摘要：在天然气长输管道改线等作业中，常常会遇到因原管道带磁而无法与新管道正常焊接的情况，既影响焊口质量，又耽误施工时间。文章分析了管道带磁现象，并归纳了导致管道焊口带磁的原因，同时根据科学理论并联系实际总结出了消磁方法。
关键词：天然气；长输管道；带磁原因；消磁方法；管道焊接 文献标识码：a
中图分类号：te42 文章编号：1009-2374（2016）22-0027-03 doi：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.014
1 天然气长输管道产生磁性的原因
天然气长输管道在建设或者改线进行焊接作业时，有时会出现电弧磁偏吹现象，影响焊接过程。剩磁可分为感应带磁和工艺带磁两种。
感应带磁产生的原因大致有以下六种：（1）管材制造过程；（2）管材存放于强磁场；（3）电磁起重机搬运；（4）螺旋焊缝的无损检测；（5）钢管接近强力供电线放置；（6）天然气管道内径检测和智能清管时，磁铁头毛刷下端的磁铁块向管道传导磁性致使管道带磁。陕北安塞段10公里直径为426mm改线时的天然气输气管道就是受到这种影响，导致四处碰口点同时出现管道带磁，不能正常作业等。
工艺带磁产生的原因大致有以下因素：（1）堆管场受外部环境影响，致使管材在堆放期间受到地球磁场等某些带磁性因素的影响下产生磁性。机场、铁道也会影响天然气管道；（2）焊口如果用加热（中频加热更甚）处理时，其感应线圈中产生的高密度磁力线会导致管道带磁；（3）采用磁性夹持器、夹具；（4）用直流电焊接管道时也会产生磁场；（5）在进行装配焊接作业管道安装时要采用磨光机对管口进行打磨，强摩擦会引起坡口带磁；（6）天然气长输管道输送介质为天然气，而天然气中含有水分和h2s等杂质，长时间情况下会腐蚀管道产生铁锈粉，其中的fe3o4容易受地理磁场影响而磁化管道；（7）天然气管道内输送的天然气一般情况流速较大，在下游用气量比较大时，速度会更加快，这时会产生涡流，而涡流会导致磁性产生；（8）管道内的天然气和混合的杂质在高速流动状态下与管内壁发生摩擦，产生的摩擦静电会使管道产生磁场。
2 焊口带磁的安全隐患
焊口带磁对天然气管道焊接质量影响极大，如果不妥善处理，会造成极大的安全隐患。如果天然气管道带磁性，在对好口根焊时，会听到异常声响，同时会出现电弧不易引燃、引燃后的电弧燃烧稳定性极差、在带磁管道的磁场中造成电弧的偏离、焊条熔化后的液体金属和熔融体受外力蹦出，焊缝根本就无法成型或者很难成型，即使形成了焊点或焊缝，焊点部分为蜂窝状，焊缝不成形，焊接无法继续，如不进行妥善处理，执意“堆砌”成焊缝，那将对承压的天然气管道造成极大安全隐患。
3 如何处理天然气管道带磁
管道消磁即利用外部的磁场对已经带磁的天然气管道的磁性进行抵消，或者将利用外部磁场和带磁管道的磁场的磁力线接通，当带磁管道的剩余磁场强度不足以影响到焊接的时候，即可进行焊接。
带磁管道的消磁分为三个等级。剩磁感应强度小于20gs的为弱等级，不用消磁；强度介于20～100gs的为中等等级，大于100gs的都需要消磁。磁力计可以用于评估磁系统空气间隙中脉动磁场以及漏磁磁场的磁感应强度。
管道消磁应按照以下顺序进行：（1）利用磁力计对管道磁场的大小和方向进行判断；（2）根据管道所带磁性强度的大小确定选择消磁的方式方法；（3）按照既定方案准备充足消磁材料和用具；（4）按照既定消磁方案对带磁天然气管道对接处进行处理；（5）同样利用检测工具――磁力计检查剩磁量，判断是否适合焊接。依照多处带磁管道的检测的数据总结出管道带磁量一般为100gs以下，不过也有特别的地方，比如输送高含硫气质的天然气管道，最高的带磁量甚至达到500～600gs。
结合施工现场消磁方法，带磁管道的消磁方法主要有以下七种：
3.1 直流电绕线组法
用直流电消磁的过程为：（1）利用磁力计来确定管道磁场强度的大小和方向；（2）可以利用截面为35～50mm2焊把线，缠绕到带磁管道上，形成电磁线圈，同时利用焊机调整电流，一台变流器不足可以顺序性地接上变流器，确保焊把线绕成的电磁场作用方向与带磁管道磁场作用方向相反，参见图1和图2；（3）一般情况下，刚开始接通时的将电流调整到90a左右；（4）在电源接通消磁的过程中，可以间隔一定时间段用磁力计监测消磁情况，同时可以用变流器上调整焊把线极性或者调整电流强度来达到改变磁性方向和强度的目的；（5）通过检测，管道磁场强度满足焊接时，应该在1分钟内匀速地减小电流，直到零值，其目的是为了平稳地降低磁通，最终断掉电源。如果只是被焊接管道的焊缝一侧管道带磁，那么对带磁端管道用直流电消磁，可以先在管道不影响焊接的地方绕外径缠绕12圈左右的焊把线产生的磁场值消磁。陕北安塞改线段就是埋地端老管道一侧带磁，新管道一侧不带磁。如果需要焊接的管道焊缝两侧管道均带磁，那么当逐步消磁到管道对接部位时，需要保证两根管道距离在300mm左右，这时要在每一侧管道距离焊口100mm左右处缠绕20圈的焊把线，参照图3完成消磁。
