卢忠华

摘要：全球核电厂火灾案例表明，火灾对核电厂造成的损失巨大，甚至对核安全具有严重威胁，防火工作在运行核电厂非常重要。核电厂防火相关导则、规范仅仅要求电厂应尽可能减少可燃物使用，而在实际消防管理工作中，如何将防火空间内可燃物的引入量进行界定是困扰众多核电厂消防工作者的重要问题之一。本文介绍了在维持防火空间完整性的前提下，以国际标准升温曲线为理论模型，在火灾危害性分析报告的基础上运用火灾荷载计算方法，分析得出了可燃物料其理论上的最大允许的临时引入量，为实际工作提供参考。

关键词：核电厂; 临时可燃物; 最大引入量

1   引言

在核电厂内，火灾发生的频率比较高，其事故发展也较难以预测，对核电厂的安全构成了严重威胁。据统计，在1991 年以前美国核电厂发生火灾的频率为0.29次/堆年，近年来随着防火技术的发展及管理水平的提高，火灾频率已经下降到0.14次/堆年，但数据仍相当高[1]。核电厂因火灾而造成的损失在总财产损失中占据主要地位。根据美国M&M保险咨询公司统计，核电厂火灾损失占到总损失的90%。

对核电厂火灾开展系统、全面的安全评价是核电厂防火的重要组成部分，目前核电厂火灾安全评价的方法主要基于确定论和概率论技术。其中采用概率论技术对核电厂进行火灾安全评价的工作即核电厂内部火灾概率安全评价（火灾PSA）。

核电厂火灾不仅仅威胁核安全，還可能造成重大的经济损失，以下变压器火灾事故未造成人员伤亡，但均造成了至少千万以上的经济损失[2]：

2008年8月26日，江苏田湾核电厂一号机组主变压器B相在额定功率运行时，突发故障爆炸起火，导致自动灭火系统失效，电厂启动四级干预，周边各消防中队均到场展开灭火救援。

2009年6月12日，台湾地区垦丁核三厂一号机组启动变压器爆炸起火，浓烟直窜云霄。核三厂和辖区消防队出动12辆消防车救援。此次火灾损失近五千万新台币。

由此可见，火灾已经成为核电厂安全最现实和最直接的威胁之一。

2   核电消防法规要求

由于引入的临时可燃物会对厂房消防用水量、火灾危险性造成影响，在《核电厂防火》（HAD102/11）、《核动力厂运行防火安全》（HAD 103/10）中，明确提出核电厂运行期间必须对可燃物料“进行有效的行政管理”。《核电厂防火准则》（EJ/T1082-2005）则更加明确要求“应确定每个防火区所有易燃物及可燃物的最大可允许库存量”。在实际防火管理中，笔者翻阅各同行电厂可燃物控制管理程序，发现各电厂可燃物控制限值均沿用经验值，而对法规中“最大可允许库存量”缺乏有效的依据。本文旨在运行核电厂火灾危害性分析的基础上，结合既有火灾发展理论，对运行核电厂可燃物控制进行思考。

3   火灾危害性分析

按照《核电厂防火》（HAD102/11）和《法国压水堆核电站防火设计和建造规则（RCC-I 97版）》等法规的规定，核电厂应进行火灾危害性分析和防火薄弱环节分析， 以检验核电站防火设计的完善性。《核电厂防火》（HAD102/11）明确要求：“必须在反应堆首次装料之前对核岛的防火安全作进一步的火灾危害性分析。”火灾危害性分析报告将作为核电厂最终安全分析报告（FSAR）的一份支持性文件，分析的主要目的如下[3]：

a）鉴别安全重要物项和确定其单个部件在防火区里的位置;

b）分析预计的火灾发展过程和火灾对安全重要物项造成的后果;

c）验证防火屏障所需耐火极限;

d）确定针对火灾而达到安全状态所必需的能动和非能动消防措施;

e）就各种因素特别对于共模故障，鉴别出有必要增加额外火灾分隔或消防的情况，以便保证安全系统在可信火灾过程之中和之后仍能保持其功能。

本文基于某核电厂危害性分析报告中的数据进行进一步阐述。

4   理论最大可允许临时引入量

4.1  ISO 834标准升温曲线

国际阻燃、防火测试标准（ISO 834）中定义了一种建筑构件在燃烧炉中进行耐火性测试的曲线，称为国际标准升温曲线（也称ISO 834曲线）。该曲线是依据公式T-T0=345lg（8t+1）所绘制，用来描述温度随时间的变化规律（图1）。式中：

现实中受可燃物种类、数量、起火原因等多因素影响，火灾的发展过程相当复杂，且同一类构件在不同施工工艺和不同截面、不同组分、不同受力条件以及不同升温曲线等情况下的耐火极限也不一样。RCC-I 97版以及我国《建筑设计防火规范》均提出可采用ISO 834曲线作为一般建筑室内火灾的火灾模型来进行计算。该模型有以下几个特点：

