09 maja 2018
Systemy rurowe z tworzyw sztucznych

Rury z tworzyw sztucznych (np. rury PCV) charakteryzują się odpornością na korozję, są obojętne biologicznie i chemicznie, nie wchodzą w reakcje z wodą i zawartymi w niej związkami, są także odporne na działanie wielu kwasów i zasad. Tych kilka cech sprawia, że rury z tworzywa sztucznego doskonale spisują się w różnego rodzaju instalacjach.

 

Wybierając materiał, z którego ma być zbudowany rurociąg, należy zwrócić uwagę na walory eksploatacyjne rur (oddziaływanie na przesyłane medium, łatwość wymiany elementów, możliwość renowacji), wytrzymałość konstrukcyjną, podatność na obciążenia i uszkodzenia, łatwość montażu.

 

Spośród wielu zastosowań, rury polietylenowe (PE) używane na całym świecie do budowy wodociągów i gazociągów, mają szczególny wkład w poprawę niezawodności i jakości sieci. Łatwość instalacji, niski koszt eksploatacji i brak korozji to tylko kilka z bardzo dobrze znanych powodów ich popularności. Kolejnym przyczynkiem do tych sukcesów są ciągłe wysiłki zarówno producentów surowców jak i producentów rur aby jeszcze bardziej podnieść jakość i niezawodność rurociągów z tworzyw sztucznych.

 

Rury polietylenowe charakteryzują się odpornością na korozję, są obojętne biologicznie i chemicznie, nie wchodzą w reakcje z wodą i zawartymi w niej związkami, są także odporne na działanie wielu kwasów i zasad. PE jest materiałem neutralnym względem wody i niewrażliwym na zmianę jej jakości (wartość pH, twardość), co może mieć miejsce podczas użytkowania rurociągu. Tych kilka cech sprawia, że rury z tego tworzywa sztucznego doskonale spisują się w różnego rodzaju instalacjach w tym wodociągowych.

 

Tworzywa sztuczne są lekkie, co ułatwia układanie rurociągu. Są całkowicie odporne na korozję i na prądy błądzące. Mają małą chropowatość ścianki wewnętrznej, dlatego strata ciśnienia przesyłanego medium jest niewielka. Są również bardzo elastyczne. Pozwala to tłumić tzw. uderzenie hydrauliczne. Tworzywa można bez obaw łączyć z innymi materiałami. Na styku tych dwóch materiałów nie powstają mikroogniwa elektryczne, powodujące korozję elektrochemiczną. Rury tworzywowe mają natomiast mniejszą od metalowych wytrzymałość mechaniczną. W temperaturze ujemnej większa jest ich kruchość, dlatego zaleca się wówczas ostrożny montaż i transport. Z uwagi na współpracę rur tworzywowych z gruntem wymaga się przestrzegania warunków dotyczących przygotowania podłoża i zagęszczania gruntu.

 

Przewody wykonane z PE odznaczają się wysokimi parametrami fizykochemicznymi, umożliwiającymi bardzo szeroki zakres zastosowań. Doskonale nadają się do min. budowy sieci wodociągowych, kanalizacyjnych, przesyłania chemikaliów czy materiałów sypkich oraz renowacji rurociągów. Oprócz elastyczności, rury PE charakteryzują się dużą trwałością. Pierwsze systemy korzystające z rur PE zostały zainstalowane ponad 40 lat temu i są nadal w użyciu, chociaż wyprodukowano je z materiałów PE pierwszej generacji. Nowoczesne, niedawno opracowane materiały PE wykazują oczekiwaną trwałość przekraczającą 100 lat przy transporcie wody o temperaturze nie wyższej niż 20°C.

 

Rury z PE są przeznaczone nie tylko do instalacji ciepłej i zimnej wody, gazowych, kanalizacyjnych, a także jako rury osłonowe. Stosuje się je w temperaturze od -20°C do 60°C. Są odporne na działanie kwasów i zasad. W praktyce do instalacji wewnętrznych używa się je rzadko. Produkowane są w trzech odmianach: o niskiej gęstości i dużej elastyczności – PE-LD, o średniej gęstości – PE-MD, a także o wysokiej gęstości i małej elastyczności PE-HD. Najczęściej stosowane w gospodarstwach domowych rury PE-HD są dodatkowo dzielone wg klas PE 63, PE 80 i PE 100 – im większa wartość liczbowa, tym trwalszy materiał. Rury z polietylenu nadają się między innymi do instalacji wody pitnej i zewnętrznych instalacji gazowych. Mogą być stosowane w instalacjach o ciśnieniu roboczym 0,6 i 1 MPa.

