某核电站防火阀设计特点浅析

赵文秀

上海核工程研究设计院

1 防火阀的分类

AP 系列电站是在传统成熟的压水堆核电技术基础上开发的先进的非能动的压水堆 （Advanced Passive PWR）。 按照HAD102/11 《核电厂防火》 的要求， 为保证核电厂具有足够的安全性， 核电厂的防火设计也有严格的设计要求。通风系统防火阀在通风防火与防排烟设计中起着关键性的作用 [1] 。

1.1 按功能分类

按功能划分， 其类型主要分为防火阀、 防烟阀、 防火防烟阀。

核岛厂房通风系统的风管穿越防火屏障时应设置防火阀 [2] ， 制造和试验要满足UL555的要求， 阀门性能应满足AMCA500和UL555， 在空气温度达到70 ℃时， 防火阀自熔关闭， 限制火灾以及烟雾的蔓延。

当通风系统穿越有烟气隔离要求关键区域时应安装防烟阀[3]， 其制造和试验应满足 UL555S 的要求，性能应符合AMCA500和UL555S的规定。 平时开启，火灾时通过就地手动或远距离电动操作关闭阀门， 火灾后可远距离自动复位。

风管穿越安全相关区域、 烟雾敏感区域时应设置防火防烟阀，其制造和试验同样应满足 UL555 和UL555S 的要求， 性能满足AMCA500和 UL555S的要求。防火防烟阀除了可自熔关闭，还可根据火灾探测及报警系统发出的信号联动关闭。已设置防火防烟阀的地方不再设置防火阀。

1.2 按结构分类

目前在建的 AP 系列电站中，按防火阀的结构划分， 可以分为单体阀和多体阀。 当防火阀外形大边＜38英寸 （965mm） 时， 均为单体阀。当高度或宽度有一边＞38 英寸 （965mm） 时， 在高度或宽度方向一分为二，分为两个单体阀。当高度和宽度都 ＞38 英寸 （965mm） 时， 在高度和宽度方向均一分为二， 成 “田” 字形，共分为四个单体阀。

不连接风管的防火阀只在防火阀内安装易熔片加弹簧， 不设复位驱动器。连接风管的防火阀， 在防火阀套筒上就地安装手动复位驱动器。防烟阀和防火防烟阀套筒上安装电动执行机构 [4] 。

在结构上，防火阀及防火防烟阀增加了锁紧机构， 以加强防火阀关闭的可靠性。阀门内设置易熔片，易熔片连接一个杆状的 “锁门” ， 阀门外设置扇形锁孔板， 当易熔片熔断， 易熔片所连接的锁门在套筒外的长度伸长， 与扇形锁孔板上孔穿插在一起， 达到锁紧的效果。

2 防火阀的贯穿形式

防火阀贯穿墙体或楼板， 根据其贯穿的墙体或楼板的种类有不同的贯穿形式。有防火阀与套管贯穿混凝土墙， 模块墙， 防火阀套贯穿越混凝土楼板、 预制楼板和带有散热片模块的楼板五种。

常见的有防火阀与套贯穿混凝土墙 （图 1） 和防火阀套贯穿越混凝土楼板 （图 2）。

图1 防火阀套管穿混凝土墙

图2 防火阀套管穿混凝土楼板

AP系列核电站中防火阀的贯穿有以下特点：

1） 若A表示防火阀套管外尺寸，H表示洞口的内尺寸。则洞口留出的尺寸H-A值最小尺寸不能小于1/4英寸 （7mm）， 最大尺寸不能超过 2英寸 （50mm）。A值每增加 1 英尺 （305mm） 的时候，H-A值递增 1/8英寸 （3mm）。

2） 限位角钢应与防火阀套筒进行连接， 并应与楼板或墙体紧贴，但不应进行连接。在设计时要充分考虑限位角钢的安装空间， 避免与周围支架或钢梁等之间的碰撞。

3） 防火阀套管与墙体或楼板间、 限位角钢与墙体或楼板之间的间隙， 不封堵。

4） 防火阀套管超出墙体或楼板的长度一般不大于6英寸 （150mm）， 安装执行机构一侧和组合式防火阀套管超出墙体或楼板的长度可以不大于 16 英寸（400mm）。

