Systemy rurowe z tworzyw sztucznych do bezwykopowego układania sieci gazowych oraz ich renowacji.pdf
(
99 KB
)
Pobierz
klupa.indd
inspekcje i renowacje sieci
Systemy rurowe
z tworzyw sztucznych
do bezwykopowego
układania sieci gazowych
oraz ich renowacji
Fot.1. Przykład wielofunkcyjnego przyłącza
do budynku (woda, gaz, en. elektryczna)
Wprowadzenie
Historia rurociągowego transportu gazu sięga początków XIX
wieku, kiedy zaczęto wprowadzać w Londynie gazowe oświe-
tlenie ulic. Do rozprowadzania gazu stosowano wtedy ocyno-
wane rury żeliwne. Żeliwo było podstawowym materiałem do
produkcji rur, przeznaczonych do sieci gazowych aż do począt-
ku XX wieku. Kolejny etap rozwoju materiałów związany był
z wprowazeniem rur stalowych. Wymiana lub naprawa sko-
rodowanych rur jak również usuwanie często występujących
nieszczelności na połączeniach, wiązały się ze znacznymi
kosztami. Z tego względu w latach 60-tych zaczęto analizo-
wać możliwości zastosowania tworzyw sztucznych jako ma-
teriałów na rury do rozprowadzania gazu. Stwierdzono, że
najlepszym rozwiązaniem będzie polietylen z uwagi na jego
właściwości.
Rury wykonane z tego tworzywa charakteryzują się między
innymi :
•
niskim ciężarem,
•
Komitet techniczny CEN/TC 234 opracował pakiet norm funk-
cjonalnych, który obejmuje wszystkie części systemu dostaw
gazu od wprowadzenia tego paliwa do systemu przesyłowego,
aż do armatury odcinającej przed urządzeniami gazowymi.
Ogólne wymagania funkcjonalne dotyczące sieci gazowych
z polietylenu są zawarte w normie:
PN-EN 12007-2 „Systemy do-
stawy gazu – Gazociągi o maksymalnym ciśnieniu roboczym do
16 bar włącznie – Część 2: Szczególne zalecenia funkcjonalne
dotyczące polietylenu (MOP do 10 bar włącznie)”.
Norma okre-
śla podstawowe wymagania dotyczące budowy sieci gazowych
z polietylenu oraz zawiera kryteria oceny jakości połączeń zgrze-
wanych czołowo lub elektrooporowo.
Rury z tworzyw sztucznych znajdują szerokie zastosowanie
przy renowacji gazociągów.
Wymagania funkcjonalne w tym zakresie sawarte są w normie:
PN-EN 12007-4 Systemy dostawy gazu – Rurociągi o maksymal-
nym ciśnieniu roboczym do 16 bar – Część 4: Szczegółowe za-
lecenia funkcjonalne dla renowacji.
Wymieniona norma przed-
stawia zalecenia funkcjonalne w zakresie renowacji istniejących
gazociągów. Zawiera również pewne wymagania dotyczące
innych niż tworzywa sztuczne materiałów. Należy ją stosować
łącznie z normą
PN-EN 12007- 1 „Systemy dostawy gazu – Ga-
zociągi o maksymalnym ciśnieniu roboczym do 16 bar włącznie
– Część 1: Ogólne zalecenia funkcjonalne”.
Zagadnienia renowacji gazociągów były również przedmio-
tem prac Komitetu Technicznego CEN-TC 155 „Systemy rur
i przewodów z tworzyw sztucznych”. Opracowano z tego za-
kresu następującyce normy:
EN 14408-1 Plastics piping systems for renovation of under-
ground gas supply networks –
Part 1: General (Systemy przewodów rurowych z tworzyw
sztucznych do renowacji podziemnych sieci gazowych – Część 1:
Postanowienia ogólne),
EN 14408-3 Plastics piping systems for renovation of under-
ground gas supply networks –
Part 3: Lining with close-fit pipes (Systemy rurociągowe z two-
rzyw sztucznych do renowacji podziemnych sieci gazowych
– Część 3: Wykładzina z rur ciasno pasowanych.
