Sieci wodociągowe i kanalizacyjne – rury CFW – GRP

W niniejszym artykule przybliżono zagadnienie zastosowania rur CFW – GRP w budowie sieci wodociągowych i kanalizacyjnych, z uwzględnieniem optymalnego funkcjonowania tych sieci pod względem wymagań i parametrów hydraulicznych, wytrzymałościowych i eksploatacyjnych, np. odporności na korozję, oraz porównano z rurami produkowanymi z innych materiałów, np. PVC, PE, PP, kamionka, beton/żelbet i żeliwo sferoidalne.

Priorytety

Posiadane wieloletnie doświadczenie w projektowaniu, wykonawstwie i eksploatacji sieci wodociągowych oraz kanalizacyjnych, a także znajomość dostępnych na rynku materiałów do budowy tych sieci i ich właściwości oraz realiów inwestycyjno-wykonawczych, pozwoliło nam na przedstawienie kilku praktycznych wskazówek, które – mamy nadzieję – będą pomocne dla projektanta, eksploatatora i inwestora. Projektując, a następnie budując sieci wodociągowe i kanalizacyjne, należy pamiętać, że proces projektowania i wykonawstwa to tylko krótki epizod „życia technicznego” tych sieci, zaledwie kilka lub kilkanaście miesięcy, natomiast eksploatacja tych obiektów trwa dziesiątki lat (eksploatujemy kanały i kolektory ponad 100-letnie). To od dobrej jakości zastosowanych materiałów, poprawności wykonania i prawidłowej eksploatacji, zależy sprawność techniczna (tzw. czas zużycia technicznego). Należy pamiętać, iż obecnie, kiedy wielką rolę przypisuje się ochronie środowiska i ponosi na nią ogromne nakłady finansowe, kluczowym zagadnieniem staje się bezawaryjna dostawa wody do odbiorcy oraz również bezawaryjny odbiór ścieków i ich transport do miejsca oczyszczania. Założyliśmy, że nie tylko początkujący projektant, wykonawca czy eksploatator, ale również doświadczony fachowiec i długoletni praktyk tej branży, może z tej publikacji skorzystać, a także otrzyma materiał do przemyśleń.

Odporność

Na co narażone są materiały, z których projektujemy i budujemy sieci wodociągowe oraz kanalizacyjne? Wszystkie materiały konstrukcyjne stosowane w budowie sieci wodociągowych i kanalizacyjnych nie są w 100% odporne na czynniki środowiska, które oddziałują na dany materiał w sposób fizyczny, fizykochemiczny lub chemiczny, powodują jego korozję i stopniowe niszczenie. Przy budowie sieci wodociągowych i kanalizacyjnych (w tym rurociągów tłocznych – ciśnieniowych) stosuje się materiały takie jak np.: stal kwasoodporna (zalecany gatunek 1.4401 wg. EN 10080 lub gatunek 316 wg. AISI), obecnie rzadziej stal czarna odpowiednio zabezpieczona antykorozyjnie, żeliwo sferoidalne (obecnie rzadko żeliwo szare), beton (żelbet) i w coraz większym zakresie tworzywa sztuczne typu PVC, PE, PP oraz GRP. Coraz większy zakres stosowanych tworzyw sztucznych wynika z ich dostępności na rynku, dużego asortymentu oferowanego przez producentów oraz ze wzrostu doświadczenia w ich eksploatacji. Nie należy jednak sądzić, że zastosowanie tylko tworzyw sztucznych całkowicie wyeliminuje problem korozji, choć na pewno znacznie wydłuży czas bezawaryjnej pracy sieci wodociągowych i kanalizacyjnych, szczególnie kanałów i kolektorów narażonych na agresywny charakter ścieków oraz sieci wodociągowych i kanalizacyjnych narażonych na agresywność wód gruntowych. W rezultacie przy projektowaniu i budowie tego typu sieci używa się w dalszym ciągu również tradycyjnych materiałów, choć środowisko nieustannie zmienia się na ich niekorzyść, a stosowanie nawet coraz doskonalszych zabezpieczeń przed korozją to wciąż walka ze skutkami, a nie usuwaniem przyczyn wzrostu agresywności korozyjnej środowiska. Uznaliśmy zatem, że wskazane jest napisanie tego artykułu w charakterze poradnika i poświęcenie go rurom spełniającym się optymalnie w eksploatacji, np. wyprodukowanych z materiałów maksymalnie odpornych na korozję, tj. CFW – GRP produkowanych w technologii flowtite, oraz innych tworzyw sztucznych.

