PIG清管技術及其應用

PIG清管技術是一項由防腐（fǔ）專（zhuān）業引申為管道（dào）防護、維持的技術，始於20世紀60年代。原（yuán）主要用於管道內表麵（miàn）除鏽（xiù）、脫水、幹燥及塗層，是預防管道（dào）結垢的良好措施。因此，國外（wài）管道在投運（yùn）之前，先做PIG通流試（shì）驗，這樣就為管道投產後進（jìn）行正常維（wéi）護奠定了基礎。目前（qián）PIG除具備以上功能之外，還擴展（zhǎn）為管道除垢技術，對（duì）垢層的基本要求是軟垢或薄的硬垢。在我國，由於對PIG技術認識不足，還不是將其作為（wéi）保持管線高效運（yùn）行的維護（hù）手段，而是（shì）作（zuò）為一種專門的管道清洗技術，用（yòng）以恢複管線所（suǒ）必需的流通截麵，使生產能夠得以正常進行。

1.PIG清管技術概況

（1）裝置簡介

PIG清管裝置主要由PIG、發射器、接收器、壓力測量儀表、PIG跟蹤儀及閥門等組成。

PIG本體采用不同的高分子彈性材（cái）料混煉而成，用異種高分子彈性材料包覆外層，因此表麵具有良好抗拉伸性、抗剪切強度高和很好的彈性、韌性與耐磨性，能（néng）在較高壓力和溫度下進行清管而不損壞。有（yǒu）些PIG表麵還（hái）裝有鋼（gāng）刷、鐵釘等突起物，使其既能夠清洗硬（yìng）垢又不（bú）損壞被清洗表麵的金屬。一（yī）般收縮率為5%〜30%，最大可（kě）達65%。因此，可承受彎曲及拉伸變形，可連續（xù）通過90°的標準彎頭、變徑管、180°回轉彎頭、閥門和管（guǎn）接頭等處。同（tóng）一尺寸的PIG具有不同（tóng）的密度；而不同的表麵包覆物（wù），也就具有不同的用途。PIG的（de）直徑範圍為12〜2500mm，長度為其直徑的1.5-2.5倍。

PIG的種類有幾十種，應根據不同的情況具體選用。對於目前（qián）國內的（de）具體情況，一般選用的PIG類型（xíng）有：

a.AB（光滑軟PIG）；b.ACC—WB（鐵（tiě）刷（shuā）PIG）；c.ACC—SC（帶箍碳化矽PIG）；

d.SCC—WB（鐵（tiě）刷紅PIG）；e.SCC—SC（帶箍碳化矽紅（hóng）PIG）；f.GrayHardScale（灰色硬垢PIG）»

除通用PIG之外，還有各種特殊功能的專用PIG，如探（tàn）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（dù）提高了PIG清洗（xǐ）能力。

PIG的形狀如圖4-34所示。

圖4-34PIG的形狀

上述幾（jǐ）種類型（xíng）的PIG，分別具有不同的清（qīng）管作用（yòng），在應用中均取得（dé）了較為滿意的效果。

發射器的基本（běn）形狀是一圓錐體，後部設有推（tuī）動介質的（de）入門和測壓口，一般均垂直於軸線布置，如（rú）圖（tú）4-35所示。

發射器（qì）的主要作用（yòng）是將PIG導入管道，並使PIG具有一運行（háng）初速（sù）度。

接收器安裝在被清洗管線的末端（duān），其結（jié）構與發射器相似，作用（yòng）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（jiè）質的（de）推動來（lái）實現的，一（yī）般（bān）以（yǐ）油和水居多。PIG運行時的工作壓力應不大於或略高於管線正常運行的工作（zuò）壓（yā）力，運行速度以0.7-1m/s為宜，運行速度可通過調節閥門（mén）、控製壓力和流量來實現。

圖4-35發射器示意圖

圖片P226頁

（2）工作原理

PIG放進發射器後，發射介質在（zài）PIG前進方向產（chǎn）生壓力差，形成前進推（tuī）力（lì），使PIG沿管線前進，在運行過程中，PIG稍有變形。PIG本體或其附件在管內不斷與管壁的汙垢接觸、擠壓（yā）、摩擦、切割、刮削，並把汙垢刮削（xuē）下來；與此同時，PIG尾部的推動介質經過PIG圓（yuán）周與管壁（bì）之間的環隙到達PIG頭部時，形成小流量高速度的環隙射流。它不（bú）僅能衝開已除下的堆積在PIG前（qián）端的汙垢（gòu），並及時排出管外，而且起到冷卻、潤滑的作用。

2.PIG清管技術的應用

（1）PIG清管技術應用的基本條件

對於被清洗管線，首先應了（le）解其正常運行時（shí）的工作壓力、流體輸送量以及管線所能承受的最高壓力，對一些附著（zhe）特殊垢、形狀不規則的管線，最（zuì）好能測知（zhī）其沿線的壓力（lì）分布情況；其次，需要了解管內壁所附著垢（gòu）的（de）特點，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（néng）否進行清洗的基本條件。根據以上了解的情況確定（dìng）以下（xià）因素：

①清洗時所需要的泄漏量；

②選擇合適規格的PIG材料（liào）；

③垢以何種形式（shì）（指塊狀、片狀、顆粒（lì）狀等）被清除；

④垢在流（liú）體中的運動狀態。

最後需了解管線上所有管件及附屬件的具體形式、位置、數量等。以上問題都調（diào）查清楚後，才可進入方案的製訂及具體的實施（shī）階段。

（2）PIG清（qīng）管技術應用實例

以長嶺煉油廠Φ500mm化學排汙管線PIG清管為（wéi）例，對PIG清（qīng）管過程做一全麵介紹。

①管（guǎn）線調查（chá）

a.清管範（fàn）圍：排水車間至陸城油港碼頭處，Φ400mm管，長1km；Φ500mm管，管長12km，總長13km，屬於變徑管。

b.管材質：Φ400mm螺（luó）旋卷（juàn）焊管（guǎn），內襯防腐（fǔ）層；Φ500mm管為鑄鐵管，承插接口。

c.工作狀態：正常運行工作壓力0.35MPa，最高承（chéng）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（dǐ）有（yǒu）沉積；疏軟型，顆粒狀，在水中（zhōng）形成懸濁液（yè）。

f.管線鋪（pù）設（shè）情況（kuàng）：前端為Φ400mm螺旋卷焊管，共有5個拐（guǎi）點；以後為Φ500mm鑄鐵管，共有7個拐點，20個排空或排泥閥，其設置（zhì）安裝情況（kuàng）如圖4-36所示。

圖（tú）4-36部分管件安裝示意圖

圖片P227頁

如參照國外（wài）有關資料，則有相當部分不符合PIG安全運行的要求，而且由於多種客觀原因，廠方又不願意進行改造；另外，該管線建（jiàn）於（yú）1966年（nián），沿（yán）途經過一些丘陵、池塘（táng）、稻田等落（luò）差約為23m，在以往的運行過程中又進行了許多次搶修、改線工作等，但都沒有詳細的維修記錄，實施PIG清管困難較（jiào）大。故必須采取（qǔ）多（duō）種安全保（bǎo）障，如在保證清洗質量的前（qián）提下，盡可能（néng）選擇密度小、彈性大的PIG材料；加強PIG材料；加（jiā）強PIG跟蹤定位；反衝洗；預備搶修隊伍等。

