Rury PE

Wstęp

Rury z polietylenu są obecnie najbardziej rozpowszechnione przy budowie przyłączy wodociągowych i sieci wykonywanych metodami bezwykopowymi. Rury PE dostępne są jako jednowarstwowe i wielowarstwowe. Technologia jednowarstwowa stosowana jest do montażu bezpośrednio w wykopie, rury produkowana są w dwóch typach PE 80 i PE 100. Technologia wielowarstwowa opiera się na zastosowaniu na powierzchni zewnętrznej lub zewnętrznej i wewnętrznej rury specjalnych warstw odpornych na ścieranie o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej. Rozwiązanie takie umożliwia technologię bezwykopową. Poniżej charakterystyka asortymentu rur firmy WAVIN.

Oferta Wavin w zakresie ciśnieniowych systemów polietylenowych obejmuje:

– rury PE 100,

– rury Safe Tech RCⁿ,

– rury Wavin TS^DOQ®,

Rury powyższe mają wszechstronne zastosowanie (tabela), charakteryzują się różną budową i odpornością na zarysowania w fazie montażu.

Rys. Konstrukcja rur PE (wymiary dla przykładowej średnicy 110mm). Od lewej -rury PE 100, – rury Safe Tech RCⁿ, – rury Wavin TS^DOQ®,

Fot. Rura PE 100 w zwoju i w odcinkach prostych.

Fot. Rura Wavin TS^DOQ®

1.2 Charakterystyka rur

Wavin TS^DOQ® jest współwytłaczaną rurą, w której warstwy ochronne (zewnętrzna i wewnętrzna) wykonane są z niezwykle wytrzymałego tworzywa sztucznego PE 100 RC XSC 50. Warstwa środkowa produkowana jest z polietylenu klasy PE 100 RC. Dzięki właściwościom materiału XSC 50 (25% grubości ścianki) rura Wavin TS^DOQ® nawet przy zewnętrznych uszkodzeniach (< 20% grubości ścianki) wykazuje ekstremalną odporność na skutki działania obciążeń. Rury Wavin TS^DOQ® mogą być układane tradycyjnie lub w gruncie rodzimym bez podsypki i obsypki piaskowej, natomiast

w przewiercie sterowanym nie ma potrzeby stosowania rur osłonowych (odpowiednie zapisy w aprobatach). Opis i zastosowanie rur Wavin TSDOQ® znajduje się w katalogu „Wavin TSDOQ®

– katalog produktów”.
Safe Tech RCⁿ to dwuwarstwowe rury z polietylenu PE 100 RC, które mogą być instalowane bez podsypki i obsypki piaskowej. Posiadają wymiary standardowych rur PE i mogą być łączone przy zastosowaniu standardowych urządzeń i procedur zgrzewania doczołowego i elektrooporowego.

Rury PE 100 służą do tradycyjnego układania w wykopie otwartym na podsypce piaskowej i stosowane są od dziesięcioleci.

Zakres średnic

Właściwości rur

Wymiary geometryczne rury (grubość ścianki, średnica rury) są powiązane z jej wytrzymałością na ciśnienie wewnętrzne (systemy ciśnieniowe) lub wytrzymałością na obciążenia zewnętrzne

(systemy grawitacyjne). Stosunek średnicy zewnętrznej rury do grubości jej ścianki oznaczany jest skrótem SDR (ang. Standard Dimension Ratio).

Ciśnienie nominalne rur i kształtek w zależności od ich wymiarów geometrycznych (szeregu wymiarowego SDR) i rodzaju użytego materiału przedstawiono w Tabeli 1. Należy pamiętać, że

ciśnienie nominalne PN określane jest dla wody o temperaturze 20°C przy założeniu minimalnej trwałości wynoszącej 50 lat i współczynniku bezpieczeństwa c = 1,25.

Tabela. Nominalne ciśnienia robocze

Właściwości fizyczne rur ciśnieniowych PE 100:

– gęstość – 960 kg/m3,

– wskaźnik szybkości płynięcia MFR (190°C; 5,0 kg) – 0,40 g/10 min,

– współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej a – 0,13 mm/m°C,

– ciepło właściwe c_p– 1,9 kJ/kg°C,

– współczynnik przewodności cieplnej przy 20°C – 0,38 W/m°C,

– wytrzymałość na rozciąganie na granicy plastyczności – 23 MPa,

– wydłużenie względne przy zerwaniu – >600%,

– twardość – 59 Shore D.

