关法规标准虽然有关于人员干预防火分区的划分方法阐述，但缺少工程实践，难以作为三代核电厂的参照，所以在三代核电厂中，还应该对人员干预防火分区的设计方法分析研究。

1人员干预防火分区（SFI）的定义

1.1在RCC-I中对限制机组不可用性防火区有下述定义：

限制机组不可用性防火区（SFI）是指当一个空间的火荷载密度大于400MJ/m2，为限制机组不可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；

与所有的安全防火区相独立。

1.2在GB/T22158-2008中对限制机组不可用性防火区有下述定义:

a)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不可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独立于所有的安全防火区。

b)限制机组不可用性防火小区

为限制机组的不可用以及方便消防队建立的防火小区。

1.3在ETC-F2010中对人员干预防火分区（相当于RCC-I和GB/T22158-2008中的限制机组不可用性防火区）有下述描述：

Theinterventionfirecompartment(SFI)：createdonthebasisofthefireloadinventory,tofacilitatetheinterventionoffirefightingcrewsandlimitunavailabilityoftheunit.Thepartitionsofthesefiresectorsshallhaveafireresistanceratingsuitedtotheconsequencesofthefireintheareawithoutbeinglessthan60min.

Thesizeofthesecompartmentsshallbeconsistentwiththeseobjectivesand,whereverpossible,thesameSFIshouldnotbeusedtocoverseveralbuildingfloors.

Itmaybe:

-includedinasafetyfirecompartment,

-independentofanysafetyfirecompartment.

综上所述，我们可以得出人员干预防火分区（SFI）的主要特点：

a)具有高火灾荷载；

b)该防火分区的目的是为了限制机组长期不可用和方便消防队灭火而建立的。

2限制不可用性火区的耐火极限

GB/T22158-20084.3.2.1.1中提到“为防止共模失效，将厂房划分为防火区或防火小区以限制火灾蔓延。建立安全防火区是为了将冗余设置的安全系列（或设备）分隔布置，这类防火区边界屏障的耐火极限不应低于1.5h”。限制不可用性防火区的耐火极限一般不会高于安全防火分区的耐火极限。

福清5，6号核电机组的限制不可用性防火分区的耐火极限是参考GB/T22158-2008经过工程师经验判定的，其防火分区图的设计是基于限制防火分区不能嵌套在安全防火分区中的原则划分，而与安全防火分区相邻的边界应设置为2h的耐火极限，由此限制不可用性防火分区（SFI）的耐火极限设定为2h。

防城港3，4号机组的人员干预防火分区的耐火极限是ETC-F2010版中规定的，其耐火极限不小于1h，可以嵌套在安全防火分区中。但它与安全防火分区相邻的边界同样是2h的耐火极限，这个耐火极限是安全防火分区决定的。

人员干预防火分区（SFI，GB/T22158-2008称限制不可用性防火分区，下文仅用SFI表示）的耐火极限设定为1h或2h难有明确的推论，需要详细的权衡防火安全和经济性。

查看GB50016-2014《建筑设计防火规范》附表2[4]。核电厂核岛厂房中所使用的结构构件主要有钢筋混凝土实体墙，硅酸盐砖，加气混凝土砌块墙等。钢筋混凝土因为混凝土中穿钢筋的原因最小厚度能做到12cm，耐火极限是2.5h，加气混凝土砌块墙最小尺寸能做到10cm，耐火极限是2h。鉴于此，如果墙体要求耐火极限是1h，实际中也只能做成2h的耐火极限，SFI的耐火极限可以设定为2h。

防火分区设计直接影响了建筑设计、通风设计、消防设计、仪控设计、火灾报警设计以及厂房布置设计等。一个SFI的划分需要分析对这些专业设计可能造成的影响。

FI与其他防火分区类型相比工程实践较少，因此它的设计方法需要进一步总结分析。

表2各类非木结构构件的燃烧性能和耐火极限

3SFI的划分方法原则

一个分区是否可以划分为SFI可以参照ETC-F2010中的PFL和PFG的判定准则。此外还需要从多方面考虑，以使得SFI的分区更加合理可行，经济性好，同时也能满足其他专业的设计。

3.1SFI可以嵌套在SFS/ZFS分区中，不能跨越辐射分区

SFS/ZFS分区的设计使厂房满足核安全，SFI嵌套在SFS/ZFS分区中能够实现在同一列SFS/ZFS分区中发生火灾后，防止火灾损坏一整列的系统设备，使机组长时间停堆，造成大量经济损失。因此在SFS/ZFS分区中的高火灾荷载区域设置SFI是必要的，例如在电气配电室，仪控设备间，大功率用电设备（有大量电缆），大型转动设备房间（含有油）等房间。