还有一种将电焊钳和金属板片接入消磁的电气线路中的方案，参见图4。同样是利用焊机，将电流调整到300a，用焊钳夹住焊条接触金属板形成短路10秒后即刻断开。重复进行此操作，用磁力计检查磁性，达到满足焊接要求的强度时即可进行焊接。
此外，还有一种最佳的消磁方案，对于已经对好口管道消磁时，在被对接管道端缠绕截面为35～50mm2的焊把线，形成两根管道的共用线圈，参见图5。线圈可以沿顺时针或者逆时针重叠绕20圈左右。管道磁性越强，圈数越多。当检测到磁性强度小于20gs以后，可以施焊。这时候可以用10～20a小电流补充消磁。
3.2 交流电绕线组法 用交流电消磁一般用于已对好口的、壁厚为25mm左右的、焊缝一侧管道带磁的管道末端的对接处。除按上述直流电消磁以外，还可以参见图6所示的消磁方法，用一根焊把线绕于焊缝两侧的管道上形成电磁线圈，同时在回路中接入直径为2.0mm左右、长度为1.0m左右的钢丝。钢丝要安装在石棉砖等具有绝缘性、阻燃性的垫板上。电源接通后，钢丝被加热直至熔断，熔断时间由钢丝直径、长度和电流值决定。在钢丝熔断后，用磁力计检查剩磁大小。消磁效果不理想时，可以重复消磁，可在根焊完成后拆除消磁装置。
3.3 用消磁设备
市场上有成型的消磁设备，工作原理是专业设备对带磁管端形成一个外部反向磁场，抵消带磁管道磁场，使带磁管道磁场低于10gs，满足焊接需求。利用专业的电磁铁消磁，需要焊接整流器或者变压器作为电源。中石油采用消磁仪，已成功消磁作业数百例。
3.4 用电磁铁和永久磁铁
3.4.1 用电磁铁消磁需要电源。原理基本和绕线组一样。一般用在已对接好的对好口的长为1～2m的管道上。电磁铁安装方法参见图7，使电磁铁的n极放置在有磁性管道的s极一端，磁铁的s极放置在管道磁性n极一端，在用电磁铁消除管道磁性的过程中，需用磁力计定期监测管道剩磁的方向与大小。消磁磁场的大小可以通过改变电流大小来调节，磁场方向通过改变电流方向来调节，也就是变换电源的正负极来调节。消磁后应即刻施焊，后进行下一段的消磁、施焊。
3.4.2 用永磁铁消磁。用磁铁消磁不需要电源，但需要习性相当的永久性磁铁，同时磁铁安装必须正确，永久性磁铁磁极应该和被磁化的带磁管道的磁极相反。磁铁安装正确与否可用磁力计来检查。如果永久性磁铁磁性强度不够，满足不了消磁，可以将磁铁连接来使用。在对一段带磁区域消除磁性后，就要立即进行焊接。接着可以将磁铁换到另外一个待消磁区域进行同样的操作。磁铁越接近消磁处，越可以增加消磁磁场。顺着管道外表面移动磁铁，可以将带磁管道的磁性减小到最小值。陕西省天然气股份有限公司在陕北改线时曾用此法成功消磁焊接，同时四处碰口点在进行作业。
3.5 升温法
对于带磁性不大的管道，组对好管道焊口后，可以用氧炔焰加热带磁天然气管道的对口坡口，使坡口处升温，管道母材表面呈现浅红色，温度约为800℃时，温度大概达到了居里点，这样也可以降低管道磁性。如果管道所带磁性很强，需升温到改变管道金属的金相结构才能达到降低管道磁性的目的，但是现行国家标准不允许改变管材的金相结构，故升温法仅适用于弱磁管道。
3.6 清洗法
对于一些磁性较弱的带磁管道，焊接时也会有难以焊接的现象，可以用丙酮溶液清洗焊口处，清洗的目的是为了将渗透于金格间的fe3o4清洗干净。在焊接时，配合着用榔头等敲击管道，用来破坏带磁管道磁场的磁力线，最终达到满足焊接的效果。
3.7 搭桥法
之所以称为搭桥法，就是在管道碰口端面进行点焊，形成桥一样的连接两根管道的焊点，使两根管道之间有充分的磁性流通面积，从而达到磁性相互流通，减弱磁性，以满足焊接需要。具体要求：在焊接端面对称且均匀地点焊，但两焊点间距离不超过10cm，每个焊点长度不超过25mm，特建议熔池深度不宜超过管道壁厚的1/3。
4 结语
随着社会的发展、城市建设进程的加快，天然气长输管道的改线作业也越来越多，同时随着科技的进步，管道内检测、智能化清管等作业以及各种现代化因素的影响，新、老管线带磁性的可能性越来越大，带磁性管道的消磁也会有更好的办法。通过亲身经历并参阅资料，总结以上，希望在今后的工作和学习中能有更多更好的办法来解决此类问题。
参考文献
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[2] 许贵芝.俄罗斯管道焊接前的现代消磁方法[j].焊
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[3] 曹萱龄.物理学[m].北京：高等教育出版社，1984.
作者简介：张勇（1974-），男，陕西铜川人，陕西省天然气股份有限公司工程师，研究方向：油气储运工程。
