Polietylen jako tworzywo użyteczne we współczesnym gazownictwie

Pełen tekst

(1)Zeszyty Naukowe nr. 745. Akademii Ekonomicznej w Krakowie. 2007. Stanisław Hornik Katedra Towaroznawstwa Przemysłowego. Janusz Dziura Zakład Gazowniczy w Brzesku. Polietylen jako tworzywo użyteczne we współczesnym gazownictwie 1. Wprowadzenie Polska wraz z akcesją do Unii Europejskiej przyjmuje na siebie obowiązek wprowadzenia wspólnotowych regulacji prawnych, co wymaga działań dostosowawczych, również w obszarze dystrybucji gazu ziemnego. Obejmują one głównie wdrożenie do praktyki przemysłowej standardów i procedur stosowanych w krajach Unii w zakresie projektowania, budowy oraz użytkowania sieci gazowych. Głównym celem tych działań jest zapewnienie trwałości i integralności sieci gazowych, co wiąże się z poprawą bezpieczeństwa publicznego, ekologicznego oraz energetycznego. Obecnie sukcesywnie wdraża się do polityki gazowniczej standardy i procedury stosowane w krajach UE. Ustawa Prawo budowlane umożliwiła określenie specjalnych warunków technicznych. Na tej podstawie minister gospodarki wydał Rozporządzenie z dnia 30 lipca 2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać sieci gazowe [1, s. 3]. Jednym z czynników mających wpływ na bezpieczeństwo gazociągów jest oddziaływanie osób trzecich. Statystyki światowe ujawniają, że przy współczesnej technice budowy gazociągów główną przyczyną awarii nie są wady konstrukcyjne czy materiałowe, lecz oddziaływanie zewnętrzne. Najniebezpieczniejszą w skutkach awarią gazociągu może być jego rozerwanie wskutek wad materiałowych rur lub złączy zgrzewanych bądź w wyniku przeciążenia gazociągu. Zapewnienie odpowiednich parametrów jakościowych przy budowie, modernizacji, remontach i rekonstrukcji sieci jest więc. ZN_745.indb 13. 7/7/08 9:09:58 AM.

(2) Stanisław Hornik, Janusz Dziura. 14. szczególnie ważne. Materiałem spełniającym duże wymagania jakościowe jest polietylen, który wykazuje wiele zalet. Do wad tego tworzywa zaliczyć można: małą odporność na uszkodzenia mechaniczne, niską temperaturę płynięcia i zapłonu, przepuszczalność gazu oraz zdolność do elektryzowania się [3, s. 8]. Jednak odporność polietylenu na większość związków chemicznych, jego obojętność fizjologiczna, łatwy sposób montażu eliminują nieliczne wady tego tworzywa, stąd zaliczany jest on obecnie do podstawowych materiałów używanych do budowy sieci gazowych. Zgodnie z aktualnymi tendencjami światowymi również w Polsce materiałem dominującym w budowie sieci rozdzielczych gazu staje się polietylen. W tabeli 1 zestawiono informacje o podstawowych właściwościach polietylenu. Tabela 1. Podstawowe właściwości polietylenu Właściwość Gęstość, g/cm Stopień krystaliczności, % Wytrzymałość na rozerwanie, MPa Wydłużenie przy zerwaniu, % Twardość według Brinella, MPa Wytrzymałość na ściskanie, N/m2 Udarność, KJ/m2 Temperatura topnienia, K Temperatura zeszklenia, K Przenikalność dielektryczna przy 1 MHz 3. Polietylen wysokociśnieniowy. niskociśnieniowy. 0,918 – 0,930 60 10 – 17 500 – 600 14 – 25 98 ⋅ 105 – 176 ⋅ 105 18 378 – 391 153 – 193 2,3. 0,949 – 0,955 80 – 90 20 – 35 300 – 800 45 – 58 – – 393 – 398 123 – 173 2,1 – 2,4. Źródło: opracowanie własne na podstawie [5, s. 653].. 2. Trwałość systemów polietylenowych i jej badanie Rurociągi polietylenowe do budowy gazociągów i wodociągów są w Polsce stosowane od kilkudziesięciu lat. „Każdy łańcuch jest tak mocny, jak jego najsłabsze ogniwo” – ta zasada obowiązuje również przy budowie rurociągów polietylenowych. Biorąc pod uwagę oferowane dzisiaj na rynku tworzywa, metody ich przetwórstwa, dostępny sprzęt i urządzenia ułatwiające montaż rurociągów, możliwe jest budowanie rurociągów, których trwałość będzie znacznie przewyższać zakładane 50 lat. Jeżeli jednak w całym łańcuchu trafi się chociaż jedno słabe ogniwo, to wszelkie starania i dbałość na pozostałych etapach przygotowania oraz realizacji inwestycji pójdą na marne, a rurociąg trzeba będzie zacząć naprawiać już po kilku latach lub jeszcze wcześniej [9, s. 6].. ZN_745.indb 14. 7/7/08 9:09:58 AM.