Wymienione normy zostaną wkrótce ustanowione jako Pol-
skie Normy.
Wymagania i metody badań w odniesieniu do poszcze-
gólnych elementów systemów rurowych z polietylenu prze-
niskimi oporami przepływu,
odpornością na obciążenia dynamiczne,
•
zdolnością do łączenia metodą zgrzewania,
•
wysokimi wartościami wydłużenia przy zerwaniu.
Znaczący postęp w stosowaniu polietylenu do produkcji rur
nastąpił wkrótce po tym jak K. Ziegler i G. Natta uzyskali nagrodę
Nobla za opracowanie procesu niskociśnieniowej polimeryzacji
etylenu. Przeprowadzone ostatnio badania rynkowe szacują ilość
tworzyw sztucznych produkowanych w Europie na 2,5 mln ton,
z czego ok. 1,5 mln ton stanowi polietylen (HDPE). Około 50% pro-
dukcji HDPE przeznaczane jest do wytłaczania rur ciśnieniowych.
Systemy rurowe stosowane przy budowie i reno-
wacji sieci gazowych
Wprowadzane w ostatnim okresie w Polsce normy do-
tyczące sieci gazowych oparte o normalizację europejską
oprócz aspektu polegającego na ułatwieniu przepływu wyro-
bów i usług pomiędzy Polską a UE dają jeszcze jeden efekt,
a mianowicie powodują znaczące zwiększenie wymagań
zarówno w odniesieniu do funkcjonowania sieci w całości,
jak również odnośnie poszczególnych elementów (normy
wyrobów).
Aleksander Klupa
Instytut Nafty i Gazu – Kraków
Inżynieria Bezwykopowa
styczeń – marzec 2005
47
elastycznością (niska wartość modułu Younga),
•
odpornością na korozję,
•
•
inspekcje i renowacje sieci
znaczonych do przesyłania paliw gazowych zawierają normy
europejskie serii 1555 opracowane przez Komitet Techniczny
CEN/TC 155.
Norma
EN 1555
pod wspólnym tytułem
Systemy rurociągowe
z tworzyw sztucznych do przesyłania paliw gazowych – Poliety-
len (PE)
zawiera następujące części, które obecnie zostały już
wdrożone jako Polskie Normy:
PN-EN 1555-1
Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych do prze-
syłania paliw gazowych. Polietylen (PE). Część 1: Wymagania
ogólne,
PN-EN 1555-2
Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych do prze-
syłania paliw gazowych. Polietylen (PE). Część 2: Rury,
PN-EN 1555-3
Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych do prze-
syłania paliw gazowych. Polietylen (PE). Część 3: Kształtki,
PN-EN 1555-4
Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych do prze-
syłania paliw gazowych. Polietylen (PE). Część 4: Zawory,
PN-EN 1555-5
Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych do prze-
syłania paliw gazowych. Polietylen (PE). Część 5: Przydatność
do systemu.
Sieci gazowe wybudowane z polietylenu charakteryzują się
trwałością i wysokim poziomem szczelności, nawet w ekstremal-
nych warunkach użytkowania. Dowodem na to mogą być dane
zawarte w tab. 1 dotyczące awaryjnosci gazociągów z polietyle-
nu podczas trzęsień ziemi [1].
Rozwój technologii dystrybucji gazu ziemnego jest związany
z realizacją przez firmy dystrybucyjne kluczowych celów, do
których można zaliczyć:
• efektywność ekonomiczną,
• zapewnienie bezpieczeństwa dostaw gazu,
•
wdrożenia rur z materiałów kompozytowych.