1.3 Pakowanie i transport rur

Produkowane przez Wavin Metalplast-Buk Sp. z o.o. rury z tworzyw sztucznych mogą być dostarczane w odcinkach prostych (sztangach) lub w odcinkach zwijanych (bądź to w samodzielne kręgi lub nawijane na bębny). Rury PE o średnicy do 75 mm włącznie zwijane są w kręgi. Rury o średnicy 90 mm i 110 mm mogą być dostarczane w odcinkach prostych lub w odcinkach zwijanych w kręgi. Rury o średnicy 125 mm i większych standardowo dostarczane są w odcinkach prostych o długości 12 m, fabrycznie spakowane w wiązki przy użyciu drewnianych ramek. Na specjalne zamówienie możliwe jest zwijanie w kręgi rur o średnicy do 160 mm włącznie – w przypadku zainteresowania należy skontaktować się

z Wavin Metalplast-Buk Sp. z o.o.

UWAGA: należy zwrócić uwagę na zachowanie osobistego bezpieczeństwa podczas transportu, rozładunku i składowania rur, zwłaszcza kiedy warunki pogodowe nie są sprzyjające (jest mokro i zimno). Szczególną ostrożność należy zachować podczas rozwijania rur zwiniętych, ponieważ uwalniane są wówczas znaczne siły.

Do transportu rur należy używać samochodów z równą i płaską podłogą skrzyni ładunkowej lub samochodów specjalistycznych. Podłoga musi być wolna od gwoździ i innych wypukłości. Na czas transportu rury należy skutecznie zabezpieczyć przed przesuwaniem się. Wszelkie wsporniki boczne muszą być płaskie i pozbawione ostrych krawędzi. Rury o największych średnicach należy układać na spodzie skrzyni ładunkowej. Rury nie powinny wystawać poza skrzynię ładunkową samochodu o więcej niż pięciokrotną wartość ich średnicy nominalnej DN, wyrażonej w metrach, lub na długości 2 m, zależnie od tego, która z tych wielkości jest mniejsza. Zalecenie to nie ma zastosowania podczas transportu rur zapakowanych w sztywne wiązki.

Przemieszczanie rur

Przy przemieszczaniu rur należy przedsięwziąć środki zapobiegające ich uszkodzeniu. Rury z tworzyw sztucznych mogą ulec uszkodzeniu na skutek kontaktu z obiektami o ostrych krawędziach lub wtedy,

gdy spadają, są zrzucane lub przeciągane po ziemi. Do podnoszenia rur preferowane jest stosowanie lin i zawiesi z włókien (sztucznych lub naturalnych). Metalowe belki, zawiesia, haki lub łańcuchy, jeśli są używane nieprawidłowo, mogą uszkodzić rurę. Przy załadunku lub rozładunku rur wózkiem widłowym powinny być stosowane wózki z gładkimi widłami. Należy zwrócić uwagę, aby podczas podnoszenia rury nie doszło do jej złamania. Odporność rur z tworzyw sztucznych na uderzenia zmniejsza się wraz ze spadkiem temperatury i w takich warunkach należy zachować zwiększoną ostrożność przy ich przemieszczaniu.

Składowanie rur

Mimo że rury z tworzyw sztucznych są lekkie, trwałe i elastyczne, podczas ich składowania należy przedsięwziąć rozsądne środki ostrożności. Rury należy składować na powierzchniach pozbawionych

ostrych elementów, kamieni lub występów. Maksymalna wysokość składowania rur na placu budowy nie powinna przekraczać 1,5 m dla rur w opakowaniu fabrycznym i 1,0 m dla rur w odcinkach prostych składowanych luzem w pryzmach. Kiedy dostarczone są rury w kręgach, można je składować w pozycji pionowej lub poziomo w stosie, układając kolejne kręgi na sobie, by zapewnić rurom ochronę przed ekstremalnymi temperaturami.

Kręgi rur o średnicy nominalnej większej niż DN 90 powinny być składowane w pozycji pionowej w specjalnie zbudowanych do tego celu stojakach. Kiedy rury w prostych odcinkach składowane są w stojakach, to ich konstrukcja musi zapewniać odpowiednie podparcie, zapobiegając powstawaniu stałych odkształceń rur. Nie należy umieszczać rur w bezpośrednim sąsiedztwie paliw,

rozpuszczalników, olejów, smarów, farb lub źródeł ciepła. Zalecany maksymalny czas składowania rur niezabezpieczonych przed oddziaływaniem światła słonecznego wynosi 1 rok.

Stosowanie rur, dla których ten warunek został przekroczony, możliwe jest tylko po konsultacjach z producentem. W ekstremalnych warunkach klimatycznych może być konieczne określenie specjalnych wymagań w zakresie składowania rur. Należy w takim przypadku skontaktować się z Wavin Metalplast-Buk Sp. z o.o. Jeżeli rury dostarczane są w wiązkach lub innym opakowaniu, to taśmy i/lub opakowanie powinno się usuwać jak najpóźniej lub bezpośrednio przed ich instalacją.

1.4 Połączenia rur

Połączenia zaciskowe skręcane – umożliwiają łączenie rur o średnicach od 25-110 mm w sposób rozłączny, jak też łączenie rur z gwintami calowymi i armaturą gwintowaną. Dopuszczalne ciśnienie nominalne pracy (w temperaturze 20^o C), w zależności od typu i wymiaru kształtki, wynosi PN 10 lub PN 16.

Fot. Budowa kształtki zaciskowej skręcanej.

Łączniki zaciskowe zakleszczające Multi/joint 3000 plus – to specjalistyczne połączenia mechaniczne wykorzystywane do łączenia rur wykonanych z różnych materiałów w aplikacjach wodociągowych, kanalizacyjnych i gazowych w zakresie tolerancji średnic od DN 50 do DN 400 mm.

Unikalność połączenia wynika z połączenia gumowej uszczelki

(EPM lub NBR) ze specjalnym pierścieniem. Łączniki dostępne są w dwóch wariantach:

– jako łączniki zakleszczające z pierścieniem UniFiks,

– jako łączniki elastyczne z pierścieniem UniFleks.

W zależności od wybranego rozwiązania istnieje możliwość uzyskania połączeń dla ciśnień roboczych aż do PN 16 dla wodociągów oraz PN 8 dla gazociągów – zarówno dla rur stalowych, jak

i tworzywowych. Rozwiązania tego typu są idealne w naprawach i konserwacji sieci. Posiadają możliwość zastosowania w aplikacjach podziemnych, jak i nadziemnych. Dzięki zastosowaniu zabezpieczenia rury przed wysunięciem nie wymagają stosowania bloków oporowych. Ich żywotność sięga do 50 lat.

Fot. Łącznik Multi/joint 3000 plus

Połączenia zgrzewane

Zgrzewanie doczołowe – Zgrzewanie rur i kształtek polietylenowych metodą doczołową polega na współosiowym ustawieniu łączonych elementów, wyrównaniu ich powierzchni czołowych tak, żeby powierzchnie te były wzajemnie równoległe, równe w całym przekroju i pozbawione warstwy utlenionego materiału, a następnie odpowiednim nagrzaniu końców łączonych elementów, dociśnięciu ich do siebie i naturalnym schłodzeniu połączenia. Metodą doczołową można łączyć elementy o tych samych rozmiarach (ta sama średnica zewnętrzna i ta sama grubość ścianki) i o tej samej wartości MFI. Zgrzewanie np. rur o wartości MFI 005 z kształtką lub rurą o wartości MFI 010 da w rezultacie wypływkę o różnych wielkościach wałeczków. W niektórych przypadkach różnice wielkości obu wałeczków mogą być tak duże, że inspektor nadzoru będzie mógł zakwestionować jakość tego zgrzewu.

Aby połączenie elementów polietylenowych było mocne i wytrzymało minimum 50 lat, musi ono odbywać się przy zachowaniu określonych w tabelach zgrzewania:

– czasów poszczególnych operacji

– temperatury płyty grzewczej (okresowo sprawdzać przyrządem pomiarowym lub w ramach kalibracji zgrzewarki),

– ciśnienia docisku i ciśnienia posuwu (okresowo poddawać zgrzewarkę kalibracji).

