PIG清管技术及其应用

PIG清管技术是一项由防腐专业引申为管道防护、维持的技术，始于20世纪60年代。原主要用于管道内表面除锈、脱水、干燥及涂层，是预防管道结垢的良好措施。因此，国外管道在投运之前，先做PIG通流试验，这样就为管道投产后进行正常维护奠定了基础。目前PIG除具备以上功能之外，还扩展为管道除垢技术，对垢层的基本要求是软垢或薄的硬垢。在我国，由于对PIG技术认识不足，还不是将其作为保持管线高效运行的维护手段，而是作为一种专门的管道清洗技术，用以恢复管线所必需的流通截面，使生产能够得以正常进行。

1.PIG清管技术概况

（1）装置简介

PIG清管装置主要由PIG、发射器、接收器、压力测量仪表、PIG跟踪仪及阀门等组成。

PIG本体采用不同的高分子弹性材料混炼而成，用异种高分子弹性材料包覆外层，因此表面具有良好抗拉伸性、抗剪切强度高和很好的弹性、韧性与耐磨性，能在较高压力和温度下进行清管而不损坏。有些PIG表面还装有钢刷、铁钉等突起物，使其既能够清洗硬垢又不损坏被清洗表面的金属。一般收缩率为5%〜30%，最大可达65%。因此，可承受弯曲及拉伸变形，可连续通过90°的标准弯头、变径管、180°回转弯头、阀门和管接头等处。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的直径范围为12〜2500mm，长度为其直径的1.5-2.5倍。

PIG的种类有几十种，应根据不同的情况具体选用。对于目前国内的具体情况，一般选用的PIG类型有：

a.AB（光滑软PIG）；b.ACC—WB（铁刷PIG）；c.ACC—SC（带箍碳化硅PIG）；

d.SCC—WB（铁刷红PIG）；e.SCC—SC（带箍碳化硅红PIG）；f.GrayHardScale（灰色硬垢PIG）»

除通用PIG之外，还有各种特殊功能的专用PIG，如探测PIG、中心有旁通孔的旁路PIG，磁力PIG、除焦PIG、隔离PIG等，很大程度提高了PIG清洗能力。

PIG的形状如图4-34所示。

图4-34PIG的形状

上述几种类型的PIG，分别具有不同的清管作用，在应用中均取得了较为满意的效果。

发射器的基本形状是一圆锥体，后部设有推动介质的入门和测压口，一般均垂直于轴线布置，如图4-35所示。

发射器的主要作用是将PIG导入管道，并使PIG具有一运行初速度。

接收器安装在被清洗管线的末端，其结构与发射器相似，作用是方便回收运行完毕的PIG。

PIG的运行是靠一定压力的流体介质的推动来实现的，一般以油和水居多。PIG运行时的工作压力应不大于或略高于管线正常运行的工作压力，运行速度以0.7-1m/s为宜，运行速度可通过调节阀门、控制压力和流量来实现。

图4-35发射器示意图

图片P226页

（2）工作原理

PIG放进发射器后，发射介质在PIG前进方向产生压力差，形成前进推力，使PIG沿管线前进，在运行过程中，PIG稍有变形。PIG本体或其附件在管内不断与管壁的污垢接触、挤压、摩擦、切割、刮削，并把污垢刮削下来；与此同时，PIG尾部的推动介质经过PIG圆周与管壁之间的环隙到达PIG头部时，形成小流量高速度的环隙射流。它不仅能冲开已除下的堆积在PIG前端的污垢，并及时排出管外，而且起到冷却、润滑的作用。

2.PIG清管技术的应用

（1）PIG清管技术应用的基本条件

对于被清洗管线，首先应了解其正常运行时的工作压力、流体输送量以及管线所能承受的最高压力，对一些附着特殊垢、形状不规则的管线，最好能测知其沿线的压力分布情况；其次，需要了解管内壁所附着垢的特点，即了解结垢的规律以及垢的密度、强度和结构形式等。这些是决定该清洗对象能否进行清洗的基本条件。根据以上了解的情况确定以下因素：