Poprawę stanu technicznego sieci gazowych można osiągnąć
drogą ich wymiany w otwartym wykopie lub stosując techniki
renowacji oparte na metodach bezwykopowych. Te ostatnie sta-
ły się bardzo popularne z uwagi na wysokie koszty i ogranicze-
nia czasowe związane z wykonywaniem wykopów i naprawą
nawierzchni w aglomeracjach miejskich.
W porównaniu z metodami tradycyjnymi, metody bezwykopo-
we pozwalają na ograniczenie do minimum powierzchni wyko-
pu, obniżenie kosztów oraz w mniejszym stopniu oddziaływują
na środowisko. Nie bez znaczenia jest tu również efekt ekono-
miczny. W tab. 2 przedstawiono porównanie kosztów układania
gazociagów z polietylenu różnymi metodami [1]. Jako podstawę
do porównań przyjęto koszt budowy gazociągu o średnicy 50
mm w otwartym wykopie (100%).
Technologie bezwykopowego układania gazociągów spowo-
dowały zapotrzebowanie na rury z odmian polietylenu spełniaja-
cych podwyższone wymagania dotyczące pewnych krytycznych
parametrów. Naprzeciw tym oczekiwaniom wychodzi Stowarzy-
szenie PE 100+ założone w roku 1999. Celem stowarzyszenia
jest zagwarantowanie najwyższego poziomu jakości w produkcji
spełnienie wymagań w zakresie ochrony środowiska,
• spełnienie oczekiwań klienta.
Odporność sejsmiczna sieci gazowych
Rok
Kraj – Miasto
Magnituda
(skala Richtera)
Długość sieci
z PE [km]
Liczba uszkodzeń
sieci z PE
1993
Japonia – Kushiro
7,8
155
0
1994
USA – Northridge (CA)
6,8
58000
27
1995
Japonia – Kobe
7,2
> 20000
0 (inne 26500)
1999
Kolumbia
5,9
115
0
Tablica 1
Koszt instalowania rur polietylenowych
( rura o średnicy 50 mm w otwartym wykopie : wskaźnik = 100)
Średnica rur [mm]
50
100
200
300
Technologia:
- w otwartym wykopie
100
125
150
210
- wiercenie kierunkowe
40
50
75
90
- wprowadzanie rur o mniejszej
średnicy (sliplining)
25
35
50
75
- rozkruszanie starej rury
(pipebursting)
40
55
70
80
Tab. 2 Porównanie kosztów instalowania rur polietylenowych
48
Inżynieria Bezwykopowa
styczeń – marzec 2005
Można tu wyróżnić trzy podstawowe kierunki działania:
• przedłużanie żywotności i zwiększanie efektywności wyko-
rzystania istniejącej infrastruktury,
• budowa nowych sieci z zastosowaniem materiałów o wyż-
szych parametrach użytkowych,
• tworzenie technicznej i organizacyjnej bazy zarządzania bez-
pieczeństwem sieci.
W ramach wymienionych kierunków są wdrażane lub znajdu-
ją się w fazie badań nowe technologie umożliwiające osiąganie
wyższego poziomu we wszystkich kluczowych obszarach zwią-
zanych z dystrybucją gazu. Prace badawcze dotyczące materia-
łów stosowanych do budowy sieci gazowych są prowadzone
aktualnie w trzech kierunkach:
•
wdrożenia rur polietylenowych z zewnętrzną warstwą ochronną,
•
wdrożenia rur z polietylenu sieciowanego (PE-X),
•
inspekcje i renowacje sieci
i przetwórstwie materiału klasy PE 100 przeznaczonego do wy-
tłaczania rur ciśnieniowych. Podstawą zaakceptowania danego
materiału i umieszczenia go na liście „Materiałów pozytywnych”
jest, oprócz spełnienia wymagań podstawowych określonych
w normach, spełnienie wymagań dodatkowych sformułowanych
przez Stowarzyszenie [2], dotyczących trzech podstawowych pa-
rametrów rur:
•
gdzie:
p
T;t
–
ciśnienie obliczeniowe dla rury wielowarstwowej
[bar];
e
n
–
grubość ścianki warstwy przenoszacej naprężenia
obwodowe [mm];
n
–
liczba warstw przenoszacych naprężenia obwodo-
we;
d
n
–
średnica zewnętrzna warstwy materiału przeno-
szącej naprężenia [mm];
c
n
–
współczynnik projektowy dla materiałów przeno-
szacych naprężenia, określony w odpowiedniej
normie wyrobu dla danej temperatury badania;
σ
n
–
naprężenie obwodowe wyrażone w MPa określone
dla materiału zgodnie z odpowiednią normą wyro-
bu, dla temperatury badania
T
[
0
C] i
czasu badania
t,
[MPa].
