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パイプライン輸送において、ピグとは、パイプライン検査ゲージや装置（一般的にピグまたはスクレーパーと呼ばれる装置）を使用して、さまざまなメンテナンス作業を行う手法です。これは、パイプライン内の製品の流れを止めることなく行われます。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
これらの作業には、パイプラインの洗浄と検査が含まれますが、これらに限定されません。これは、パイプライン内の通常の直径に縮小された特大部分である「ピグランチャー」（または「ランチャーステーション」）にピグを挿入することによって行われます。ランチャーステーションが閉じられると、パイプライン内の製品の圧力駆動流を利用してピグがパイプに沿って押し出され、最終的に「ピグキャッチャー」（または「受入ステーション」）と呼ばれる受入トラップに到達します。
石油業界では、大口径パイプラインの洗浄にピグ洗浄が用いられています。しかし今日では、プラントオペレーターが効率向上とコスト削減を目指して、多くの連続式およびバッチ式プラントで小口径ピグ洗浄システムの利用が増加しています。[ 4 ]
ピグ洗浄は、混合、保管、充填システムなど、移送プロセスのほぼあらゆる段階で使用できます。ピグ洗浄システムは、潤滑油、塗料、化学薬品、トイレタリー用品、化粧品、食品など、多種多様な製品を扱う業界に設置されています。
ピグは、潤滑油や塗料の混合工程において、配管を洗浄して相互汚染を防ぎ、配管内の内容物を製品タンクに排出する（あるいは、場合によっては成分を元のタンクに戻す）ために使用されます。通常、ピグによる洗浄は各バッチの開始時と終了時に行われますが、中間成分として使用されるプレミックスを製造する場合など、バッチの途中で行われることもあります。
ピグは、石油・ガス産業においてパイプラインの洗浄や詰まり除去にも使用されます。インテリジェントピグ、いわゆる「スマートピグ」は、パイプラインの状態を検査し、危険または環境に有害な漏洩を防止するために使用されます。通常、生産を中断することはありませんが、ピグを取り外す際に製品の一部が失われる可能性があります。また、多成分パイプラインで異なる製品を分離したり、多相ガス／液体パイプラインから液体の塊を除去したりするためにも使用できます。
ピグ洗浄を行うには、パイプラインが最初からピグ洗浄を前提として設計されている必要があります。パイプラインに直径の変化、バタフライバルブ、計装機器、急な曲がり、ポンプ、縮小ポートボールバルブなどのトポロジー的な変化がある場合、従来のピグ洗浄はできません。このような場合は、アイスピグ洗浄などの代替手段が用いられることがあります。フルポート（またはフルボア）ボールバルブは、ボール開口部の内径がパイプの内径と同じであるため、問題ありません。
初期の掃除用「豚」の中には、有刺鉄線で包んだ藁の束で作られたものもあった[ 5 ]が、革で作られたものもあった[ 6 ] 。どちらもパイプの中を通るときにキーキーという音を立て、豚の鳴き声のように聞こえたため[ 7 ] 、豚の名前の由来となった[ 8 ] [ 9 ] 。
ピグシステムを用いた多製品パイプラインの大きな利点は、製品の節約が可能であることです。各製品の移送終了時に、ピグ球体を使用して次の製品を分離することができます。あるいは、ピグを用いてライン全体の内容物を、受入地点まで前方へ、または供給タンクまで後方へ完全に除去することも可能です。大規模なライン洗浄は不要です。
ライン洗浄が不要なため、ピグを使用することで、より迅速かつ確実に製品切り替えができるという利点も得られます。ピグを使用すれば、製品間の境界が非常に明確になるため、受入地点での製品サンプリングが迅速化されます。従来のように一定間隔で検査を行い、製品が仕様を満たしているかどうかを確認する方法は、はるかに時間がかかります。
ピグ洗浄は、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）によって完全に制御することも可能です。
