PIC清管閥

一、概述
　　PIC清管閥是管線運(yùn)輸具有運(yùn)輸效率高、成本低、安全可靠，損耗少和對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。為了確保管線運(yùn)輸?shù)母咝?、暢通，按照油氣管線操作規(guī)程，必須定期使用清管裝置，通過此裝置發(fā)射和接收PIC清官器對管道進(jìn)行清管作業(yè)，清管作業(yè)是各類油、氣輸送管線正常操作過程中的重要工作。
　　由于固體物質(zhì)如石蠟在管線壁上的累積，將導(dǎo)致管線內(nèi)徑的縮減，而通過管線清管器的發(fā)送，清管器可以管線壁上清除固體物質(zhì)，這樣就防止了內(nèi)徑的縮減。
　　今天，清管被用于清潔、校準(zhǔn)、排放/干燥、檢查、內(nèi)表面處理、分離和分批操作。PIC清管閥具備了傳統(tǒng)的清管裝置的全部功能，用清宇航局閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的清管裝置，使管輸系統(tǒng)大大簡化，清管閥以其占地面積小操作簡單等突出優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用。
PIC清管閥的主要用途有：
　　1、新管線投產(chǎn)前，清除管內(nèi)各種殘留物使管線暢通無阻。
　　2、新管線內(nèi)壁除銹和防腐層涂敷。
　　3、對已投產(chǎn)管線做定期的油管刮臘，氣管除水，以便長期保持有效輸送能力。
　　4、同一管道內(nèi)輸送不同種類介質(zhì)的隔離和置換。
　　PIC清管閥在管道清管時只起到發(fā)射和接收清管器的作用，而對管道進(jìn)行清管掃線的是清管器。清管器簡稱為PIC閥，它的含義是：“裝彈機(jī)構(gòu)閥"(pipeinternal cartridge的縮寫詞PIC)。又可稱之為PIG則是這樣闡述的：“可能來自于采用金屬裝置清潔管道時，金屬表面相互摩擦而產(chǎn)生刺耳的噪聲使人們聯(lián)想起豬的叫聲，而且從石油管道取出后，油泥污染的清管器看起來更像豬內(nèi)臟，清管器由此而得名。"也有一些工程師提出PIG是pipeline inspection gauge(管道檢測儀)的縮寫，這是基于清管器的功能而定義的。

二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理
　　PIC清管閥的結(jié)構(gòu)特征是在T形三通固定式球閥結(jié)構(gòu)原理基礎(chǔ)上改型和增加功能后創(chuàng)新設(shè)計(jì)而成的新型閥門。PIC清官閥是在固定式球閥結(jié)構(gòu)原理基礎(chǔ)上改進(jìn)和增加功能后創(chuàng)新設(shè)計(jì)的新型閥門。它通過球體90^o回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)閥門的啟閉，利用雙活塞效應(yīng)實(shí)現(xiàn)密封，并根據(jù)球閥的特點(diǎn)設(shè)計(jì)成雙阻塞與排放功能，使閥門在全開或全關(guān)的狀態(tài)下都可以排放體腔中的介質(zhì)。它秉承了固定式球閥的所有優(yōu)點(diǎn)，與固定式球閥有同等的適應(yīng)性。它的閥體側(cè)面開設(shè)有與流道中心線垂直的支管，支管上安裝快開盲板和排放閥，使PIC清管器能方便地送入清管并或從中取出。球體通道的一端設(shè)置能阻擋清管器通過而又允許介質(zhì)流通的擋條。

