核电厂汽机厂房内消防排水设计研究

王帅，贲岳

（国核电力规划设计研究院有限公司，北京 100095）

1 引言

在设置消防给水的场所，消防排水有多种途径，主要包括水灭火过程中产生的灭火排水，定期巡检、调试、试验产生的排水和火灾导致设备、管道破裂产生的排水等。若消防排水不能及时排除，不仅会影响到正常的生产运行，还会造成结构荷载的增加，长时间的积水会损坏建筑装饰，严重时会对建筑结构的安全性与稳定性造成一定的影响。对于部分特殊的区域（如电子设备间、配电室等），不仅会影响设备的正常运行，甚至造成重大的经济损失[1,2]。

根据对国内多家在役核电厂的调研，普遍认为火灾属特定事故，以灭火为最终目的，没有明确的消防排水设计原则或专项研究。近些年，相关消防规范要求设有消防给水系统的建（构）筑物应设置消防排水设施，以水为介质进行灭火时，必然带来排水问题，处理不好会产生次生灾害，需要预防；同时消防设施在定期模拟巡检、调试、维护、试验过程中也会产生少量排水，对运行造成诸多不便，因此，需采取适当的排水措施[3]。核电厂汽机厂房室内水消防系统包括消火栓、自动喷水、水喷雾等灭火系统，作为核电厂重要的建筑物，其消防排水系统设计是一项重要工作。

建构（筑）物常用的排水设施为地漏和排水沟。地漏排水能力相对较小，若地面采用地漏排水，局部布置数量多、非常密集，连接地漏的排水管较多、布置困难、且容易堵塞，而楼板上设置排水沟会使得结构复杂。

深入研究消防排水布置与设计，是完善水灭火系统设计，提升运行环境，确保系统的安全运行，对保护财产、防止水渍破坏具有深远的意义。

2 相关规范对消防排水设计要求

根据GB 50745—2012《核电厂常规岛设计防火规范》规定，设有消防给水系统的建（构）筑物应设置消防排水设施。由于润滑油箱所在房间和设有消防给水设施的仓库地面排水有可能含油，应排入核电厂生产废水系统，统一贮存、处理，其排水能力不宜小于最大消防给水设计流量；其他区域的消防排水设施没有明确的容量及去向要求[4]。

根据GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》规定，设有消防给水系统的建筑工程宜采取消防排水措施，排水措施应满足财产和消防设施安全，以及系统调试和日常维护管理等安全和功能的需要，明确了设置消防排水的建（构）筑物以及对排水系统的要求。另外，要求消防给水系统试验装置处应设置专用排水设施，对排水管径做出规定[5]。

根据GB 51283—2020《精细化工企业工程设计防火标准》规定，对于可能造成水体污染的消防废水，应设置消防废水排水收集设施；消防废水宜利用工厂生产废水或雨水系统收集，当利用生产废水系统、雨水系统收集消防排水时，应按最大消防废水量校核排水系统的收集能力[6]。根据GB 50414—2018《钢铁冶金企业设计防火标准》规定，消防排水、电梯井排水宜与生产、生活排水统一设计。电缆隧道、电缆夹层和电气地下室等电气防护空间，应对其墙面和地面做防水处理，并应设置集水坑[7]。根据GB/T 51293—2018《城市轨道交通给水排水系统技术标准》规定，消防排水量应与消防用水量相同[8]。根据GB 50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》规定，消防排水应与电厂排水系统统一设计。油系统等设施的消防排水应按消防流量设计,其他场所的消防排水宜排入室外雨水管道[9]。根据GB 50098—2009《人民防空工程设计防火规范》规定，设置有消防给水的人防工程，必须设置消防排水设施，一般消防排水量可按消防设计流量的80%计算[10]。由于火灾中水的蒸发、被物体吸收等因素，不可能全部的消防用水都形成径流积存，若按消防给水设计流量设计，其排水系统相对加大。

NFPA804Standard for Fire Protection for Advanced Light Water Reactor Electric Generating Plants提供了排水和避免设备被淹的措施，其排水能力及容积应能满足单个最大可燃易燃液体的溢流量、至少30 min自动水消防用水量、30 min手动灭火消防用水量（流量1892.5 L/min，未设置自动水消防系统时），当布置在室外时应考虑雨雪的量，对消防排水系统相关设施的容量提出了明确的要求[11]。

我国现行消防标准和NFPA相关标准均明确要求在设有消防给水系统的建（构）筑物设置消防排水设施，NFPA804对消防排水能力及容积要求明确，现行国标中仅对某些特定场所明确了消防排水能力。

3 核电厂汽机厂房水消防系统设计

依托某核电工程开展相关设计研究，汽机厂房设置的水消防系统包括室内外消火栓、自动喷水和水喷雾灭火系统，火灾延续时间按2 h计。汽机厂房室内外消火栓设计流量分别为25 L/s和20 L/s，部分水消防系统设计用水量见表1。