(3) Polietylen jako tworzywo użyteczne…. 15. Polietylen obecną pozycję na rynku zdobył przede wszystkim dzięki odporności na korozję. Procesy korozyjne są głównym problemem eksploatacyjnym sieci stalowych i warunkują czas eksploatacji tych sieci. W przypadku rurociągów polietylenowych nie jest możliwe określenie jednego czynnika, od którego zależy czas życia systemu. Jak wykazują doświadczenia eksploatacyjne, zniszczenie rurociągu może być następstwem jednego z trzech procesów [8, s. 12]: – powolnej propagacji pęknięć – SCG (slow crack growth), – szybkiej propagacji pęknięć – RCP (rapid crack propagation), – przekroczenia wytrzymałości materiału przy niewłaściwych parametrach eksploatacji lub przy zbyt długim czasie eksploatacji. Jednym z istotnych czynników wpływających na trwałość systemu gazociągów z tworzyw sztucznych jest ich odporność na powolną propagację pęknięć. Rzeczywiste warunki montażowe różnią się od warunków laboratoryjnych. Rura badana w laboratorium jest poddawana działaniu określonego obciążenia i ewentualnie innych ściśle określonych czynników. Wykonawcy układając rurociąg w gruncie nie zawsze mogą uniknąć porysowania powierzchni rur lub w 100% zagwarantować, że w obsypce rury nie znajdują się np. duże kamienie lub przedmioty o ostrych krawędziach, a te właśnie przy kontakcie z powierzchnią rur mogą zapoczątkować proces ich pękania. Podobnie negatywny wpływ na trwałość rur mogą mieć nadmierne wahania ciśnienia roboczego, niedostateczne zagęszczenie obsypki, nieprzestrzeganie technologii wykonywania połączeń zgrzewanych lub niewłaściwe przeprowadzanie łączenia rur sposobem mechanicznym [6, s. 4]. Pęknięcia rur z tworzyw sztucznych mogą być plastyczne lub kruche. O ile pierwszy rodzaj pęknięć wywoływany jest przez nadmierne obciążenie (np. przekroczenie nominalnego ciśnienia roboczego), a sam proces pękania trwa stosunkowo krótko, o tyle pęknięcia kruche mogą mieć wiele przyczyn (np. porysowana powierzchnia rur, nacisk dużego kamienia na rurę czy agresywne pod względem chemicznym otoczenie rury), a przy tym sam proces pękania jest rozłożony w czasie. Odporność rur na pękanie powinna być zatem brana pod uwagę przy ich doborze do konkretnego zastosowania. Proces powolnego wzrostu pęknięcia SCG przedstawia rys. 1. Wskutek wysokiego poziomu naprężeń lokalnych, w wyniku zarysowania rury, wytwarza się strefa uplastycznionego materiału, w której dochodzi do przemieszczeń łańcuchów polimerów w taki sposób, że tworzą się pory. Wraz z upływem czasu powiększają się one do tego stopnia, że materiał przestaje być litą strukturą, przyjmując postać włókien ułożonych prostopadle do kierunku pęknięcia. Z czasem rozciągane włókna pękają, powodując przemieszczanie się pęknięcia w głąb materiału. Wraz z przemieszczaniem się pęknięcia przemieszcza się również strefa uplastycznionego materiału, co powoduje powstawanie nowych porów w coraz głębszych. ZN_745.indb 15. 7/7/08 9:09:58 AM.

(4) Stanisław Hornik, Janusz Dziura. 16. partiach ścianki rury. W miarę powiększania się pęknięcić, naprężenia osiągają poziom krytyczny, powodując nagłe pęknięcie rury [6, s. 2]. Znaczne różnice w odporności rur na powolną propagację pęknięć, która to cecha jest istotnym walorem eksploatacyjnym rury, potwierdzają celowość stosowania testu karbu w ramach stosowanego systemu kontroli jakości. Do awarii rurociągu dochodzi zazwyczaj w wyniku pęknięć kruchych. W mechanizmie takiego procesu niszczenia rury istotna jest wstępna jego faza, zwana powolnym wzrostem pęknięcia. Wyniki badań dają podstawę do stwierdzenia, że na polskim rynku są oferowane rury polietylenowe o mocno zróżnicowanej odporności na powolną propagację pęknięć. Biorąc pod uwagę fakt, że ceny rur różnią się między sobą nieznacznie, przy zakupie celowe staje się uwzględnianie ich walorów eksploatacyjnych. Z całą pewnością można do nich zaliczyć odporność rury na powolną propagację pęknięć.. związane. strefa nukleacji strefa płynięcia materiału i tworzenia się wolnych przestrzeni. rozwiązane molekuły obraz mikroskopowy. Rys. 1. Proces powolnego wzrostu pęknięcia SCG Źródło: [2, s. 6].. Jednym z warunków doboru rur polietylenowych do budowy gazociągów o zróżnicowanej odporności na ciśnienie, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 30 lipca 2001 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać sieci gazowe – Dz.U. nr 97, poz. 1055 [1, s. 2], jest uwzględnienie szybkiej propagacji pęknięć RCP, zwanej też gwałtowną propagacją pęknięć [2, s. 1]. Zjawisko to polega na rozprzestrzenianiu się w kierunku wzdłużnym. ZN_745.indb 16. 7/7/08 9:09:59 AM.

(5) Polietylen jako tworzywo użyteczne…. 17. nagłego pęknięcia ścianki rury (rys. 2), np. wywołanego uderzeniem w nią łyżką koparki. Pęknięcie to rozprzestrzenia się z prędkością 100–300 m/s, na długości nawet kilkuset metrów. Awarie gazociągów na skutek wystąpienia opisanego zjawiska są niezwykle rzadkie, gdyż jednocześnie muszą być spełnione następujące warunki: – temperatura rury jest bliska 0°C, – ścianki rury są grube, – gaz w rurze znajduje się pod szczególnie dużym ciśnieniem, – istnieje zewnętrzna przyczyna inicjująca pęknięcie rury.. Rys. 2. Rura pęknięta w wyniku zjawiska szybkiej propagacji pęknięć Źródło: [1, s. 5].. Polietylen trzeciej generacji (PE 100) cechuje się bardzo dobrą odpornością na szybką propagację pęknięć. W rurach wykonanych z tego materiału zjawisko występuje przy ciśnieniach znacznie przekraczających stosowane poziomy maksymalnych ciśnień roboczych. Kryterium szybkiej propagacji pęknięć jest ciśnienie krytyczne PRCP , zależne od wymiarów rur i materiału, określone w temperaturze 273,15 K (0°C) [7, s. 5]. Dla gazociągów wykonanych z polietylenu klasy PE 80 ciśnienie krytyczne szybkiej propagacji pęknięć można wyznaczyć według wzorów: – dla SDR 17,6: PRCP = 0,238 ⋅. – dla SDR 11: PRCP = 0, 400 ⋅. ZN_745.indb 17. 1 dn. ( MPa ),. 1 dn. ( MPa ),. (1). . (2). . 7/7/08 9:10:00 AM.

(6) Stanisław Hornik, Janusz Dziura. 18. gdzie: dn – średnica zewnętrzna rury PE (m), SDR – szereg wymiarowy (standard dimension ratio) wyznaczany jako stosunek średnicy zewnętrznej dn do nominalnej grubości ścianki rury en. W celu oszacowania odporności rur polietylenowych na możliwość wystąpienia szybkiego wzrostu pęknięcia opracowano wiele specjalistycznych testów. Ideę jednego z nich przedstawia rys. 3 (test Robertsona). W przeciwieństwie do badania wolnego wzrostu pęknięć testy na RCP są stosunkowo drogie i skomplikowane pod względem technologicznym [9, s. 10]. Zainicjowane pęknięcie propaguje wzdłuż rury. Próba powtarzana jest dla różnych ciśnień wewnętrznych. Jeżeli pęknięcie zatrzymuje się przed osiągnięciem 1,5 średnicy, przyjmuje się, że zjawisko RCP nie miało miejsca. Jeśli długość pęknięcia przekracza 3 średnice, uważa się, że wystąpiło.. Rys. 3. Schemat urządzenia do wykonywania testu Robertsona Źródło: [6, s. 5].. 3. Polietylen w gazownictwie Pod pojęciem elementów gazociągu należy rozumieć: – przewody rurowe, – kształtki i złączki, – uzbrojenie gazociągu.. ZN_745.indb 18. 7/7/08 9:10:01 AM.