Dwie zasady

Pierwszą podstawową zasadą przy projektowaniu jest uwzględnienie całokształtu zagadnień związanych z eksploatacją i przebiegiem procesów technologicznych oraz warunków pracy i możliwości wystąpienia dodatkowych czynników wpływających na korozję materiału, z którego wykonano wodociąg, kanał/kolektor lub rurociąg tłoczny. Drugą zasadą jest odpowiedni dobór (rodzaj/typ) materiału, z jakiego wykonany zostanie rurociąg, odporny na agresję środowiska go otaczającego oraz odporny na agresję transportowanego nim medium czy agresję powietrza w kanale/kolektorze (H2S, CH4, CO, CO2). Przy stosowaniu rur wykonanych z betonu/żelbetu należy uwzględnić wpływ odczynu pH ścian kanału na stopień ich korozji. Projektant musi zdawać sobie sprawę z potrzeby i zakresu zabezpieczenia materiału, z którego zaprojektowano rurociąg, oraz z odpowiedniego dla danego środowiska doboru typu rurociągu.

Oceniając środowisko za pomocą wartości pH, można uzyskać następującą jego klasyfikację:

* 6,5 ≤ pH ≤ 7,5 – środowisko nieagresywne, obojętne,

* 7,5 < pH ≤ 8,5 – środowisko słabo alkaliczne,

* 6,0 ≤ pH < 6,5 – środowisko agresywne, słabokwaśne,

* pH > 8,5 – środowisko alkaliczne,

* 4,0 ≤ pH < 6,0 – środowisko silnie agresywne, kwaśne.

Definicje

* Korozja – niszczenie materiału wskutek chemicznej lub elektrochemicznej reakcji z otoczeniem lub zmiana materiału zapoczątkowana na jego powierzchni i wywołana przez niezamierzone działanie chemiczne lub elektrochemiczne.

* Tworzywa sztuczne – są to materiały, których podstawowym składnikiem są wielocząsteczkowe związki organiczne (polimery lub żywice syntetyczne) otrzymane syntetycznie. Najogólniej rzecz biorąc, prawie wszystkie związki wielocząsteczkowe (z wyjątkiem kauczuku naturalnego) zaliczają się do grupy tworzyw sztucznych, czyli żywic syntetycznych. GRP Poniżej chcielibyśmy przedstawić rury i kształtki z żywic poliestrowych wzmacnianych włóknem szklanym (GRP).

Rury i kształtki z żywic poliestrowych wzmacnianych włóknem szklanym CFW – GRP (Flowtite) są przystosowane do budowy sieci wodociągowych, kanalizacyjnych i przemysłowych. Charakteryzują się wysoką jakością oraz spełniają najsurowsze normy bezpieczeństwa. Na podstawie naszego wieloletniego doświadczenia w projektowaniu, budowie i eksploatacji systemów wodociągowych i kanalizacyjnych możemy stwierdzić, że produkty te gwarantują najwyższą jakość. System GRP Flowtite obejmuje produkcję rur, kształtek, studni, zbiorników w zakresie średnic od 100 mm do 3000 mm. Służą one do transportu wody, ścieków bytowych i ścieków przemysłowych/technologicznych w zakresie 1,0 ≤ pH ≤ 12. Są to rurociągi budowane z żywic poliestrowych wzmacnianych ciągłym i ciętym włóknem szklanym z wypełniaczem kwarcowym, produkowane w technologii nawojowej. Produkowane są (dotyczy ich konstrukcji) zarówno dla systemów ciśnieniowych, jak również bezciśnieniowych – grawitacyjnych. Do łączenia rur z bosymi końcami stosowane są łączniki przegubowe z podwójnym przegubem z wykorzystaniem uszczelnienia elastomerowego, zapewniające szczelność i elastyczne połączenie. Elastomerowe pierścienie uszczelniające osadzone są w sposób nieprzesuwny w rowkach korpusu łącznika. Są one w stanie lekkiego naprężenia wstępnego. Parametry połączeń nie ulegają zmianie nawet przy dużych obciążeniach zewnętrznych i jednoczesnych odchyleniach osi łączonych odcinków rur, zarówno podczas pracy ciśnieniowej, jak i podciśnieniowej.

