CNP-600是中国核工业总公司的一种自主设计、自主建造、自主管理、自主运营的第二代商用压水堆堆型。额定电功率650 MW、额定热功率1930MW。双环路。堆芯由121组燃料组建构成,活性段高度365.8cm,等效直径267.0cm。冷却剂压力15.5MPa。平均线功率密度16.09kW·m-1。循环长度:280满功率天。堆芯铀装量55.6吨。设计寿命40年。
基于中国第一种商用核电堆型CNP-300研发。并借鉴了大亚湾核电厂的M310堆型。
CNP-600的第一座商业运行反应堆是2002年的秦山核电厂二期工程,总设计师叶奇蓁(中国工程院院士)。2004年至2011年又商投了3座反应堆。2015年和2016年的海南昌江核电厂商业运行了2座反应堆。
升级改造
在 2011 年日本福岛核事故后,中核集团对这 6 台 CNP-600 机组实施了中国核电史上规模最大、最彻底的“非能动化”与“纵深防御”安全改造工程。这次大手术直接将这批二代改机组的安全指标拉升到了准三代(Gen-III)的标准。包括在数字化仪控系统(DCS)国产化、反应堆功率提升、安全裕度强化 以及运行寿期延长(延寿)。
*数字化仪控系统(DCS)升级与自主化
*机组功率提升(Power Upgrade)
*运行寿期延长(核电延寿)
*使用 中核集团在 AFA 2G 基础上自主研发了 CF2(China Fuel 2)先进燃料组件(由中核建中核燃料元件公司生产)替换基于法国阿海珐(AREVA)的 AFA 2G(Advanced Fuel Assembly 2nd Generation)燃料。使用4.45%燃料,换料周期从12个月提升到18个月。
*全厂断电(SBO)防御改造:引入移动式“生命线”。 福岛核事故的本质是海啸摧毁了应急柴油发电机,导致全厂断电(Station Blackout, SBO),一回路完全失去冷却能力。
**增设移动式柴油发电机接口: 改造成败的关键在于“电”。技术人员在 CNP-600 的厂房外墙和电气室,加装了防水、抗震的移动式高压/低压柴油发电机快速接线接口。一旦厂区固定的 2 台应急柴油机同时失效,场外的移动电源车可在数小时内开抵现场,插上插头即可恢复关键仪控和补水泵的供电。
**空冷式应急柴油机升级: 秦山和昌江基地均配置了额外的空冷式应急电源。与传统依赖海水冷却的柴油机不同,空冷柴油机不惧怕海啸或进水口堵塞,是名副其实的最后一道电力防线。
*纵深防御:非能动氢气消除与安全壳排气系统 当反应堆核心开始缺水时,锆合金包壳在高温下与水蒸气反应会产生巨量氢气。福岛的厂房就是被氢气炸毁的。
**全面加装非能动消氢装置(PAR):技术人员在 CNP-600 的圆形混凝土安全壳内部,高密度悬挂了数十块非能动催化重组元件。这些元件不需要任何电力驱动。当空气中的氢气浓度达到临界点时,元件表面的铂/钯催化剂会直接促使氢气与氧气在低温下结合成水蒸气。这项改造从根本上消除了 CNP-600 发生氢气爆炸的物理可能。
**增设安全壳过滤排放系统(CFVS):如果事故极端严重导致安全壳内压力过大,过去只能憋着。改造后,CNP-600 增设了特殊的过滤排气管道。在必须泄压时,气体经过多级特殊的“沙滤”和“分子筛”过滤,阻绝 99.9% 的放射性碘和气溶胶后,才将无害的气体排入大气,防止污染周边环境。
*热阱防御:二次侧非能动余热排出(PRS)的试验与应用 这是 CNP-600 最具含金量、甚至带有三代技术实验性质的高端改造。
**技术痛点: 传统 CNP-600 停堆后,需要依靠辅助给水泵向蒸发器注水来带走堆芯余热。没电,泵就无法运转。
**魔改方案: 中核集团利用秦山二期作为基地,研发并在部分机组上试验了二次侧非能动余热排出系统(Passive Residual Heat Removal System, PRS)。该系统在反应堆上方的厂房高处设置了一个巨大的应急辅助水箱。
**物理机制: 当发生全厂断电、泵全部停转时,一回路的高温水与二次侧的水通过自然对流(热传导冷流降)启动。高温蒸气自动上升到高处的水箱冷凝,化为冷水后再靠重力流回蒸发器。整个冷却过程完全不需要任何电泵,仅靠重力和密度差就能维持堆芯长达 72 小时的安全冷却。
*环境与自然灾害专项加固 针对秦山(杭州湾潮差大、可能遭遇东海地震波及)和昌江(地处海南,常年面对超强台风与孤网运行)的地域特质,实施了定制化改造:
**昌江核电的“防台风与孤网加固”: 昌江的 2 台 CNP-600 重点改造了厂房的防风结构,其外部进风口和冷凝器进水口加装了防台风碎片撞击的格栅。同时,优化了反应堆的 FCB(甩负荷直接带厂用电)功能。当海南电网因台风瞬间崩溃时,反应堆不会紧急停堆,而是能瞬间自动将功率切回 5%,仅维持自身的设备运转,变成一个“孤岛网络”,待外部电网修复后可在数小时内重新并网,避免了重新启动反应堆的长周期延误。
**秦山二期的防洪与水密门改造:对一回路主泵房、海水泵房等核心重地实施了全封闭水密门改造。即使整个厂区地表被特大洪水淹没,核心泵房内部依然能保持绝对干燥,确保电气设备不短路。
参见
- CNP-1000
- ACP1000
- ACPR1000+
*国和一号
*第三代反应堆
参考文献
评论 (0)