Jeżeli powyższe parametry będą podczas zgrzewania zachowane, to wypływka będzie miała odpowiedni kształt, a połączenie powinno mieć odpowiednią wytrzymałość. Należy jednak pamiętać, że jeżeli łączone elementy będą wykonane z materiału niskiej jakości (np. kiepskiego surowca lub polietylenu wielokrotnie już przetwarzanego) albo w strefie łączenia pojawią się zanieczyszczenia (kurz, tłuszcz z palców itp.) lub ciała obce (skrawany wiór, źdźbło trawy itp.), to wytrzymałość połączenia

będzie obniżona, chociaż kształt wypływki będzie prawidłowy. Takie błędy mogą ujawnić się już podczas próby szczelności lub w kilka, kilkanaście lat po zakończeniu robót.
Technologia zgrzewania doczołowego

Przed rozpoczęciem prac należy sprawdzić stan urządzeń i narzędzi. Zgrzewarka powinna posiadać ważne świadectwo kalibracji, szczęki ruchome powinny przemieszczać się po prowadnicach płynnie, a płyta grzewcza powinna być czysta i nie posiadać ubytków w powłoce teflonowej. Niedopuszczalne

są jakiekolwiek wycieki oleju hydraulicznego, przerwy w izolacji przewodów elektrycznych itd. W przypadku wietrznej pogody, niskiej temperatury otoczenia, zapylenia lub dużej wilgotności należy miejsce montażu osłonić namiotem ochronnym i ewentualnie uruchomić nagrzewnicę, aby podnieść temperaturę lub zmniejszyć wilgotność powietrza w otoczeniu zgrzewarki. Składowane na wolnym powietrzu lub w magazynie rury i kształtki mogą być pokryte z zewnątrz i od wewnątrz warstwą

błota lub kurzu. Aby ich drobiny nie dostały się na powierzchnię łączenia, końce elementów powinny być oczyszczone na długości co najmniej 10 cm. Wstępne czyszczenie można wykonać suchym ręcznikiem papierowym. Ostateczne czyszczenie powinno być wykonane z użyciem płynu czyszczącego, który

usunie tłuszcz i ewentualną wilgoć. Dobrze jest wykonać pierwszy zgrzew jako próbny. Na podstawie kształtu uzyskanej wypływki będzie można stwierdzić poprawność parametrów procesu (może okazać się, że np. temperatura płyty grzewczej jest zbyt niska) oraz dodatkowo oczyścić to miejsce płyty grzewczej, które będzie stykało się z łączonymi elementami podczas wykonywania następnych zgrzewów. Taki próbny zgrzew zaleca się też wykonać przed każdą zmianą

Fot. Zgrzewanie doczołowe rur PE

Przebieg zgrzewania

1. Ułożyć łączone rury w uchwytach zgrzewarki tak, aby umieszczone na nich napisy były skierowane ku górze; kształtkę lub krótszą rurę ułożyć w ruchomym uchwycie zgrzewarki – rurę podeprzeć na rolkach,

które muszą pewnie stać na gruncie. Ułatwi to odczyt napisów, a ponadto przy łączeniu rury z rurą gwarantuje ograniczenie do minimum wpływu owalizacji rury i zmian grubości jej ścianki (tzw. saging)

na jakość zgrzeiny; rolki są po to, aby siła potrzebna do przesuwania łączonych elementów była jak najmniejsza.

2. Zmierzyć ciśnienie oporu przemieszczania się elementu zamocowanego w ruchomym uchwycie zgrzewarki; jeżeli używamy zgrzewarki manualnej bez rejestratora – wpisać tę wartość do karty zgrzewu.

Niewłaściwe określenie oporów ruchu lub zmiana siły docisku rury do płyty grzewczej podczas dogrzewania może spowodować np. odsunięcie się końca rury od płyty grzewczej i niedostateczne jego

uplastycznienie, a to z kolei ma wpływ na jakość zgrzeiny.

3. Oczyścić powierzchnie tnące struga, wstawić strug pomiędzy końce łączonych elementów i po ustawieniu ciśnienia strugania i włączeniu struga splanować ich powierzchnie czołowe; strugać do momentu uzyskania ok. trzech zwojów ciągłego wióra na obu łączonych końcach. Powierzchnie czołowe łączonych elementów muszą być wyrównane, gładkie i musi być z nich usunięta utleniona warstwa polietylenu, by odsłonić tym samym czysty materiał.

4. Powoli odsunąć łączone elementy od struga, wyłączyć strug i po jego zatrzymaniu się wyjąć ze zgrzewarki i odstawić do stojaka – ze względów bezpieczeństwa nie wyjmować struga przy obracającej się tarczy z nożami tnącymi! Powolne odsuwanie łączonych elementów od tarczy struga ma na celu zmniejszenie garbu, jaki powstanie w miejscu odejścia noży tnących od powierzchni obrabianych elementów; garb o wysokości równej grubości skrawanego wióra będzie powodował punktowe zwiększenie szerokości wałeczka wypływki w miejscu jego wystąpienia.

5. Nie dotykając oczyszczonych powierzchni, usunąć wióry spod zgrzewarki, z zewnątrz i wewnątrz końców łączonych elementów – najlepiej zrobić to metalowym haczykiem. Luźne wióry mogą w ostatniej fazie zgrzewania dostać się między łączone elementy i zepsuć zgrzew; dotykając palcami obrobionych powierzchni, pokrywamy je brudem i tłuszczem, które obniżają jakość zgrzewu.

6. Sprawdzić i ustawić ciśnienie zgrzewania p1, równe co do wartości ciśnieniu łączenia p3 (przy zgrzewaniu rur SDR 17,6 z kształtkami SDR 17 stosujemy te same parametry co przy zgrzewaniu rur

SDR 17,6). Dokładne ustawienie tego ciśnienia ma wpływ na wielkość i kształt wypływki (patrz kontrola jakości zgrzewu).

7. Dosunąć do siebie i docisnąć pełnym ciśnieniem zgrzewania końce łączonych elementów, a następnie sprawdzić ich przyleganie; szczeliny powstałe w wyniku niedokładności obróbki nie powinny być większe niż 0,5 mm. Dzięki temu można sprawdzić, czy elementy zostały dostatecznie mocno

zaciśnięte w zaciskach zgrzewarki; szczeliny większe niż 0,5 mm powodowałyby duże różnice w grubościach wałeczków wypływki na całej długości zgrzeiny (patrz kontrola jakości zgrzewu).

8. Sprawdzić, czy łączone elementy zostały zamocowane współosiowo; wzajemne przesunięcie łączonych elementów nie może przekraczać 10% grubości ich ścianki. Przesunięcia osiowe łączonych elementów powinny być jak najmniejsze, gdyż im większa niewspółosiowość, tym mniejsza

wytrzymałość połączenia. W razie konieczności wycentrować łączone elementy śrubami dociskowymi uchwytów zgrzewarki; jeżeli szczelina pomiędzy dociśniętymi czołami łączonych elementów

stanie się większa niż 0,5 mm, to należy powtórzyć operację skrawania. Zbyt duże odchylenia kątowe lub przesunięcia osiowe łączonych elementów mają bezpośredni wpływ na jakość i wytrzymałość zgrzewu.

9. Sprawdzić temperaturę płyty grzewczej (200-220°C): niższe temperatury (205-210°C) stosuje się w przypadku materiałów z grupy MFI 010, a wyższe (ok. 220°C) dla materiałów z grupy MFI 005; przy zgrzewaniu rur o grubszych ściankach (powyżej 20 mm) temperaturę płyty grzewczej należy obniżyć o 5-10°C. Temperatura płyty grzewczej i czas grzania (zależny od grubości ścianki łączonych elementów) mają wpływ na ilość dostarczonego do końców łączonych elementów ciepła i tym samym wytrzymałość połączenia i wielkość wypływki

10. Rozsunąć łączone elementy i umieścić między nimi płytę grzewczą, dosunąć elementy do płyty grzewczej i utrzymywać ciśnienie docisku na poziomie p1 do chwili uzyskania na całym obwodzie wypływki o określonej grubości. Celem nagrzewania wstępnego jest uzyskanie na końcach łączonych elementów temperatury topnienia PE oraz zapewnienie pełnego styku powierzchni czołowych

łączonych elementów z płytą grzewczą.

