長輸天然氣管道焊口帶磁的產生原因及消磁方法

崔嘉 黃文俊 楊安益 張振 馬曉紅

1.中國石油西南油氣田公司輸氣管理處 2.中國石油塔里木油田公司

長輸天然氣管道焊口帶磁的產生原因及消磁方法

崔嘉1黃文俊1楊安益1張振1馬曉紅2

1.中國石油西南油氣田公司輸氣管理處 2.中國石油塔里木油田公司

在天然氣長輸管道停氣換管作業中,常常會遇到因管道帶磁而無法正常施焊的情況,既影響焊口質量,又耽誤施工時間。為此,分析歸納總結出了導致管道焊口帶磁的原因:①管道檢測工藝的影響;②制管工藝的影響;③環境的影響;④管道安裝過程的影響;⑤管內介質的影響。進而分析了管道焊口帶磁對管道焊接的影響:根焊時會出現焊接電弧,產生磁偏吹,干擾電弧穩定性,容易產生焊接缺陷。最后從管道消磁的基本理論入手,結合管道消磁工作的實際經驗,提出了5種管道消磁方法:①繞線組法;②采用專業消磁設備法;③升溫法;④搭橋法;⑤清洗法。研究成果對類似情況有較好的指導作用。

天然氣管道 停氣換管作業 管道焊接 根焊 管道焊口帶磁 管道消磁 電弧 磁偏吹

1 長輸天然氣管道焊口帶磁的產生原因

導致長輸天然氣管道碰口作業焊口帶磁的原因較復雜[1],根據對多個施工現場的調查分析,管道焊口帶磁的主要原因如下:

1.1 管道檢測工藝的影響

近年來,長輸天然氣管道加強了在役檢測,廣泛采用了數字化的智能清管器,與傳統的“投球”清管后再進行無損檢測作業相比,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勢,但在實施智能清管作業過程中,受清管器發射的磁場波影響,管道帶磁情況較為嚴重。智能清管器磁鐵頭(其示意圖如圖1所示)在清管作業過程中,由鐵毛刷下端的磁鐵塊不斷向管內壁發出磁場波,導致管道帶磁。北方某公稱直徑1 016 mm的天然氣輸氣管道受此影響,導致換管碰口施工中無法正常進行根焊作業。

1.2 制管工藝的影響

此種情況一般出現在大口徑螺旋焊縫管道上,該類管道在出廠前對螺旋焊縫進行了無損探傷,采用磁粉滲透法對管道螺旋焊縫進行檢測會使管道磁化,檢測完畢后,雖然進行了退磁處理,但部分管材仍然會有微弱磁性存留下來。四川某公稱直徑813 mm長輸天然氣管道的施工現場,37根新螺旋焊縫鋼管出現此類情況。

圖1 智能清管器磁鐵頭照片

1.3 環境的影響

長輸管道建設時,通常會在施工現場選擇1處或多處地點存放管材。管材在堆放時間內,不可避免地受到地球磁場、電磁鐵磁場和電機永久磁鐵磁場等諸多因素的影響,在某些地區管材還會受到鐵道、機場等環境的影響。如某站公稱直徑108 mm的旁通管道更換作業過程中,受附近機場環境的影響,更換管道三通進行根焊時,管道帶磁,延長了施工周期。

1.4 管道安裝過程的影響

管道安裝時,要采用磨光機對管口進行打磨,強摩擦會引起坡口帶磁;焊口采用中頻加熱處理時,其加熱過程會導致管內充磁。在這些作業停止后,仍有殘留磁性留在管口端面。如某管道改線碰口作業中,因長時間對管口進行打磨,導致順氣流11點鐘方向根焊過程中出現焊口帶磁情況。

1.5 管內介質的影響

長輸天然氣管道中通常會有鐵銹粉,其中含有的四氧化三鐵容易受地理磁場影響而磁化管道(如重慶氣礦某輸氣干線);管內介質以湍流狀流動、速度較快時,易導致渦流產生,而渦流會導致磁性產生;管內介質高速流動時,與管內壁會發生摩擦,生產的大量靜電會導致產生磁場。

2 管道焊口帶磁對焊接的影響

在長輸天然氣管道的換管碰口作業過程中,經常遇到管道焊口帶磁現象,具體表現為:在根焊時,出現焊接電弧,產生磁偏吹,干擾電弧穩定性,容易產生焊接缺陷[2]。特別是采用氬弧焊進行根焊時,坡口邊緣的強烈磁性會吸引焊絲,產生顫震或粘連,致使無法正常運條施焊,給根焊作業帶來以下影響。

1)采用氬弧焊進行根焊時,呈現大量飛濺,聲音異常(雷同于采用纖維素焊條根焊時的聲音)。

2)根焊過程中,電弧嚴重產生偏吹[3],如采用氬弧焊絲,在坡口間隙中因磁場牽引會產生顫震和粘連現象,填充的熔池無法正常過度,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)即使形成焊點或焊縫,焊點部分為蜂窩狀,焊縫不成形,無法確保焊縫質量,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,根據對現場帶磁管道的測定結果,管道一般帶磁量為89 Gs左右,極個別特殊地形條件和輸送高含硫氣質管道帶磁量甚至達到500 Gs。為了保證焊接施工質量,縮短施工周期,提高管道安全運行系數,亟須解決長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:運用外部附加反磁場對管道本身磁場進行抑制,或將磁力線接通,當剩余磁場不足以影響到根焊時,便可進行焊接。通過對多個施工現場消磁方法的探索和總結,焊口帶磁管道的消磁方法主要有以下5種:

3.1 繞線組法

用直流電焊機的手焊鉗線在帶磁管道上順時針或反時針纏繞若干圈,纏繞匝數根據管道的磁場強弱決定,一般選用8～10圈為宜,其作業示意圖如圖2所示。繞線時如發現管口磁性變大,則需全部拆除,重新反向纏繞。

圖2 繞線組法作業示意圖

3.2 采用專業消磁設備

目前市場上有成型的消磁設備,雖然其工作原理與繞線法相近,但操作簡單,輸出電流可調節,可在設備上實現磁場極性轉換,近年來也在施工作業中廣泛使用。其工作原理是采用專業設備對帶磁管端附加1個外部反向磁場,抑制原有磁場,使帶磁管端剩余磁場低于10 Gs,從而滿足焊接需求[5]。中國石油西南油氣田公司輸氣管理處采用消磁儀,已成功消磁作業數百例。

3.3 升溫法

焊口組對好以后,在帶磁管道端面用氧—乙炔火焰進行加熱升溫至居里點(管道母材表面呈淺紅色,溫度約為800℃),以此降低管道磁性。但對強磁管道而言,需升溫至改變其金相結構才能降低管道磁性,而改變管材的金相結構又與現行國家標準不符,因此,建議對弱磁管道使用該方法。成都市某小區管網碰口作業時,采用此種辦法成功解決了碰口時焊口根焊帶磁的問題。

3.4 搭橋法

由于管道坡口存在磁場,要求磁橋有足夠的分磁面積,搭橋法要求在焊口處對稱均勻點焊8～10點(2點之間距離為100 mm左右),每1焊點長度約為25 mm,熔池深度不宜超過管道壁厚的1/3(從外壁向內壁算,如果熔池過深,則有可能被磁性吸附至管口內壁上),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度。

3.5 清洗法

對于弱磁管道而言,可采用丙酮清洗,將滲透于金格間的四氧化三鐵清洗干凈。點焊時,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 結束語

近年來,由于數字化智能清管系統的廣泛使用,管道智能檢測作業較頻繁,長輸天然氣管道碰口作業時焊口帶磁強度有上升趨勢,采用單一消磁辦法已不能滿足換管、碰口作業實施根焊的需求,因此,建議從焊接工藝上尋求解決辦法。

[1]侯賢忠.9%Ni鋼焊接中的磁偏吹及其防止[J].焊接學報. 1985,6(4):137-141.

[2]徐初雄.焊接工藝500問[M].北京:機械工業出版社, 1997.

[3]許貴芝.俄羅斯管道焊接前的現代消磁方法[J].焊管, 2002,25(5):57-62.

[4]王建勛.焊接電弧磁偏吹問題的理論解釋及解決辦法[J].電焊機,2003,33(6):46-47.

[5]曹萱齡.物理學[M].北京:高等教育出版社,1984.

Reasons for the occurrence of magnetic field on pipeline cratersand the relavant demagnetization methods

Cui Jia1,Huang Wenjun1,Yang Anyi1,Zhang Zhen1,M a Xiaohong2
(1.N atural Gas Transm ission A dm inistration,Southw est Oil&Gasfield Com pany,PetroChina,Chengdu, Sichuan 610213,China;2.Tarim Oilf ield Com pany,PetroChina,U rumqi,X injiang 835000,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 31,ISSUE 7,pp.74-76,7/25/2011.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

During the pipe disp lacement work w ith the cut-off of gas supp ly in long-distance gas pipelines,welding operation can not be no rmally performed due to the occurrence of themagnetic field on the pipe,w hich affects notonly the crater quality,but also the construction schedule.This paper first p resents themain reasons fo r themagnetic field on the pipe from the follow ing aspects:pipeline detection technique,pipeline manufacturing p rocess,environment,pipeline installation p rocedures,and inside medium.Then, this paper analyzes how themagnetic field on the craters affects the welding operation on the pipe.In such a case,a welding arc appears first at roo t welding,afterwards themagnetic blow occurs,having bad effects on the stability of arc,w hich w ill thus result in welding defects.In the end,this paper puts fo rward fivemethods fo r the pipe demagnetization based on the basic demagnetizing theories and p ractical experiences,including w inding,adop ting specialized facilities for demagnetization,heating-up,bridging,and cleansing.

natural gas pipeline,gas cut-off for pipeline rep lacement,pipeline welding,root welding,crater w ith magnetic field,electric arc,magnetic blow

崔嘉等.長輸天然氣管道焊口帶磁的產生原因及消磁方法.天然氣工業,2011,31(7):74-76.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.07.018

崔嘉,1980年生,本科;主要從事管道的搶險、維修、消磁和補強工作。地址:(610213)四川省成都市華陽華府大道中段595號成都管道搶險維修中心。電話:13668201237。E-mail:cuijia510@163.com

(修改回稿日期 2011-05-04 編輯 何 明)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.07.018

Cui Jia,born in 1980,ismainly engaged in pipeline emergency response,maintenance,demagnetization and reinfo rcement.

Add:Chengdu Pipeline Emergency and Maintenance Center,No.595,M iddle Huafu Avenue,Huayang,Chengdu,Sichuan 610213, P.R.China

Mobile:+86-13668201237 E-mail:cuijia510@163.com