PIG清管技術(shù)及其應用

PIG清管技術(shù)是一項由防腐專(zhuān)業(yè)引申為管道防護、維持的技術(shù)，始于20世紀60年代。原主要用于管道內表面除銹、脫水、干燥及涂層，是預防管道結垢的良好措施。因此，國外管道在投運之前，先做PIG通流試驗，這樣就為管道投產(chǎn)后進(jìn)行正常維護奠定了基礎。目前PIG除具備以上功能之外，還擴展為管道除垢技術(shù)，對垢層的基本要求是軟垢或薄的硬垢。在我國，由于對PIG技術(shù)認識不足，還不是將其作為保持管線(xiàn)高效運行的維護手段，而是作為一種專(zhuān)門(mén)的管道清洗技術(shù)，用以恢復管線(xiàn)所必需的流通截面，使生產(chǎn)能夠得以正常進(jìn)行。

1.PIG清管技術(shù)概況

（1）裝置簡(jiǎn)介

PIG清管裝置主要由PIG、發(fā)射器、接收器、壓力測量?jì)x表、PIG跟蹤儀及閥門(mén)等組成。

PIG本體采用不同的高分子彈性材料混煉而成，用異種高分子彈性材料包覆外層，因此表面具有良好抗拉伸性、抗剪切強度高和很好的彈性、韌性與耐磨性，能在較高壓力和溫度下進(jìn)行清管而不損壞。有些PIG表面還裝有鋼刷、鐵釘等突起物，使其既能夠清洗硬垢又不損壞被清洗表面的金屬。一般收縮率為5%?30%，最大可達65%。因此，可承受彎曲及拉伸變形，可連續通過(guò)90°的標準彎頭、變徑管、180°回轉彎頭、閥門(mén)和管接頭等處。同一尺寸的PIG具有不同的密度；而不同的表面包覆物，也就具有不同的用途。PIG的直徑范圍為12?2500mm，長(cháng)度為其直徑的1.5-2.5倍。

PIG的種類(lèi)有幾十種，應根據不同的情況具體選用。對于目前國內的具體情況，一般選用的PIG類(lèi)型有：

a.AB（光滑軟PIG）；b.ACC—WB（鐵刷PIG）；c.ACC—SC（帶箍碳化硅PIG）；

d.SCC—WB（鐵刷紅PIG）；e.SCC—SC（帶箍碳化硅紅PIG）；f.GrayHardScale（灰色硬垢PIG）?

除通用PIG之外，還有各種特殊功能的專(zhuān)用PIG，如探測PIG、中心有旁通孔的旁路PIG，磁力PIG、除焦PIG、隔離PIG等，很大程度提高了PIG清洗能力。

PIG的形狀如圖4-34所示。

圖4-34PIG的形狀

上述幾種類(lèi)型的PIG，分別具有不同的清管作用，在應用中均取得了較為滿(mǎn)意的效果。

發(fā)射器的基本形狀是一圓錐體，后部設有推動(dòng)介質(zhì)的入門(mén)和測壓口，一般均垂直于軸線(xiàn)布置，如圖4-35所示。

發(fā)射器的主要作用是將PIG導入管道，并使PIG具有一運行初速度。

接收器安裝在被清洗管線(xiàn)的末端，其結構與發(fā)射器相似，作用是方便回收運行完畢的PIG。

PIG的運行是靠一定壓力的流體介質(zhì)的推動(dòng)來(lái)實(shí)現的，一般以油和水居多。PIG運行時(shí)的工作壓力應不大于或略高于管線(xiàn)正常運行的工作壓力，運行速度以0.7-1m/s為宜，運行速度可通過(guò)調節閥門(mén)、控制壓力和流量來(lái)實(shí)現。

圖4-35發(fā)射器示意圖

圖片P226頁(yè)

