원자로의 수명 분석

정격 부하 하에서 반응기의 장기 정상 작동 시간은 반응기의 사용 수명입니다. 반응기의 사용 수명은 재료에 따라 결정됩니다. 반응기를 제조하는 데 사용되는 재료에는 금속 재료와 절연 재료의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 금속 재료는 고온에 강한 반면 절연 재료는 고온, 전기장 및 자기장에서 점차 원래의 기계적 및 절연 특성을 잃어 취성이 되고 기계적 강도가 감소하고 전기적 고장이 발생합니다. 이 점진적인 과정은 절연 재료의 노화입니다. 온도가 높을수록 절연 재료의 기계적 및 절연 특성이 더 빨리 약화됩니다. 절연 재료의 수분 함량이 높을수록 더 빨리 노화됩니다. 반응기의 절연 재료는 반응기 작동으로 인해 발생하는 하중과 주변 환경의 영향을 견뎌야 합니다. 이러한 하중의 총량, 강도 및 지속 시간은 절연 재료의 사용 수명을 결정합니다.
이러한 하중에는 열적, 기계적, 전기적 특성과 온도, 화학적 오염, 먼지, 주변 환경의 다양한 방사선이 포함됩니다. 열적 효과로 인해 절연 재료의 분자 구조에서 사슬 파손, 분리 반응 및 가교 반응과 같은 화학적 변화가 발생할 수 있습니다. 반면, 금속 와이어와 인접한 절연 재료 사이의 열 팽창 계수의 상당한 차이로 인해 기계적 압축 파괴가 발생합니다.
반응기 작동으로 인해 발생하는 교류 자기장에 의해 발생하는 기계적 하중에는 압력, 장력, 신축, 진동 등이 있습니다. 기계적 응력이 임계 값보다 높으면 단열재가 파손됩니다. 주변 환경에서 반응기를 손상시킬 수 있는 가장 중요한 요소는 고온 및 습도입니다. 다음은 강한 빛 노출, 먼지, 미세한 모래, 연기 등입니다. 또한 곰팡이 및 박테리아와 같은 유기체의 영향과 흰개미와 같은 일부 동물의 침입이 있습니다. 특히 실외 조건에서 자외선은 유기 폴리머 단열재의 노화를 가속화할 수 있습니다.
리액터가 운전 중일 때, 그 수명은 위에서 언급한 다양한 부하와 환경의 영향을 받는데, 그 중에서도 열 부하와 환경이 가장 큰 영향을 미칩니다. 충분한 기계적, 전기적 특성을 유지하는 동안 리액터 권선의 열 안정성 온도 상승은 가장 중요한 성능 지표 중 하나로 간주되기 때문입니다. 따라서 온도 저항 수준이 다른 절연 재료를 사용하는 리액터의 작동 온도 상승 한계는 표에 나와 있는 것처럼 IEC 및 관련 국가 표준에 명시되어 있습니다. 온도 상승이 높을 때 리액터 운전 중 열 플럭스 강도가 증가하고 불균일해지는 경향이 있으며, 평균 온도와 가장 높은 온도의 차이도 증가합니다.
반응기가 작동 중일 때, 그 권선은 열 매체와 열원으로 작용하며, 그 온도는 일반적으로 공간에서 일정한 곡선 분포를 따른다. 이런 식으로, 가장 높은 온도 상승과 평균 온도 상승 사이에는 구별이 있다. 반응기 권선의 온도 상승 한계는 가장 높은 온도 상승을 기준으로 하며, 평균 온도 상승은 설계의 합리성과 경제적 성과를 평가하는 중요한 지표이다. 평균 온도 상승과 가장 높은 온도 상승 사이에는 일정한 규칙성이 있다. 반응기 권선 절연의 열 수명과 절연 손상은 권선의 가장 높은 온도 상승에 의해 결정된다. 평균 온도 상승에 의해 결정되지 않는다. 건식 공심 반응기의 사용 수명은 몬트싱지의 수명 법칙에 따라 계산된다. 위 공식에서 T는 절연 재료의 사용 수명이다. A는 상수(반응기에 사용된 절연 재료의 온도 저항 수준에 따라 결정)이다. θ는 상수로 약 0.88이다. θ는 절연 재료의 실제 작동 온도이다. 몬테싱거 수명 법칙의 반대수 θ=f (lnT)에 대해 방향 상수(-1/ )를 포함하는 직선이 그림과 같이 얻어집니다. 이는 권선의 수명(권선 열 저항 수준 A, B 및 H)과 권선의 작동 온도 간의 함수 관계입니다.
각 절연 재료는 고정된 온도 변화 값을 갖는다. 특정 통계적 기간 동안 리액터 권선의 가장 뜨거운 점 온도가 사용된 절연 재료의 최대 허용 온도보다 낮으면 절연 재료는 느리게 노화되고 수명이 연장된다. 반대로 절연 노화는 가속화되고 수명이 단축된다. 리액터의 전체 수명 동안 이 절연 수명의 연장 또는 단축은 수명에 대한 보상을 구성한다. 각 절연 재료의 수명을 절반 또는 두 배로 줄이는 온도 변화 값은 고정되고 변경되지 않는다. 온도 변화 값은 A 등급의 경우 8도, B 등급의 경우 8-10도, H 등급의 경우 12도이다. A-레벨의 Δ θ=8도 때문이다. 따라서 몬테소리 수명 법칙은 8도 법칙이라고도 하며 H 등급은 일반적으로 12도 법칙이라고 한다.
요약하자면, 각 절연 재료는 자체 최대 절연 온도 허용 오차를 가지고 있습니다. 리액터 권선의 가장 뜨거운 지점 온도가 절대 최대 온도를 초과하면 절연 재료가 빠르게 탄화되어 절연 및 기계적 특성을 잃습니다. 따라서 리액터가 자주 과부하 상태에서 작동하는 경우 주문 시 제조업체와 협의하고 설계 시 잦은 과부하의 작동 상태를 고려하여 리액터의 필요한 작동 수명을 보장해야 합니다.