摘要：在天然氣長(zhǎng)輸管道停氣換管作業(yè)中，常常會(huì)遇到因管道帶磁而無法正常施焊的情況，既影響焊口質(zhì)量，又耽誤施工時(shí)間。為此，分析歸納總結(jié)出了導(dǎo)致管道焊口帶磁的原因：①管道檢測(cè)工藝的影響；②制管工藝的影響；③環(huán)境的影響；④管道安裝過程的影響；⑤管內(nèi)介質(zhì)的影響。進(jìn)而分析了管道焊口帶磁對(duì)管道焊接的影響：根焊時(shí)會(huì)出現(xiàn)焊接電弧，產(chǎn)生磁偏吹，干擾電弧穩(wěn)定性，容易產(chǎn)生焊接缺陷。最后從管道消磁的基本理論入手，結(jié)合管道消磁工作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出了5種管道消磁方法：①繞線組法；②采用專業(yè)消磁設(shè)備法；③升溫法；④搭橋法；⑤清洗法。研究成果對(duì)類似情況有較好的指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞：天然氣管道；停氣換管作業(yè)；管道焊接；根焊；管道焊口帶磁；管道消磁；電??；磁偏吹
1 長(zhǎng)輸天然氣管道焊口帶磁的產(chǎn)生原因
導(dǎo)致長(zhǎng)輸天然氣管道碰口作業(yè)焊口帶磁的原因較復(fù)雜[1]，根據(jù)對(duì)多個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查分析，管道焊口帶磁的主要原因如下：
1.1 管道檢測(cè)工藝的影響
近年來，長(zhǎng)輸天然氣管道加強(qiáng)了在役檢測(cè)，廣泛采用了數(shù)字化的智能清管器，與傳統(tǒng)的“投球”清管后再進(jìn)行無損檢測(cè)作業(yè)相比，使用智能清管器具有開挖面積小、融清潔與診斷為一體的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)施智能清管作業(yè)過程中，受清管器發(fā)射的磁場(chǎng)波影響，管道帶磁情況較為嚴(yán)重。智能清管器磁鐵頭(其示意圖如圖1所示)在清管作業(yè)過程中，由鐵毛刷下端的磁鐵塊不斷向管內(nèi)壁發(fā)出磁場(chǎng)波，導(dǎo)致管道帶磁。北方某公稱直徑1016mm的天然氣輸氣管道受此影響，導(dǎo)致?lián)Q管碰口施工中無法正常進(jìn)行根焊作業(yè)。
1.2 制管工藝的影響
此種情況一般出現(xiàn)在大口徑螺旋焊縫管道上，該類管道在出廠前對(duì)螺旋焊縫進(jìn)行了無損探傷，采用磁粉滲透法對(duì)管道螺旋焊縫進(jìn)行檢測(cè)會(huì)使管道磁化，檢測(cè)完畢后，雖然進(jìn)行了退磁處理，但部分管材仍然會(huì)有微弱磁性存留下來。四川某公稱直徑813mm長(zhǎng)輸天然氣管道的施工現(xiàn)場(chǎng)，37根新螺旋焊縫鋼管出現(xiàn)此類情況。
1.3 環(huán)境的影響
長(zhǎng)輸管道建設(shè)時(shí)，通常會(huì)在施工現(xiàn)場(chǎng)選擇1處或多處地點(diǎn)存放管材。管材在堆放時(shí)間內(nèi)，不可避免地受到地球磁場(chǎng)、電磁鐵磁場(chǎng)和電機(jī)永久磁鐵磁場(chǎng)等諸多因素的影響，在某些地區(qū)管材還會(huì)受到鐵道、機(jī)場(chǎng)等環(huán)境的影響。如某站公稱直徑108mm的旁通管道更換作業(yè)過程中，受附近機(jī)場(chǎng)環(huán)境的影響，更換管道三通進(jìn)行根焊時(shí)，管道帶磁，延長(zhǎng)了施工周期。
1.4 管道安裝過程的影響
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?；焊口采用中頻加熱處理時(shí)，其加熱過程會(huì)導(dǎo)致管內(nèi)充磁。在這些作業(yè)停止后，仍有殘留磁性留在管口端面。如某管道改線碰口作業(yè)中，因長(zhǎng)時(shí)間對(duì)管口進(jìn)行打磨，導(dǎo)致順氣流11點(diǎn)鐘方向根焊過程中出現(xiàn)焊口帶磁情況。
1.5 管內(nèi)介質(zhì)的影響
長(zhǎng)輸天然氣管道中通常會(huì)有鐵銹粉，其中含有的四氧化三鐵容易受地理磁場(chǎng)影響而磁化管道(如重慶氣礦某輸氣干線)；管內(nèi)介質(zhì)以湍流狀流動(dòng)、速度較快時(shí)，易導(dǎo)致渦流產(chǎn)生，而渦流會(huì)導(dǎo)致磁性產(chǎn)生；管內(nèi)介質(zhì)高速流動(dòng)時(shí)，與管內(nèi)壁會(huì)發(fā)生摩擦，生產(chǎn)的大量靜電會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生磁場(chǎng)。
2 管道焊口帶磁對(duì)焊接的影響
在長(zhǎng)輸天然氣管道的換管碰口作業(yè)過程中，經(jīng)常遇到管道焊口帶磁現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為：在根焊時(shí)，出現(xiàn)焊接電弧，產(chǎn)生磁偏吹，干擾電弧穩(wěn)定性，容易產(chǎn)生焊接缺陷[2]。特別是采用氬弧焊進(jìn)行根焊時(shí)，坡口邊緣的強(qiáng)烈磁性會(huì)吸引焊絲，產(chǎn)生顫震或粘連，致使無法正常運(yùn)條施焊，給根焊作業(yè)帶來以下影響。
