PIG清管技術及其應用

PIG清管技術是一項由防腐專業引申為管道防護、維持的技術，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，這樣就為管道投產后進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，對垢層的基本要求是軟垢或薄的硬垢。在我國，由于對PIG技術認識不足，還不是將其作為保持管線高效運行的維護手段，而是作為一種專門的管道清洗技術，用以恢復管線所必需的流通截面，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90°的標準彎頭、變徑管、180°回轉彎頭、閥門和管接頭等處。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。對于目前國內的具體情況，一般選用的PIG類型有：

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意的效果。

發射器的基本形狀是一圓錐體，后部設有推動介質的入門和測壓口，一般均垂直于軸線布置，如圖4-35所示。

發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的末端，其結構與發射器相似，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的推動來實現的，一般以油和水居多。PIG運行時的工作壓力應不大于或略高于管線正常運行的工作壓力，運行速度以0.7-1m/s為宜，運行速度可通過調節閥門、控制壓力和流量來實現。

圖4-35發射器示意圖

圖片P226頁

（2）工作原理

PIG放進發射器后，發射介質在PIG前進方向產生壓力差，形成前進推力，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污垢接觸、擠壓、摩擦、切割、刮削，并把污垢刮削下來；與此同時，PIG尾部的推動介質經過PIG圓周與管壁之間的環隙到達PIG頭部時，形成小流量高速度的環隙射流。它不僅能沖開已除下的堆積在PIG前端的污垢，并及時排出管外，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

對于被清洗管線，首先應了解其正常運行時的工作壓力、流體輸送量以及管線所能承受的最高壓力，對一些附著特殊垢、形狀不規則的管線，最好能測知其沿線的壓力分布情況；其次，需要了解管內壁所附著垢的特點，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否進行清洗的基本條件。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垢在流體中的運動狀態。

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

（2）PIG清管技術應用實例

以長嶺煉油廠Φ500mm化學排污管線PIG清管為例，對PIG清管過程做一全面介紹。

①管線調查

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

b.管材質：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：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.管線鋪設情況：前端為Φ400mm螺旋卷焊管，共有5個拐點；以后為Φ500mm鑄鐵管，共有7個拐點，20個排空或排泥閥，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

如參照國外有關資料，則有相當部分不符合PIG安全運行的要求，而且由于多種客觀原因，廠方又不愿意進行改造；另外，該管線建于1966年，沿途經過一些丘陵、池塘、稻田等落差約為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清管困難較大。故必須采取多種安全保障，如在保證清洗質量的前提下，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.確定清管時所需要的泄漏量

該條排污管線存在兩處管徑Φ400mm和Φ500mm，廠方要求一次性通過，并達到如下清洗要求：Φ400mm管線除垢率達100%，500mm管線流通直徑達到450mm。Φ400mm管線內壁有防腐層，管長僅為1km，所以應以Φ500mm管線考慮為主。而Φ500mm管線根據清洗質量要求只要求有Φ450mm的通徑即可，所以對其內壁上產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%，因為本次清除下來的垢屬于疏軟型，顆粒狀，故每次清除下來的垢量較大，在推動介質污水形成懸濁液時，泄漏量宜選擇較大值，否則清除下來的積垢將不能及時帶走，容易出現堵塞現象。

b.選擇PIG型號

本著既能滿足清管的質量要求，又不破壞Φ400mm管線防腐層的原則，盡可能選用密度小、彈性大、運行距離長的PIG。這是因為對于本次工程的清管對象，如根據國外有關資料，有許多情況是不適合PIG清管的，但從所提供的有關PIG材料來看，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，不會出現堵塞情況。基于以上情況，我們選用了AB、ACC-WB和ACC-3C三種型號的PIG進行清管。另外，因為該條管線情況較為復雜，為了使異常情況出現后能夠及時進行處理，以上三種型號的PIG材料均加裝跟蹤器。

c.發射器的安裝

因為發射點在Φ400mm管線上，所以須加工Φ400mm的發射器，而出口點則在該廠以前的排污場，可直接排放，故不需加工接收器。加工好的發射器按圖4-37所示與被清洗管線相連接。

d.泵站的確定

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

圖4-37發射器安裝示意

e.清管過程的跟蹤定位

在安裝、搶修過程中難免存在一些遺留問題，為了對這些問題進行準確及時的處理，藍星公司從德國KOPP公司引進了專門的管線PIG清管定位儀，該儀器可對在地下19m深的管線中運行的PIG進行較為準確的跟蹤定位。對于本次工程，因為管線的情況較為復雜，為了確保跟蹤定位的快捷、準確，我們對儀器進行了現場模擬測試，調整了儀器的跟蹤參數，并對管線的走向位置進行了準確定位，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個定位點，利用4臺跟蹤定位儀先進行分段通過檢測，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行檢測搜索，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。

f.確定首發PIG

一般首枚發射的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，同時還要估算出在探測PIG通過后可能清除下來的垢量以及預測其在水中的運動狀態。只有上述幾方面綜合起來才能篩選出一個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，平均垢厚為75mm，流通截面積為962.6cm2；垢質較疏軟，顆粒狀，在水中將形成懸濁液，在較長時間內不會沉積到管底，所以每次清除下來的垢量較大。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踐經驗，對于本次被清洗對象，確定Φ400mmAB型作為第一發射PIG較為合適。

③PIG清管

a.將已確定的Φ400mmAB型PIG裝入發射器，開動催化劑廠的排污系統，壓力控制在0.65MPa左右，在跟蹤定位儀器的監測之下PIG開始工作，估算其運行速度并與理論值相比較，再進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運行過程中發現，管線上仍然有兩處影響PIG通過的附件沒有被拆除（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。

c.Φ400mmAB型PIG，在管線內累計運行了290min，實際平均運行速度為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的發射壓力為0.65MPa。

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

3.效果測評

為了測評清管效果，廠方除采用直觀的檢測方法外，還決定由其設備技術研究所確定運行參數，進行PIG清管前后污水排送能力的對比測量，結果見表4-11。

表4-11PIG清管前后管線流量的變化

表格P229頁

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提高。在正常工作壓力為0.35MPa時，排送量提高了近80%，完全滿足了長煉催化劑廠污水排送量的要求，并節省了重新鋪設排污管線的開支。

4.小結

在我國，PIG清管技術具有廣闊的應用領域，但不能生搬硬套，在參考國外許多技術資料的同時，應根據我國的實際情況，均衡考慮流體的介質推動壓力、流量、垢質以及不同型號之間的關系，PIG清管才能得到滿意的效果。