(7) Polietylen jako tworzywo użyteczne…. 19. zy wa. zyw. du. kła. roz. cji. ada. egr. ad. ia. ięc. łyn. ap. yw. Tmax. Kr. Kr. Krz. Temperatura. Niezawodność pracy sieci gazowej jest ściśle związana z odpowiednim doborem elementów składowych (armatury, rur, kształtek) i technologią ich łączenia. Minimalna trwałość kształtek i armatury powinna być nie mniejsza od trwałości rur [2, s. 6]. Podobnie jak wytrzymałość połączeń elementów sieci nie może być mniejsza od wytrzymałości rur. Aby połączenie nie było mniej wytrzymałe od rury, jego konstrukcja i technologia wykonania muszą być poprzedzone dokładną analizą wymagań uwzględniających takie czynniki, jak np. ciśnienie, trwałość i warunki montażu. Przetwarzanie surowca powinno odbywać się przy zastosowaniu ściśle określonych parametrów procesu wytłaczania. W procesach formowania tworzywo jest podgrzewane do temperatury przewyższającej temperaturę płynięcia, zarazem niższej niż temperatura rozkładu polimeru. Bardzo istotnym zagadnieniem związanym z ustaleniem optymalnej temperatury przetwórstwa jest czas przebywania polimeru w podwyższonej temperaturze. Tworzywa nie należy poddawać zbyt długo działaniu podwyższonej temperatury, nawet jeśli jest ona zgodna z temperaturą przetwórstwa, gdyż może nastąpić termiczne uszkodzenie (degradacja) polimeru [9, s. 3]. Optymalne warunki przetwarzania polietylenu na elementy do celów gazowniczych przedstawia rys. 4, a tabela 2 ujmuje dane o wpływie warunków formowania na odporność na powolne pęknięcia.. Obszar przetwórstwa Tmin. 0. tmin. tmax. Czas. Rys. 4. Obszar przetwórstwa tworzyw sztucznych Źródło: [3, s. 7].. ZN_745.indb 19. 7/7/08 9:10:01 AM.

(8) Stanisław Hornik, Janusz Dziura. 20. Tabela 2. Wpływ parametrów wytłaczania rur na ich odporność na powolny wzrost pęknięć Wyszczególnienie Średnica rury SDR Parametry wytłaczania. Prędkość linii (m/h). Wydajność linii (kg/h). Temperatura wytłaczania (°C). Zmiana MFR (surowiec/rura) (%). Materiał 1. Materiał 2. Materiał 3. 125 mm SDR 11. 125 mm 125 mm SDR 11 SDR 17. 180 mm SDR 11. A. B. C. D. E. A. A. A. B. C. 39,6. 20,4. 51,6. 39,6. 39,0. 42,6. 32,4. 33,3. 41,6. 53,4. 162,5. 80,1. 211,0 162,5 160,0. 181,0. 91,0. 280,0 350,0 450,0. 229. 227. 237. 203. 249. 227. 233. 216. 228. 238. 14,1. 12,5. 17,2. 12,5. 11,0. 7,8. 4,7. 7,8. 7,7. 8,0. Próba ciśnieniowa >1000 >1000 >1000 >1000 >1000 >1000 (h) Test odporności rur na powolną propagację pęknięć (h). 608. >1000. 133. 313. 240. 88. >1000 >1000 >1000 >1000 78. 2194. 1875. 1459. Uwagi: 1. Materiał 1 i 2: PE 80 HDPE (czarny). Próba ciśnieniowa: temp. 800°C, naprężenia obwodowe ơ = 4,6 MPa, czas min. 165 godzin. Test odporności na powolną propagację pęknięć: temp. 800°C, naprężenia obwodowe ơ = 4,0 MPa, czas min. 165 godzin. 2. Materiał 3: PE 100 HDPE (ciemnoniebieski). Próba ciśnieniowa: temp. 800°C, naprężenia obwodowe ơ = 5,0 MPa, czas min. 165 godzin. Test odporności na powolną propagację pęknięć: temp. 800°C, naprężenia obwodowe ơ = 4,6 MPa, czas min. 165 godzin. 3. Warunki procesu wytłaczania: A – standardowa wydajność linii wytłaczania; B – zmniejszona wydajność linii wytłaczania; C – zwiększona wydajność linii wytłaczania; D – niska temperatura wytłaczania; E – wysoka temperatura wytłaczania Źródło: [9, s. 6].. Do produkcji rur dla gazownictwa nie mogą być stosowane regranulaty. Granulaty dopuszczone do produkcji rur wymienione zostały w „Wykazie surowców i barw” wydanym przez Instytut Górnictwa Naftowego i Gazownictwa (tabela 3). W momencie montażu powierzchnie rur powinny być czyste, gładkie, pozbawione rys i innych defektów wpływających na ich właściwości użytkowe. Końce rur powinny być obcięte prostopadle do osi rury oraz odpowiednio zabezpieczone. ZN_745.indb 20. 7/7/08 9:10:02 AM.

(9) Polietylen jako tworzywo użyteczne…. 21. (zaślepione) przed uszkodzeniami i zanieczyszczeniami. Rury przeznaczone do rozprowadzania paliw gazowych powinny być koloru żółtego lub koloru ciemnożółtego [10, s. 7]. Jakość rury polietylenowej powinna być zgodna z oczekiwaniami. Jej producent powinien stosować surowiec polietylenowy, gwarantujący odpowiednio wysoką jakość produktu finalnego. Należy przy tym pamiętać, że im lepsza będzie jakość rury, tym więcej błędów popełnionych na etapie ich montażu będzie mogło być tolerowanych bez drastycznego wpływu na trwałość i niezawodność rurociągu. Tabela 3. Wykaz surowców i ich barw przy produkcji polietylenowych rur dla gazownictwa Lp.. Klasa. Kolor. PE 80. Żółty. Producent. Nazwa surowca. BASF. Lupolen 3822 D Gelb. PE 80. HE 2491. PE 100. Ciemnożółty. Rigidex PC 2040 Yellow. PE 80. Żółty. Rigidex PC 2100 Yellow. PE 100. Ciemnożółty. Finathene 3802 YCF. Hostalen GM 7040 G. PE 80. Hostalen MPE 80 Yellow. PE 80. Żółty. PE 80. Żółty. Hostalen CRP 100 Orange – Yellow. PE 100. Ciemnożółty. TVK. Tipelin PS 380-09/425. PE 80. PE 80. Żółty. Solway. Eltex TUB 125. PE 80. PE 100. Żółty. Ciemnożółty. Rehau. RAU-PE 235. PE 80. Żółty. 18. 1 2 3 4. Borealis. Borealis Borealis. 5. BP. 6. BP. 7. Fina. 8. Hoechst. 9. Hoechst. 10. Hoechst. 11. PCD. 12 13 14 15 16 17. Solway. Samsung Rehau. ME 2421 HE 2492. Daplen DE 3964 Gelb Eltex TUB 172 P 200 Y 50. PE 100. PE 80. Żółty. Ciemnożółty. Żółty. Żółty. Żółty. Philips. RAU-PE 335. Marlex HHM TR 418-02. PE 100. Ciemnożółty. 19. DSM. Vestolen A 4042 R Gelb. PE 80. Żółty. 20. DSM. Vestolen A 4062 R Gelb. PE 80. Żółty. PE 80. Żółty. Źródło: [3, s. 2].. ZN_745.indb 21. 7/7/08 9:10:02 AM.

(10) Stanisław Hornik, Janusz Dziura. 22. Wymiary rur i ich błędy kształtu mają znaczny wpływ na jakość złączy zgrzewanych, przede wszystkim przy zastosowaniu metody zgrzewania elektrooporowego. Na podstawie badań można stwierdzić, że większość firm produkujących rury polietylenowe dla gazownictwa nie ustrzegła się dopuszczenia do sprzedaży rur obarczonych błędami wymiarowymi i błędami kształtu. Przekraczane są dopuszczalne wartości odchyłek od średnicy zewnętrznej i nominalnej grubości ścianki. W ostatnim okresie częstsze są przypadki zaniżania średnicy zewnętrznej i grubości ścianki poniżej wymiarów nominalnych. Są one szczególnie niepożądane. Częstym błędem jest również nadmierna owalność rur, wynikająca głównie z niewłaściwego ich składowania i transportu. Na rys. 5 przedstawiono strukturę wiekową i materiałową sieci gazowej w Zakładzie Gazowniczym, Oddział w Krakowie. Obszar działania Zakładu obejmuje teren województwa małopolskiego. Długość sieci gazowej na tym terenie wynosi ponad 10 300 km. 12000 10000. 1340,6. 8000. 13%. 2653,0. 2%. 10000. 2% 57%. 26%. 6000 4000. od 2001 1991–2000 do 1970 1971–1980. 4559,8 44%. 4000. 56%. 5721,6. 2000. 215,8 Kraków. 8000 6000. 5902,6. 2000 0. 12000. 170,3. 0 1981–1990. Kraków. PE. Stal. Rys. 5. Struktura wiekowa i materiałowa sieci gazowej w Zakładzie Gazowniczym, Oddział w Krakowie Źródło: opracowanie własne.. W praktyce obserwuje się znaczny postęp technologiczny i szybkie tempo prac nad nowymi gatunkami polietylenu. Ma to wpływ na poprawę właściwości rur polietylenowych, co z kolei ściśle wiąże się z bezpieczną ich eksploatacją. Właściwości wytrzymałościowe rur polietylenowych, stosowanych do rozprowadzania paliw gazowych, ulegają systematycznemu podwyższaniu w miarę wprowadzania nowych generacji surowców. Na początku lat siedemdziesiątych, gdy do produkcji rur dla gazownictwa używano polietylenu dużej gęstości, pierw-. ZN_745.indb 22. 7/7/08 9:10:03 AM.