　　此閥主要由閥體、閥蓋、球體、閥桿、閥座、閥座對承、彈簧、等零件組成。閥體采用WCB、WC6、304等材料鑄造而成，并有多種形工和各種規(guī)格，如果按照球體安裝方式和閥體結(jié)構(gòu)來歸納，清管閥總體結(jié)構(gòu)分為三種類型：三段式、二分體式以及上裝式，這三種類型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分板對比如下。
①三段式清管閥
　　為典型的三段式清管閥，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
　　a.閥體由主閥體和左右相同的兩件副閥體組成，整臺閥門沿閥桿中心線對稱，結(jié)構(gòu)緊湊，外形線條流暢，外形美觀，密封性能好。
　　b.制造裝配工藝性，安裝、調(diào)試。
　　c.主閥體和副閥體呈圓柱筒體，除鑄造性能外，還易于實(shí)現(xiàn)采用鍛造閥體或鍛焊式閥體結(jié)構(gòu)。
　　d.三段式閥體具有良好的抗外應(yīng)力結(jié)構(gòu)。
　　e.三段式結(jié)構(gòu)，易于制成高壓力級，大口徑規(guī)格。
②二分體清管閥
　　是在三段式清管閥的基礎(chǔ)上經(jīng)適當(dāng)改進(jìn)而成的，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
　　a.閥體由主閥體和副閥體組成。二分體清管閥的主閥體是由三段式清管閥的主閥體再加上一側(cè)的端閥體合并而成的。閥體為不對稱的主副兩件。球體從主閥體側(cè)面裝入。
　　b.和三段式結(jié)構(gòu)相比，由于減少了一對大法蘭及數(shù)量眾多的連接螺栓。因此清管閥的總重量明顯減輕。在上述三種結(jié)構(gòu)的同規(guī)格PIC清管閥中，二分體清管閥重量最輕。
　　c.和三段式結(jié)構(gòu)相比，制造、裝配的工藝性略有下降，但仍優(yōu)于整體式結(jié)構(gòu)，適于DN400以下的中、小口徑的清管閥。
③上裝式清管閥
　　PIC清管閥為典型的上裝式清管閥。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
　　a.閥體整體鑄(鍛)制造，其上部設(shè)有一個大閥蓋、球體、密封圈、閥座等閥內(nèi)件均從閥體頂部裝入。
　　b.閥門在檢修和更換閥座時，不必將整臺PIC清管閥從管線上拆下，僅打開閥蓋，將球體、閥座取出即可，可實(shí)現(xiàn)在管線上維修，這是整體清管閥的的優(yōu)點(diǎn)。
　　c.由于閥體為整體，鑄(鍛)、加工、裝配都有一定困難，和三段式、二分體式相比制造，裝配的工藝性差。
　　d.由于閥體、閥蓋體積大、重量重，難以制成大口徑規(guī)格，閥體成本較高。
④臥式與立式結(jié)構(gòu)
　　按清管器進(jìn)出(裝入和取出)清管閥的方向，PIC清管閥總體結(jié)構(gòu)布局上分為臥式和立式兩大類。
　　a.清管器進(jìn)出口通道軸線與清管閥安裝地平面平行的稱為臥式清管閥。
　　b.清管器進(jìn)出口通道軸線與清管閥安裝地平面垂直的稱為立式清管閥。
　　臥式和立式各有特色，主要由使用者習(xí)慣和清管條件決定。通常對于公稱通徑不大于DN200的清管閥可采用立式。此時，快卸閥蓋的操作更方便。但是，當(dāng)清管閥公稱通徑大于DN200時，由于清管器以及快卸閥蓋部件的重量較重，操作位置較高，清管器的裝入和取出都不容易，必須設(shè)計(jì)附加機(jī)構(gòu)，因此對于大口徑的清管推薦采用臥式。
(2)球體結(jié)構(gòu)(圖31-5)

　　球體是清管閥發(fā)射或接收清管器時的載體，球體的結(jié)構(gòu)尺寸必須綜合考慮以下參數(shù)，并經(jīng)計(jì)算確定。
　　a.球體通道孔直徑D應(yīng)按清管閥的類型來確定，對于標(biāo)準(zhǔn)型(PC型)應(yīng)比連接管道內(nèi)徑d約大25%,D=1.25d。
　　b.球體通道孔長度L為了適用于不同功能的常規(guī)清管器，按相關(guān)規(guī)定，球體容納清管器的有效長度L1不小于1.4倍管道內(nèi)徑，L1≥1.4d。L≥1.4d+b(b為擋條厚度，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)b=2.5倍閥門殼體厚度t,即b=2.5t，B=2t)。
　　c.球體最小直徑(a為附加余量，a=4~6mm)。
　　球體孔徑的一端設(shè)有允許介質(zhì)通過，但能阻止清管器的擋條，擋條的數(shù)量DN300以下清管閥為2條，平行均布；DN300以上為井字形，擋條尺寸(B和b)要滿足即不能過多占用介質(zhì)流通面積，又能承受清管器對球體擋條的沖擊力。按有關(guān)規(guī)程，清管器的運(yùn)行速度應(yīng)控制在1.5~5m/s。此時，當(dāng)B等于2倍閥門殼體壁厚，b等于2.5倍閥門殼體壁厚時，擋條承受沖擊能力已足夠。
(3)快開閥蓋結(jié)構(gòu)
　　快開閥蓋作為放入或取出清管器的開口，同時，又是承壓管線的壓力邊界，是重要部件。清管閥的快開閥蓋基本類型皆采用“卡口式快卸接頭"結(jié)構(gòu)。對于小口徑清管閥，由于快開閥蓋重量輕，可采用直接卸下式。對于大口徑清管閥(DN200以上)，由于快開閥蓋重量較重，應(yīng)設(shè)計(jì)成“連桿門式結(jié)構(gòu)"(圖31-6)。

(4)泄壓結(jié)構(gòu)
　　由于長輸管線的清管作業(yè)是在油氣輸送不停止，并且主通道帶壓力的工況條件下進(jìn)行的，因此，清管閥必須設(shè)有泄壓機(jī)構(gòu)，并且確保在清管器放入或取出時，在打開閥蓋之前，清管閥內(nèi)腔不帶壓，這對于清管作業(yè)的安全是非常重要的。主要的措施有：
　　a.設(shè)置清管閥內(nèi)腔泄壓閥；
　　b.快開閥蓋上設(shè)計(jì)定位銷，并在顯目的的位置設(shè)置安全警告牌，嚴(yán)禁在內(nèi)腔泄壓未盡的情況下打開閥蓋；
　　c.設(shè)計(jì)閥蓋定位銷與泄壓閥的聯(lián)動互鎖機(jī)構(gòu)，萬一發(fā)生誤操作，當(dāng)提起定位銷時通過聯(lián)動桿強(qiáng)制首先打開泄壓閥，以確保安全，見圖31-7。
I、PIC清管閥門內(nèi)的壓降
　　從理論上講，通過清管閥門上的壓降可以按不可清管閥門的壓降進(jìn)行計(jì)算。清管系統(tǒng)的壓降取決于輸送的液體和管路、彎管及閥門上的各自壓降?？捎檬?31-1)進(jìn)行精確計(jì)算閥門流量計(jì)顯示壓降。
　　　ΔＰ=0.5ξρυ2 (31-1)
式中 ΔＰ—壓力降，Pa；
　　　　ξ—阻力常數(shù)；
　　 　 ρ—密度，kg/m³；
　　 　 υ—速度，m/s。
　　一條3in(DN80)管道的阻力常數(shù)視閥門類型而定，一般為4.5~6.5。管經(jīng)越大，阻力常數(shù)越小，阻力與管經(jīng)成反比。圖31-8所示為輸送管由時，一個3in(DN80)的T形環(huán)閥上的壓降變化。
　　為了獲得準(zhǔn)確的ξ值，必須對公稱尺寸和閥型進(jìn)行試驗(yàn)。對清管單元的計(jì)算通常有制造商提供的近似值。DIN閥和90^o閥的阻力常數(shù)ξ在3.5~6.0之間。對于蜂箱式閥門[3in，(DN80)]，其ξ=4.9。

(一)工作原理
　　PIC清管閥的工作原理是：將清管器置入PIC清管閥的球體內(nèi)腔，通過球體在相互垂直的三通閥體內(nèi)，做90o旋轉(zhuǎn)運(yùn)動．當(dāng)球體通道和管線通道在同一軸線時，清管器在管道內(nèi)的流體壓力作用下，被PIC清管閥發(fā)射。
(1)發(fā)射清管器。
　?、傩D(zhuǎn)球體90^o→打開放泄球體→排放后關(guān)閉。
　?、诖蜷_封門。
　?、垩b入清管器→關(guān)閉放泄球閥→擰緊封門。
　?、苄D(zhuǎn)球體90^o→發(fā)射清管器。
(2)接收清管器
　?、傩D(zhuǎn)球體90^o→打開放泄球體→排放后關(guān)閉。
　?、诖蜷_封門。
　　③取出清管器。
　?、軘Q緊封門→旋轉(zhuǎn)球體90^o恢復(fù)輸送。
(3)基本類型
　　 ①標(biāo)準(zhǔn)型(PC型)
　　 球體孔徑比連接管道內(nèi)徑約大25%，孔徑的一端設(shè)有允許介質(zhì)通過但能阻止清管器的擋條，在取出和裝入清管器時，流體適時斷流，見圖31-2。

　　 ②旁通型(PB型)
　　 在不允許輸送介質(zhì)短時斷流的場合，使用旁通清管閥。它的球比標(biāo)準(zhǔn)的清管閥大，孔徑尺寸和結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)清管閥一樣，但在孔徑軸線垂直方向開有兩個旁通流道，其總流通截面約為閥孔徑截面的25%。清管器發(fā)射接收全過程中流體流動不會中斷。見圖31-3。

　　 ③隔離型(PS型)
　　 球體孔徑只比連接管道內(nèi)徑約大3%，為了盡量減少隔離球上、下游介質(zhì)的混合，孔徑擋條上游側(cè)安裝有附加的密封環(huán)，見圖31-4。

三、清管閥的先用原則
　　選用清管閥門的重要準(zhǔn)則是清潔度與無凹坑()。死角是指在清潔及生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品和/或者污物可以滲入(無論量有多少)但不發(fā)生交換的空間。將死角或死容積視為表面缺陷。焊縫就是很窄的死角。環(huán)焊縫、法蘭連接件以及閥門存在很多這樣的窩穴。對清管工藝而言，死角就是清管器清潔不到的地方。
　　嚴(yán)格來講，沒有沒有死角的閥門，只有小死角的閥門。在工業(yè)清管系統(tǒng)中，必須始終采用小死角閥門。在無菌技術(shù)中，則需用極小死角的閥門。
　　清管閥門必須與所用清管器類型(球型、皮碗型、密封型、密封型、整體澆注型)相匹配，準(zhǔn)確安裝探頭、泄壓以及通氣孔。產(chǎn)品的特性會影響對清管閥門的選擇，從而限制閥門的應(yīng)用。如產(chǎn)品易硬結(jié)、有黏性以及易磨損。有時可將標(biāo)準(zhǔn)的商用清管閥門按一定的方式改造，使之適用于特殊的應(yīng)用場合。產(chǎn)品的特性需要用戶與廠家的密切合作以尋求的處理方案。