摘要：在天然氣長(zhǎng)輸管道改線等作業(yè)中，常常會(huì)遇到因原管道帶磁而無(wú)法與新管道正常焊接的情況，既影響焊口質(zhì)量，又耽誤施工時(shí)間。文章分析了管道帶磁現(xiàn)象，并歸納了導(dǎo)致管道焊口帶磁的原因，同時(shí)根據(jù)科學(xué)理論并聯(lián)系實(shí)際總結(jié)出了消磁方法。

關(guān)鍵詞：天然氣；長(zhǎng)輸管道；帶磁原因；消磁方法；管道焊接 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TE42 文章編號(hào)：1009-2374（2016）22-0027-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.014

1 天然氣長(zhǎng)輸管道產(chǎn)生磁性的原因

天然氣長(zhǎng)輸管道在建設(shè)或者改線進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)電弧磁偏吹現(xiàn)象，影響焊接過(guò)程。剩磁可分為感應(yīng)帶磁和工藝帶磁兩種。

感應(yīng)帶磁產(chǎn)生的原因大致有以下六種：（1）管材制造過(guò)程；（2）管材存放于強(qiáng)磁場(chǎng)；（3）電磁起重機(jī)搬運(yùn)；（4）螺旋焊縫的無(wú)損檢測(cè)；（5）鋼管接近強(qiáng)力供電線放置；（6）天然氣管道內(nèi)徑檢測(cè)和智能清管時(shí)，磁鐵頭毛刷下端的磁鐵塊向管道傳導(dǎo)磁性致使管道帶磁。陜北安塞段10公里直徑為426mm改線時(shí)的天然氣輸氣管道就是受到這種影響，導(dǎo)致四處碰口點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)管道帶磁，不能正常作業(yè)等。

工藝帶磁產(chǎn)生的原因大致有以下因素：（1）堆管場(chǎng)受外部環(huán)境影響，致使管材在堆放期間受到地球磁場(chǎng)等某些帶磁性因素的影響下產(chǎn)生磁性。機(jī)場(chǎng)、鐵道也會(huì)影響天然氣管道；（2）焊口如果用加熱（中頻加熱更甚）處理時(shí)，其感應(yīng)線圈中產(chǎn)生的高密度磁力線會(huì)導(dǎo)致管道帶磁；（3）采用磁性?shī)A持器、夾具；（4）用直流電焊接管道時(shí)也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)；（5）在進(jìn)行裝配焊接作業(yè)管道安裝時(shí)要采用磨光機(jī)對(duì)管口進(jìn)行打磨，強(qiáng)摩擦?xí)鹌驴趲Т?；?）天然氣長(zhǎng)輸管道輸送介質(zhì)為天然氣，而天然氣中含有水分和H2S等雜質(zhì)，長(zhǎng)時(shí)間情況下會(huì)腐蝕管道產(chǎn)生鐵銹粉，其中的Fe3O4容易受地理磁場(chǎng)影響而磁化管道；（7）天然氣管道內(nèi)輸送的天然氣一般情況流速較大，在下游用氣量比較大時(shí)，速度會(huì)更加快，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流，而渦流會(huì)導(dǎo)致磁性產(chǎn)生；（8）管道內(nèi)的天然氣和混合的雜質(zhì)在高速流動(dòng)狀態(tài)下與管內(nèi)壁發(fā)生摩擦，產(chǎn)生的摩擦靜電會(huì)使管道產(chǎn)生磁場(chǎng)。

2 焊口帶磁的安全隱患

焊口帶磁對(duì)天然氣管道焊接質(zhì)量影響極大，如果不妥善處理，會(huì)造成極大的安全隱患。如果天然氣管道帶磁性，在對(duì)好口根焊時(shí)，會(huì)聽(tīng)到異常聲響，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)電弧不易引燃、引燃后的電弧燃燒穩(wěn)定性極差、在帶磁管道的磁場(chǎng)中造成電弧的偏離、焊條熔化后的液體金屬和熔融體受外力蹦出，焊縫根本就無(wú)法成型或者很難成型，即使形成了焊點(diǎn)或焊縫，焊點(diǎn)部分為蜂窩狀，焊縫不成形，焊接無(wú)法繼續(xù)，如不進(jìn)行妥善處理，執(zhí)意“堆砌”成焊縫，那將對(duì)承壓的天然氣管道造成極大安全隱患。

3 如何處理天然氣管道帶磁

管道消磁即利用外部的磁場(chǎng)對(duì)已經(jīng)帶磁的天然氣管道的磁性進(jìn)行抵消，或者將利用外部磁場(chǎng)和帶磁管道的磁場(chǎng)的磁力線接通，當(dāng)帶磁管道的剩余磁場(chǎng)強(qiáng)度不足以影響到焊接的時(shí)候，即可進(jìn)行焊接。

帶磁管道的消磁分為三個(gè)等級(jí)。剩磁感應(yīng)強(qiáng)度小于20Gs的為弱等級(jí)，不用消磁；強(qiáng)度介于20～100Gs的為中等等級(jí)，大于100Gs的都需要消磁。磁力計(jì)可以用于評(píng)估磁系統(tǒng)空氣間隙中脈動(dòng)磁場(chǎng)以及漏磁磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