odporności na szybką propagację pęknięć (Resistance to Ra-
pid Crack Propagation).
Odporność rur polietylenowych na pełzanie jest oznacza-
na w oparciu o testy wytrzymałości hydrostatycznej w róż-
nych temperaturach, przy różnych poziomach naprężeń.
W przypadku rur z PE 100 podczas badań w temperaturze
20
0
C i naprężeniu obwodowym 12,4 MPa norma przedmio-
towa wymaga, aby czas do uszkodzenia wynosił minimum
100 godzin. Stowarzyszenie PE 100+ podwyższyło ten czas
do 200 godzin.
Odporność na wolną propagację pęknięć stanowi dru-
gi parametr, który został podwyższony przez stowarzy-
szenie PE 100+. Norma wymaga, aby podczas badania
odporności na powolny wzrost pęknięć próbka rurowa
PE 100 SDR 11, na powierzchni której zostały wykonane
co 90
0
cztery nacięcia frezem w kształcie litery „V”, rów-
nolegle do osi podłużnej o głębokości 0,2 grubości ścian-
ki,wytrzymała do uszkodzenia minimum 165 h podczas
oznaczania wytrzymałości hydrostatycznej w temperaturze
80
0
C, pod ciśnieniem 9,2 bar. Stowarzyszenie podwyższyło
w tym przypadku czas do uszkodzenia na 500 godzin.
Wysokie wymagania w zakresie odporności na powolną
propagację pęknięć mają istotne znaczenie praktyczne. Rury
polietylenowe w trakcie składowania, transportu, rozładunku
i instalowania, często ulegają uszkodzeniom, najczęściej polega-
jącym na zarysowaniu ich powierzchni. Rury spełniające wyma-
gania PE 100+, charakteryzują się szczególnie wysoką odporno-
ścią na oddziaływania tego typu.
Ta cecha jest bardzo istotna w przypadku układania rurociągów
metodami bezwykopowymi lub w wykopach wąskoprzestrzen-
nych. Szybka propagacja pęknięć jest zjawiskiem, które może się
rozwijać w rurach PE na znacznej długości z dużą prędkością.
Może być na przykład zainicjowane uszkodzeniem gazociągu
łyżką koparki w niskiej temperaturze otoczenia. Kryteria przyjęte
przez stowarzyszenie PE 100+ dają gwarancję, że rury, które je
spełniają , nie będą praktycznie ulegały tego typu uszkodzeniom
w krajowych warunkach klimatycznych.
Zgodnie z ustaleniami norm miedzynarodowych rury poliety-
lenowe klasy PE 100 mogą być stosowane do rozprowadzania
gazu pod ciśnieniem do 10 bar, a wody do 25 bar. W przypadku
gazu limit ciśnienia może być podwyższony do 16 bar przy za-
stosowaniu rur z polietylenu sieciowanego PEX.