（2）工作原理

PIG放進(jìn)發(fā)射器后，發(fā)射介質(zhì)在PIG前進(jìn)方向產(chǎn)生壓力差，形成前進(jìn)推力，使PIG沿管線(xiàn)前進(jìn)，在運行過(guò)程中，PIG稍有變形。PIG本體或其附件在管內不斷與管壁的污垢接觸、擠壓、摩擦、切割、刮削，并把污垢刮削下來(lái)；與此同時(shí)，PIG尾部的推動(dòng)介質(zhì)經(jīng)過(guò)PIG圓周與管壁之間的環(huán)隙到達PIG頭部時(shí)，形成小流量高速度的環(huán)隙射流。它不僅能沖開(kāi)已除下的堆積在PIG前端的污垢，并及時(shí)排出管外，而且起到冷卻、潤滑的作用。

2.PIG清管技術(shù)的應用

（1）PIG清管技術(shù)應用的基本條件

對于被清洗管線(xiàn)，首先應了解其正常運行時(shí)的工作壓力、流體輸送量以及管線(xiàn)所能承受的最高壓力，對一些附著(zhù)特殊垢、形狀不規則的管線(xiàn)，最好能測知其沿線(xiàn)的壓力分布情況；其次，需要了解管內壁所附著(zhù)垢的特點(diǎn)，即了解結垢的規律以及垢的密度、強度和結構形式等。這些是決定該清洗對象能否進(jìn)行清洗的基本條件。根據以上了解的情況確定以下因素：

①清洗時(shí)所需要的泄漏量；

②選擇合適規格的PIG材料；

③垢以何種形式（指塊狀、片狀、顆粒狀等）被清除；

④垢在流體中的運動(dòng)狀態(tài)。

最后需了解管線(xiàn)上所有管件及附屬件的具體形式、位置、數量等。以上問(wèn)題都調查清楚后，才可進(jìn)入方案的制訂及具體的實(shí)施階段。

（2）PIG清管技術(shù)應用實(shí)例

以長(cháng)嶺煉油廠(chǎng)Φ500mm化學(xué)排污管線(xiàn)PIG清管為例，對PIG清管過(guò)程做一全面介紹。

①管線(xiàn)調查

a.清管范圍：排水車(chē)間至陸城油港碼頭處，Φ400mm管，長(cháng)1km；Φ500mm管，管長(cháng)12km，總長(cháng)13km，屬于變徑管。

b.管材質(zhì)：Φ400mm螺旋卷焊管，內襯防腐層；Φ500mm管為鑄鐵管，承插接口。

c.工作狀態(tài)：正常運行工作壓力0.35MPa，最高承壓能力0.8MPa。

d.結垢情況：Φ400mm管內垢厚40?50mm，Φ500mm管內垢厚70~80mm。

e.垢性狀：密度0.85g/cm3分布較均勻，局部管底有沉積；疏軟型，顆粒狀，在水中形成懸濁液。

f.管線(xiàn)鋪設情況：前端為Φ400mm螺旋卷焊管，共有5個(gè)拐點(diǎn)；以后為Φ500mm鑄鐵管，共有7個(gè)拐點(diǎn)，20個(gè)排空或排泥閥，其設置安裝情況如圖4-36所示。

圖4-36部分管件安裝示意圖

圖片P227頁(yè)

如參照國外有關(guān)資料，則有相當部分不符合PIG安全運行的要求，而且由于多種客觀(guān)原因，廠(chǎng)方又不愿意進(jìn)行改造；另外，該管線(xiàn)建于1966年，沿途經(jīng)過(guò)一些丘陵、池塘、稻田等落差約為23m，在以往的運行過(guò)程中又進(jìn)行了許多次搶修、改線(xiàn)工作等，但都沒(méi)有詳細的維修記錄，實(shí)施PIG清管困難較大。故必須采取多種安全保障，如在保證清洗質(zhì)量的前提下，盡可能選擇密度小、彈性大的PIG材料；加強PIG材料；加強PIG跟蹤定位；反沖洗；預備搶修隊伍等。