①清洗时所需要的泄漏量；

②选择合适规格的PIG材料；

③垢以何种形式（指块状、片状、颗粒状等）被清除；

④垢在流体中的运动状态。

最后需了解管线上所有管件及附属件的具体形式、位置、数量等。以上问题都调查清楚后，才可进入方案的制订及具体的实施阶段。

（2）PIG清管技术应用实例

以长岭炼油厂Φ500mm化学排污管线PIG清管为例，对PIG清管过程做一全面介绍。

①管线调查

a.清管范围：排水车间至陆城油港码头处，Φ400mm管，长1km；Φ500mm管，管长12km，总长13km，属于变径管。

b.管材质：Φ400mm螺旋卷焊管，内衬防腐层；Φ500mm管为铸铁管，承插接口。

c.工作状态：正常运行工作压力0.35MPa，最高承压能力0.8MPa。

d.结垢情况：Φ400mm管内垢厚40〜50mm，Φ500mm管内垢厚70~80mm。

e.垢性状：密度0.85g/cm³分布较均匀，局部管底有沉积；疏软型，颗粒状，在水中形成悬浊液。

f.管线铺设情况：前端为Φ400mm螺旋卷焊管，共有5个拐点；以后为Φ500mm铸铁管，共有7个拐点，20个排空或排泥阀，其设置安装情况如图4-36所示。

图4-36部分管件安装示意图

图片P227页

如参照国外有关资料，则有相当部分不符合PIG安全运行的要求，而且由于多种客观原因，厂方又不愿意进行改造；另外，该管线建于1966年，沿途经过一些丘陵、池塘、稻田等落差约为23m，在以往的运行过程中又进行了许多次抢修、改线工作等，但都没有详细的维修记录，实施PIG清管困难较大。故必须采取多种安全保障，如在保证清洗质量的前提下，尽可能选择密度小、弹性大的PIG材料；加强PIG材料；加强PIG跟踪定位；反冲洗；预备抢修队伍等。

②清管前准备工作

a.确定清管时所需要的泄漏量

该条排污管线存在两处管径Φ400mm和Φ500mm，厂方要求一次性通过，并达到如下清洗要求：Φ400mm管线除垢率达100%，500mm管线流通直径达到450mm。Φ400mm管线内壁有防腐层，管长仅为1km，所以应以Φ500mm管线考虑为主。而Φ500mm管线根据清洗质量要求只要求有Φ450mm的通径即可，所以对其内壁上产生的少量氧化铁垢可不予考虑。对于PIG清管，一般所要求的泄漏量为5%〜30%，因为本次清除下来的垢属于疏软型，颗粒状，故每次清除下来的垢量较大，在推动介质污水形成悬浊液时，泄漏量宜选择较大值，否则清除下来的积垢将不能及时带走，容易出现堵塞现象。

b.选择PIG型号

本着既能满足清管的质量要求，又不破坏Φ400mm管线防腐层的原则，尽可能选用密度小、弹性大、运行距离长的PIG。这是因为对于本次工程的清管对象，如根据国外有关资料，有许多情况是不适合PIG清管的，但从所提供的有关PIG材料来看，有少量几种收缩率或者抗撕裂度基本可满足该条管线的设置情况。最差情况是可能出现PIG的碎裂，但如控制得当，不会出现堵塞情况。基于以上情况，我们选用了AB、ACC-WB和ACC-3C三种型号的PIG进行清管。另外，因为该条管线情况较为复杂，为了使异常情况出现后能够及时进行处理，以上三种型号的PIG材料均加装跟踪器。

c.发射器的安装

因为发射点在Φ400mm管线上，所以须加工Φ400mm的发射器，而出口点则在该厂以前的排污场，可直接排放，故不需加工接收器。加工好的发射器按图4-37所示与被清洗管线相连接。

d.泵站的确定

被清洗对象主要为Φ500mm管线，据实际检测其沿途压力损失较大，当发射点压力为0.65MPa时，管线沿途压力最小值为0.12MPa。考虑到管线的高低位差、PIG材料和跟踪仪器的自重，所选择的泵站需满足如下数据：压力7.1MPa，流量500m³h（储备）。催化剂厂的排污系统可满足以上条件，所以本次工程不需另建泵站，可直接利用其排污系统进行PIG发射。