(11) Polietylen jako tworzywo użyteczne…. 23. szej generacji, minimalna wymagana wytrzymałość hydrostatyczna rur wynosiła według aktualnej klasyfikacji 6,3 MPa, co w przypadku stosowania rur szeregu SDR 11 pozwalało na rozprowadzanie gazu pod ciśnieniem 0,4 MPa. Wprowadzenie na rynek polietylenów klasy PE 80 przesunęło granicę wytrzymałości do 0,8 MPa. Obecnie coraz szersze zastosowanie znajduje polietylen klasy PE 100, umożliwiający przesyłanie gazu rurami typu SDR 11 pod ciśnieniem 1,0 MPa. Prace badawcze nad nową generacją polietylenów prowadzone są w następujących kierunkach [3, s. 4; 6, s. 1]: – wdrożenie rur z polietylenu sieciowanego PE-X, – opracowanie rur wzmocnionych włóknami, – opracowanie rur kompozytowych, – stosowanie rur z warstwą ochronną. Najbardziej dynamicznym segmentem rynku jest produkcja rur PE-X. Kierunki rozwoju rur polietylenowych w Europie wyznaczają kraje skandynawskie: Finlandia i Norwegia. Co roku budowanych jest tam dwukrotnie więcej rurociągów ciśnieniowych z polietylenu usieciowanego niż średnio w Europie, z czego znaczna część przypada na technologie bezwykopowe. Rury z PE-X, m.in. ze względu na problemy z ich łączeniem, nie są na razie w Polsce stosowane. W Europie Środkowej najczęściej stosowane są rury z warstwami ochronnymi. Dzięki specjalnej konstrukcji doskonale nadają się one do budowy rurociągów układanych różnymi metodami. W ostatnim okresie na polskim rynku pojawiło się kilka ofert rur z warstwami ochronnymi, które wykorzystywane są przy budowie nowych rurociągów metodami innymi niż klasyczna. Mogą one być układane w otwartym wykopie bez stosowania podsypki i osypki piaskowej. Układać je można metodami wąskowykopowymi, a także mogą być wykorzystane do przywracania sprawności technicznej starych rurociągów. 4. Polietylen jako tworzywo wykorzystywane przy remontach sieci gazowych Przywracanie sprawności technicznej gazociągów jest operacją skomplikowaną. Spowodowane jest to głównie dużymi kosztami, perturbacjami związanymi z przerwami dostawy gazu do odbiorców i utrudnieniami formalnoprawnymi. Pojawia się zatem potrzeba optymalizacji procesów przywracania sprawności technicznej wyeksploatowanych bądź uszkodzonych gazociągów. Wraz z upływem czasu stan techniczny eksploatowanych rurociągów ulega stopniowemu pogorszeniu do tego stopnia, że przestaje być opłacalne ciągłe usuwanie awarii, a zapewnienie klientowi ciągłości dostaw staje się niemożliwe. Wówczas przedsiębiorstwo eksploatacyjne staje przed problemem naprawy lub. ZN_745.indb 23. 7/7/08 9:10:03 AM.