②清管前準備工作

a.確定清管時(shí)所需要的泄漏量

該條排污管線(xiàn)存在兩處管徑Φ400mm和Φ500mm，廠(chǎng)方要求一次性通過(guò)，并達到如下清洗要求：Φ400mm管線(xiàn)除垢率達100%，500mm管線(xiàn)流通直徑達到450mm。Φ400mm管線(xiàn)內壁有防腐層，管長(cháng)僅為1km，所以應以Φ500mm管線(xiàn)考慮為主。而Φ500mm管線(xiàn)根據清洗質(zhì)量要求只要求有Φ450mm的通徑即可，所以對其內壁上產(chǎn)生的少量氧化鐵垢可不予考慮。對于PIG清管，一般所要求的泄漏量為5%?30%，因為本次清除下來(lái)的垢屬于疏軟型，顆粒狀，故每次清除下來(lái)的垢量較大，在推動(dòng)介質(zhì)污水形成懸濁液時(shí)，泄漏量宜選擇較大值，否則清除下來(lái)的積垢將不能及時(shí)帶走，容易出現堵塞現象。

b.選擇PIG型號

本著(zhù)既能滿(mǎn)足清管的質(zhì)量要求，又不破壞Φ400mm管線(xiàn)防腐層的原則，盡可能選用密度小、彈性大、運行距離長(cháng)的PIG。這是因為對于本次工程的清管對象，如根據國外有關(guān)資料，有許多情況是不適合PIG清管的，但從所提供的有關(guān)PIG材料來(lái)看，有少量幾種收縮率或者抗撕裂度基本可滿(mǎn)足該條管線(xiàn)的設置情況。最差情況是可能出現PIG的碎裂，但如控制得當，不會(huì )出現堵塞情況?；谝陨锨闆r，我們選用了AB、ACC-WB和ACC-3C三種型號的PIG進(jìn)行清管。另外，因為該條管線(xiàn)情況較為復雜，為了使異常情況出現后能夠及時(shí)進(jìn)行處理，以上三種型號的PIG材料均加裝跟蹤器。

c.發(fā)射器的安裝

因為發(fā)射點(diǎn)在Φ400mm管線(xiàn)上，所以須加工Φ400mm的發(fā)射器，而出口點(diǎn)則在該廠(chǎng)以前的排污場(chǎng)，可直接排放，故不需加工接收器。加工好的發(fā)射器按圖4-37所示與被清洗管線(xiàn)相連接。

d.泵站的確定

被清洗對象主要為Φ500mm管線(xiàn)，據實(shí)際檢測其沿途壓力損失較大，當發(fā)射點(diǎn)壓力為0.65MPa時(shí)，管線(xiàn)沿途壓力最小值為0.12MPa?？紤]到管線(xiàn)的高低位差、PIG材料和跟蹤儀器的自重，所選擇的泵站需滿(mǎn)足如下數據：壓力7.1MPa，流量500m3h（儲備）。催化劑廠(chǎng)的排污系統可滿(mǎn)足以上條件，所以本次工程不需另建泵站，可直接利用其排污系統進(jìn)行PIG發(fā)射。

圖4-37發(fā)射器安裝示意

e.清管過(guò)程的跟蹤定位

在安裝、搶修過(guò)程中難免存在一些遺留問(wèn)題，為了對這些問(wèn)題進(jìn)行準確及時(shí)的處理，藍星公司從德國KOPP公司引進(jìn)了專(zhuān)門(mén)的管線(xiàn)PIG清管定位儀，該儀器可對在地下19m深的管線(xiàn)中運行的PIG進(jìn)行較為準確的跟蹤定位。對于本次工程，因為管線(xiàn)的情況較為復雜，為了確保跟蹤定位的快捷、準確，我們對儀器進(jìn)行了現場(chǎng)模擬測試，調整了儀器的跟蹤參數，并對管線(xiàn)的走向位置進(jìn)行了準確定位，確保跟蹤儀器能在可靠的范圍內接收到可靠的信號；另外選擇了19個(gè)定位點(diǎn)，利用4臺跟蹤定位儀先進(jìn)行分段通過(guò)檢測，這樣即使出現意外情況，也能確保將PIG的位置限定在某一小的區段，再在這一小的區段內進(jìn)行檢測搜索，確保了能在最短的時(shí)間內對PIG進(jìn)行準確定位，以便及時(shí)處理。

