Laboratorium Badawcze Heat-Tech Center Veolia Energia Warszawa S.A. ul. Puławska 2, 02-566 Warszawa/ Heat- Tech Center, ul. Majewskiego 3, 02-104 Warszawa INFORMACJE OGÓLNE Laboratorium HTC wykonuje kompleksowe badania elementów preizolowanych oraz izolacji przeznaczonych do stosowania na rurociągach ciepłowniczych. Od 2003 roku Laboratorium posiada akredytację Polskiego Centrum Akredytacji na stosowane metody badawcze. Aktualny zakres akredytacji nr AB 414 znajduje się na stronie www.pca.gov.pl Od 2009 roku znajduje się na liście referencyjnej laboratoriów badawczych rekomendowanych do wykonywania badań rur preizolowanych europejskiego stowarzyszenia ciepłowników EuroHeat&Power. Laboratorium wyposażone jest w stanowiska badawcze, unikalne w skali krajowej i europejskiej, zaprojektowane i wykonane przez pracowników HTC. Są to stanowiska badawcze do badań: współczynnika przewodzenia ciepła, wytrzymałości na ścinanie, pełzania promieniowego, obciążenia od gruntu, przyspieszonego starzenia: - przed badanem współczynnika przewodzenia ciepła, - przed badaniem wytrzymałości na ścinanie. Laboratorium wyposażone jest ponadto w takie urządzenia pomiarowe i pomocnicze, jak np.: mikroskop stereoskopowy do określania średnich rozmiarów komórek maszyna Instron do badania wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie piknometr gazowy do wyznaczania udziału komórek zamkniętych w sztywnych materiałach porowatych czujnik zegarowy zębaty, do pomiaru współosiowości rur pojedynczych, szczelinomierze do pomiaru skręcenia rur podwójnych, wysokościomierz suwmiarkowy do pomiaru współosiowości rur podwójnych, wagosuszarka do wyznaczania wilgotności piasku. BADANIA WYKONYWANE W LABORA- TORIUM BADAWCZYM HTC współczynnik przewodzenia ciepła λ, W/(m K) Podstawą badania są normy: PN-EN ISO 8497, PN-EN 253 oraz procedura PB-06. Badaniom poddawane są izolacje cylindryczne. Współczynnik przewodzenia ciepła to podstawowy parametr charakteryzujący właściwości cieplne izolacji ciepłowniczych. współczynnik przewodzenia ciepła po starzeniu λ, W/(m K) Badanie współczynnika przewodzenia ciepła izolacji cylindrycznych, poprzedzone jest sztucznym starzeniem zespołu rurowego. Starzenie wykonuje się w komorze grzejnej, przy temperaturze płaszcza osłonowego t = 90 C, a więc znacznie przekraczającej średnią temperaturę otoczenia rurociągu ułożonego w gruncie t = 8 C. obciążenie od gruntu złączy preizolowanych Podstawą badania jest norma PN-EN 489 oraz procedura PB-19. Badanie to składa się z dwóch etapów, tj. test w skrzyni z piaskiem oraz próby nieprzepuszczalności wody. Badanie obciążenia od gruntu ma na celu sprawdzenie wytrzymałości złącza na działanie sił występujących podczas pracy rurociągu preizolowanego ułożonego bezpośrednio w gruncie. Test wytrzymałościowy w skrzyni z piaskiem zapewnienia symulację warunków jakie oddziałują na złącze w trakcie eksploatacji, zaś próba nieprzepuszczalności wody służy do oceny tego testu. Próba polega na sprawdzaniu szczelności złącza poprzez zanurzenie w wodzie. pełzanie promieniowe ΔS, % Podstawą badania jest norma PN-EN 253 oraz procedura PB-18. Badanie jest wykonywane w temperaturze 140 C przez 10.000 godzin, a jego celem sprawdzenie wytrzymałości izolacji rury preizolowanej na załamaniu kompensacyjnym na długotrwałe działanie stałego obciążenia. wytrzymałość na ścinanie w kierunku osiowym i stycznym, MPa Podstawą badania jest norma PN-EN 253 oraz procedura PB-17. Badanie to ma na celu sprawdzenie zdolności systemu zespolonych rur preizolowanych do przenoszenia sił tarcia od gruntu.