ピグ洗浄は、バッチ処理における環境負荷の低減に重要な役割を果たします。従来、バッチ処理のオペレーターがラインから製品を完全に除去するには、水や溶剤などの洗浄剤、あるいは次の製品でラインを洗浄するしかありませんでした。洗浄剤はその後、排水処理または溶剤回収を行う必要がありました。製品を使用してラインを洗浄した場合、汚染された製品の品質を低下させるか、廃棄する必要がありました。しかし、最新のピグ洗浄システムによって実現される非常に精密なインターフェースのおかげで、これらの問題はすべて解消できるようになりました。
ピグシステムは、ピグをランチャーに装填し、ランチャーに圧力をかけてキッカーラインを通してパイプラインにピグを発射するように設計されています。場合によっては、各ランの最後にレシーバーを介してピグがパイプラインから取り出されます。[ 10 ]パイプラインの詰まりによってピグをランチャーに押し戻す必要がある場合があるため、すべてのシステムはランチャーでピグを受け入れることができる必要があります。多くのシステムは、パイプラインをどちらの方向にもピグで清掃できるように設計されています。
ピグはガスまたは液体で押し出されます。ガスで押し出す場合、流量圧力に関係なくピグの速度を一定に保つために、一部のシステム[ 11 ]をガス入口に適合させることができます。ピグは取り外す必要があります。多くのピグはレンタルされ、ピグは摩耗して交換する必要があり、クリーニングピグ（およびその他のピグ）はワックス、異物、ハイドレートなどの汚染物質をパイプラインから押し出すため、パイプラインからこれらを取り除く必要があります。バレルを大気圧に開放することには固有のリスクがあるため、開放する前にバレルが減圧されていることを確認するよう注意する必要があります。バレルが完全に減圧されていない場合、ピグがバレルから飛び出す可能性があり、開いたピグドアの前に立っている作業員が重傷を負ったことがあります。かつて、適切なピグレシーバーがないパイプラインの端からピグが誤って飛び出し、150メートル（500フィート）離れた家の側面を突き破ったことがありました。[ 12 ]製品が酸性の場合、樽はフレアシステムに排気され、そこで酸性ガスが燃焼されます。酸性システムで作業する際は、作業者は自給式呼吸器を着用する必要があります。
一部のピグシステムでは「キャプティブピグ」が使用され、パイプラインはピグの状態を確認するために時折のみ開かれます。[ 13 ]それ以外のすべての時間、ピグは各移送の終了時にパイプラインを上下に移動し、プロセス運転中にパイプラインが開かれることはありません。これらのシステムは一般的ではありません。
右側の図は、ピグランチャーを表しています。通常の動作では、バルブV2とV4は開いており、他のすべてのバルブとドアは閉じてロックされています。[ 14 ]
豚を放つ
右側の図は、豚の受入装置を表しています。
豚を受け取る
図(右)に示すピグ設備は、地上設備(AGI)として知られています。これは、英国の天然ガス国家送電システムの一部です。エセックス州イースト・ティルベリーとケント州ショーンの間、テムズ川の下をガスを運ぶ直径610ミリメートル(24インチ)のパイプライン2本の末端に、2つのピグランチャー/レシーバーが示されています。例えば、船の錨によって一方のパイプラインが損傷した場合、そのラインを隔離し、もう一方のパイプラインによってガスが川を越えて流れるようにすることができます。[ 15 ]
ピグ作業中に作業員が負傷したり、死亡したりする事故が多数報告されている。こうした事故の一般的な原因は以下のとおりである。
これらの原因はすべて、プロセスバルブと閉鎖ドアの不適切な操作に直接関係しています。このような事故を回避する一般的な方法は、バルブインターロックを追加することです[ 16 ]。これは、世界中のすべての石油およびガス操業会社で採用されています。
ピグ洗浄時の安全確保は、安全手順の厳守にかかっています。安全手順には、安全なバルブ操作手順が詳細に記載されています。バルブインターロックは、誤った操作を物理的に阻止することで、これらの手順を確実に実行します。バルブインターロックは、手動バルブ、電動バルブ、および閉鎖扉に常時取り付けられています。インターロックは、適切なキーが挿入されない限り、バルブまたは扉の操作を阻止します。