另外SFI不应该跨越辐射分区。因为当火灾发生时，控制区可能产生放射性烟气，在同一个防火分区中这个烟气没有方法控制不向非控制区域扩散。

3.2可以划分为同一个SFI防火分区的情况

a)存在不能封闭开口，需要考虑合并为同一个SFI防火分区

如果房间之间存在不能封闭开口，如通风孔，要考虑合并为同一个SFI。通风孔一般都在墙体上部打开，不能做到隔离烟气，高温烟气传到另一个房间会引发另一个房间的可燃物燃烧，如果另一个房间没有可燃物，也应该以另一个房间作为实体隔离的边界。

b)两个执行同样功能的房间，可以考虑合并为同一个SFI防火分区

如若两个房间执行同一功能，两个房间可以划分为同一个SFI。这样的两个房间虽执行同一个功能且是相同的安全列，因为SFI不会跨越SFS/ZFS。这样的SFI设计方法可以减少防火分区数量，对暖通设计和仪控设计都有更加有利，可以减少暖通防火阀门，减少仪控控制点及仪控机柜数量。

c)房间中功能非机组运行必须的功能，可合并为同一个SFI防火分区

某个未达到SFI划分火灾荷载的非机组运行必须功能的区域，如果其对SFI防火分区的设计有利，也可以将它划分到此SFI防火分区中。这个原理与SFS/ZFS的划分方法相同。见图2。

d)SFI防火分区边界过长，可以合并为同一个防火分区

SFI的边界越长，它与周边房间相接的孔洞就越多，需要的防火封堵和防火阀就可能越多。亦可见图2，左图是根据火灾荷载，A区域和B区域需要划分为SFI，而中间区域是VNS防火分区；右图是将A和B区域合并一起，并将没有火灾荷载的区域也纳入其中。这是因为在SFI分区和VNS分区之间边界，需要设置防火阀、防火门和防火封堵。左右图相对比，左图的SFI分区总边界要比右图的SFI分区总边界长，因此可能的防火阀、防火门和防火封堵也更多，如果在设计中允许会尽可能的减小SFI分区的边界长度。

图2可以合并为同一SFI房间

3.3SFI的划分准则

a)机组运行关键功能与非关键功能要隔离

这样划分可以避免机组运行非关键功能中发生的火灾影响机组正常运行。需要划分为SFI的两个区域，如果它们分别执行机组运行相关功能与非机组运行关键功能，它们不应合并为同一个SFI分区，以免非机组运行关键功能中发生的火灾影响机组正常运行。

b)一个SFI防火分区面积过大需要分为多个SFI防火分区

如果一个SFI面积过大会对消防系统造成压力，不易于消防干预，需要考虑增加实体隔离措施，以将其分隔成多个小的防火分区。限制SFI的面积过大，会对工艺系统的布置造成困难。在发生火灾时，大面积的消防喷淋会在短时需要大量的消防水，存在核岛消防水量不足的风险，此时就需要将一个大面积的SFI分区划分为多个小的SFI分区。

c)SFI分区尽量不跨层设计

下层发生火灾烟气会很快的向上蔓延引发上层火灾。SFI防火分区中的火灾荷载一般都是很大的，火灾发生时，烟气热量会向上升。如果上下层是同一个SFI防火分区，上下层之间的孔洞是没有耐火极限要求的，会直接引起上层的可燃物也发生火灾，没有起到限制机组不可用的作用。

3.4避免将走廊划分为SFI防火分区

由于核岛系统布置的原因电缆桥架会不可避免的通过走廊，但如果走廊中的电缆桥架满足了建立SFI的条件，也不应将其划分为SFI，将走廊划分为SFI起不到限制机组不可用的作用。走廊属于开阔区域，烟气蔓延快，影响范围大，而且走廊多作为疏散路径，不利于人员逃生。同时走廊一般面积较大，其SFI边界需要安设很多个防火阀和防火门。所以走廊达到需要设置SFI的条件时，应该安装喷淋系统；建立隔间将火灾荷载隔开，单独划分为SFI；也可以改变电缆桥架的布置方式，以减小火灾荷载量。

3.5电梯井门口不宜划分为SFI防火分区

因为电梯的门无法进行防火封堵，当火灾发生时烟气就可能通过电梯竖井蔓延到其他楼层。虽然火灾的情况下电梯是不可以使用的，但电梯前也不能被划分到SFI，电梯井会是火灾的传播途径。专用电梯经过分析论证后判断是否可以在其门口设置SFI。

3.6当不能划分为SFI防火分区时

当某些区域需要划分为SFI，而不适宜划分为SFI时，可以考虑增设固定灭火系统或修改设计。在一些满足划分SFI条件的区域，也可以通过其他措施来降低火灾荷载，例如可以将部分电缆桥架采取电缆包裹。设置固定灭火系统虽然不能降低火灾荷载，但其作为火灾控制的手段是没有将高火灾荷载区域划分SFI的补偿。

4SFI的划分流程

SFI的划分首先根据房间依次计算其火灾荷载，判断房间是否能够划分为SFI。再根据上文提到的SFI划分原则，对每个可以划分为SFI的房间进行分析，判断是否可以合并为同一个SFI或拆分为不同的SFI。另外应以工程师判断来最终确定SFI的实际划分方法。

5总结

通过本文研究，总结出一套系统化的SFI防火分区设计方法，来指导SFI防火分区设计。也能够为SFI防火分区设计工作拓宽思路提供参考，更能优化防火分区的设计。

参考文献

[1]HAD102/11-1996《核电厂防火》.

[2]GB/T22158-2008《核电厂防火设计规范》.

[3]ETC-FEPRTECHNICALCODEFORFIREPROTECTION，2010.

[4]GB50016-2014《建筑设计防火规范》.