3 防火阀的连接形式

3.1 防火阀与风管的连接

在AP系列核电站中， 接风管的防火阀， 其与风管的连接形式有两种， “Breakaway” 的连接和普通的法兰连接 [4] 。

图3 防火阀与风管的连接方式

除了带放射性的或压力较高的风管， 防火阀与风管连接时采用 “Breakaway” 的连接方式。见图3 所示。此连接形式不同于UL555中 “S Slips” 或 “Drive Slips” 。该连接方式为卡扣连接， 两侧的风管管壁塞到两侧夹板内， 夹板与风管管壁进行铆接， 中间用夹板扣起来，而不再需要任何其他螺丝或铆钉的连接。这样在发生火灾的时候， 中间夹板脱落， 防火阀与风管脱离， 以免在风管损坏的情况下， 影响套管内防火阀的功能， 也保证了火灾不会通过通风系统进行进一步地蔓延。两侧的夹板对接时要用密封垫片密封。两侧夹板与风管管壁之间铆接时，铆钉距风管拐角处距离为1英寸 （25mm），每个铆钉之间的最大间距为 4 英寸（102mm）， 每边的铆钉数量至少为三个， 两个分别布置在两个拐角处， 一个布置在中间。

带放射性的或压力较高的风管与防火阀连接采用普通的法兰连接。即风管侧与防火阀套管侧分别装角钢对接的法兰， 法兰之间加密封垫片， 法兰用螺栓连接。其目的是在发生火灾的时候， 保证风管与防火阀不脱离。在发生火灾的时候不希望风管内的风泄露到相邻的房间中[4]。

3.2 防火阀与风口的连接

对于单独贯穿于防火屏障的墙体上， 而不连接风管的防火阀， 防火阀两端需要直连风口。这样的防火阀一端为翻边法兰， 一端为直焊法兰。如图4所示。

图4 防火阀直连风口的做法

翻边法兰在防火阀生产的时候就已制作好， 直焊法兰需要在现场进行焊接， 目的是让防火阀安装时能顺利地穿过防火墙， 两端的法兰与风口上的法兰盘用螺栓连接， 法兰中间加密封垫片。

4 防火阀设计的改进建议

在建的AP系列电站给防火阀的设计提供了宝贵的经验。在满足防火阀设计规范的基础上， 防火阀设计要充分考虑现场的实际情况， 以保证设计方案能顺利实施。 通过AP系列现场经验， 通风系统的防火阀设计要充分考虑以下几点。

1） 两个防火阀相对位置。设计中不只要考虑到防火阀本体的大小， 也要充分考虑到防火阀外部执行机构所占据的空间， 防火阀贯穿形式所要求的外部限位角钢的空间，以及由此带来的安装操作空间的需求。在AP系列通风系统的设计中，尤其是送回风系统左右或上下布置在一起时， 要尽可能地给防火阀留出足够的空间。

2） 套管长度的确定。在 AP系列核电站防火阀套管的设计中， 套管超出被贯穿的墙体或楼板的长度有以下限制， 有执行器或检修门的一侧套管的长度不超过 16 英寸 （406mm）， 无执行机构或检修门一侧的套管长度不超过 6英寸 （152mm） [1] 。此长度只考虑到墙体或楼板的厚度， 但对于防火阀穿楼板时， 楼板下防火阀附近经常会有结构的钢梁， 钢梁的存在会导致防火阀套管上的限位角钢无法安装， 也会导致防火阀与风管连接的Breakaway无法正常安装。为避开结构的钢梁， 则需加长套管， 用同厚度的钢板焊接在原套管上。长度的临时变更会带来众多的问题， 比如套管与检修门的碰撞， 套管与风管上原支架的矛盾等。在设计时，要根据具体情况， 考虑到每侧套管伸出墙体或楼板的应有长度。

3） 防火阀两侧风管设备等级不同的情况。对于防火阀两侧连接不同等级的情况， 防火阀与风管之间、 防火阀与限位角钢的连接在两侧应有所不同。比如， 防火阀一侧为带放射性的风管，另一侧为普通的风管。因带放风管考虑更高的泄漏率的要求， 风管附件与风管的连接需采用焊接， 其它级别的风管附件与风管的连接可采用铆接， 对于壁厚较厚的风管也可采用焊接 [4] 。对于带防风管侧， 防火阀与风管连接需用普通的法兰连接， 法兰与风管的连接需采用焊接， 限位角钢的安装同样需焊接； 对于普通风管侧， 防火阀与风管的连接采用 Breakaway 的连接形式， Breakaway 的两侧夹板与风管的连接采用铆接， 限位角钢与套管的连接方式可根据套管壁厚确定。

5 结语

防火阀是通风系统防火设计中重要的组成部分，AP系列核电站防火阀在其实现防火功能或信号传输功能的基础上， 考虑了在各种用途下， 防火阀不同的构造， 包括熔断特性， 执行机构的设置， 阀门的泄露率的保证， 套管壁厚及长度等， 也遵照规范进行了防火阀在结构中的贯穿和安装方式， 设计了防火阀与风管间的连接方式等， 这些都与防火阀功能的正常发挥起着重要的作用。 随着 AP系列核电站的开展， 防火阀在现场的经验也是提高设计水平的宝贵财富， AP 系列核电站防火阀安装及运行经验将使防火阀的设计得到逐步完善。

参考文献

[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核电厂防火[S].1996.