(12) Stanisław Hornik, Janusz Dziura. 24. wymiany rurociągu. Wszelkie czynności, zmierzające do poprawy użytkowanych rurociągów, określane są mianem rehabilitacji. Klasyfikację takich zabiegów, dokonaną przez ISO, przedstawia rys. 6.. Rehabilitacja systemów rurowych Czyszczenie, naprawa Renowacja. Wymiana bezwykopowa. Wymiana metodą otwartego wykopu. Rys. 6. Klasyfikacja metod rehabilitacji systemów rurowych według ISO Źródło: [4, s. 10].. Wprowadzenie polietylenu do powszechnego stosowania w gazownictwie umożliwiło realizację wymienionych metod rehabilitacji gazociągów. Przy wyborze odpowiedniej metody rehabilitacji technicznej dystrybucyjnej sieci gazowej nie należy wykluczać z góry żadnej z nich, gdyż w konkretnych warunkach dana metoda może być najbardziej przydatna. Należy również wspomnieć o kwalifikacji sieci gazowej do rehabilitacji technicznej. Rehabilitacyjne techniki bezwykopowe są obecnie coraz atrakcyjniejszą alternatywą dla metod otwartego wykopu. Praktyka potwierdza przewagę pod tym względem połączeń polietylenowych nad połączeniami tradycyjnymi (metalowymi). 5. Podsumowanie Na przestrzeni minionych dwudziestu lat można zaobserwować rosnące znaczenie polietylenu, który jest obecnie podstawowym surowcem do produkcji rur i kształtek dla gazownictwa. Polietylen znalazł zastosowanie ze względu na bardzo dobre właściwości przydatne w gazownictwie, takie jak: elastyczność, odporność na korozję, mała gęstość, łatwość montażu oraz niska cena. Wprowadzane na rynek nowe odmiany tego tworzywa charakteryzują się niższym tempem zmian wytrzymałości w czasie, dużą odpornością na starzenie i wysoką elastycznością. Najważniejszą z tych cech jest elastyczność, z którą wiąże się wiele korzyści, takich jak zwiększona długość zwoju, mniejsza liczba połączeń, mała wrażliwość na ruchy ziemi i duża przydatność do prac renowacyjnych. Nowe gatunki polietylenu wykazują wyjątkową odporność na powolny wzrost pęknięć i szybką propagację pęknięć. Prowadzi to do usunięcia barier używania. ZN_745.indb 24. 7/7/08 9:10:04 AM.

(13) Polietylen jako tworzywo użyteczne…. 25. rur w sytuacjach, gdy mamy do czynienia z gazem pod dużym ciśnieniem, i tam, gdzie prowadzi się prace renowacyjne w kamienistym gruncie. W przypadku nowych typów polietylenu wykorzystuje się zalety ich podstawowych gatunków, koncentrując się jednocześnie na uzyskaniu większej odporności na ciśnienie. Oznacza to, że nie są one nowymi materiałami, lecz logiczną kontynuacją badań w kierunku zwiększenia odporności polietylenu na ciśnienie. Jest to możliwe głównie dzięki wprowadzeniu polietylenu PE 100, PE-X oraz rur z powłokami ochronnymi. Zapewniają one maksymalne bezpieczeństwo dla instalacji prowadzonych w trudnych warunkach. Wykorzystanie polietylenu rozszerzyło możliwości projektowe w gazownictwie, pozwalając na zastosowanie wyższych wartości ciśnienia nominalnego, jak również umożliwił produkcję i zastosowanie większych średnic rur. Zwiększa to sprawność ekonomiczną i bezpieczeństwo dostawy gazu. Należy dodać, że polietylen jest materiałem, który nie ulega korozji, co zapewnia długi okres eksploatacji gazociągów bez konieczności konserwacji. Rury wytwarzane z nowoczesnych polimerów są w stanie przenosić naprężenia obwodowe przekraczające 12 MPa. O niezawodności funkcjonowania sieci gazowych z polietylenu decyduje nie tylko wysoka jakość materiałów. Istotne znaczenie w zakładanym 50-letnim okresie użytkowania ma także wiele innych czynników, takich jak projekt uwzględniający uwarunkowanie terenowe, montaż i jakość połączeń zgrzewanych, a później prawidłowa eksploatacja [7, s. 3]. Polietylen jest tworzywem przyjaznym dla środowiska, a znaczenie tego materiału wzrasta wraz ze zwiększeniem się powszechnej świadomości ekologicznej [8, s. 5]. Podobnie jak inne tworzywa termoplastyczne, może zostać ponownie przetworzony, a odzysk energii w przypadku tego tworzywa wynosi ponad 50%. Kierunek ten, lansowany przez uczonych, a popierany przez ekologów, opiera się na bilansie energetycznym materiałów opracowanym na bazie ich cyklów życia. Na jego podstawie można stwierdzić, jaką część energii włożonej podczas jego produkcji odzyskuje się w czasie recyklingu. Prezentowane podejście nie spotyka się jeszcze obecnie z szeroką akceptacją, należy jednak przypuszczać, że aspekt efektywności energetycznej stosowania poszczególnych materiałów stanie się znaczący w momencie wyczerpania się konwencjonalnych źródeł energii [8, s. 5]. W pracy zwrócono uwagę zarówno na zalety, jakie posiada to tworzywo, jak i na zagrożenia wynikające nie tylko ze złej jakości materiałów, ale i z nieprzestrzegania reżimów technologicznych przy budowie gazociągów. Reasumując należy stwierdzić, że polietylen jest tworzywem XXI w., a unikalne właściwości materiałów poliolefinowych będą odgrywać dużą rolę w przyszłości. Obecnie prace rozwojowe nad stosowaniem polietylenu dotyczą: – poprawy elastyczności przy zachowaniu wytrzymałości, – poprawy odporności na pękanie, przy dużej sztywności.. ZN_745.indb 25. 7/7/08 9:10:04 AM.