1) 采用氬弧焊進(jìn)行根焊時(shí)，呈現(xiàn)大量飛濺，聲音異常(雷同于采用纖維素焊條根焊時(shí)的聲音)。
2) 根焊過程中，電弧嚴(yán)重產(chǎn)生偏吹[3]，如采用氬弧焊絲，在坡口間隙中因磁場(chǎng)牽引會(huì)產(chǎn)生顫震和粘連現(xiàn)象，填充的熔池?zé)o法正常過度，使焊接過程異常困難甚至無法完成。
3) 管道坡口兩側(cè)的母材不能很好或無法與填充熔池融合，焊縫很難或無法成型。
4) 即使形成焊點(diǎn)或焊縫，焊點(diǎn)部分為蜂窩狀，焊縫不成形，無法確保焊縫質(zhì)量，直接影響到承壓管道的安全使用[4]。
3 焊口帶磁管道的消磁方法
目前，根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)帶磁管道的測(cè)定結(jié)果，管道一般帶磁量為89Gs左右，極個(gè)別特殊地形條件和輸送高含硫氣質(zhì)管道帶磁量甚至達(dá)到500Gs。為了保證焊接施工質(zhì)量，縮短施工周期，提高管道安全運(yùn)行系數(shù)，亟須解決長(zhǎng)輸天然氣管道換管碰口過程中焊口帶磁管道的根焊問題。
管道消磁的含義為：運(yùn)用外部附加反磁場(chǎng)對(duì)管道本身磁場(chǎng)進(jìn)行抑制，或?qū)⒋帕€接通，當(dāng)剩余磁場(chǎng)不足以影響到根焊時(shí)，便可進(jìn)行焊接。通過對(duì)多個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)消磁方法的探索和總結(jié)，焊口帶磁管道的消磁方法主要有以下5種：
3.1 繞線組法
用直流電焊機(jī)的手焊鉗線在帶磁管道上順時(shí)針或反時(shí)針纏繞若干圈，纏繞匝數(shù)根據(jù)管道的磁場(chǎng)強(qiáng)弱決定，一般選用8～10圈為宜，其作業(yè)示意圖如圖2所示。繞線時(shí)如發(fā)現(xiàn)管口磁性變大，則需全部拆除，重新反向纏繞。
3.2 采用專業(yè)消磁設(shè)備
目前市場(chǎng)上有成型的消磁設(shè)備，雖然其工作原理與繞線法相近，但操作簡(jiǎn)單，輸出電流可調(diào)節(jié)，可在設(shè)備上實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)極性轉(zhuǎn)換，近年來也在施工作業(yè)中廣泛使用。其工作原理是采用專業(yè)設(shè)備對(duì)帶磁管端附加1個(gè)外部反向磁場(chǎng)，抑制原有磁場(chǎng)，使帶磁管端剩余磁場(chǎng)低于10Gs，從而滿足焊接需求[5]。中國(guó)石油西南油氣田公司輸氣管理處采用消磁儀，已成功消磁作業(yè)數(shù)百例。
3.3 升溫法
焊口組對(duì)好以后，在帶磁管道端面用氧-乙炔火焰進(jìn)行加熱升溫至居里點(diǎn)(管道母材表面呈淺紅色，溫度約為800℃)，以此降低管道磁性。但對(duì)強(qiáng)磁管道而言，需升溫至改變其金相結(jié)構(gòu)才能降低管道磁性，而改變管材的金相結(jié)構(gòu)又與現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不符，因此，建議對(duì)弱磁管道使用該方法。成都市某小區(qū)管網(wǎng)碰口作業(yè)時(shí)，采用此種辦法成功解決了碰口時(shí)焊口根焊帶磁的問題。
3.4 搭橋法
由于管道坡口存在磁場(chǎng)，要求磁橋有足夠的分磁面積，搭橋法要求在焊口處對(duì)稱均勻點(diǎn)焊8～10點(diǎn)(2點(diǎn)之間距離為100mm左右)，每1焊點(diǎn)長(zhǎng)度約為25mm，熔池深度不宜超過管道壁厚的1/3(從外壁向內(nèi)壁算，如果熔池過深，則有可能被磁性吸附至管口內(nèi)壁上)，從而有效地使大部分磁力線通過橋面流通，降低焊口處的磁性強(qiáng)度。
3.5 清洗法
對(duì)于弱磁管道而言，可采用丙酮清洗，將滲透于金格間的四氧化三鐵清洗干凈。點(diǎn)焊時(shí)，用手錘敲擊管口外壁，擾亂磁力線，也可與搭橋法配合使用，引通磁力線。
4 結(jié)束語
近年來，由于數(shù)字化智能清管系統(tǒng)的廣泛使用，管道智能檢測(cè)作業(yè)較頻繁，長(zhǎng)輸天然氣管道碰口作業(yè)時(shí)焊口帶磁強(qiáng)度有上升趨勢(shì)，采用單一消磁辦法已不能滿足換管、碰口作業(yè)實(shí)施根焊的需求，因此，建議崩接工藝上尋求解決辦法。
參考文獻(xiàn)
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[5]曹萱齡.物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1984.
(本文作者：崔嘉1 黃文俊1 楊安益1 張振1 馬曉紅2 1.中國(guó)石油西南油氣田公司輸氣管理處；2.中國(guó)石油塔里木油田公司)
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