Análisis de la vida útil de los reactores

El tiempo de funcionamiento normal a largo plazo de un reactor bajo carga nominal es la vida útil del reactor. La vida útil del reactor está determinada por el material. Hay dos tipos principales de materiales utilizados para fabricar reactores: materiales metálicos y materiales aislantes. Los materiales metálicos son resistentes a altas temperaturas, mientras que los materiales aislantes pierden gradualmente sus propiedades mecánicas y aislantes originales bajo altas temperaturas, campos eléctricos y campos magnéticos, como volverse frágiles, reducir la resistencia mecánica y romperse eléctricamente. Este proceso gradual es el envejecimiento de los materiales aislantes. Cuanto mayor sea la temperatura, más rápido se debilitan las propiedades mecánicas y aislantes del material aislante; cuanto mayor sea el contenido de humedad de los materiales aislantes, más rápido envejecen. El material aislante del reactor debe soportar las cargas generadas por el funcionamiento del reactor y los efectos del entorno circundante. La cantidad total, la resistencia y la duración de estas cargas determinan la vida útil del material aislante.
Estas cargas incluyen propiedades térmicas, mecánicas y eléctricas, así como temperatura, contaminación química, polvo y diversas radiaciones del entorno circundante. Debido a los efectos térmicos, pueden ocurrir cambios químicos, como rotura de cadenas, reacciones de separación y reacciones de reticulación en la estructura molecular de los materiales aislantes; por otro lado, la falla por compresión mecánica ocurre debido a la diferencia significativa en los coeficientes de expansión térmica entre los cables metálicos y los materiales aislantes adyacentes.
Las cargas mecánicas causadas por el campo magnético alterno generado por el funcionamiento del reactor incluyen presión, tensión, estiramiento, vibración, etc. Cuando la tensión mecánica es mayor que el valor crítico, el material aislante se fracturará. Los factores más importantes que pueden dañar el reactor en el entorno circundante son la alta temperatura y la humedad; a continuación se encuentran la exposición a una luz intensa, el polvo, la arena fina, el humo, etc.; además, existe la influencia de organismos como mohos y bacterias, así como la invasión de algunos animales como las termitas. Especialmente en condiciones exteriores, la radiación ultravioleta puede acelerar el envejecimiento de los materiales aislantes de polímeros orgánicos.
Cuando el reactor está en funcionamiento, su vida útil se ve afectada por varias cargas y entornos mencionados anteriormente, entre los cuales la carga térmica y el entorno tienen el mayor impacto. Porque, manteniendo características mecánicas y eléctricas suficientes, el aumento de temperatura de estabilidad térmica del devanado del reactor se considera uno de sus indicadores de rendimiento más importantes. Por lo tanto, los límites de aumento de temperatura de trabajo para reactores que utilizan materiales de aislamiento con diferentes niveles de resistencia a la temperatura se especifican en la IEC y las normas nacionales relacionadas, como se muestra en la tabla. Cuando el aumento de temperatura es alto, la intensidad del flujo de calor durante el funcionamiento del reactor aumenta y tiende a ser desigual, y la diferencia entre su temperatura promedio y la temperatura del punto más caliente también aumenta.
Cuando un reactor está en funcionamiento, su devanado sirve tanto de medio térmico como de fuente de calor, y su temperatura generalmente sigue una cierta distribución de curvas en el espacio. De esta manera, existe una distinción entre el aumento de temperatura del punto más caliente y el aumento de temperatura promedio. El límite de aumento de temperatura del devanado del reactor se basa en el aumento de temperatura de su punto más caliente, y el aumento de temperatura promedio es un indicador importante para evaluar la racionalidad y el rendimiento económico del diseño. Existe una cierta regularidad entre el aumento de temperatura promedio y el aumento de temperatura del punto más caliente. La vida térmica y el daño del aislamiento del devanado del reactor están determinados por el aumento de temperatura del punto más caliente del devanado. No está determinado por el aumento de temperatura promedio. La vida útil de los reactores de núcleo de aire de tipo seco se calcula según la ley de vida de Montsingey. En la fórmula anterior, T es la vida útil del material de aislamiento; A es una constante (determinada en función del nivel de resistencia a la temperatura del material de aislamiento utilizado en el reactor); θ es una constante, aproximadamente 0.88; θ es la temperatura de trabajo real del material de aislamiento. Para el semilogaritmo θ=f (lnT) de la ley de duración de vida de Monteschinger, se obtiene una línea recta que contiene una constante direccional (-1/ ), como se muestra en la figura. Esta es la relación funcional entre la duración de vida del devanado (niveles de resistencia térmica del devanado A, B y H) y la temperatura de trabajo del devanado.
Cada material de aislamiento tiene un valor fijo de cambio de temperatura. Durante un cierto período estadístico, si la temperatura del punto más caliente del devanado del reactor es inferior a la temperatura máxima permitida del material de aislamiento utilizado, el material de aislamiento envejecerá lentamente y su vida útil se extenderá. Por el contrario, el envejecimiento del aislamiento se acelera y la vida útil se acorta. Durante toda la vida útil del reactor, la extensión o acortamiento de esta vida útil del aislamiento constituye una compensación por la vida útil. El valor de cambio de temperatura que reduce la vida útil de cada material de aislamiento a la mitad o al doble es fijo y no cambia. El valor de cambio de temperatura es de 8 grados para la clase A, 8-10 grado para la clase B y 12 grados para la clase H. Debido al Δ θ=8 grado del nivel A. Por lo tanto, la ley de vida útil de Montessori también se conoce como la ley de 8 grados, y la clase H generalmente se conoce como la ley de 12 grados.
En resumen, cada material de aislamiento tiene su propia tolerancia máxima de temperatura de aislamiento. Cuando la temperatura del punto más caliente del devanado del reactor supera la temperatura máxima absoluta, el material de aislamiento se carbonizará rápidamente y perderá sus propiedades mecánicas y de aislamiento. Por lo tanto, si el reactor funciona con frecuencia bajo sobrecarga, es necesario consultar con el fabricante durante el pedido y considerar el estado de funcionamiento de sobrecarga frecuente durante el diseño para garantizar la vida útil necesaria del reactor.