Key Technology of ACP100: Reactor Core and Safety Design
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摘要: 模块式小型反应堆（SMR）是一种新型的核能系统。“玲龙一号”反应堆（ACP100）是我国完全自主创新的多用途模块化小型压水反应堆。本文介绍了ACP100的研发过程、堆芯设计和安全设计的主要特点，主要包括堆芯核设计、热工水力设计、安全设计理念、固有安全设计、事故应对策略等关键技术。ACP100反应堆通过基于全非能动的设计理念以及确定论与概率安全评价相结合的设计方法，极大地提高了安全性，超过了三代核电安全标准要求。
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关键词:
- “玲龙一号”反应堆（ACP100） /
- 模块式小型反应堆（SMR） /
- 堆芯设计 /
- 安全设计
Abstract: Small modular reactor is a new kind of nuclear energy system. The ACP100 is a multi-purpose modular small PWR with full intellectual property in China. This paper introduces the research and development process, the main characteristics of the reactor core and safety design technology, mainly including the nuclear design, thermal-hydraulic design, safety design concept, inherent safety design, and the strategy for accidents. Through the combination of the deterministic theory and the probabilistic safety assessment, the safety of ACP100 is greatly improved and exceeds the Generation 3 nuclear power plant safety standards.-
Key words:
- ACP100 /
- Small modular reactor /
- Reactor core design /
- Safety design
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图 1 平衡循环堆芯装载图
NEW—新燃料组件；不同颜色表示不同的组件类型
Figure 1. Diagram of Fuel Loading Pattern for Equilibrium Cycle
图 2 正常工况运行图
ΔI—轴向功率偏移（包含3%的不确定性）；Pr—功率水平；FP—满功率
Figure 2. Operation Diagram under Normal Conditions
图 3 进口段及1/3堆芯高度段流场分布图
网格中数据为相对质量流量
Figure 3. Flow Field Distribution Diagram at Inlet Section and 1/3 Core Height Section
表 1 ACP100堆芯主要参数
Table 1. General Reactor Core Parameters of ACP100
堆芯主要参数 参数值 反应堆热功率/MW 385 机组名义功率/MW 126.5 电厂设计寿命/a 60 换料周期/月 24 电厂运行方式 基负荷运行 极限安全地震（SL-2）水平峰值加速度/g 0.3 CDF/(堆·a）−1 <10−6 大量放射性释放频率（LRF）/(堆·a)−1 <10−7 燃料组件类型 17×17方形组件 堆芯活性段高度/m 2.15 
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表 2 过渡循环换料富集度及数量
Table 2. Concentration and Quantity of Transition Fuel Cycle
第2循环 第3循环 第4循环 第5循环 平衡循环 换料富
集度/%3.9+4.45 4.45 4.45+4.95 4.45+4.95 4.45+4.95 换料组件
数量20 20 24 24 24
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表 3 ACP100热工设计参数
Table 3. Thermal Design Parameters of ACP100
参数 参数值 参数 参数值 额定热功率/MW 385 旁流限值/% 5.0 主泵数量 4 堆芯流通面积/m2 1.4 系统压力/MPa（绝对） 15 堆芯平均流速/(m·s−1) 1.9 热工设计流量/(m3·h−1) 9550 堆芯入口温度/℃ 285.8 最佳估计流量/(m3·h−1) 10000 堆芯出口温度/℃ 321.2 机械设计流量/(m3·h−1) 10450 堆芯平均温度/℃ 303.5 平均线功率密度/(W·cm−1) 116 反应堆平均温度/℃ 303 堆芯平均热流密度/(W·cm−2) 38.8 最小稳态DNBR 2.70
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表 4 PSA分析技术见解
Table 4. PSA Analysis Technical Insights
改进项 说明 功率运行工况CDF
变化/(堆·a)−1RDP第3级 使用电动阀 3.23×10−7 使用爆破阀 9.31×10−8 正常余热排出系统 不执行安注功能 1.37×10−7 执行安注功能 9.31×10−8 安注箱设置 仅堆芯补水箱 9.31×10−8 堆芯补水箱+安注箱 9.31×10−8
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[1] 汪量子,巨海涛,秦冬,等. 模块式小型压水堆ACP100堆芯燃料管理策略研究[J]. 核动力工程,2018, 39(1): 157-160. [2] 余红星,周金满,冷贵君,等. “华龙一号”反应堆堆芯与安全设计研究[J]. 核动力工程,2019, 40(1): 1-7. [3] 宋丹戎, 秦忠. “玲龙一号”技术方案及示范工程进展[J]. 核电研发,2018, 11(1): 21-25. -
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