Analyse de la durée de vie des réacteurs

La durée de fonctionnement normale à long terme d'un réacteur sous charge nominale est la durée de vie du réacteur. La durée de vie du réacteur est déterminée par le matériau. Il existe deux principaux types de matériaux utilisés pour fabriquer des réacteurs : les matériaux métalliques et les matériaux isolants. Les matériaux métalliques résistent aux températures élevées, tandis que les matériaux isolants perdent progressivement leurs propriétés mécaniques et isolantes d'origine sous l'effet de températures élevées, de champs électriques et de champs magnétiques, comme la fragilité, la réduction de la résistance mécanique et la panne électrique. Ce processus progressif est le vieillissement des matériaux isolants. Plus la température est élevée, plus les propriétés mécaniques et isolantes du matériau isolant s'affaiblissent rapidement ; plus la teneur en humidité des matériaux isolants est élevée, plus ils vieillissent rapidement. Le matériau isolant du réacteur doit résister aux charges générées par le fonctionnement du réacteur et aux effets de l'environnement environnant. La quantité totale, la résistance et la durée de ces charges déterminent la durée de vie du matériau isolant.
Ces charges comprennent les propriétés thermiques, mécaniques et électriques, ainsi que la température, la pollution chimique, la poussière et divers rayonnements provenant de l'environnement. En raison des effets thermiques, des modifications chimiques peuvent se produire, telles que la rupture de chaîne, les réactions de séparation et les réactions de réticulation dans la structure moléculaire des matériaux isolants ; d'autre part, la rupture par compression mécanique se produit en raison de la différence significative des coefficients de dilatation thermique entre les fils métalliques et les matériaux isolants adjacents.
Les charges mécaniques causées par le champ magnétique alternatif généré par le fonctionnement du réacteur comprennent la pression, la tension, l'étirement, les vibrations, etc. Lorsque la contrainte mécanique est supérieure à la valeur critique, le matériau isolant se fracture. Les facteurs les plus importants qui peuvent endommager le réacteur dans l'environnement environnant sont la température et l'humidité élevées. Viennent ensuite l'exposition à une forte lumière, la poussière, le sable fin, la fumée, etc. En outre, il y a l'influence d'organismes tels que les moisissures et les bactéries, ainsi que l'invasion de certains animaux tels que les termites. En particulier dans des conditions extérieures, le rayonnement ultraviolet peut accélérer le vieillissement des matériaux isolants en polymère organique.
Lorsque le réacteur est en fonctionnement, sa durée de vie est affectée par diverses charges et environnements mentionnés ci-dessus, parmi lesquels la charge thermique et l'environnement ont le plus grand impact. En effet, tout en maintenant des caractéristiques mécaniques et électriques suffisantes, l'élévation de température de stabilité thermique de l'enroulement du réacteur est considérée comme l'un de ses indicateurs de performance les plus importants. Par conséquent, les limites d'élévation de température de fonctionnement pour les réacteurs utilisant des matériaux isolants avec différents niveaux de résistance à la température sont spécifiées dans la CEI et les normes nationales associées, comme indiqué dans le tableau. Lorsque l'élévation de température est élevée, l'intensité du flux thermique pendant le fonctionnement du réacteur augmente et a tendance à être inégale, et la différence entre sa température moyenne et la température du point le plus chaud augmente également.
Lorsqu'un réacteur est en fonctionnement, son enroulement sert à la fois de fluide thermique et de source de chaleur, et sa température suit généralement une certaine distribution de courbe dans l'espace. De cette façon, il existe une distinction entre l'élévation de température du point le plus chaud et l'élévation de température moyenne. La limite d'élévation de température de l'enroulement du réacteur est basée sur son élévation de température du point le plus chaud, et l'élévation de température moyenne est un indicateur important pour évaluer la rationalité et la performance économique de la conception. Il existe une certaine régularité entre l'élévation de température moyenne et l'élévation de température du point le plus chaud. La durée de vie thermique et les dommages d'isolation de l'isolation de l'enroulement du réacteur sont déterminés par l'élévation de température du point le plus chaud de l'enroulement. Elle n'est pas déterminée par l'élévation de température moyenne. La durée de vie des réacteurs à noyau d'air de type sec est calculée sur la base de la loi de durée de vie de Montsingey. Dans la formule ci-dessus, T est la durée de vie du matériau isolant ; A est une constante (déterminée sur la base du niveau de résistance à la température du matériau isolant utilisé dans le réacteur) ; θ est une constante, d'environ 0.88 ; θ est la température de fonctionnement réelle du matériau isolant. Pour le semi-logarithme θ=f (lnT) de la loi de durée de vie de Monteschinger, on obtient une droite contenant une constante directionnelle (-1/ ), comme le montre la figure. Il s'agit de la relation fonctionnelle entre la durée de vie de l'enroulement (niveaux de résistance thermique de l'enroulement A, B et H) et la température de fonctionnement de l'enroulement.
Chaque matériau isolant a une valeur de changement de température fixe. Pendant une certaine période statistique, si la température du point le plus chaud de l'enroulement du réacteur est inférieure à la température maximale admissible du matériau isolant utilisé, le matériau isolant vieillira lentement et sa durée de vie sera prolongée. Au contraire, le vieillissement de l'isolation s'accélère et la durée de vie se raccourcit. Pendant toute la durée de vie du réacteur, l'allongement ou le raccourcissement de cette durée de vie de l'isolation constitue une compensation pour la durée de vie. La valeur de changement de température qui réduit la durée de vie de chaque matériau isolant de moitié ou de double est fixe et inchangée. La valeur de changement de température est de 8 degrés pour la classe A, de 8-10 degrés pour la classe B et de 12 degrés pour la classe H. En raison du Δ θ=8 degré du niveau A. Par conséquent, la loi de durée de vie de Montessori est également connue sous le nom de loi de 8 degrés, et la classe H est généralement appelée loi de 12 degrés.
En résumé, chaque matériau isolant a sa propre tolérance de température d'isolation maximale. Lorsque la température du point le plus chaud de l'enroulement du réacteur dépasse la température maximale absolue, le matériau isolant se carbonise rapidement et perd ses propriétés isolantes et mécaniques. Par conséquent, si le réacteur fonctionne fréquemment en surcharge, il est nécessaire de consulter le fabricant lors de la commande et de prendre en compte l'état de fonctionnement en cas de surcharge fréquente lors de la conception pour garantir la durée de vie opérationnelle nécessaire du réacteur.