②清管前準備工作

a.確定清管時所需要的泄漏量

該條排汙管線存在兩處管徑Φ400mm和Φ500mm，廠方要求（qiú）一次性通過，並達到（dào）如下清洗要求（qiú）：Φ400mm管（guǎn）線除（chú）垢率達100%，500mm管線流通（tōng）直徑達到450mm。Φ400mm管線內壁有（yǒu）防腐層，管長僅為1km，所（suǒ）以應以Φ500mm管（guǎn）線考慮（lǜ）為主。而Φ500mm管線根據清洗質量要求隻要（yào）求有Φ450mm的（de）通徑即可，所以對其內壁上產生的少量氧化（huà）鐵垢可不予（yǔ）考慮。對於（yú）PIG清管，一般所要求（qiú）的泄漏量為（wéi）5%〜30%，因為本次清除下來的垢屬於疏軟型，顆粒（lì）狀，故每次清除下來（lái）的（de）垢量較大，在推動介質汙水形成懸濁液時，泄漏量宜選擇較大（dà）值（zhí），否則清除下來的積垢將不能及時帶走，容易出現堵塞現（xiàn）象。

b.選擇PIG型號

本著既能滿足（zú）清管的質量要求（qiú），又不破壞Φ400mm管線（xiàn）防腐層的（de）原則（zé），盡可能（néng）選用密度小、彈性（xìng）大、運行距離長的PIG。這是因為對（duì）於本次工程的清管對象（xiàng），如根據國外有關資（zī）料，有許（xǔ）多情況是不適合PIG清管（guǎn）的，但（dàn）從所提供的有關PIG材料（liào）來（lái）看，有少量幾種收縮率或者抗撕裂度基本可滿足該條管線的（de）設置情況。最差情況是可（kě）能出現PIG的碎裂，但如控製得當，不會出現堵塞情況。基於以上情況，我們選用了AB、ACC-WB和ACC-3C三種（zhǒng）型號的PIG進行清管。另（lìng）外，因為（wéi）該條管線（xiàn）情況較為複雜，為了使異常（cháng）情況出現後能夠（gòu）及時進行處理，以上三種型號的PIG材（cái）料均加裝跟蹤器。

c.發射（shè）器的安裝

因為發射點在Φ400mm管（guǎn）線上，所以須（xū）加工（gōng）Φ400mm的發射器，而出口點則在該廠以前的排汙場，可直接排放（fàng），故不需加工接收（shōu）器（qì）。加工好的發射器按圖4-37所示與被（bèi）清洗管線相連（lián）接。

d.泵站的確定

被清（qīng）洗對象主要為Φ500mm管線，據實際檢測其沿途壓力損失較大（dà），當發射點壓力為0.65MPa時，管線沿途壓力最小值為0.12MPa。考慮到管線（xiàn）的高低位（wèi）差、PIG材料（liào）和跟蹤儀（yí）器的自重，所選擇的（de）泵站需滿足如下數據：壓（yā）力（lì）7.1MPa，流量500m³h（儲備）。催化劑廠的排汙（wū）係（xì）統可滿足以上（shàng）條件，所（suǒ）以本次工程不需另建泵站，可直（zhí）接利用其排汙係統進行PIG發射。

圖4-37發射器（qì）安裝示意

e.清管過程的跟（gēn）蹤定位

在（zài）安裝、搶修過程中難免存在一些遺留問題，為（wéi）了對這些問題進行準確及時的處理，藍星公司從德國（guó）KOPP公司引進了專門的管線PIG清管定位儀，該儀器可（kě）對在地下19m深的管線中運行的PIG進行較為準確的跟蹤定位。對於本次工程，因為管線的情況較為複雜，為了確保（bǎo）跟蹤定位的快捷、準確（què），我們對儀器進行了現場模擬測（cè）試，調整了儀（yí）器的跟蹤參數，並對（duì）管線的走向位置進（jìn）行了準確（què）定位，確保跟蹤儀器能在可靠（kào）的範圍內接收到可靠的信號；另外選擇（zé）了19個定位點，利用（yòng）4台跟蹤定位儀先進（jìn）行分段通過檢測，這樣即使出（chū）現意外（wài）情況，也能確保將PIG的位置限定在某一（yī）小的區段，再在這一小的區段內進行檢（jiǎn）測搜索，確保了能在最短的時間內對PIG進行準確定位，以便及時處理（lǐ）。

