Conception des lanceurs et récepteurs de pig : paramètres techniques clés

Les opérations de piggage jouent un rôle essentiel dans la maintenance et l'optimisation des réseaux de canalisations dans l'industrie du pétrole et du gaz. Les systèmes de lanceur et récepteur de pig (L&R) sont les équipements qui permettent d'introduire et de récupérer les pigs, ces dispositifs spécialisés utilisés pour nettoyer, inspecter et entretenir les canalisations. Cet article passe en revue les paramètres techniques les plus importants pour concevoir un lanceur et récepteur de pig fiable et sûr.

Code de conception applicable

La station de piggage et les gares racleurs étant des équipements sous pression, elles peuvent être conçues comme des appareils à pression selon une norme internationale, principalement l'ASME Section VIII Division 1. Cependant, les canalisations reliées aux gares racleurs sont conçues selon les règles de conception des pipelines, ce qui crée des incompatibilités liées aux différentes classes de matériaux, facteurs de conception et MAWP ; l'épaisseur du fût est notamment calculée différemment de celle de la canalisation. Il s'agit d'un problème courant, c'est pourquoi l'exigence principale de conception est que le diamètre intérieur (ID) du fût mineur de la gare racleur corresponde à l'ID de la canalisation.

Le code le plus approprié pour les gares racleurs est généralement le même que celui de la canalisation à laquelle elles se raccordent :

• ASME B31.3 (États-Unis) : régit la conception des tuyauteries de procédé.
• ASME B31.4 (États-Unis) : régit la conception des oléoducs (canalisations de liquides).
• ASME B31.8 (États-Unis) : régit la conception des gazoducs.
• ISO 13623:2009 : systèmes de transport par canalisation pour l'industrie du pétrole et du gaz naturel.
• BS EN 14161:2011 (Europe) : version modifiée (MOD) de l'ISO 13623:2009 pour l'industrie du pétrole et du gaz naturel.
• ISO 13703:2000 : conception et installation des systèmes de tuyauteries sur les plateformes de production offshore.

D'autres codes de conception de pipelines non listés ci-dessus peuvent également s'appliquer.

Conception de la fermeture à ouverture rapide

La fermeture à ouverture rapide (quick opening closure) doit être conçue conformément à l'ASME Section VIII Division 1 ou 2, et l'article ASME UG-35 doit être intégralement respecté pour garantir la sécurité de l'opération.

Pression et température de conception

La pression et la température de conception sont des paramètres critiques pour l'intégrité structurelle et la sécurité du système de lanceur et récepteur de pig. Elles doivent être choisies à partir de la pression maximale de service (MOP) et de la température de la canalisation, en intégrant les marges de sécurité et les exigences réglementaires applicables. Un choix correct garantit que le système L&R supporte les conditions de service de la canalisation sans risque de défaillance ni de compromettre la sécurité.

Composants de la gare racleur à prendre en compte dans la conception

La conception d'une gare racleur doit prendre en compte cinq groupes de composants :

• Raccordement à la canalisation : soudé ou bridé (bride de raccordement principale).
• Fût principal : composé du fût mineur, du réducteur et du fût majeur.
• Fermeture à ouverture rapide : située à l'extrémité du fût majeur, pour introduire ou extraire le pig de la gare.
• Piquages de dérivation (tubulures) : kicker, bypass, équilibrage, purge, raccordement PSV, évents et purges, signaleur de passage de pig et raccordements de mesure de pression et température.
• Selles et supports.

1. Raccordement à la canalisation

Deux types de raccordement peuvent être conçus. Pour le raccordement soudé, le critère principal est que l'ID du fût mineur corresponde à celui de la canalisation, comme expliqué précédemment. Pour le raccordement bridé, la classe (rating) et la norme des brides doivent correspondre, en considérant également un ID de bride équivalent.

2. Fût principal

Le diamètre et l'épaisseur de paroi de la canalisation sont des facteurs déterminants pour dimensionner et configurer le système de lanceur et récepteur de pig. Ces paramètres conditionnent la taille du pig et, par conséquent, sa capacité à parcourir la canalisation et à remplir efficacement sa fonction. Le système L&R doit être conçu avec un jeu suffisant pour que le pig le parcoure sans risque de blocage ni d'endommager la canalisation ou l'équipement de piggage.

La taille du fût mineur doit être égale à l'ID de la canalisation de raccordement, afin d'éviter d'endommager l'outil pig lors du lancement et de la réception.

Pour le dimensionnement du fût majeur, la pratique courante prévoit une surdimension de 2 pouces par rapport à la canalisation pour les diamètres inférieurs à 20", et de 4 pouces pour les diamètres supérieurs à 20". Cette pratique ne dispense pas le concepteur de calculer et de prendre en compte les conditions de procédé particulières, telles que le volume de boues attendu qui sera collecté dans la canalisation et évacué par l'opération de piggage, ainsi que les conditions d'exploitation et de procédé, notamment pour les canalisations dont le diamètre nominal diffère du diamètre réel (par exemple, une canalisation de 12" dont le diamètre réel est de 12,75").