11. Zmniejszyć ciśnienie docisku do poziomu p2 (ciśnienie posuwu) i dogrzewać końce łączonych elementów dokładnie przez taki czas, jaki podano w tabeli parametrów procesu zgrzewania (niezależnie od temperatury otoczenia). Po zmniejszeniu docisku elementów do płyty grzewczej nagrzewający się PE nie będzie przechodził w wypływkę; dłuższe dogrzewanie da większe wypływki, a krótsze dogrzewanie mniejsze (patrz kontrola jakości zgrzewu).

12. Rozsunąć elementy, jak najszybciej wyjąć płytę grzewczą i ponownie dosunąć do siebie łączone elementy, płynnie zwiększając ciśnienie docisku do poziomu p3 = p1 (ciśnienie łączenia). Im dłuższy czas wyjmowania płyty grzewczej i ponownego dosuwania elementów do siebie, tym grubsza warstwa schłodzonego PE na powierzchniach czołowych łączonych elementów i tym niższa jakość zgrzewu.

13. Utrzymywać ciśnienie docisku p3 przez czas określony w tabelach. Zbyt wczesne zakończenie docisku łączonych elementów wpływa na obniżenie wytrzymałości zgrzeiny.

14. Obniżyć ciśnienie do zera i pozostawić połączenie, aby się dalej chłodziło przez czas określony w tabelach (procesu chłodzenia nie wolno przyspieszać – musi on przebiegać w sposób naturalny).

Połączenie jest jeszcze zbyt ciepłe (zwłaszcza w środku zgrzeiny) i w związku z tym zbyt słabe, aby mogło być obciążane takimi siłami, jakie występują przy wyjmowaniu połączonych elementów ze

zgrzewarki.

15. Zdemontować uchwyty, nanieść na rurę (ew. kształtkę) numer zgrzeiny i wypełnić protokół zgrzewania. Naniesienie na rurę (kształtkę) numeru zgrzeiny pozwoli ją zidentyfikować i skonfrontować z odpowiednim protokołem zgrzewania – jest to istotny element systemu zapewnienia jakości w budowie

rurociągów.

Zgrzewanie elektrooporowe

Zgrzewanie elektrooporowe jest stosowane najczęściej do łączenia elementów o mniejszych średnicach, zazwyczaj do 200 mm, chociaż dostępne są mufy elektrooporowe o średnicy nawet 630 mm. Przy połączeniach elementów polietylenowych o średnicy do 63 mm zgrzewanie powinno być wykonywane techniką elektrooporową. Kształtki elektrooporowe są kształtkami typu mufowego, więc łączenie elementów odbywa się pomiędzy powierzchnią wewnętrzną kielichów (muf) kształtki a powierzchnią zewnętrzną rur lub bosych końców kształtek. Dzięki temu, że efektywna powierzchnia łączenia kształtki elektrooporowej z rurą może być znacznie większa od pola przekroju poprzecznego rury, to połączenia wykonane tą techniką są mocniejsze niż sama rura. Także upływ czasu nie zmienia tej właściwości połączenia i dlatego jego wytrzymałość długoczasowa jest większa od jedności (wytrzymałość długoczasowa połączenia określana jest w stosunku do wytrzymałości długoczasowej rury).

Zgrzewanie elektrooporowe uznawane jest za prostą technikę łączenia PE. Jednakże w każdej technice łączenia są istotne pewne elementy, które mają wpływ na trwałość i wytrzymałość złącza.

Przed rozpoczęciem prac należy sprawdzić stan zgrzewarki, generatora (jeśli jest używany), narzędzi oraz łączonych rur i kształtek, a także przygotować samo miejsce, w którym będzie prowadzone

zgrzewanie. Jeżeli wymagają tego warunki pogodowe, należy rozstawić namiot ochronny lub osłony. Właściwie działający sprzęt, sprawne narzędzia, wolne od wad rury i kształtki oraz właściwie przygotowane miejsce zgrzewania są oczywistym warunkiem wstępnym dla wykonania połączenia wysokiej jakości. Szczególnie istotne jest stosowanie zgrzewarki kompatybilnej z systemem używanych kształtek (producenci kształtek zalecają stosowanie określonych modeli). Uszkodzenia mechaniczne kształtek i nadmierna (powyżej 1,5%) owalizacja rur mogą być przyczyną awarii połączenia po upływie kilku lat. Próba ciśnieniowa może nie wykazać jego wadliwości.