Analyse av levetiden til reaktorer

Den langsiktige normale driftstiden for en reaktor under nominell belastning er reaktorens levetid. Reaktorens levetid bestemmes av materialet. Det er to hovedtyper av materialer som brukes til å produsere reaktorer: metallmaterialer og isolasjonsmaterialer. Metallmaterialer er motstandsdyktige mot høye temperaturer, mens isolasjonsmaterialer gradvis mister sine opprinnelige mekaniske og isolasjonsegenskaper under høye temperaturer, elektriske felt og magnetiske felt, som å bli sprø, redusere mekanisk styrke og elektrisk sammenbrudd. Denne gradvise prosessen er aldring av isolasjonsmaterialer. Jo høyere temperatur, desto raskere svekkes de mekaniske og isolasjonsegenskapene til isolasjonsmaterialet; Jo høyere fuktighetsinnhold i isolasjonsmaterialer, jo raskere eldes de. Isolasjonsmaterialet i reaktoren må tåle belastningene som genereres av driften av reaktoren og påvirkningene fra omgivelsene. Den totale mengden, styrken og varigheten av disse belastningene bestemmer levetiden til isolasjonsmaterialet.
Disse belastningene inkluderer termiske, mekaniske og elektriske egenskaper, samt temperatur, kjemisk forurensning, støv og forskjellig stråling fra omgivelsene. På grunn av termiske effekter kan det oppstå kjemiske endringer, slik som kjedebrudd, separasjonsreaksjoner og tverrbindingsreaksjoner i molekylstrukturen til isolasjonsmaterialer; På den annen side oppstår mekanisk kompresjonssvikt på grunn av den betydelige forskjellen i termiske ekspansjonskoeffisienter mellom metalltråder og tilstøtende isolasjonsmaterialer.
De mekaniske belastningene forårsaket av det vekslende magnetiske feltet som genereres av driften av reaktoren inkluderer trykk, strekk, strekking, vibrasjon osv. Når den mekaniske spenningen er høyere enn den kritiske verdien, vil isolasjonsmaterialet sprekke. De viktigste faktorene som kan skade reaktoren i det omkringliggende miljøet er høy temperatur og fuktighet; Neste er sterk lyseksponering, støv, fin sand, røyk, etc; I tillegg kommer påvirkning av organismer som muggsopp og bakterier, samt invasjon av noen dyr som termitter. Spesielt under utendørsforhold kan ultrafiolett stråling akselerere aldring av organiske polymerisolasjonsmaterialer.
Når reaktoren er i drift, påvirkes levetiden av ulike belastninger og miljøer nevnt ovenfor, hvorav den termiske belastningen og miljøet har størst påvirkning. Fordi, mens den opprettholder tilstrekkelige mekaniske og elektriske egenskaper, regnes den termiske stabilitetstemperaturøkningen til reaktorviklingen som en av dens viktigste ytelsesindikatorer. Derfor er grensene for arbeidstemperaturøkning for reaktorer som bruker isolasjonsmaterialer med forskjellige temperaturmotstandsnivåer spesifisert i IEC og relaterte nasjonale standarder, som vist i tabellen. Når temperaturstigningen er høy, øker varmefluksintensiteten under driften av reaktoren og har en tendens til å være ujevn, og forskjellen mellom dens gjennomsnittstemperatur og den varmeste punkttemperaturen øker også.
Når en reaktor er i drift, fungerer dens vikling som både et termisk medium og en varmekilde, og temperaturen følger generelt en viss kurvefordeling i rommet. På denne måten er det et skille mellom varmeste punkttemperaturstigning og gjennomsnittlig temperaturstigning. Temperaturstigningsgrensen for reaktorviklingen er basert på dens varmeste temperaturstigning, og gjennomsnittlig temperaturstigning er en viktig indikator for å evaluere rasjonaliteten og den økonomiske ytelsen til designet. Det er en viss regularitet mellom den gjennomsnittlige temperaturstigningen og den varmeste punkttemperaturstigningen. Den termiske levetiden og isolasjonsskaden til reaktorviklingsisolasjonen bestemmes av viklingens varmeste temperaturøkning. Den bestemmes ikke av gjennomsnittlig temperaturstigning. Levetiden til tørrtype luftkjernereaktorer er beregnet basert på Montsingeys levetidslov. I formelen ovenfor er T levetiden til isolasjonsmaterialet; A er en konstant (bestemt basert på temperaturmotstandsnivået til isolasjonsmaterialet som brukes i reaktoren); θ er en konstant, omtrentlig 0.88; θ er den faktiske arbeidstemperaturen til isolasjonsmaterialet. For semilogaritmen θ=f (lnT) av Monteschingers livstidslov, oppnås en rett linje som inneholder en retningskonstant (-1/ ), som vist på figuren. Dette er det funksjonelle forholdet mellom viklingens levetid (viklingens varmemotstandsnivåer A, B og H) og viklingens arbeidstemperatur.
Hvert isolasjonsmateriale har en fast temperaturendringsverdi. I løpet av en viss statistisk periode, hvis den varmeste punkttemperaturen til reaktorviklingen er lavere enn den maksimalt tillatte temperaturen til isolasjonsmaterialet som brukes, vil isolasjonsmaterialet eldes sakte og levetiden forlenges. Tvert imot, aldring av isolasjon akselererer og levetiden forkortes. For hele reaktorens levetid utgjør forlengelse eller forkorting av denne isolasjonslevetiden en kompensasjon for levetiden. Temperaturendringsverdien som reduserer levetiden til hvert isolasjonsmateriale med det halve eller dobles er fast og uendret. Temperaturendringens verdi er 8 grader for klasse A, 8-10 grader for klasse B og 12 grader for klasse H. På grunn av A-nivåets Δ θ=8 grad . Derfor er Montessori livstidsloven også kjent som 8-gradersloven, og H-klassen blir generelt referert til som 12-gradersloven.
Oppsummert har hvert isolasjonsmateriale sin egen maksimale isolasjonstemperaturtoleranse. Når den varmeste punkttemperaturen til reaktorviklingen overstiger den absolutte maksimale temperaturen, vil isolasjonsmaterialet raskt karbonisere og miste sine isolasjons- og mekaniske egenskaper. Derfor, hvis reaktoren ofte opererer under overbelastning, er det nødvendig å konsultere produsenten under bestilling og vurdere arbeidstilstanden for hyppig overbelastning under design for å sikre den nødvendige levetiden til reaktoren.