La longueur de la gare racleur doit également être conçue en fonction des paramètres de procédé et d'exploitation ; le facteur le plus important à considérer par le concepteur est la longueur maximale de l'outil pig utilisé. En règle générale :

• Lanceur : la longueur du fût mineur doit être égale à la moitié de la longueur maximale de l'outil pig, et la longueur du fût majeur doit être égale à la longueur maximale de l'outil pig.
• Récepteur : la longueur du fût mineur doit être égale à la moitié de la longueur maximale de l'outil pig, et la longueur du fût majeur doit être égale à la longueur maximale de l'outil pig.

3. Fermeture à ouverture rapide

Le type de fermeture du système de lanceur et récepteur de pig est un choix de conception déterminant, car il influe sur la facilité d'exploitation, la sécurité et la maintenance. Les types de fermeture les plus courants sont la fermeture à ouverture rapide, la fermeture filetée et la fermeture bridée boulonnée. Le type retenu doit garantir une étanchéité fiable, être simple à manœuvrer et répondre aux exigences de sécurité et d'exploitation nécessaires.

Elle se situe à l'extrémité du fût majeur, pour introduire ou extraire le pig de la gare. Les principales exigences des codes de conception et de sécurité d'exploitation sont les suivantes :

• La fermeture doit comporter deux systèmes de verrouillage mécanique indépendants empêchant son ouverture sous pression.
• Elle doit être à ouverture et fermeture rapides (quick acting closure).
• Elle doit pouvoir être actionnée par un seul opérateur.
• Elle doit offrir un passage intégral (full bore) en position ouverte.

4. Piquages de dérivation (tubulures)

Kicker, bypass, équilibrage, purge, raccordement PSV, évents et purges, et raccordements de mesure de pression et température.

Des piquages et tubulures bien conçus sont essentiels au fonctionnement sûr et efficace du lanceur et récepteur de pig. Le système doit permettre un évent contrôlé de la pression et du fluide afin de garantir une insertion et une extraction sûres du pig. Le système de bypass doit en outre faciliter une déviation du débit en douceur, en minimisant les à-coups de pression et les dommages potentiels à la canalisation ou à l'équipement de piggage.

La taille et l'emplacement des piquages de dérivation doivent être définis en fonction du procédé et de l'exploitation de la station de piggage, tels que reflétés dans le P&ID.

5. Signaleur de passage de pig

Dispositif utilisé pour indiquer le passage du pig aux points de contrôle définis. Sur le lanceur, il est situé à l'extrémité du fût mineur (point de raccordement à la canalisation) ; sur le récepteur, au point de raccordement au réducteur.

Type et fonction du pig

Le type et la fonction spécifique du pig doivent également être pris en compte lors de la conception du système de lanceur et récepteur. Il existe différents types de pigs : les pigs utilitaires (nettoyage et évacuation des débris), les pigs d'inspection en ligne ou ILI (évaluation de l'intégrité de la canalisation) et les pigs spéciaux (pour des tâches précises comme l'étanchéité ou le batching). Le système L&R doit être conçu pour s'adapter au type de pig concerné et à sa fonction, garantissant ainsi des performances et une efficacité optimales.

Les outils pig sont principalement classés selon leur fonction :

• Inspection.
• Maintenance et réparation.
• Rénovation / réhabilitation.
• Mise hors service (décommissionnement).

Caractéristiques de sécurité

Le système de lanceur et récepteur de pig doit intégrer des caractéristiques de sécurité complètes : dispositifs de décompression, verrouillages et systèmes d'arrêt d'urgence. Ces caractéristiques protègent les opérateurs et l'équipement des risques propres aux opérations de piggage, tels que la surpression, le blocage du pig ou le rejet accidentel du contenu de la canalisation.

Conclusion

Concevoir un système de lanceur et récepteur de pig exige de prendre soigneusement en compte de multiples paramètres afin de garantir des opérations de canalisation efficaces, fiables et sûres. En tenant compte de facteurs tels que la pression et la température de conception, le diamètre de la canalisation, le type et la fonction du pig, la longueur du fût, le type de fermeture, le système de bypass et d'évent, et les caractéristiques de sécurité, les ingénieurs peuvent développer un système L&R robuste et efficace, adapté aux exigences spécifiques de chaque canalisation.

Termes associés

• Pig : dispositif qui se déplace à l'intérieur de la canalisation pour la nettoyer, l'inspecter ou l'entretenir.
• Lanceur de pig (pig launcher) : équipement permettant d'introduire le pig dans la canalisation.
• Récepteur de pig (pig receiver) : équipement permettant d'extraire le pig de la canalisation à la fin de son parcours.
• Gare racleur (pig trap) : ensemble formé du fût mineur, du réducteur et du fût majeur où loge le pig avant ou après son parcours.
• Fermeture à ouverture rapide (quick opening closure) : système de fermeture permettant d'ouvrir et de fermer la gare rapidement et en toute sécurité, avec des verrouillages de sécurité.
• MAWP (Maximum Allowable Working Pressure) : pression maximale admissible en service.
• MOP (Maximum Operating Pressure) : pression maximale de service de la canalisation.
• Kicker : tubulure de la gare par laquelle est introduit le fluide moteur qui propulse le pig.

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