Łączniki zapewniają 100% szczelność połączenia przy dodatkowym przemieszczaniu rur w łączniku w zakresie:

– odchylenia kątowego rur od osi łącznika,

– zmian długości rur (skrócenie lub wydłużenie),

– niewspółosiowości łączonych odcinków rur.

Sztywność rur CFW – GRP Parametrem wytrzymałościowym określającym rury z tworzyw sztucznych jest sztywność nominalna SN i klasa ciśnienia. Sztywność obwodowa ulega obniżeniu w trakcie eksploatacji rury, przy czym tempo tego obniżania zależy od rodzaju materiału. Dla tworzyw o bardziej rozbudowanych molekułach, w tym duroplastów, jest wolniejsze, natomiast dla tworzyw o prostych łańcuchach cząsteczkowych jest szybsze. Okresem odniesienia jest 50 lat. Obliczenia statyczne mają na celu taki dobór sztywności, by po upływie okresu odniesienia z uwzględnieniem spadku sztywności współczynnik bezpieczeństwa, czyli stosunek naprężeń dopuszczalnych do rzeczywistych, nie był mniejszy od założonej wartości – np. dla rur GRP wg. wytycznych ATV 127 wynosi on 2,0. Dlatego, aby porównać sztywność rur CFW – GRP i CC – GRP oraz rur polietylenowych (PE), należy porównać poza sztywnością nominalną (początkową) sztywność długotrwałą. W przedmiotowej publikacji przeanalizowano rury GRP o klasie ciśnienia PN1 i sztywności obwodowej SN = 10 000 N/m2 i SN = 5000 N/m2. Rury z żywic poliestrowych zbrojonych włóknem szklanym CFW – GRP zachowują po okresie 50 lat eksploatacji co najmniej 60% początkowej sztywności obwodowej.

Oznacza to, że rura o:

* sztywności nominalnej SN = 10 000 N/m2 (co odpowiada sztywności obwodowej SR = 0,08 N/mm2) po upływie 50 lat będzie wykazywać sztywność odpowiadającą SN = 6 000 N/m2,

* sztywności nominalnej SN = 5000 N/m2 (co odpowiada sztywności obwodowej SR = 0,04 N/mm2) po upływie 50 lat będzie wykazywać sztywność odpowiadającą SN = 3000 N/m2.

Przeliczniki sztywności:

X = 0,02 [N/mm2] = 0,02 * 1000000/23 = 2500 [N/m2]

X = 0,04 [N/mm2] = 0,04 * 1000000/23 = 5000 [N/m2]

X = 0,08 [N/mm2] = 0,08 * 1000000/23 = 10 000 [N/m2]

Dlatego przy wyborze typu rur należy brać pod uwagę ww. parametr wytrzymałościowy, a obliczenia statyczne (wytrzymałościowe) z założeniem min. 50 lat ich eksploatacji. Zakres ciśnień przenoszonych przez ww. rury wynosi: PN1 (rury bezciśnieniowe) oraz PN6, PN10 i PN16 (rury ciśnieniowe). W następnym artykule przedstawimy obliczenia hydrauliczne przewodów kanalizacyjnych i wodociągowych wykonanych z żywic poliestrowych.

Roman Ćwiertnia

Tomasz Ćwiertnia

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij