摘要：本文在阐述美国第三代核电厂火灾自动报警系统功能及作用的基础上，针对火灾自动报警系统采用美国标准设计的现状，通过比较分析中国标准和美国标准中对于几种火灾探测器布置要求的差异，寻求更适合于中国核电项目应用的探测器优化布置方式，可在后续自主设计的第三代核电厂项目中推广应用。

    关键词：美国第三代核电厂；火灾自动报警系统；中国标准、美国标准、优化

    AP1000核电厂是美国西屋公司设计的美国第三代核电厂。我国通过技术引进，首批4台机组已经开工建设，后续拟批量建设。后续项目的设计将主要由中方单位承担。AP1000核电厂火灾自动报警系统设计主要采用美国标准。考虑到中国项目还需遵守中国标准的相关强制性条款，而两国标准在火灾探测器的布置要求存在差异，故本文通过对比分析中国标准和美国标准中几种常用火灾探测器布置要求，找出适用于中国核电项目的探测器布置方式。

    1 核电厂火灾自动报警系统功能

    火灾自动报警系统是核电厂消防系统的重要组成部分，涉及全厂建筑物的消防安全，是重要的安全保障系统。火灾自动报警系统能在火灾的早期阶段，准确地探测到火情并迅速报警，对于及时组织快速有序疏散、积极有效地控制火灾的蔓延、快速灭火和减少火灾损失、降低火灾风险都具有重要作用。

    在核电厂各建筑物中存有火灾危险的房间或区域内，根据火灾探测区域发生火灾的特点合理选择火灾探测器，应用固定安装的火灾探测器，进行连续监测。一旦发生火灾，立即自动发出火灾报警信号，使操作人员和消防人员能快速、准确地探知早期火灾，确定火灾的具体位置，并在火灾报警控制屏与就地模拟显示盘上提供相应的火灾报警和设备状态指示。同时启动消防联动装置，自动或手动控制消防灭火装置，扑灭火灾。火灾自动报警系统还能根据要求进行消防应急广播，指导人员的疏散和消防人员的灭火行动。

    2 AP1000核电厂火灾自动报警系统现状

    AP1000核电厂的火灾自动报警系统设计主要采用美国标准NFPA72-2002《NationalFireAlarmCode》，而在中国的项目还需遵守中国标准GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》。两个标准在火灾探测器的布置设计的要求存在差异。对于核电厂中常用的几种火灾探测器，比如感烟探测器、红外光束感烟探测器、感温探测器等，根据火灾探测器在不同的厂房结构下的布置情况，对比分析中国标准和美国标准对这几种火灾探测器的布置要求。

    3 火灾探测器布置要求对比分析

    3.1感烟探测器

    点式感烟探测器的布置需要考虑周围环境的影响。周围环境的温度、湿度、气流速度等都会影响探测器的灵敏度和可靠性。

    3.1.1美国标准要求

    1）在天花板上布置时距离侧面墙的水平距离不应低于100mm；当探测器布置在侧面墙上时，距离天花板的高度应在100mm至300mm之间。点式感烟探测器在平滑天花板上布置时，一般按标准间距S=9.1m进行布置，探测器至墙边的距离不超过0.5S，保护区域内任何一点至探测器的距离不大于0.7S。根据布置时的实际情况，如：天花板高度、横梁结构、托梁结构、气流速度较大等，探测器的布置间距应适当的进行改变。

    2）天花板高度影响探测器的布置间距，但NFPA72中并没有给出详细的影响数值，此处可参考天花板高度对点式感温探测器的影响，见表1。同时，探测器的布置间距不小于火焰至天花板高度的0.4倍。

    3）横梁和托梁对点式感烟探测器布置的影响相同。

    表1天花板高度对点式感温探测器的影响

    对于水平天花板，如果天花板高度不超过3.66m且梁高不超过300mm，则探测器布置时，在平行于梁的方向上间距仍为S，在垂直于梁的方向上，间距为S/2；如果天花板高度超过3.66m，或梁高超过300mm，点式感烟探测器应布置在每个梁间区域。对于倾斜天花板且梁平行于倾斜面，探测器布置间距根据水平天花板的间距确定；天花板高度按平均高度计算；倾斜超过10°时，探测器至墙边的距离不受0.5S的限制；间距计算时取水平投影值。对于倾斜天花板且梁垂直于倾斜面，探测器布置间距根据水平天花板的间距确定；天花板高度按平均高度计算。

    表2探测器保护面积和保护半径

    3.1.2中国标准要求

    1）探测器至墙壁、梁边的水平距离不应小于0.5m；探测器周围0.5m内不应有遮挡物；探测器至空调送风口边的水平距离不应小于1.5m，并宜接近回风口安装；探测器至多孔送风顶棚孔口的水平距离不应小于0.5m；2）天花板高度对探测器布置间距的影响见表2。3）在有梁的顶棚上布置探测器时，当梁突出顶棚的高度小于200mm时，不计梁对探测器保护面积的影响；当梁突出顶棚的高度为200～600mm时，按表3确定梁对探测器保护面积的影响和一只探测器保护的梁间区域的个数；当梁突出顶棚的高度超过600mm时，被隔断的每个梁间区域按独立区域布置探测器；当梁间净距小于1m时，不计梁对探测器保护面积的影响。

    3.1.3对比结果

    通过对标准的比较可以看出，按美国标准，探测器周围0.1m以外的范围可以有墙、梁等结构，按中国标准，探测器周围0.5m以外的范围可以有墙、梁等结构或遮挡物，实际布置时，为了节省投资，探测器至墙壁、梁边等的垂直距离一般取0.5S，该距离一般情况下都要大于0.5m，所以上述因素对探测器布置间距影响不大。

    探测器布置间距的主要影响来自于天花板高度。以5m高度的天花板为例，美国标准中要求的探测器布置间距为6.49m，而中国标准中要求的探测器布置间距为9.57m。按美国标准，梁高超过300mm时，每个梁间区域应作为单独的区域进行探测器布置；按中国标准，梁高超过600mm时，每个梁间区域作为单独的区域进行探测器布置。所以，在这方面美国标准比中国标准更加严格。

    表3梁对探测器保护面积的影响

    3.2红外光束感烟探测器

    光束型感烟探测器布置在水平或倾斜天花板上时可等效认为是一排点式感烟探测器。

    3.2.1美国标准要求

    光束感烟探测器的光束长度不超过制造商确定的限值。布置时，光束间距一般取S=18.3m，光束距墙的距离不超过S/2。光束感烟探测器的发射端和接收端一般固定在两端墙上安装，也可悬挂在天花板上安装，当悬挂在天花板上安装时，发射端和接收端距墙的距离不超过S/4。

    3.2.2中国标准要求

    红外光束感烟探测器的光束轴线至顶棚的垂直距离宜为0.3～1.0m，距地高度不宜超过20m。相邻两组红外光束感烟探测器的水平距离不应大于14m。探测器至侧墙水平距离不应大于7m，且不应小于0.5m。探测器的发射器和接收器之间的距离不宜超过100m。

    3.2.3对比结果

    在红外光束感烟探测器布置方面，按中国标准要求布置时，探测器布置间距较小，布置的探测器密度更大，探测的可靠性也更高。因此，认为该处中国标准要严于美国标准。此外，红外光束感烟探测器在运行时稍微的震动都可能影响探测器的性能，因此要求探测器应布置在稳固的基础上，首选固定在实体墙面上，不推荐悬挂安装方式。

    3.3感温探测器

    3.3.1美国标准要求

    1）点式感温探测器在天花板上布置时距离侧面墙的水平距离不应低于100mm；当探测器布置在侧面墙上时，距离天花板的高度应在100～300mm之间。点式感温探测器的布置间距S应符合制造商的建议距离，该距离一般以标准火灾试验来确定。点式感温探测器在平滑天花板上布置时，探测器至墙边的距离不超过0.5S，保护区域内任何一点至探测器的距离不大于0.7S。根据天花板高度、梁结构等的影响，探测器的布置间距S应进行适当调整。2）天花板高度对点式感温探测器布置间距的影响见表1。3）对于托梁结构，点式感温探测器在平行于梁的方向上布置间距不受影响，仍为S；在垂直于梁的方向上，探测器的布置间距应减半，为S/2。对于横梁结构，如果梁高不超过100mm，则按平滑天花板考虑；如果梁高超过100mm，探测器在垂直于梁的方向上布置时，间距不超过2S/3；如果梁高超过460mm且梁的中心间距大于2.4m，则每个梁间区域按单独的区域进行布置。

    3.3.2中国标准要求

    点式感温探测器的布置要求参见3.1.2节。

    3.3.3对比结果

    通过对中美标准的比较可以看出，按美国标准，探测器周围0.1m以外的范围可以有墙、梁等结构，按中国标准，探测器周围0.5m以外的范围可以有墙、梁等结构或遮挡物，实际布置时，为了节省投资，探测器至墙壁、梁边等的垂直距离一般取0.5S，该距离一般情况下都要大于0.5m，所以上述因素对探测器布置间距影响不大。

    探测器布置间距的主要影响来自于天花板高度。以5m高度的天花板为例，美国标准中要求的探测器布置间距为6.49m，而中国标准中要求的探测器布置间距为6.29m。按美国标准，梁高超过460mm时，每个梁间区域应作为单独的区域进行探测器布置；按中国标准，梁高超过600mm时，每个梁间区域作为单独的区域进行探测器布置。所以，在这方面美国标准比中国标准更加严格。

    4 结语

    通过上述对中美标准的比较可以看出，对使用比较普遍、用量最多的点式感烟探测器和点式感温探测器，美国标准比中国标准更加严格。对于红外光束感烟探测器，中国标准中规定的布置间距比美国标准中规定的布置间距更严格。

    由于美国标准和中国标准中，天花板高度对探测器布置间距的影响较大。以核岛辅助厂房为例，核岛辅助厂房天花板高度在4.5m至5.1m。按平滑屋顶计算，根据美国标准，感烟探测器的布置间距为7.04m至6.49m；根据中国标准，感烟探测器的布置间距为8.29m，美国标准比中国标准更加严格。对于感温探测器，美国标准中的布置间距是以火灾试验或制造商的建议来确定的，无法与中国标准中的具体数值进行比较。

    综上所述，对于大多数情况来说，美国标准是严于中国标准的，在这些方面如果参考美国标准进行设计，可以满足中国标准的要求。由于核电厂火灾自动报警系统总的投资占整个项目投资的比例很小，因此可以在设计中同时参考中国标准和美国标准，参考其中更加严格的要求进行设计，以保证探测火灾的及时性和系统的可靠性。同时，其他未在本文中提到的探测器，如火焰探测器、气体探测器、通风管内安装的感烟探测器等，在布置时应遵循制造商给出的建议方案，以使探测器达到最佳性能，更加高效的探测火灾，保护核电厂内的人身和财产安全。