管道消磁應(yīng)按照以下順序進(jìn)行：（1）利用磁力計(jì)對(duì)管道磁場(chǎng)的大小和方向進(jìn)行判斷；（2）根據(jù)管道所帶磁性強(qiáng)度的大小確定選擇消磁的方式方法；（3）按照既定方案準(zhǔn)備充足消磁材料和用具；（4）按照既定消磁方案對(duì)帶磁天然氣管道對(duì)接處進(jìn)行處理；（5）同樣利用檢測(cè)工具——磁力計(jì)檢查剩磁量，判斷是否適合焊接。依照多處帶磁管道的檢測(cè)的數(shù)據(jù)總結(jié)出管道帶磁量一般為100Gs以下，不過(guò)也有特別的地方，比如輸送高含硫氣質(zhì)的天然氣管道，最高的帶磁量甚至達(dá)到500～600Gs。

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)消磁方法，帶磁管道的消磁方法主要有以下七種：

3.1 直流電繞線組法

用直流電消磁的過(guò)程為：（1）利用磁力計(jì)來(lái)確定管道磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向；（2）可以利用截面為35～50mm2焊把線，纏繞到帶磁管道上，形成電磁線圈，同時(shí)利用焊機(jī)調(diào)整電流，一臺(tái)變流器不足可以順序性地接上變流器，確保焊把線繞成的電磁場(chǎng)作用方向與帶磁管道磁場(chǎng)作用方向相反，參見(jiàn)圖1和圖2；（3）一般情況下，剛開(kāi)始接通時(shí)的將電流調(diào)整到90A左右；（4）在電源接通消磁的過(guò)程中，可以間隔一定時(shí)間段用磁力計(jì)監(jiān)測(cè)消磁情況，同時(shí)可以用變流器上調(diào)整焊把線極性或者調(diào)整電流強(qiáng)度來(lái)達(dá)到改變磁性方向和強(qiáng)度的目的；（5）通過(guò)檢測(cè)，管道磁場(chǎng)強(qiáng)度滿足焊接時(shí)，應(yīng)該在1分鐘內(nèi)勻速地減小電流，直到零值，其目的是為了平穩(wěn)地降低磁通，最終斷掉電源。如果只是被焊接管道的焊縫一側(cè)管道帶磁，那么對(duì)帶磁端管道用直流電消磁，可以先在管道不影響焊接的地方繞外徑纏繞12圈左右的焊把線產(chǎn)生的磁場(chǎng)值消磁。陜北安塞改線段就是埋地端老管道一側(cè)帶磁，新管道一側(cè)不帶磁。如果需要焊接的管道焊縫兩側(cè)管道均帶磁，那么當(dāng)逐步消磁到管道對(duì)接部位時(shí)，需要保證兩根管道距離在300mm左右，這時(shí)要在每一側(cè)管道距離焊口100mm左右處纏繞20圈的焊把線，參照?qǐng)D3完成消磁。

還有一種將電焊鉗和金屬板片接入消磁的電氣線路中的方案，參見(jiàn)圖4。同樣是利用焊機(jī)，將電流調(diào)整到300A，用焊鉗夾住焊條接觸金屬板形成短路10秒后即刻斷開(kāi)。重復(fù)進(jìn)行此操作，用磁力計(jì)檢查磁性，達(dá)到滿足焊接要求的強(qiáng)度時(shí)即可進(jìn)行焊接。

此外，還有一種最佳的消磁方案，對(duì)于已經(jīng)對(duì)好口管道消磁時(shí)，在被對(duì)接管道端纏繞截面為35～50mm2的焊把線，形成兩根管道的共用線圈，參見(jiàn)圖5。線圈可以沿順時(shí)針或者逆時(shí)針重疊繞20圈左右。管道磁性越強(qiáng)，圈數(shù)越多。當(dāng)檢測(cè)到磁性強(qiáng)度小于20Gs以后，可以施焊。這時(shí)候可以用10～20A小電流補(bǔ)充消磁。

3.2 交流電繞線組法

用交流電消磁一般用于已對(duì)好口的、壁厚為25mm左右的、焊縫一側(cè)管道帶磁的管道末端的對(duì)接處。除按上述直流電消磁以外，還可以參見(jiàn)圖6所示的消磁方法，用一根焊把線繞于焊縫兩側(cè)的管道上形成電磁線圈，同時(shí)在回路中接入直徑為2.0mm左右、長(zhǎng)度為1.0m左右的鋼絲。鋼絲要安裝在石棉磚等具有絕緣性、阻燃性的墊板上。電源接通后，鋼絲被加熱直至熔斷，熔斷時(shí)間由鋼絲直徑、長(zhǎng)度和電流值決定。在鋼絲熔斷后，用磁力計(jì)檢查剩磁大小。消磁效果不理想時(shí)，可以重復(fù)消磁，可在根焊完成后拆除消磁裝置。

