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核能建设是我国能源建设的一项重要政策,对于满足经济和社会发展不断增长的能源需要,保障能源供应与安全,实现电力行业结构优化和可持续发展以及提升我国综合国力,有着极为重要的作用。然而,由于核电站事故危害的严重性,核安全已成为人们普遍关注的话题。
在众多事故中,火灾引发的核安全问题日益增多,火灾爆炸事故呈现出上升的趋势,在世界范围内因发生核电站火灾所造成的直接经济损失已高达45亿美元。可见,火灾危险一直以来都是安全领域中极为重要的课题。
核电站主储油罐间储油量大且易燃物集中,是核电站火灾事故频率高发的场所,一旦发生火灾很难控制和扑救。一方面,迅猛的火势对附近设备和相邻油罐的高强度辐射,使得相邻设备及油罐引燃,极易造成火灾的进一步发展。另一方面,如果主储油罐间火灾影响到应急柴油发电机,将会增加核安全风险,影响到反应堆状态。因此,对于核电站主储油罐间的火灾危害研究十分必要。
国内关于核电站主储油罐间火灾方面的研究相对较晚,在常见的二代改进型核电站火灾研究方面,基本都是沿用法国设计的一套人工计算方法。该方法基于火灾标准升温曲线,通过计算防火区域内火灾载荷密度,分析防火区内火灾持续的时间,进而与防火区边界的耐火极限相比较。该方法既无法得出火灾实际的升温情况,也不能有效地描述喷淋系统对火灾的控制效用,存在着一定的局限性。
目前,火灾数值模拟在民用建筑防火和设计中应用广泛且技术较为成熟,在国内外已经取得了良好的实践效果,但是在核电站消防中,其应用仍处于起步阶段。本研究在国内率先将FDS火灾动态数值模拟计算方法引入到核电站消防领域中,应用FDS软件建立核电站主储油罐间不同火灾情境模型。通过数据分析,讨论了喷淋系统在不同火灾情境中对火源热释放速率,关键点温度、压力及气体浓度等关键参数的控制效用,说明了相邻油罐引燃时主储油罐间参数变化规律。研究表明,FDS数值模拟方法在核电站火灾分析评估中具有较好的可行性,通过数值模拟计算的方法,可以为国内核安全研究人员提供更可靠防火的设计理念和评估方法,有效地降低核电站火灾风险,确保核安全。