f.確定首發PIG

一般首枚發射的PIG均為AB型探測PIG，後帶跟蹤器，但其直徑大小的選擇至關重要，既要考慮流通截麵積的大小，又要考慮泄漏量的大小，同時還要估算出在探測PIG通過（guò）後（hòu）可能清除下來的垢量以及預測其在水（shuǐ）中（zhōng）的（de）運動狀（zhuàng）態。隻有（yǒu）上述幾方麵綜合起來才能篩選出一個直徑（jìng）較為合適的探測型（xíng）PIG，才能大（dà）概確定泵站應提供的壓力和（hé）流量等參數。對於Φ500mm管線，平均垢厚為75mm，流通截麵積為962.6cm²；垢質較疏軟，顆（kē）粒狀，在水中將形成懸濁液，在較（jiào）長時間內（nèi）不會沉積到管底，所以每次清除下來的垢量較大。由（yóu）理論計算得出首（shǒu）枚探測PIG的直徑應（yīng）大於300mm，因（yīn）此必須有足夠的流量（liàng）將之及時帶出管（guǎn）外，故（gù）泄漏量應保持（chí）較大值。再考慮到具體情（qíng）況以及實踐經驗，對於本次被清洗（xǐ）對（duì）象，確定Φ400mmAB型作為第一發射PIG較為合適。

③PIG清管（guǎn）

a.將已（yǐ）確定的Φ400mmAB型PIG裝入發射（shè）器，開動催（cuī）化劑廠的排（pái）汙係統，壓力控（kòng）製（zhì）在0.65MPa左右，在跟蹤定位儀器的監測之下PIG開始工作，估算其（qí）運行速度並與（yǔ）理論值相比較，再進行（háng）壓力與流量（liàng）的調（diào）整，使其盡量接近最佳運行速度0.7m/S。

b.在PIG運（yùn）行過程中發現，管線上仍然有兩處影響PIG通過的（de）附件沒有被拆（chāi）除（一為王龍坡處的采樣管，插入臂線大約有400mm；另一為陸城橋處的蝶形閥），使PIG得以正常運行（háng）。

c.Φ400mmAB型PIG，在（zài）管線內（nèi）累計運行（háng）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（yóu）此確定後續PIG的發射壓力為0.65MPa。

d.在發射PIG的基本參數確定後，又連續（xù）發射了3枚清洗PIG，其中Φ410mmSCC一WB兩枚，Φ25mmACC—SCPIG—枚。因為（wéi）管線存（cún）在變徑問題，對Φ425mmACC-SCPIG損傷較大，為了安全起見，決定停（tíng）止PIG清管，進行清管質量測評。

3.效（xiào）果測評

為了測評清管效（xiào）果，廠方除采用（yòng）直觀的檢測方法外，還決定由其（qí）設備技術研究所確定運行參數，進行PIG清管前後汙水排送能力的對比測量，結果見表4-11。

表4-11PIG清管前後（hòu）管線流量的變化

表格P229頁

由表4-11可知，清管後汙（wū）水（shuǐ）排（pái）送能力在相同條件下得到了（le）顯著提高。在正常工作壓力為0.35MPa時，排送（sòng）量提高了近80%，完全滿足了長煉催化劑廠汙水排送量（liàng）的要求，並節省了重新鋪設排汙管線的開支。

4.小結

在我國，PIG清管（guǎn）技術（shù）具有廣闊的應用領域，但不能（néng）生（shēng）搬硬套，在參（cān）考國外許多技術資料的同時，應根據我國（guó）的實際情（qíng）況，均衡考慮流體的介質（zhì）推動壓力、流量、垢質以及不同型號之間的關（guān）係，PIG清管才能得到滿意的效果。