3.3 用消磁設(shè)備

市場(chǎng)上有成型的消磁設(shè)備，工作原理是專業(yè)設(shè)備對(duì)帶磁管端形成一個(gè)外部反向磁場(chǎng)，抵消帶磁管道磁場(chǎng)，使帶磁管道磁場(chǎng)低于10Gs，滿足焊接需求。利用專業(yè)的電磁鐵消磁，需要焊接整流器或者變壓器作為電源。中石油采用消磁儀，已成功消磁作業(yè)數(shù)百例。

3.4 用電磁鐵和永久磁鐵

3.4.1 用電磁鐵消磁需要電源。原理基本和繞線組一樣。一般用在已對(duì)接好的對(duì)好口的長(zhǎng)為1～2m的管道上。電磁鐵安裝方法參見(jiàn)圖7，使電磁鐵的N極放置在有磁性管道的S極一端，磁鐵的S極放置在管道磁性N極一端，在用電磁鐵消除管道磁性的過(guò)程中，需用磁力計(jì)定期監(jiān)測(cè)管道剩磁的方向與大小。消磁磁場(chǎng)的大小可以通過(guò)改變電流大小來(lái)調(diào)節(jié)，磁場(chǎng)方向通過(guò)改變電流方向來(lái)調(diào)節(jié)，也就是變換電源的正負(fù)極來(lái)調(diào)節(jié)。消磁后應(yīng)即刻施焊，后進(jìn)行下一段的消磁、施焊。

3.4.2 用永磁鐵消磁。用磁鐵消磁不需要電源，但需要習(xí)性相當(dāng)?shù)挠谰眯源盆F，同時(shí)磁鐵安裝必須正確，永久性磁鐵磁極應(yīng)該和被磁化的帶磁管道的磁極相反。磁鐵安裝正確與否可用磁力計(jì)來(lái)檢查。如果永久性磁鐵磁性強(qiáng)度不夠，滿足不了消磁，可以將磁鐵連接來(lái)使用。在對(duì)一段帶磁區(qū)域消除磁性后，就要立即進(jìn)行焊接。接著可以將磁鐵換到另外一個(gè)待消磁區(qū)域進(jìn)行同樣的操作。磁鐵越接近消磁處，越可以增加消磁磁場(chǎng)。順著管道外表面移動(dòng)磁鐵，可以將帶磁管道的磁性減小到最小值。陜西省天然氣股份有限公司在陜北改線時(shí)曾用此法成功消磁焊接，同時(shí)四處碰口點(diǎn)在進(jìn)行作業(yè)。

3.5 升溫法

對(duì)于帶磁性不大的管道，組對(duì)好管道焊口后，可以用氧炔焰加熱帶磁天然氣管道的對(duì)口坡口，使坡口處升溫，管道母材表面呈現(xiàn)淺紅色，溫度約為800℃時(shí)，溫度大概達(dá)到了居里點(diǎn)，這樣也可以降低管道磁性。如果管道所帶磁性很強(qiáng)，需升溫到改變管道金屬的金相結(jié)構(gòu)才能達(dá)到降低管道磁性的目的，但是現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不允許改變管材的金相結(jié)構(gòu)，故升溫法僅適用于弱磁管道。

3.6 清洗法

對(duì)于一些磁性較弱的帶磁管道，焊接時(shí)也會(huì)有難以焊接的現(xiàn)象，可以用丙酮溶液清洗焊口處，清洗的目的是為了將滲透于金格間的Fe3O4清洗干凈。在焊接時(shí)，配合著用榔頭等敲擊管道，用來(lái)破壞帶磁管道磁場(chǎng)的磁力線，最終達(dá)到滿足焊接的效果。

3.7 搭橋法

之所以稱為搭橋法，就是在管道碰口端面進(jìn)行點(diǎn)焊，形成橋一樣的連接兩根管道的焊點(diǎn)，使兩根管道之間有充分的磁性流通面積，從而達(dá)到磁性相互流通，減弱磁性，以滿足焊接需要。具體要求：在焊接端面對(duì)稱且均勻地點(diǎn)焊，但兩焊點(diǎn)間距離不超過(guò)10cm，每個(gè)焊點(diǎn)長(zhǎng)度不超過(guò)25mm，特建議熔池深度不宜超過(guò)管道壁厚的1/3。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展、城市建設(shè)進(jìn)程的加快，天然氣長(zhǎng)輸管道的改線作業(yè)也越來(lái)越多，同時(shí)隨著科技的進(jìn)步，管道內(nèi)檢測(cè)、智能化清管等作業(yè)以及各種現(xiàn)代化因素的影響，新、老管線帶磁性的可能性越來(lái)越大，帶磁性管道的消磁也會(huì)有更好的辦法。通過(guò)親身經(jīng)歷并參閱資料，總結(jié)以上，希望在今后的工作和學(xué)習(xí)中能有更多更好的辦法來(lái)解決此類問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：張勇（1974-），男，陜西銅川人，陜西省天然氣股份有限公司工程師，研究方向：油氣儲(chǔ)運(yùn)工程。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）