天然氣長輸管道帶磁原因及施工時的消磁方法

摘要：在天然氣長輸管道改線等作業中，常常會遇到因原管道帶磁而無法與新管道正常焊接的情況，既影響焊口質量，又耽誤施工時間。文章分析了管道帶磁現象，并歸納了導致管道焊口帶磁的原因，同時根據科學理論并聯系實際總結出了消磁方法。

關鍵詞：天然氣；長輸管道；帶磁原因；消磁方法；管道焊接 文獻標識碼：A

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

1 天然氣長輸管道產生磁性的原因

天然氣長輸管道在建設或者改線進行焊接作業時，有時會出現電弧磁偏吹現象，影響焊接過程。剩磁可分為感應帶磁和工藝帶磁兩種。

感應帶磁產生的原因大致有以下六種：（1）管材制造過程；（2）管材存放于強磁場；（3）電磁起重機搬運；（4）螺旋焊縫的無損檢測；（5）鋼管接近強力供電線放置；（6）天然氣管道內徑檢測和智能清管時，磁鐵頭毛刷下端的磁鐵塊向管道傳導磁性致使管道帶磁。陜北安塞段10公里直徑為426mm改線時的天然氣輸氣管道就是受到這種影響，導致四處碰口點同時出現管道帶磁，不能正常作業等。

工藝帶磁產生的原因大致有以下因素：（1）堆管場受外部環境影響，致使管材在堆放期間受到地球磁場等某些帶磁性因素的影響下產生磁性。機場、鐵道也會影響天然氣管道；（2）焊口如果用加熱（中頻加熱更甚）處理時，其感應線圈中產生的高密度磁力線會導致管道帶磁；（3）采用磁性夾持器、夾具；（4）用直流電焊接管道時也會產生磁場；（5）在進行裝配焊接作業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；（6）天然氣長輸管道輸送介質為天然氣，而天然氣中含有水分和H2S等雜質，長時間情況下會腐蝕管道產生鐵銹粉，其中的Fe3O4容易受地理磁場影響而磁化管道；（7）天然氣管道內輸送的天然氣一般情況流速較大，在下游用氣量比較大時，速度會更加快，這時會產生渦流，而渦流會導致磁性產生；（8）管道內的天然氣和混合的雜質在高速流動狀態下與管內壁發生摩擦，產生的摩擦靜電會使管道產生磁場。

2 焊口帶磁的安全隱患

焊口帶磁對天然氣管道焊接質量影響極大，如果不妥善處理，會造成極大的安全隱患。如果天然氣管道帶磁性，在對好口根焊時，會聽到異常聲響，同時會出現電弧不易引燃、引燃后的電弧燃燒穩定性極差、在帶磁管道的磁場中造成電弧的偏離、焊條熔化后的液體金屬和熔融體受外力蹦出，焊縫根本就無法成型或者很難成型，即使形成了焊點或焊縫，焊點部分為蜂窩狀，焊縫不成形，焊接無法繼續，如不進行妥善處理，執意“堆砌”成焊縫，那將對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對已經帶磁的天然氣管道的磁性進行抵消，或者將利用外部磁場和帶磁管道的磁場的磁力線接通，當帶磁管道的剩余磁場強度不足以影響到焊接的時候，即可進行焊接。

帶磁管道的消磁分為三個等級。剩磁感應強度小于20Gs的為弱等級，不用消磁；強度介于20～100Gs的為中等等級，大于100Gs的都需要消磁。磁力計可以用于評估磁系統空氣間隙中脈動磁場以及漏磁磁場的磁感應強度。

管道消磁應按照以下順序進行：（1）利用磁力計對管道磁場的大小和方向進行判斷；（2）根據管道所帶磁性強度的大小確定選擇消磁的方式方法；（3）按照既定方案準備充足消磁材料和用具；（4）按照既定消磁方案對帶磁天然氣管道對接處進行處理；（5）同樣利用檢測工具——磁力計檢查剩磁量，判斷是否適合焊接。依照多處帶磁管道的檢測的數據總結出管道帶磁量一般為100Gs以下，不過也有特別的地方，比如輸送高含硫氣質的天然氣管道，最高的帶磁量甚至達到500～600Gs。