バルブインターロックの原理は、キーの受け渡しです。各ロックには2本のキーが付属しています。1本はロックされた開位置用、もう1本はロックされた閉位置用です。操作手順中は、一度に1本のキーのみが使用可能です。このキーは、操作手順で次に操作するバルブのインターロックにのみ適合します。すべてのキーには固有のコードが付与されており、バルブが不適切なタイミングでロック解除される可能性を排除しています。
今日のインテリジェントなインターロックソリューションは、圧力計やH2S計などの現場機器をバルブインターロックシーケンスに統合することを可能にします。これにより、オペレーターの手順[ 17 ]をDCSおよびSIS安全システムと統合することで安全性が向上します。
「ピッグ」とは、パイプラインに送り込まれ、パイプライン内の製品の流れの圧力によって推進されるツールです。ピッグには主に4つの用途があります。
最も一般的で汎用性の高いものの1つは、オープンセルポリウレタンフォームを弾丸の形に切り出すか流し込んで作られるフォームピグです。これは、パイプラインの内径の確認、洗浄、脱水、乾燥など、さまざまな目的でパイプラインに押し込まれます。洗浄用のピグには、密度が32～160キログラム/立方メートル（2～10ポンド/立方フィート）のフォームが数種類あり、特殊な用途では最大320キログラム/立方メートル（20ポンド/立方フィート）まであります。パイプの内側から錆、スケール、またはパラフィンワックスの堆積物を削り取るために、外側にタングステンスタッドまたは研磨ワイヤーメッシュが付いているものもあります。その他のタイプは、ウレタンで完全にまたは交差状にコーティングされているか、または、シールとピグの押し込みを補助するために後部のみにウレタンコーティングが施されたむき出しのポリウレタンフォームピグがあります。液体の除去や、複数の異なる製品を1つのラインでまとめて処理するために使用される、完全に成形されたウレタン製のピグも存在する。
インライン検査ピグは、パイプラインの検査に様々な方法を用いる。サイジングピグは、ゲージとして1枚（または複数枚）の切り欠きのある円形金属板を使用する。切り欠きによって、管径の狭窄部に遭遇した際に、金属板の異なる部分が曲がるようになっている。パイプラインの様々な側面を検査するための、より複雑なシステムも存在する。
インテリジェントピグは、センサーを用いてパイプラインを検査し、後で分析するためにデータを記録するために使用されます。これらのピグは、磁束漏洩法（MFL）や超音波などの技術を使用してパイプラインを検査します。インテリジェントピグは、キャリパーを使用してパイプラインの内部形状を測定することもあります。
1961年、シェル・デベロップメント社が初のインテリジェント・ピグを稼働させた。これは、自己完結型の電子機器がパイプライン内を移動しながら壁厚を測定・記録できることを実証した。この機器は電磁場を用いて壁の健全性を感知した。1964年、チューブスコープ社が初の商用機器を稼働させた。これはMFL技術を用いてパイプラインの底部を検査した。このシステムは航空機で使用されているものと同様のブラックボックスを用いて情報を記録した。基本的には高度にカスタマイズされたアナログテープレコーダーであった。最近まで、テープ記録（デジタル化されているとはいえ）は依然として好ましい記録媒体であった。ソリッドステートメモリの容量と信頼性が向上するにつれて、ほとんどの記録媒体はテープからソリッドステートへと移行した。
容量センサープローブは、ポリエチレンガスパイプラインの欠陥を検出するために使用されます。これらのプローブは、ポリエチレンパイプを通過する前にピグに取り付けられ、パイプ壁の外側の欠陥を検出します。これは、静電波がパイプの壁を通して外側に伝播する三重プレート容量センサーを使用して行われます。誘電体材料の変化は、容量の変化につながります。[ 18 ]試験は、オハイオ州コロンバス近郊のバテル・ウェスト・ジェファーソンのパイプラインシミュレーション施設（PSF）にあるNETL DOE研究ラボによって実施されました。[ 19 ]
現代のインテリジェントな、あるいは「スマート」なピグは、パイプライン内を移動する際に様々なデータを収集するための電子機器やセンサーを搭載した、非常に高度な装置です。その技術や複雑さは、用途や製造元によって異なります。