（1）火灾荷载均匀分布。

（2）温度随时间的变化为定值。

（3）通风条件不受限，保证燃烧充分。

（4）火灾持续时间视为着火到轰燃（温度最高时）的时间。

（5）将设计耐火极限视为最长火灾持续时间。

4.2  火灾发展影响因素

火灾发生后，其燃烧速率、火势大小主要受到火灾荷载、火灾持续时间以及耐火极限的影响。

（1）火灾荷载与火灾荷载密度

火灾荷载：指特定空间内所有可燃物燃烧所释放的热量总和。计算公式为：Lf=∑MiCi∑MiCi

注：Lf：火灾荷载（MJ）;Mi：各种可燃物质量（kg）;Ci：与各可燃物相对应的燃烧热值（MJ/kg）;i：指可燃物类别。

火灾荷载密度：在特定空间按地面的单位面积计算出的火灾荷载。计算公式为：If=∑MiCi/A∑MiCi/A

注：If：火灾荷载密度（MJ/m2）;A：特定空间地面表面积（m2）。

可燃物的燃烧热值均可查表得出，以下提供核电厂几种常见可燃物的燃烧热值：

（2）火灾持续时间和最高温度

火灾持续时间：指防火空间内可燃物全部燃尽且过程中无任何灭火干预行动的燃烧时间。（火灾危害性分析报告中认为该时间等于着火至轰燃的时间，与本文模型一致。）

轰燃：火灾科学发展过程中对轰燃的定义较多，目前最公认的定义指室内火灾由局部起火向大火的转变，转变完成后室内所有可燃物表面都开始燃烧的现象[4]。发生轰燃时空间内的温度达到最大值。

最高温度：通过火灾荷载密度与时间曲线（If-t曲线，图2）便可得出最高温度T。作为衡量火灾危险性的重要因素，火场温度影响着防火屏障的有效性。

4.3  最大理论可允许临时引入量

综上所述，便可依据防火区最大可包容的火灾荷载与现有火灾荷载之差，得出理论上特定防火区内最大可允许引入量。步骤可简化为：

（1）計算空间内现有可燃物火灾荷载Lf1与火灾荷载密度If1;

（2）查图If-t曲线得出现有条件下的最低火灾持续时间t1;

（3）根据设计耐火极限t2，查If-t曲线得出理论最大可容忍火灾荷载密度：Ifmax;

（4）计算理论最大火灾荷载：Lfmax=Ifmax*A。

差值ΔLΔLf=Lfmax- Lf1=（Ifmax-If1）*A，此即理论最大可包容的火灾荷载。依据火灾荷载计算公式Lf=∑MiCi∑MiCi，查表得出某种可燃物燃烧热值后，即可得出特定可燃物所允许临时引入的最大值（质量）：Mi=ΔLΔLf/Ci。

以某核电厂核岛内编号为1ZFSR0180B的防火空间为例，设计耐火极限t=1h，面积A总=5715.28㎡，内含电缆、电气设备、油漆、润滑油等可燃物。通过计算其质量及其燃烧热值，可得出该空间现有火灾总荷载Lf1为477522.75MJ，火灾荷载密度If1为83.55MJ/㎡。根据设计耐火极限查阅If-t曲线，便可得出该防火空间理论最大可容忍火灾荷载密度Ifmax约为240 MJ/㎡，得出ΔLΔLf=Lfmax- Lf1=（Ifmax- If1）*A=（240 MJ/㎡-83.55 MJ/㎡）*5715.28㎡=894155.56 MJ。以引入柴油（燃烧热值42.05MJ/kg）为例，其最大可允许引入量为：M柴油=ΔLΔLf/C柴油=894155.56 MJ/42.055 MJ/kg=21261.58kg。

从本例可以看出，由于防火空间面积较大，所计算得出的值并不利于实际操作。因此，同样的思路情况下，可采取同样的计算方法得出某防火小区或房间内的理论值。当耐火极限同等时，将防火空间最大临时引入量乘以某房间在该防火空间所占的面积比，便可作为该房间的最大引入限值。继续以上述防火空间内某50㎡的房间为例，最大可允许引入量M柴油/A总*A房间=21261.25kg*50㎡/5715.28㎡=186kg。此即该房间的最大可允许临时引入量。

5   结语

在理论状态下得出的临时可燃物引入限值，有助于消防工作人员在可燃物控制工作中清晰地掌握相应空间内的火灾危险性，从而加强该区域的监督和管理。核电厂厂房众多，且限于资源短板和工作性质，本文谨从理论角度进行简要分析，为电厂可燃物控制提供参考。文中所述过程中大量的计算需充分发挥员工能动性，以确定各个区域的管理目标和要求。在核电厂实际防火管理中，需执行“总火灾荷载应保持合理可行尽量低”“可燃物料的使用应降至最少”的要求，在最大限度地维持防火屏障完整性的前提下，还需要考虑辐射控制区、核安全相关设备保护等诸多因素。

参考文献：

[1]   喻新利，郑向阳，赵  博.核电厂内部火灾概率安全评价现状[J].核安全，2010，（04）：29-34.

[2]   EJ/T 1217-2007核动力厂火灾危害性分析指南[S].2007.

[3]   杜文锋.消防燃烧学[M].中国人民公安大学出版社，1996.