(14) 26. Stanisław Hornik, Janusz Dziura. Sądzi się, że efektem takich badań będą nowe materiały, które nie tylko poszerzą zastosowanie polietylenu w gazownictwie o sieci wysokoprężne, ale pozwolą również budować bezpieczną sieć o nieograniczonej trwałości. Literatura [1] Barczyński A., Kożlecki A., Roszkowski A., Gazociagi z polietylenu w świetle nowych regulacji prawnych, „ Nowoczesne Gazownictwo” 2002, nr 2. [2] Bohme A., Zapewnienie jakości budowy rurociagów gazowych sieci dystrybucyjnych, „Nowoczesne Gazownictwo” 2003, nr 1. [3] Czopek J.J., Menterys A., Nowe materiały w budownictwie sieci rozdzielczych gazu, „Nafta Gaz” 1999, nr 4. [4] Elzink W., Roszkowski A., Renowacja rurociągów metodą Compact Pipe [w:] Systemy instalacyjne z tworzyw sztucznych, Materiały konferencyjne, Poznań 1997. [5] Encyklopedia techniki. Chemia, WNT, Warszawa 1987. [6] Klupa A., Rury z tworzyw sztucznych do rozprowadzania gazu, „Nafta Gaz” 1999, nr 9. [7] Manterys A., Wpływ parametrów zgrzewania czołowego na jakość połączeń rur i kształtek polietylenowych, „Nafta Gaz” 1999, nr 6. [8] Podziemski T., Rehabilitacja techniczna dystrybucyjnej sieci gazowej w aspekcie Prawa Budowlanego i innych przepisów, „Nowoczesne Gazownictwo” 1997, nr 4. [9] Wilwood W.J. i inni, The Notched Pipe Test for the Performance Assesment of Polyethylene Pipe, Proceedings of 13th Plastic Fuel Gas Pipe Symposium, San Antonio, USA, 1993. [10] Wolf M., Rawski D., Właściwości polietylenu i ich wpływ na budowę i eksploatację sieci gazowych, „Nowoczesne Gazownictwo” 1997, nr 3. Polyethylene as Material Usable in Contemporary Gas Engineering Natural gas is a very important source of energy, used in households and many branches of industry. Gas is supplied to consumers by means of pipelines installed under the ground. Because of the physical properties of gas the problem of operational safety, especially in the case of old pipelines, is of great importance since they undergo corrosion. This refers to pipelines made from steel and cast-iron elements. So as to avoid the hazardous corrosion damage, for some time past polyethylene, being highly resistant to gaseous and soil corrosion, has been used as the material for pipelines. In respect of usage, a very favourable property of polyethylene is its elasticity, which is of great significance especially when old or damaged pipelines are to be repaired. However polyethylene has also some disadvantages, but to a lesser degree compared with traditional materials. These disadvantages are related to its pressure resistance and crack resistance. In the paper detailed characterization of various polyethylene types, used in gas engineering, is done. Also tests performed so as to check the operational safety of polyethylene pipelines are described. A considerable part of the paper deals with the description of research works the aim of which is to develop polyethylene technology that would make it possible to obtain the material that is not only elastic but also shows mechanical resistance similar to that of steel pipelines.. ZN_745.indb 26. 7/7/08 9:10:04 AM.

(15)