Podczas renowacji gazociągów lub przy ich układaniu w wy-
kopach wąskoprzestrzennych istotnego znaczenia nabiera od-
porność rur polietylenowych na zarysowania lub uszkodzenia
powodowane obciążeniem punktowym. Wysoką odporność
na oddziaływania tego typu wykazują rury wielowarstwowe
(multilayer), które są produkowane w dwóch odmianach:
„M” i „P”. Odmiana „M” zawiera jedną lub więcej warstw metalu,
a odmiana „P” składa się z dwóch lub więcej warstw polimeru.
Ciśnienie, jakie może być bezpiecznie utrzymywane w rurze
wielowarstwowej w długim przedziale czasowym [3] można wy-
liczyć ze wzoru:
Rury wielowarstwowe oraz rury z polietylenu sieciowane-
go (PEX) znajdują szerokie zastosowanie przy wykonywaniu
przyłączy gazowych do budynków. Konkurencja wśród firm
dostarczających różnego rodzaju media wymuszona przez
deregulację i prywaryzację spowodowała wprowadzenie no-
wych rozwiązań technicznych umożliwiajacych obniżenie
kosztów budowy i użytkowania sieci. Jako przykład można tu
przytoczyć stosowane w Niemczech wielofunkcyjne przyłącza
do budynków (multi utility connections) [4], przedstawione
na fot. 1.
Jak wynika z dokonanego przeglądu rozwiązań technicz-
nych systemów rurowych stosowanych przy budowie i re-
nowacji sieci gazowych, w większości spełniają one specy-
ficzne wymagania związane z instalowaniem rurociagów
w aglomeracjach miejskich metodami bezwykopowymi lub
w wykopach wąskoprzestrzennych. Daje się tu zauważyć sta-
ły postęp. Nowe rozwiązania zapewniają wyższy poziom bez-
pieczeństwa użytkowania sieci oraz pozwalają na obniżenie
kosztów w firmach dystrybucyjnych. Jako przykład jednego
z kierunków prac badawczych w tym obszarze można przy-
toczyć wprowadzony do planu prac Gas Technology Institute
(USA) temat dotyczacy opracowania nowego systemu ruro-
wego z tworzyw sztucznych, który będzie formowany na bu-
dowie. Materiał na rury będzie dostarczany na budowę w po-
staci taśmy nawiniętej na bęben, co znacznie ułatwi transport
i przenoszenie w porównaniu do technologii bazującej na
gotowych rurach. W dalszej kolejności tworzywo w postaci
taśmy zostanie uformowane w rurociągi i połączone metodą
spawania laserowego [5].
LITERATURA
[1] Belforte A. Reliable and environmental friendly polyethylene pipes for gas
transportation to end consumers. International Gas Union – 22nd WGC, To-
kyo 2003.
[2] www.tworzywa.com.pl.
[3] ISO/DIS 17456.2 Plastics piping systems – Multilayer pipes – Determina-
tion of long-term strength.
[4] International Gas Union - 22nd WGC Tokyo 2003. Report of Study Gropup
5.1 Improved procedures for customer connection.
[5] Gas Technology Institute. 2005-2009 Gas Industry Collaborative RD&D
Plan.
Inżynieria Bezwykopowa
styczeń – marzec 2005
49
odporności na pełzanie (Creep Rupture Strength),
•
odporności na wolną propagację pęknięć (Stress Crack Re-
sistance),
•
Plik z chomika:
Nikolas53
Inne pliki z tego folderu:
XUbuntu 7.05 Frywolny Fulmar.iso
(661726 KB)
instrukcja_bhp_hydraulik.doc
(37 KB)
Hydraulik.doc
(31 KB)
Hydraulik.pdf
(45 KB)
KARTA RYZYKA ZAWODOWEGO hydraulik.docx
(15 KB)
Inne foldery tego chomika:
!!! SAM NAPRAWIAM+INSTRUKCJE !!!
►Dekorowanie potraw
100 Firan zaczerpnietych z netu
100 nowszych firan zaczerpnietych z netu
Ambitne krawieckie projekty
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin