堆稳态热工设计技术经济评价

满足热工设计准则的方案是否先进，尚需进行技术经济评价。在堆热工设计时，通常的评价指标有两个，一是堆芯功率密度NV；一是堆冷却剂流量与功率之比，常称为比流量NG。

堆芯功率密度NV，即堆输出的热功率与堆芯体积之比，可表示为

目前大型压水堆的NV已可高达110 WM/m3。近年来，因为考虑到安全原因，有降低该值的趋势。

由式（5-89）可以看出，当Nt一定时，堆芯功率密度与堆芯横截面积及高度有关。堆芯横截面积由燃料元件横截面积、冷却剂通道横截面积以及燃料组件间的水隙面积、控制棒及其套管内外相应面积4部分组成，即

所以

式中 Au——一根燃料棒的截面积，m2；

Ab——一根燃料元件栅元的冷却剂通道截面积，m2；

ε1——燃料组件间水隙的截面积占总截面积的百分比；

N——反应堆中燃料元件总根数；

ε2——控制棒及套管内外相应面积之和占总面积的百分数。

最后可得：

式中，，De是燃料元件冷却剂通道的当量直径，m。

由式（5-92）可见，NV与许多因素有关，要提高NV，就必须增大q″h，max，减小dco和De。

增大值会遇到一系列限制，如燃料元件中心温度的限制。在水堆中，还要受到燃料元件表面最小DNBR的限制；要减小ε1，就要求燃料元件组件间的水隙要小，但ε1太小会使燃料元件组件装卸困难；要减小ε2，就要求控制棒套管数目减少，但这要受到堆物理与堆控制方面要求的限制；减小燃料元件外径dco，要受到加工费用、元件的机械稳定性以及堆芯的中子经济性等因素的限制；若减小包壳厚度，会使包壳强度下降，加工也比较困难；减小燃料元件冷却剂通道的当量直径De，在物理、热工和结构方面都受到一定的限制，如水铀比的要求、冷却剂流量和流阻的限制、元件加工及安装公差的要求等。还应注意到De太小，运行后元件稍有弯曲变形，对冷却剂流通截面的影响比较大；减小热流密度核热点因子及热流密度工程热点因子FEq也要受到各种条件的限制，可供改进的余地在目前已不是很多了；燃料内释热量占堆芯总发热量的份额Fu与上述的参数联系在一起，可改进的余地也不大。(https://www.daowen.com)

堆芯的功率密度高，则堆芯的体积可以做得比较小，从而可节省堆芯本身和反应堆压力壳等设备的投资费用。但功率密度提高后，燃料元件的q″h，max增大，燃料元件的最高中心温度也随之升高，从而影响燃料元件的燃耗深度，这样就会影响到换料周期和燃料的投资费用。因此，对于堆芯功率密度的提高，需要权衡利弊，确定一个合理的数值。

堆的冷却剂流量与功率之比NG，即流量Wt与堆输出热功率Nt之比，

目前大型压水动力堆的NG值在4.72×10-6 kg/（W·s）左右，一般希望NG小一些。在Nt一定的情况下，NG越大，即表示反应堆的冷却剂流量也越大，与之对应的主冷却剂循环泵的功耗以及一回路设备、管道尺寸也随之增大；过大的流速还会使堆芯部件受到较大的表面侵蚀以及严重的振动。但如果流量Wt太小，则在堆芯出口处冷却剂温度一定的情况下，堆芯进口处冷却剂温度就比较低，从而使动力循环热效率也比较低；如果Wt太小，则燃料元件就得不到充分的冷却。因而NG的大小也必须反复比较后合理确定。

稳态热工设计确定的满足安全与经济性要求的最佳方案是瞬态热工设计的基础。但必须指出，由稳态热工设计提供给瞬态热工设计的有关热工参数，应以堆运行时的实际参数为依据，还应取对安全不利方向的实际参数。例如堆内冷却剂的工作压力、温度和流量以及堆的热功率，也和其他参数一样，存在着实际值与名义值间的误差。这种误差存在的原因主要有以下几个方面：

①造成冷却剂温度测量误差的原因主要是测量仪表的误差与测点位置选择不当。

②造成冷却剂流量测量误差的主要原因是测量仪表的误差。

③造成压力误量的原因主要是稳压器正常的压力波动和测量仪表的误差。

④堆功率误差的原因包括下列几方面：

功率测量仪表（包括一次及二次仪表）的误差，其中有热工测量仪表的误差，也有电离室的误量，而中子测量方面的误差还与测点位置有关。

⑤处在功率调节系统的盲区（即功率调节系统不起作用的范围）。

⑥控制棒提升时电表量程误差引起的过调量。

⑦控制保护系统功率整定值重现引起的误差且可能的漂移。

另外还应指出，在堆热工设计中必须对反应堆整个运行寿期中最不利的工况进行验算，这样才能确保堆的安全。