結合施工現場消磁方法，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

用直流電消磁的過程為：（1）利用磁力計來確定管道磁場強度的大小和方向；（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，同時利用焊機調整電流，一臺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作用方向與帶磁管道磁場作用方向相反，參見圖1和圖2；（3）一般情況下，剛開始接通時的將電流調整到90A左右；（4）在電源接通消磁的過程中，可以間隔一定時間段用磁力計監測消磁情況，同時可以用變流器上調整焊把線極性或者調整電流強度來達到改變磁性方向和強度的目的；（5）通過檢測，管道磁場強度滿足焊接時，應該在1分鐘內勻速地減小電流，直到零值，其目的是為了平穩地降低磁通，最終斷掉電源。如果只是被焊接管道的焊縫一側管道帶磁，那么對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圈左右的焊把線產生的磁場值消磁。陜北安塞改線段就是埋地端老管道一側帶磁，新管道一側不帶磁。如果需要焊接的管道焊縫兩側管道均帶磁，那么當逐步消磁到管道對接部位時，需要保證兩根管道距離在300mm左右，這時要在每一側管道距離焊口100mm左右處纏繞20圈的焊把線，參照圖3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，參見圖4。同樣是利用焊機，將電流調整到300A，用焊鉗夾住焊條接觸金屬板形成短路10秒后即刻斷開。重復進行此操作，用磁力計檢查磁性，達到滿足焊接要求的強度時即可進行焊接。

此外，還有一種最佳的消磁方案，對于已經對好口管道消磁時，在被對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，參見圖5。線圈可以沿順時針或者逆時針重疊繞20圈左右。管道磁性越強，圈數越多。當檢測到磁性強度小于20Gs以后，可以施焊。這時候可以用10～20A小電流補充消磁。

3.2 交流電繞線組法

用交流電消磁一般用于已對好口的、壁厚為25mm左右的、焊縫一側管道帶磁的管道末端的對接處。除按上述直流電消磁以外，還可以參見圖6所示的消磁方法，用一根焊把線繞于焊縫兩側的管道上形成電磁線圈，同時在回路中接入直徑為2.0mm左右、長度為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，熔斷時間由鋼絲直徑、長度和電流值決定。在鋼絲熔斷后，用磁力計檢查剩磁大小。消磁效果不理想時，可以重復消磁，可在根焊完成后拆除消磁裝置。

3.3 用消磁設備

市場上有成型的消磁設備，工作原理是專業設備對帶磁管端形成一個外部反向磁場，抵消帶磁管道磁場，使帶磁管道磁場低于10Gs，滿足焊接需求。利用專業的電磁鐵消磁，需要焊接整流器或者變壓器作為電源。中石油采用消磁儀，已成功消磁作業數百例。

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。一般用在已對接好的對好口的長為1～2m的管道上。電磁鐵安裝方法參見圖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程中，需用磁力計定期監測管道剩磁的方向與大小。消磁磁場的大小可以通過改變電流大小來調節，磁場方向通過改變電流方向來調節，也就是變換電源的正負極來調節。消磁后應即刻施焊，后進行下一段的消磁、施焊。

3.4.2 用永磁鐵消磁。用磁鐵消磁不需要電源，但需要習性相當的永久性磁鐵，同時磁鐵安裝必須正確，永久性磁鐵磁極應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來檢查。如果永久性磁鐵磁性強度不夠，滿足不了消磁，可以將磁鐵連接來使用。在對一段帶磁區域消除磁性后，就要立即進行焊接。接著可以將磁鐵換到另外一個待消磁區域進行同樣的操作。磁鐵越接近消磁處，越可以增加消磁磁場。順著管道外表面移動磁鐵，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曾用此法成功消磁焊接，同時四處碰口點在進行作業。

3.5 升溫法

對于帶磁性不大的管道，組對好管道焊口后，可以用氧炔焰加熱帶磁天然氣管道的對口坡口，使坡口處升溫，管道母材表面呈現淺紅色，溫度約為800℃時，溫度大概達到了居里點，這樣也可以降低管道磁性。如果管道所帶磁性很強，需升溫到改變管道金屬的金相結構才能達到降低管道磁性的目的，但是現行國家標準不允許改變管材的金相結構，故升溫法僅適用于弱磁管道。

3.6 清洗法

對于一些磁性較弱的帶磁管道，焊接時也會有難以焊接的現象，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，配合著用榔頭等敲擊管道，用來破壞帶磁管道磁場的磁力線，最終達到滿足焊接的效果。

3.7 搭橋法

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

4 結語

隨著社會的發展、城市建設進程的加快，天然氣長輸管道的改線作業也越來越多，同時隨著科技的進步，管道內檢測、智能化清管等作業以及各種現代化因素的影響，新、老管線帶磁性的可能性越來越大，帶磁性管道的消磁也會有更好的辦法。通過親身經歷并參閱資料，總結以上，希望在今后的工作和學習中能有更多更好的辦法來解決此類問題。

參考文獻

[1]侯賢忠.9XNi鋼焊接中的磁偏吹及其防止[J].焊接

學，1985，6（4）.

[2]許貴芝.俄羅斯管道焊接前的現代消磁方法[J].焊

管，2002，25（5）.

[3]曹萱齡.物理學[M].北京：高等教育出版社，1984.

作者簡介：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：油氣儲運工程。

（責任編輯：黃銀芳）