f.確定首發(fā)PIG

一般首枚發(fā)射的PIG均為AB型探測PIG，后帶跟蹤器，但其直徑大小的選擇至關(guān)重要，既要考慮流通截面積的大小，又要考慮泄漏量的大小，同時(shí)還要估算出在探測PIG通過(guò)后可能清除下來(lái)的垢量以及預測其在水中的運動(dòng)狀態(tài)。只有上述幾方面綜合起來(lái)才能篩選出一個(gè)直徑較為合適的探測型PIG，才能大概確定泵站應提供的壓力和流量等參數。對于Φ500mm管線(xiàn)，平均垢厚為75mm，流通截面積為962.6cm2；垢質(zhì)較疏軟，顆粒狀，在水中將形成懸濁液，在較長(cháng)時(shí)間內不會(huì )沉積到管底，所以每次清除下來(lái)的垢量較大。由理論計算得出首枚探測PIG的直徑應大于300mm，因此必須有足夠的流量將之及時(shí)帶出管外，故泄漏量應保持較大值。再考慮到具體情況以及實(shí)踐經(jīng)驗，對于本次被清洗對象，確定Φ400mmAB型作為第一發(fā)射PIG較為合適。

③PIG清管

a.將已確定的Φ400mmAB型PIG裝入發(fā)射器，開(kāi)動(dòng)催化劑廠(chǎng)的排污系統，壓力控制在0.65MPa左右，在跟蹤定位儀器的監測之下PIG開(kāi)始工作，估算其運行速度并與理論值相比較，再進(jìn)行壓力與流量的調整，使其盡量接近最佳運行速度0.7m/S。

b.在PIG運行過(guò)程中發(fā)現，管線(xiàn)上仍然有兩處影響PIG通過(guò)的附件沒(méi)有被拆除（一為王龍坡處的采樣管，插入臂線(xiàn)大約有400mm；另一為陸城橋處的蝶形閥），使PIG得以正常運行。

c.Φ400mmAB型PIG，在管線(xiàn)內累計運行了290min，實(shí)際平均運行速度為0.74m/s，泄漏量約30%，較接近其最佳運行參數。由此確定后續PIG的發(fā)射壓力為0.65MPa。

d.在發(fā)射PIG的基本參數確定后，又連續發(fā)射了3枚清洗PIG，其中Φ410mmSCC一WB兩枚，Φ25mmACC—SCPIG—枚。因為管線(xiàn)存在變徑問(wèn)題，對Φ425mmACC-SCPIG損傷較大，為了安全起見(jiàn)，決定停止PIG清管，進(jìn)行清管質(zhì)量測評。

3.效果測評

為了測評清管效果，廠(chǎng)方除采用直觀(guān)的檢測方法外，還決定由其設備技術(shù)研究所確定運行參數，進(jìn)行PIG清管前后污水排送能力的對比測量，結果見(jiàn)表4-11。

表4-11PIG清管前后管線(xiàn)流量的變化

表格P229頁(yè)

由表4-11可知，清管后污水排送能力在相同條件下得到了顯著(zhù)提高。在正常工作壓力為0.35MPa時(shí)，排送量提高了近80%，完全滿(mǎn)足了長(cháng)煉催化劑廠(chǎng)污水排送量的要求，并節省了重新鋪設排污管線(xiàn)的開(kāi)支。

4.小結

在我國，PIG清管技術(shù)具有廣闊的應用領(lǐng)域，但不能生搬硬套，在參考國外許多技術(shù)資料的同時(shí)，應根據我國的實(shí)際情況，均衡考慮流體的介質(zhì)推動(dòng)壓力、流量、垢質(zhì)以及不同型號之間的關(guān)系，PIG清管才能得到滿(mǎn)意的效果。