長輸天然氣管道焊口帶磁的產生原因及消磁方法

摘 要

摘要:在天然氣長輸管道停氣換管作業(yè)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

摘要:在天然氣長輸管道停氣換管作業(yè)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(huán)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(xiàn)焊接電弧,產生磁偏吹,干擾電弧穩(wěn)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(yè)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。
關鍵詞: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?。淮牌?/span>
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(yè)焊口帶磁的原因較復雜[1],根據(jù)對多個施工現(xiàn)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(shù)字化的智能清管器,與傳統(tǒng)的“投球”清管后再進行無損檢測作業(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,但在實施智能清管作業(yè)過程中,受清管器發(fā)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(yè)過程中,由鐵毛刷下端的磁鐵塊不斷向管內壁發(fā)出磁場波,導致管道帶磁。北方某公稱直徑1016mm的天然氣輸氣管道受此影響,導致?lián)Q管碰口施工中無法正常進行根焊作業(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813mm長輸天然氣管道的施工現(xiàn)場,37根新螺旋焊縫鋼管出現(xiàn)此類情況。
1.3 環(huán)境的影響
    長輸管道建設時,通常會在施工現(xiàn)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(qū)管材還會受到鐵道、機場等環(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,受附近機場環(huán)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(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(xiàn)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(fā)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(yè)過程中,經常遇到管道焊口帶磁現(xiàn)象,具體表現(xiàn)為:在根焊時,出現(xiàn)焊接電弧,產生磁偏吹,干擾電弧穩(wěn)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(yè)帶來以下影響。
   1) 采用氬弧焊進行根焊時,呈現(xiàn)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(xiàn)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(jù)對現(xiàn)場帶磁管道的測定結果,管道一般帶磁量為89Gs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500Gs。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(shù),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(xiàn)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(shù)根據(jù)管道的磁場強弱決定,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(jié),可在設備上實現(xiàn)磁場極性轉換,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10Gs,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(yè)數(shù)百例。
3.3 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(xiàn)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(qū)管網(wǎng)碰口作業(yè)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100mm左右),每1焊點長度約為25mm,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(shù)字化智能清管系統(tǒng)的廣泛使用,管道智能檢測作業(yè)較頻繁,長輸天然氣管道碰口作業(yè)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(yè)實施根焊的需求,因此,建議崩接工藝上尋求解決辦法。
參考文獻
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[2] 徐初雄.焊接工藝500問[M].北京:機械工業(yè)出版1997.
[3] 許貴芝.俄羅斯管道焊接前的現(xiàn)代消磁方法[J].焊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.
 
(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)