Diseño de lanzadores y receptores de pig: parámetros técnicos clave

Las operaciones de pigging son claves en el mantenimiento y la optimización de los sistemas de tuberías en la industria del oil & gas. Los sistemas de lanzador y receptor de pig (L&R) son los equipos que permiten introducir y recuperar los pigs, los dispositivos especializados empleados para limpiar, inspeccionar y mantener las tuberías. Este artículo repasa los parámetros técnicos más relevantes para diseñar un lanzador y receptor de pig fiable y seguro.

Código de diseño aplicable

Como la estación de pigging y las trampas de pig son equipos a presión, pueden diseñarse como recipientes a presión según normativa internacional, principalmente ASME Sección VIII División 1. Sin embargo, las tuberías conectadas a las trampas se diseñan según las reglas de diseño de tuberías, lo que genera incompatibilidades por las diferentes clases de material, factores de diseño y MAWP; sobre todo, el espesor del barril se calcula de forma distinta al de la tubería. Este es un problema habitual, por lo que el requisito principal de diseño es que el diámetro interior (ID) del barril menor de la trampa coincida con el ID de la tubería.

El código más adecuado para las trampas de pig suele ser el mismo que el de la tubería a la que se conectan:

• ASME B31.3 (EE. UU.): regula el diseño de tuberías de proceso.
• ASME B31.4 (EE. UU.): regula el diseño de oleoductos (tuberías de líquidos).
• ASME B31.8 (EE. UU.): regula el diseño de gasoductos.
• ISO 13623:2009: sistemas de transporte por tubería para la industria del petróleo y el gas natural.
• BS EN 14161:2011 (Europa): versión modificada (MOD) de la ISO 13623:2009 para la industria del petróleo y el gas natural.
• ISO 13703:2000: diseño e instalación de sistemas de tuberías en plataformas de producción offshore.

También pueden aplicar otros códigos de diseño de tuberías no incluidos en esta lista.

Diseño del cierre de apertura rápida

El cierre de apertura rápida (quick opening closure) debe diseñarse conforme a ASME Sección VIII División 1 o 2, y debe cumplirse íntegramente el apartado ASME UG-35 para garantizar la seguridad de la operación.

Presión y temperatura de diseño

La presión y la temperatura de diseño son parámetros críticos para la integridad estructural y la seguridad del sistema de lanzador y receptor de pig. Deben seleccionarse a partir de la presión máxima de operación (MOP) y la temperatura de la tubería, incorporando los márgenes de seguridad y los requisitos normativos aplicables. Una selección correcta garantiza que el sistema L&R soporte las condiciones de operación de la tubería sin riesgo de fallo ni de comprometer la seguridad.

Componentes de la trampa de pig a considerar en el diseño

El diseño de una trampa de pig debe considerar cinco grupos de componentes:

• Conexión a la tubería: soldada o embridada (brida de conexión principal).
• Barril principal: formado por el barril menor, el reductor y el barril mayor.
• Cierre de apertura rápida: situado al final del barril mayor, para introducir o extraer el pig de la trampa.
• Conexiones de derivación (boquillas): kicker, bypass, balance, purga, conexión de PSV, venteos y drenajes, señalizador de paso de pig y conexiones de medición de presión y temperatura.
• Sillas y soportes.

1. Conexión a la tubería

Pueden diseñarse dos tipos de conexión. En la conexión soldada, el criterio principal es que el ID del barril menor coincida con el de la tubería, tal como se ha explicado. En la conexión embridada, el rating y la norma de las bridas deben coincidir, considerando también un ID de brida equivalente.

2. Barril principal

El diámetro y el espesor de pared de la tubería son factores determinantes para definir el tamaño y la configuración del sistema de lanzador y receptor de pig. Estos parámetros condicionan el tamaño del pig y, por tanto, su capacidad para recorrer la tubería y cumplir su función con eficacia. El sistema L&R debe diseñarse con holgura suficiente para que el pig la recorra sin riesgo de atasco ni de dañar la tubería o el propio equipo de pigging.

El tamaño del barril menor debe ser igual al ID de la tubería de conexión, para evitar daños en la herramienta de pig durante el lanzamiento y la recepción.

Para el dimensionado del barril mayor, la práctica habitual establece un sobredimensionado de 2 pulgadas respecto a la tubería para diámetros inferiores a 20", y de 4 pulgadas para diámetros superiores a 20". Esta práctica no exime al diseñador de calcular y considerar las condiciones especiales de proceso, como el volumen de lodos esperado que se recogerá de la tubería y se retirará mediante la operación de pigging, además de las condiciones de operación y proceso, especialmente en tuberías cuyo diámetro nominal difiere del diámetro real (por ejemplo, una tubería de 12" cuyo diámetro real es de 12,75").

La longitud de la trampa de pig también debe diseñarse en función de los parámetros de proceso y operación; el factor más relevante a considerar por el diseñador es la longitud máxima de la herramienta de pig que se vaya a emplear. Como criterio general:

• Lanzador: la longitud del barril menor debe ser igual a la mitad de la longitud máxima de la herramienta de pig, y la longitud del barril mayor debe ser igual a la longitud máxima de la herramienta de pig.
• Receptor: la longitud del barril menor debe ser igual a la mitad de la longitud máxima de la herramienta de pig, y la longitud del barril mayor debe ser igual a la longitud máxima de la herramienta de pig.

3. Cierre de apertura rápida

El tipo de cierre del sistema de lanzador y receptor de pig es una decisión de diseño crítica, ya que condiciona la facilidad de operación, la seguridad y el mantenimiento. Los tipos de cierre más habituales son el cierre de apertura rápida, el cierre roscado y el cierre embridado con pernos. El tipo elegido debe garantizar un sellado fiable, ser de manejo sencillo y cumplir los requisitos de seguridad y operación necesarios.

Se sitúa al final del barril mayor, para introducir o extraer el pig de la trampa. Los principales requisitos de las normas de diseño y de seguridad en la operación son los siguientes:

• El cierre debe disponer de dos sistemas de enclavamiento mecánico independientes que impidan su apertura mientras esté bajo presión.
• Debe ser de apertura y cierre rápidos (quick acting closure).
• Debe poder ser operado por una sola persona.
• Debe ofrecer paso íntegro (full bore) en posición de apertura.

4. Conexiones de derivación (boquillas)

Kicker, bypass, balance, purga, conexión de PSV, venteos y drenajes, y conexiones de medición de presión y temperatura.

Unas conexiones y boquillas bien diseñadas son esenciales para la operación segura y eficiente del lanzador y receptor de pig. El sistema debe permitir un venteo controlado de presión y fluido para garantizar la inserción y extracción seguras del pig. El sistema de bypass, además, debe facilitar una desviación de flujo suave, minimizando los golpes de presión y el posible daño a la tubería o al equipo de pigging.

El tamaño y la ubicación de las conexiones de derivación deben definirse según el proceso y la operación de la estación de pigging, reflejados en el P&ID.

5. Señalizador de paso de pig

Dispositivo empleado para indicar el paso del pig por los puntos de control establecidos. En el lanzador se ubica al final del barril menor (punto de conexión con la tubería); en el receptor, en el punto de conexión con el reductor.

Tipo y función del pig

El tipo y la función específica del pig también deben tenerse en cuenta al diseñar el sistema de lanzador y receptor. Existen distintos tipos de pig: los pigs utilitarios (limpieza y retirada de residuos), los pigs de inspección en línea o ILI (evaluación de la integridad de la tubería) y los pigs especiales (para tareas concretas como el sellado o el batching). El sistema L&R debe diseñarse para adaptarse al tipo de pig concreto y a su función, garantizando así el rendimiento y la eficiencia óptimos.

Las herramientas de pig se clasifican principalmente según su función:

• Inspección.
• Mantenimiento y reparación.
• Renovación / rehabilitación.
• Desmantelamiento (decomisionado).

Características de seguridad

El sistema de lanzador y receptor de pig debe incorporar características de seguridad completas: dispositivos de alivio de presión, enclavamientos y sistemas de parada de emergencia. Estas características protegen a los operadores y al equipo frente a los riesgos propios de las operaciones de pigging, como la sobrepresión, el atasco del pig o la liberación accidental del contenido de la tubería.

Conclusión

Diseñar un sistema de lanzador y receptor de pig exige considerar cuidadosamente múltiples parámetros para garantizar operaciones de tubería eficientes, fiables y seguras. Teniendo en cuenta factores como la presión y temperatura de diseño, el diámetro de la tubería, el tipo y la función del pig, la longitud del barril, el tipo de cierre, el sistema de bypass y venteo, y las características de seguridad, los ingenieros pueden desarrollar un sistema L&R robusto y eficaz, adaptado a los requisitos concretos de cada tubería.

Términos relacionados

• Pig: dispositivo que se desplaza por el interior de la tubería para limpiarla, inspeccionarla o mantenerla.
• Lanzador de pig (pig launcher): equipo que permite introducir el pig en la tubería.
• Receptor de pig (pig receiver): equipo que permite extraer el pig de la tubería al finalizar su recorrido.
• Trampa de pig (pig trap): conjunto formado por el barril menor, el reductor y el barril mayor donde se aloja el pig antes o después de su recorrido.
• Cierre de apertura rápida (quick opening closure): sistema de cierre que permite abrir y cerrar la trampa de forma rápida y segura, con enclavamientos de seguridad.
• MAWP (Maximum Allowable Working Pressure): presión máxima de operación admisible.
• MOP (Maximum Operating Pressure): presión máxima de operación de la tubería.
• Kicker: boquilla de la trampa por la que se introduce el fluido motriz que impulsa el pig.

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