图4-37发射器安装示意

e.清管过程的跟踪定位

在安装、抢修过程中难免存在一些遗留问题，为了对这些问题进行准确及时的处理，蓝星公司从德国KOPP公司引进了专门的管线PIG清管定位仪，该仪器可对在地下19m深的管线中运行的PIG进行较为准确的跟踪定位。对于本次工程，因为管线的情况较为复杂，为了确保跟踪定位的快捷、准确，我们对仪器进行了现场模拟测试，调整了仪器的跟踪参数，并对管线的走向位置进行了准确定位，确保跟踪仪器能在可靠的范围内接收到可靠的信号；另外选择了19个定位点，利用4台跟踪定位仪先进行分段通过检测，这样即使出现意外情况，也能确保将PIG的位置限定在某一小的区段，再在这一小的区段内进行检测搜索，确保了能在最短的时间内对PIG进行准确定位，以便及时处理。

f.确定首发PIG

一般首枚发射的PIG均为AB型探测PIG，后带跟踪器，但其直径大小的选择至关重要，既要考虑流通截面积的大小，又要考虑泄漏量的大小，同时还要估算出在探测PIG通过后可能清除下来的垢量以及预测其在水中的运动状态。只有上述几方面综合起来才能筛选出一个直径较为合适的探测型PIG，才能大概确定泵站应提供的压力和流量等参数。对于Φ500mm管线，平均垢厚为75mm，流通截面积为962.6cm²；垢质较疏软，颗粒状，在水中将形成悬浊液，在较长时间内不会沉积到管底，所以每次清除下来的垢量较大。由理论计算得出首枚探测PIG的直径应大于300mm，因此必须有足够的流量将之及时带出管外，故泄漏量应保持较大值。再考虑到具体情况以及实践经验，对于本次被清洗对象，确定Φ400mmAB型作为第一发射PIG较为合适。

③PIG清管

a.将已确定的Φ400mmAB型PIG装入发射器，开动催化剂厂的排污系统，压力控制在0.65MPa左右，在跟踪定位仪器的监测之下PIG开始工作，估算其运行速度并与理论值相比较，再进行压力与流量的调整，使其尽量接近最佳运行速度0.7m/S。

b.在PIG运行过程中发现，管线上仍然有两处影响PIG通过的附件没有被拆除（一为王龙坡处的采样管，插入臂线大约有400mm；另一为陆城桥处的蝶形阀），使PIG得以正常运行。

c.Φ400mmAB型PIG，在管线内累计运行了290min，实际平均运行速度为0.74m/s，泄漏量约30%，较接近其最佳运行参数。由此确定后续PIG的发射压力为0.65MPa。

d.在发射PIG的基本参数确定后，又连续发射了3枚清洗PIG，其中Φ410mmSCC一WB两枚，Φ25mmACC—SCPIG—枚。因为管线存在变径问题，对Φ425mmACC-SCPIG损伤较大，为了安全起见，决定停止PIG清管，进行清管质量测评。

3.效果测评

为了测评清管效果，厂方除采用直观的检测方法外，还决定由其设备技术研究所确定运行参数，进行PIG清管前后污水排送能力的对比测量，结果见表4-11。

表4-11PIG清管前后管线流量的变化

表格P229页

由表4-11可知，清管后污水排送能力在相同条件下得到了显著提高。在正常工作压力为0.35MPa时，排送量提高了近80%，完全满足了长炼催化剂厂污水排送量的要求，并节省了重新铺设排污管线的开支。

4.小结

在我国，PIG清管技术具有广阔的应用领域，但不能生搬硬套，在参考国外许多技术资料的同时，应根据我国的实际情况，均衡考虑流体的介质推动压力、流量、垢质以及不同型号之间的关系，PIG清管才能得到满意的效果。