 

Zalety rur PE stanowią m.in.:
- niski ciężar właściwy w porównaniu ze stalą, żeliwem, PVC,
- łatwy i szybki montaż z użyciem szybkozłączek zaciskowych,
- odporność na działanie większości związków chemicznych,
- odporność na działanie bakterii, grzybów itp.,
- gładkie ściany rur powodują małe opory przepływu oraz nieodkładanie się osadów,
- odporność na prądy błądzące (nie przewodzi prądu),
- duża elastyczność powoduje tłumienie fali uderzenia hydraulicznego,
- możliwość układania rurociągów w ziemi bez stosowania kompensacji
- mała przewodność cieplna bez konieczności stosowania izolacji termicznej,
- trwałość materiału,
- duża trwałość i pewność połączeń, możliwe łączenie z innymi materiałami za pomocą kształtek i łączników,
- system nie wymaga konserwacji.

 

Przy składowaniu rur należy zwrócić uwagę na to, by nie były narażone na długotrwałe działanie promieni słonecznych, ponieważ są szczególnie wrażliwe na promieniowanie UV. Łączenie rur z polietylenu wymaga specjalistycznego sprzętu (zgrzewarek) i starannie przeszkolonych pracowników. Przy połączeniach zgrzewanych często powstają nadlewy. Powodują one opory miejscowe i straty ciśnienia. Najczęściej stosowaną metodą łączenia rur średnicy powyżej 90 mm z polietylenu jest zgrzewanie doczołowe, a rur do 90 mm zgrzewanie za pomocą elektrozłączek. Można także stosować połączenia za pomocą kołnierzy i kształtek zaciskowych. Przy wykonywaniu połączenia zgrzewanego należy przestrzegać wymogów producenta, ponieważ niemożliwa jest kontrola szczelności połączeń metodami nieniszczącymi. Zgrzewane końcówki rur muszą być czyste i suche. Trzeba pamiętać, aby zgrzewać rury o tym samym wskaźniku szybkości płynięcia i grubości ścianki.


Spośród wielu zastosowań, rury polietylenowe (PE) używane na całym świecie do budowy wodociągów i gazociągów, mają szczególny wkład w poprawę niezawodności i jakości sieci. Łatwość instalacji, niski koszt eksploatacji i brak korozji to tylko kilka z bardzo dobrze znanych powodów ich popularności. Ciśnieniowe systemy rurociągowe z PE przeznaczone są m. in. do budowy sieci wodociągowych i gazowych, kanalizacji ciśnieniowej i bezciśnieniowej, transportu ciekłych mediów technologicznych i jako rury osłonowe.


Tego typu systemy rurociągowe charakteryzuje:
- doskonała wytrzymałość mechaniczna,
- odporność na obciążenia dynamiczne i statyczne,
- odporność na zmiany poziomu wód gruntowych,
- odporność na mróz,
- odporność na wiele substancji chemicznych,
- niski ciężar i łatwość montażu.

 

Obecnie cała sieć wodociągowa może być wykonana z PE. Zostały opracowane różne rodzaje PE oferujące możliwość optymalnego wykonania poszczególnych jej fragmentów. Dla małych średnic, gdzie elastyczność i zwijalność są najważniejsze, PE80 o średniej gęstości jest najlepszym rozwiązaniem. Dla rur większych średnic, PE 100 oferuje dodatkowe zalety. W szczególności większą wytrzymałość, co pozwala na stosowanie cieńszych ścianek w porównaniu do rur wykonanych z PE80.


Do szybkiego łączenia rur PE zwłaszcza przyłączy wodociągowych o mniejszych średnicach służą kształtki zaciskowe PE oraz żeliwne. Kształtki segmentowe tj. łuki, trójniki, redukcje, tuleje kołnierzowe wytwarzane są stacjonarnie metodą zgrzewania czołowego z segmentów rur PE. Produkowane są również kształtki produkowane metodą wtryskową (krótkie).


Rury z polichlorku winylu (rury PCV)

 

W instalacjach stosuje się rury z niezmiękczonego (nieplastyfikowanego) polichlorku winylu (PVC-U) i z chlorowanego polichlorku winylu (CPVC). Potocznie rury te nazywa się rurami PCV. Rur z nieplastyfikowanego polichlorku winylu (PVC-U) nie stosuje się do instalacji, w których czynnik ma wysoką temperaturę, ponieważ są na nią nieodporne. Do instalacji niskotemperaturowych używa się rur z chlorowanego polichlorku winylu (CPVC). Rury z PVC-U używa się w instalacjach kanalizacyjnych i drenarskich oraz jako rur osłonowych do kabli, a także w instalacjach zimnej wody. Zalecana temperatura pracy to 0-60°C. Maks. ciśnienie robocze wynosi 1,6 MPa. Rury z PVC-C (CPVC) można stosować także do instalacji ciepłej wody – wytrzymują temperaturę do 100°C. Poniżej zera tworzywa te stają się kruche i nie nadają się do użytku. Maks. ciśnienie robocze wynosi 1 MPa. Rury z PVC łączy się kielichowo metodą klejenia, jako połączenie nierozłączne, lub za pomocą uszczelek gumowych lub kształtek kołnierzowych. Są to połączenia rozłączne.