表1 依托工程汽机厂房部分水消防系统设计用水量

4 核电厂汽机厂房消防排水系统设计

4.1 排水分区

汽机厂房的消防排水仅考虑水灭火过程中产生的灭火排水和定期巡检、调试、试验产生的排水。结合厂房内各类设施的布置以及消防给水系统的设置，消防排水根据水质与其他生产排水统一规划实施，并按分质、分区的原则收集排放。通常，核电厂消防用水水质为工业水或生活水，在汽机厂房内灭火产生的排水水质与保护区域或设备的类别有关，分为含油类和非含油类；而消防水系统定期巡检、调试、试验产生的排水未被污染，为非含油类，均通过管道就近排至排水管（沟）。

由于汽机厂房空间大，长约125 m，宽约56 m，结合厂房内建筑、工艺、设备（含电气设施）的布置划分多个排水区域，将消防排水控制在一定范围内（主要为±0.00 m层和-9.00 m层，其他层消防给水量相对较小，产生的消防排水量也较小，且均为非含油类废水，因此未做分区）。汽机厂房地下室设有海水排水沟和含油废水排水沟，分别连接至1座海水池和1座含油废水池，其中含油废水池中安装2台流量130 m3/h的排水泵，最终排至非放射性生产废水处理系统处理达标后排放。

润滑油室位于5.00 m房间，其消防排水通过管道独立排至含油废水池；氢密封油油箱、电动给水泵及油箱消防排水通过管（沟）道排至含油废水排水沟；由于-9.00 m层和±0.00 m层自动喷水灭火系统为整层设置，根据NFPA850Recommended Practice for Fire Protection for Electric Generating Plants and High Voltage Direct Current Converter Stations规定，受油流淌、喷射和积聚影响的运转层下区域应设置自动喷水[12]，其目的是为了防止油类火灾蔓延，因此，需按含油废水处理。由于地下室排水沟均为明沟，自动喷水灭火系统的排水将根据排水沟的功能排至海水池或含油废水池。电缆夹层位于6.00 m房间，通过管道独立排至地下室排水沟，最终排至海水池；其他消防排水均利用附近排水设施，最终排入海水池或含油废水池。含油废水均被排至厂区非放射性生产废水处理系统的含油废水处理设施处理达标后排放。

4.2 排水设施

根据相关消防要求，汽机厂房润滑油室、电动给水泵及油箱、氢密封油箱等含油设施区域的消防排水能力均按不小于消防给水设计流量设计；由于依托工程汽机厂房为半地下结构，为避免造成二次灾害，消防排水能力亦按消防给水设计流量设计。

根据工程实际需要，将雨水斗应用于汽机厂房内的地面排水，其排水能力大，布置相对简单，适合消防排水流量较大的场所。具体排水能力见表2[13]。

表2 雨水斗排水能力

依托工程汽机厂房±0.00 m层、润滑油室和电缆夹层采用87改进型雨水斗排水，由于电动给水泵及油箱位于地下室，采用管（沟）道排水，-9.00 m层与其他专业统筹规划采用排水沟排水，根据保护区域或设备的消防排水设计流量确定其排水设施规格和数量。除润滑油室消防排水通过管道独立排至含油废水池外，其他排水最终通过地下室设置的排水沟排至含油废水池或海水池。灭火的消防排水可能产生一定范围的积水漫排，但为了防止消防排水通过楼板开孔漫流，其周围设置50～100 mm的挡沿，另外厂房内各工艺和电气设备均设有高度不小于100 mm的基础，起到了避免被消防排水损害的作用；消防水系统定期巡检、调试、试验产生的排水均通过管道就近排至排水沟。消防排水最终通过排水泵排至耐海水腐蚀的处理设施处理。

5 结论与展望

1）根据相关规范要求，设有消防给水系统的建（构）筑物应设置消防排水设施。消防排水应按含油和非含油分质排放，含油设施的消防排水能力均按不小于消防给水设计流量设计，而非含油设施的消防排水能力尚未有相关的消防规范明确要求。因此，可结合区域内设备布置、建筑结构开孔等条件确定排水能力，其目的是避免造成次生灾害，建议排水能力按消防给水设计流量设计。

2）大流量消防排水的场所宜采用雨水斗，其排水能力相对地漏大，结构布置相对排水沟简单，通过合理选型和布置，布置简单、数量少且能保证排水顺畅。

3）建议同其他相关专业密切配合，并提出具体要求，避免对设备、建筑结构造成不利影响；通过合理地分区、分质收集，结合开孔处挡沿、设备基础、排水设施优化、排水沟道等措施，能较好地实现有组织分区、分质排水，满足日益严格的消防和环保要求，避免水灭火后产生次生灾害，确保核电厂安全稳定运行。