電子機器は、パイプライン内の製品が漏洩しないように密閉されています。パイプライン内の製品は、強アルカリ性から強酸性まで様々な性質を持ち、極めて高い圧力と温度にさらされる可能性があるためです。多くのピグは、パイプライン内の製品に応じて特定の材料を使用しています。電子機器への電力は通常、密閉された内蔵バッテリーから供給されます。データ記録方法は様々で、アナログテープ、デジタルテープ、あるいはより新しいタイプの装置ではソリッドステートメモリなどが用いられます。
使用される技術は、必要なサービスとピグの設計によって異なります。各ピグサービスプロバイダーは、サービスを実行するために独自の技術を持っている場合があります。鋼鉄/鉄パイプラインの表面の孔食や腐食、亀裂や溶接欠陥は、磁気漏洩(MFL) ピグを使用して検出されることがよくあります。他の「スマート」ピグは、電磁音響トランスデューサを使用してパイプの欠陥を検出します。[ 20 ]キャリパーピグは、パイプラインの真円度を測定して、潰れやその他の変形の領域を特定できます。一部のスマートピグは、単一のツールで MFL 機能とキャリパー機能を提供するなど、複数の技術を組み合わせて使用します。音響共鳴技術を使用したピグの試験が報告されています。[ 21 ]
ピグの走行中、地下や水中の距離、および/またはパイプの材質のため、ピグは外部と直接通信することができません。たとえば、鋼管はパイプ外部との重要な無線通信を効果的に遮断します。そのため、ピグは走行中に自身の動きを記録するために内部手段を使用する必要があります。これは、オドメーター、ジャイロスコープ補助傾斜センサー、およびその他の技術によって行うことができます。[ 22 ]ピグはこの位置データを記録し、後で移動距離と曲がり角を解釈して、たどった正確な経路を特定できるようにします。
位置確認は、通常、可聴、磁気、無線送信、またはその他の手段で豚の通過を記録する地上機器によって行われます。センサーは豚の通過を検出したとき（到着時間）を記録し、これを内部記録と比較して確認または調整します。外部センサーは、位置特定を支援するために全地球測位システム機能を備えている場合があります[ 23 ]。一部の豚通過インジケーターは、衛星アップリンクを介して豚の通過、時間、および位置を送信します[ 24 ] 。金属パイプが衛星信号を遮断するため、豚自体はGPSを使用できません。
金属製の本体を持つインラインピグやスクレーパーに低周波送信機[ 25 ]を正しく設置することが重要です。送信機のコイルがピグの鋼製本体内部に完全に収まっている場合、送信機の磁場は極めて弱まり、表面電磁探知機では検出されない可能性があります。送信機本体の少なくとも半分がインラインピグの金属製本体によって遮蔽されないようにする必要があります。
ピグによる検査が完了すると、外部センサーからの位置データとピグから得られたパイプライン評価データ（腐食、亀裂など）が組み合わされ、場所ごとの欠陥マップと特性が提供されます。つまり、この組み合わせたデータによって、オペレーターは各パイプの欠陥の位置、種類、サイズを把握できます。この情報は、欠陥の深刻度を判断し、修理チームがパイプラインを過剰に掘り起こすことなく、欠陥を迅速に特定して修理するのに役立ちます。特定の欠陥の変化率を数年にわたって評価することで、漏洩や環境被害が発生する前にパイプラインを修理するための予防的な計画を立てることができます。
検査結果は通常、（おそらくパイプラインオープンデータ標準形式で）アーカイブされ、同じパイプラインで後日実施されたピグ検査の結果と比較されます。
ジェームズ・ボンド映画3作品で、豚が物語の仕掛けとして使われています。 『ダイヤモンドは永遠に』では、ボンドがパイプラインから脱出するために豚を無力化しました。『リビング・デイライツ』では、豚を改造して鉄のカーテンを越える人物を密かに輸送しました。『ワールド・イズ・ノット・イナフ』では、豚がパイプライン内で核兵器を運搬し、爆発させるために使われました。
トニー・ヒルマンの著書『邪悪な豚』でも、豚は物語の仕掛けとして用いられており、メキシコからアメリカへ続く廃パイプラインが豚を使って違法薬物を輸送するために利用された。
アニメ番組『アーチャー』のシーズン2のエピソード「パイプライン・フィーバー」では、豚発射装置が登場し、スターリング・アーチャーとラナ・ケインが沼地に入り、過激な環境保護活動家ジョシュア・グレイから豚発射装置を守る任務を負う。