 

Rury z polipropylenu (rury PP)

 

Rury PP są bardzo popularne i łatwo dostępne, bo są stosunkowo niedrogie. Wytwarza się je z kopolimeru (odmiany) polipropylenu PP-R typu 3. Ma on lepszą elastyczność niż PP. Rury PP-3 mogą pracować w temperaturze do 90°C przy ciśnieniu około 0,6 MPa. Kruche stają się dopiero w temperaturze poniżej –40°C. Z polipropylenu (PP) produkuje się rury do ciepłej i zimnej wody, centralnego ogrzewania oraz kanalizacyjne, drenarskie i osłonowe. Powszechnie są używane trzy rodzaje rur polipropylenowych: PN 10 – do instalacji zimnej wody, PN 16 – do instalacji ciepłej wody użytkowej z cyrkulacją – i PN 20 – do instalacji grzewczych. Do instalacji grzewczych stosuje się rury z PP z perforowaną wkładką aluminiową. Dostępne też są rury wzmocnione włóknem szklanym Zabezpieczają one rury przed nadmierną wydłużalnością pod wpływem temperatury i chronią przed dyfuzją tlenu do wnętrza rury.

 

W instalacjach wodociągowych i grzewczych w budownictwie mieszkaniowym rury z polipropylenu łączy się przez kielichowe zgrzewanie polidyfuzyjne przy użyciu złączek z tego samego materiału (PP). Można też je łączyć za pomocą łączników gwintowanych z wkładką mosiężną – połączenia te służą do łączenia rur z armaturą. Głównym problemem, jaki się pojawia w związku ze stosowaniem rur polipropylenowych w instalacjach grzewczych, jest całkowity brak bariery antydyfuzyjnej kształtek systemowych. Aby zabezpieczyć stalowe elementy instalacji przed korozją (na przykład kotły grzewcze), należy w takiej sytuacji stosować wymienniki płytowe ze stali nierdzewnej oddzielające obieg kotłowy od instalacyjnego. Niepożądane zapowietrzanie się instalacji i korozję jej stalowych elementów na skutek dyfuzji tlenu można także ograniczyć, stosując separatory powietrza. Jedną z odmian PP jest tzw. polipropylen wysokotemperaturowy. Stosuje się go do wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych, gdyż jest odporny na wysoką temperaturę (na stałe do 85°C i na chwilowe przepływy do 100°C). Rury z PP-HT łączy się za pomocą uszczelek dwuwargowych. Polipropylen jest odporny chemicznie na ponad 300 związków i substancji chemicznych. Są odporne na działanie silnych kwasów, zasad i soli organicznych. Paląc się, nie wydziela substancji toksycznych, dzięki czemu w razie pożaru nie grozi niebezpieczeństwo od wydzielających się oparów.

 

Rury z polietylenu sieciowanego (rury PE-X)

 

Rury z PE-X stosuje się przede wszystkim do instalacji centralnego ogrzewania i ogrzewania podłogowego. Rury z PE-X są odporne na działanie większości kwasów i zasad oraz tynku i cementu. Mogą także transportować roztwór glikolu stosowany na przykład w instalacjach solarnych lub instalacjach pomp ciepła. Wytrzymują temperaturę od -110°C do 110°C, a dopuszczalna maksymalna temperatura pracy ciągłej to 95°C. Dzięki odporności na ujemną temperaturę można je stosować w instalacjach narażonych na zamarzanie. Polietylen sieciowany to odmiana polietylenu PE-HD.

 

Sieciowanie zwiększa trwałość rur w podwyższonej temperaturze i ciśnieniu oraz wytrzymałość na pękanie (zwykły polietylen wraz ze wzrostem temperatury staje się miękki i niestabilny). Wyróżniamy trzy rodzaje rur z polietylenu sieciowanego: PE-Xa, PE-Xb oraz PE-Xc. Różnica wynika ze sposobu i stopnia sieciowania, dzięki któremu uzyskują one odporność na jednoczesne działanie wysokiego ciśnienia i temperatury charakterystycznych dla instalacji wodociągowych i grzewczych. Najwyższy stopień sieciowania (do 85%) ma PE-Xa. Jest to pierwszy i najstarszy system PE-X o unikalnych właściwościach, niezniszczalny i pozwalający na naprawienie załamanej rury przez podgrzanie jej gorącym powietrzem o temperaturze około 130°C.

 

Polietylen sieciowany ma wyjątkowe właściwości, dzięki którym można go wykorzystywać we wszystkich typach instalacji grzewczych i wodociągowych:

- PE-X jest elastyczny, odporny na pęknięcia naprężeniowe i ma pamięć kształtu; nie wymaga stosowania kompensacji wydłużeń cieplnych i można go łączyć w jednej instalacji z rurami z każdego innego materiału,

- można z niego montować instalacje w temperaturze nawet –15°C bez uszczerbku dla ich późniejszej eksploatacji,

- rury z polietylenu sieciowanego mogą być stosowane do ciepłej i zimnej wody oraz centralnego ogrzewania.

 

Marek Figiel
 

Źródło: AGRU-FRANK, Fusion, materiały konf. “Sieci kanalizacyjne i wodociągowe z tworzyw sztucznych”, Bronisławów.