核电厂具有复杂性与系统性，包含大量的工艺系统与管道。为保证系统具备安全稳定的运行环境，需要设置大量的管道加支管的分支形式，或者主管与支管焊接方式进行固定连接。在核电厂运行实践中，支管接头裂纹泄漏成为重要的运行问题，为核电安全运行带来隐患。诱发接头裂纹泄漏问题的原因，不同类型具有较大差异，所采取的解决方案依据也有所不同。本文从管道支管接头裂纹泄漏问题入手，展开相应分析研究，为管道支管维护提供支持。
—、核电厂管道支管接头裂纹泄漏问题概述
在核电厂母管与支管接头结构形式中，一般母管与接管座的材质具有差异。而母管与支管间会出现不同程度的异种金属对接焊缝。管线内介质多属于流动的反应堆冷却剂，裂纹则多发生在异种金属对接焊缝位置。通过研究与分析，发现诱发裂纹泄漏的根源多为应力集中腐蚀。因工作环境具有特殊性，加之无损超声相控阵方法，仅可用于检测深度在0.4毫米以上的裂纹。基于此需要进行进一步的设计分析微裂纹发展规律分析与论证，判定同类接头在下一个检测周期内是否会出现开裂泄漏风险，为优化与改造支管接头焊接提供数据支持。
二、核电厂管道支管接头裂纹泄漏问题分析方法
从核电厂管道支管接头泄漏问题分析实践来看，常见的分析方法主要包括以下几种。
（一）声致振动高频疲劳分析
在核电站管道运行过程中，若管线中出现高速流动，支管口会出现璇涡脱落。若旋涡脱落频率与支管空腔的固有频率相接近，旋涡脱落频率会锁定到共振频率上，出现声致共振，产生以频率为主的大幅脉动压力，继而诱发高频振动与疲劳损伤等问题。为有序开展声致振动高频疲劳分析，需首先确定主管内的压力、温度、支管长度，环境温度等参数，并在支管内选取不同位置的三个方向进行监测，动态化测量各个监测点的压力变化情况。其次构建支管接头及相应管线的有限元模型。因主管与支管的直径差距较大，支管振动不会对主管产生影响，可将支管接头根部位置视为固支约束。分析人员可通过构建相应的分析模型，并对其施加激振载荷的压力，有序着手支管接头压力脉动的时程瞬态分析工作。三是顺着支管与适配器的过渡变径线与支管管线弯管段进行压力脉动积分。通过积分可计算出支管接头的弯曲应力时程，以及声共振载荷所致的主管道支管接头最大瞬态应力。因声致共振的应力循环次数可视为无限大，按照相应规定可计算出载荷引起的应力，需小于材料的无限疲劳寿命限值。结合以上工作收集到的数值信息可制定出高频疲劳的评定结果，判断声共振载荷下的主管道支管接头高频疲劳是否满足ASME BPVC规范中的要求，以此可评定声共振载荷是否为诱发支管焊缝裂纹主要因索。
（二）疲劳裂纹扩展分析
支管裂纹可被细化为内壁轴向表面裂纹与环向内壁表面裂纹。对裂纹开展裂纹缺陷分析评估，首先需要对支管进行轴向或环向假想表面裂纹缺陷分析，合理设置两种裂纹在壁厚方向上的尺寸。支管接头需要承受内压与温度双重负荷，需统计出出现较大温度压力波动的次数，以及相应范围的循环交变内压与温度载荷，应力强度因子幅值。因无法检测其他可能出现的波动载荷，需确定合适的应力强度因子进行计算工作。在ASME BPVC XI卷中仅仅列明了奥氏体不锈钢材料在空气环境中的疲劳裂展速率曲线，结合相应研究可发现：水环境中疲劳裂纹扩展出现的门槛值降低、速率增快。结合ASME XI C7400可计算出轴向裂纹应力强度因子，计算出门槛裂纹深度值与劳裂纹扩展量。若轴向裂纹出现扩展的门槛裂纹深度超过探测系统，假设探测精度值在0.4mm或者以下深度的有轴向裂纹缺陷，则需计算出下一个检查间隔内可能存的疲劳裂纹扩展量，若其低于支管壁厚值，则可判定不会最终贯穿壁厚而诱发裂纹泄漏问题，但多个检查周期的叠加极可能诱发裂纹泄漏问题。
（三）应力集中腐蚀开裂分析
此类腐蚀开裂可分为裂纹萌生与裂纹扩展两大阶段。裂纹萌生周期与环境、材料、微观组织应力大小等因素息息相关，难以通过量化手段分析或者评估工作。可依据特定环境大量试验与运行数据，将已存在的萌生裂纹作为研究基础，对裂纹扩展开展定量评定工作。结合分析经过，可将分析细化为裂纹扩展、应力腐蚀开裂裂纹生长速、检测周期裂纹扩展长度、裂纹穿透管壁时间等。
1、裂纹扩展
若出现应力集中腐蚀裂纹，其通过超声相共振方法位检测不出裂纹情况，则可视裂纹的长度为小于检测限值。焊接热影响区较为脆弱，是应力腐蚀集中开裂的常见区域。若裂纹在不锈钢侧焊接热影响区出现并扩展，多会判定焊接热影响区为冷加工。此时应用应力集中腐蚀开裂分析、评价与用冷加工不锈钢的裂纹扩展速率执行计算操作。
2、应力集中腐蚀裂纹生长速率
在压水堆一回路中冷加工的不锈钢管道,其应力集中腐蚀裂纹生长速率在不同工况情况下具有着不同的差异。因此，需要将各种工况下的情况综合考虑进去进行相应分析。在分析实践中，一般会结合正常水化学条件与异常水化学条件两种工况展开相应分析。
3、检测周期裂纹扩展长度
分析周期裂纹扩展长度时，可结合正常工况条件与异常工况条件两个角度进行。正常工况条件下，需合理选择裂纹扩展速率，判定检测周期有效裂纹扩展长度。若裂纹长度超过规定的范围，则可判定存在裂纹贯穿支管管壁的风险。
4、裂纹穿透管壁时间
分析人员需结合正常工况条件与异常工况条件，可根据裂纹扩展速率来判定裂纹穿透管壁时间。无论是正常工况条件还是异常工况条件，均有可能在下一个检修周期内存在裂纹贯穿壁厚风险。
三、结语
综上所述，从整体来看，管道支管接头裂纹泄漏的原因具有多样性，多表现为声致振动高周疲劳、疲劳裂纹扩展与应力集中腐蚀开裂等问题。在经过声致振动高周疲劳分析后，可发现声载荷引起的应力一般小于高周疲劳寿命限值。疲劳裂纹扩展分析结果显示，轴向裂纹多出现扩展的门槛裂纹深度，且超过探测系统规定的探测精度。在下一个检测间隔时间内管壁极有可能出现疲劳裂纹扩展量低于支管壁厚问题，不会因贯穿壁厚而诱发泄漏问题。应力腐蚀分析则可确定出正常与异常水化学条件下应力腐蚀裂纹穿透支管管壁的时间，在下一个检测间隔周期内贯穿壁厚加大了泄漏风险。通过以上分析可以给核电厂管道支管维护工作提供理论依据和数据支持。
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