核电厂消防钢瓶故障分析与改进

陈若滢，黄显艺

（福建福清核电有限公司，福建福清 350318）

0 引言

目前核电厂常用于实现消防功能的烟烙烬灭火系统由美国安素公司生产、利用固定喷嘴与药剂实现分配管网的工程系统。该系统根据美国国家防火协会（National Fire Protection Association，NFPA）“清洁药剂灭火系统”2001标准设计和安装，主要利用自动运行的探测与控制设备操控启动，必要时通过相关配件的安装于调试。根据现场实际环境，烟烙烬灭火系统在实现报警、通风控制、关闭门窗或其他辅助的关闭功能时，需使用一些特定附件。

在气体灭火原理方面，烟烙尽药剂成分为3种惰性气体的混合物，即52%氮气、40%氩气和8%二氧化碳。通过提升空气中惰性气体浓度、极度降低氧气浓度达到扑灭火灾的目的。

1 烟烙烬系统故障现象

烟烙烬系统实现消防功能是通过消防钢瓶、钢瓶头部件、单向阀、连接管等设备的相互配合与协调来实现的（图1）。核电厂使用烟烙烬的消防系统中，常见故障有钢瓶头泄压、单向阀失效、连接管失效等情况，单一或多个故障同时发生的情况下故障现象大有不同。结合核电厂运行实际情况，分析烟烙烬系统钢瓶泄压故障。

图1 烟烙烬灭火系统

2 烟烙烬系统重要部件

2.1 钢瓶头部件组装分析

为提高钢瓶封口可靠性，实现钢瓶接连触发的效果，装有烟烙尽药剂的钢瓶上方装有图2所示瓶头组装部件。各部件安装方式简单，可根据实际需要增减、可串联。

图2 钢瓶头部件

（1）CV-98瓶头阀。作用是与钢瓶口连接的阀门，下部顶针设计用于触发钢瓶。具有电动、气动、手动的背压式启动方式。特点是充装端和启动端的螺纹尺寸不同，以防误用装置。日常使用及系统试验中无需拆卸，密封性好，可靠性高。

（2）电启动器。与压力启动器套用，可重复使用与叠加。在仅使用单台电启动器时，必须串联21.5 Ω电阻，12 V直流电源供电，利用线圈通电后产生的磁性与电启动器内磁铁部件相互作用，触发该电启动器。上连接拉杆，适用于多次进行预防性维修与试验的场所；可靠性高，一般除承载电压过大而造成线圈烧坏以外，较少出现其他损坏因素。

（3）压力启动器。与电启动器配套使用，顶部可安装其他启动器。安装方式简单且可靠性高。如经触发，需使用专用复位工具。

（4）拉杆启动器。拉杆启动器可安装在电动启动器上，使得单个主钢瓶能用电动、气动和机械启动。相当于在其他启动方式失效时可使用的手动启动方式；配有保护拉环，不易误触发。

2.2 同组钢瓶接连泄压原理分析

烙烬灭火系统采用钢瓶分组泄压的触发、运行方式，以此达到控制惰性气体喷射量、减少不必要的消耗、降低人员窒息风险的目的。

如图3所示，当某组钢瓶中的主动瓶头各类启动器收到来自电信号、手动操作等形式的作用、启动器触发造成瓶头阀顶针弹出时，主动瓶在触发泄压的同时会在连接管内产生一股气压，而后二级主动瓶逐级利用其同组上一个钢瓶触发后产生气压接连触发。一般每组钢瓶的容量、数量将取决于该组所分配的消防房间的空间大小与现场运用，因此当现场每个钢瓶都装有启动装置时，一旦某钢瓶由于瓶头阀顶针弹出继而开始泄压，则喷发惰性消防气体的将是同组中在其压力走向下游的全部钢瓶。

图3 同组钢瓶连接

2.3 泄压钢瓶数量异常故障分析

烟烙烬灭火系统采用钢瓶分组泄压的触发、运行方式。正常情况下，某一钢瓶的故障泄压仅可能导致其下游并同组的钢瓶泄压。但在核电厂实际运行中可能出现非下游、不同组钢瓶误喷现象，这就是单向阀失效的故障表现。某单向阀锈蚀、失效可能造成的额外触发。在整个系统的分组中，单向阀控制钢瓶触发的组别，达到在不同房间进行消防喷洒的效果。如图4所示，举例2种情况说明。

图4 烟烙烬系统消防钢瓶存放（部分）

（1）当1号钢瓶触发泄压时，如单向阀A，B，C功能正常，则在接连触发其下游的2，3号钢瓶的同时，还将通过单向阀B，C接连触发8号钢瓶及其压力输送下游的9～11号钢瓶，因A的作用4～7号钢瓶不受影响。

（2）当1号钢瓶触发泄压时，如单向阀A与C发生故障或锈蚀造成失效，则从1号钢瓶瓶头输出的管线压力将直接造成1～8号钢瓶的全部触发，其中4～7号钢瓶为错误触发。与此同时，本应触发的9～11号钢瓶则并未触发。

由此可见，单向阀功能异常是导致钢瓶误喷且范围扩大到其他组别的直接、根本原因。

3 总结

3.1 电启动器复位流程细化

在电启动器拆装、复位工作的实施过程中，需更加关注各时间段底部顶针的状态，尤其是设备回装之前。在日常故障检修与试验的实施过程中，在钢瓶电启动器安装前必须对电启动器状态进行确认。如电启动器下方顶针突出，则需对其进行手动复位。使用专用复位工具（部件号75433）对准电启动器下方顶针，用较大的力量顶压，直到听到“咔哒”一声。而后以不同方向多次用力晃动电启动器，确认顶针仍未突出，说明顶针已彻底恢复未触发时位置并卡死，正确复位。通过电启动器加24 V电源信号后触发动作，顶针可有效恢复，摇晃后顶针无晃动、收缩现象，则可说明电启动器功能正常，可实施回装操作。

3.2 烟烙尽系统单向阀维护须知

在以气体为传输媒质的消防系统管道内，安装于调试期间慎行水压试验。已有经验表明，在气体传输管道内进行过水压试验的前提下，阀门部件由于管道内部与设备缝隙中液体残留，导致设备锈蚀、失效的概率通常较高。此外定期的预防性维护也是必不可少，考虑到核电厂烟烙烬灭火系统触发报警与喷发概率较小，可在日常试验的开展中适当加入单向阀等重要部件的检查与关注，降低系统异常故障时不利影响扩大的可能性，提升消防系统应急可靠性。