wytrzymałość na ścinanie po starzeniu, MPa Podstawa badania PN EN 253:2009, PB-17. Proces przyspieszonego starzenia realizowany jest przy temperaturze rury przewodowej znacznie przekraczającej rzeczywistą temperaturę pracy ciągłej pianki PUR. Zespół rurowy, którego przewidywana trwałość w ciągłej temperaturze pracy 120 C wynosi 30 lat, starzony jest w temperaturze t = 160 C przez 3600 godzin lub w temperaturze t = 170 C przez 1450 godzin. Po starzeniu wykonywane jest badanie wytrzymałości na ścinanie styczne lub osiowe. wytrzymałość na ściskanie σ, MPa Podstawa badania PN-EN 253, PN-EN 826, PN-C-89071, PB-20. Badanie polega na określeniu wytrzymałości na ściskanie w kierunku promieniowym, przy 10% odkształceniu względnym. wydłużenie przy zerwaniu A, % Badanie poddaje się płaszcz osłonowy HDPE rur preizolowanych. gęstość pozorna ρ, kg/m 3 Badanie wykonywane jest według norm: PN-EN ISO 845, PN-EN 1602, PN-EN 13470, PN-EN 253, PB-20. Gęstość pozorna to ważny parametr wytrzymałościowy materiału izolacji. Duża gęstość pozorna zapewnia właściwą wytrzymałość mechaniczną pianki oraz odporność preizolowanego zespołu rurowego na pełzanie i ścinanie. Jednocześnie ze wzrostem gęstości nowej izolacji pogarszają się jej właściwości termoizolacyjne, gdyż rośnie wartość współczynnika przewodzenia ciepła. średni wymiar komórek d śr, mm Badanie ma na celu wyznaczenie wymiaru liniowego komórek izolacji w kierunku promieniowym. udział procentowy komórek zamkniętych, % Podstawa badania: PN-EN 253, PN-EN ISO 4590 metoda 1, PB-20. Badanie jest wykonywane za pomocą piknometru gazowego, mierzącego zmiany ciśnienia. powierzchnia pustych przestrzeni i pęcherzy Puste przestrzenie i pęcherze nie powinny stanowić więcej niż 5% powierzchni przekroju poprzecznego izolacji. Pozostałe pojedyncze przestrzenie powinny stanowić mniej niż 1/3 nominalnej grubości izolacji pomiędzy stalową rurą przewodową i płaszczem osłonowym. chłonność wody w podwyższonej temperaturze W AV, % Podstawa badania: PN-EN 253, PB-20. Badanie ma na celu sprawdzenie odporności izolacji cieplnej na zniszczenie wskutek zalania gorącą wodą. chłonność wody przez zanurzenie WA V, % Podstawa badania PN-C-89084, PB-20. Badanie ma na celu sprawdzenie nasiąkliwości tworzywa izolacji cieplnej poprzez pomiar zmiany wyporu hydrostatycznego próbki zanurzonej w zimnej wodzie. odchylenie od współosiowości e, mm Badanie ma na celu sprawdzenie współosiowości rury osłonowej w stosunku do rury stalowej. Odchylenie od współosiowości oznacza, że grubość izolacji w przekroju rury nie jest równomierna, a to wiąże się z utrudnieniem prawidłowego wykonania zespołu złącza. badania rur preizolowanych podwójnych: Podstawa badania PN-EN 15698-1, PB-20. Badania przeprowadzane w HTC: - położenie względem siebie końców rur przewodowych, - odległość między rurami przewodowymi, - skręcenie rur przewodowych, - współosiowość rur. stabilność wymiarów Podstawa badania PN-C-89083, PB-20. Badanie ma na celu sprawdzenie, czy w izolacji porowatej sztywnej z otulin lub z rur preizolowanych poddanych działaniu określonej temperatury w ustalonym czasie, nie wystąpiły nieodwracalne zmiany wymiarów liniowych w każdym z trzech prostopadłych do siebie kierunków oraz określenie temperatury, w jakiej następuje degradacja materiału izolacji. rozkład temperatury w izolacjach dwuwarstwowych Podstawa badania PB-07. Badanie ma na celu wyznaczenie rozkładu temperatur w przekroju izolacji dwuwarstwowej służące weryfikacji zastosowanych grubości warstw izolacji i sprawdzeniu czy warstwa wewnętrzna w wystarczającym stopniu ograniczy oddziaływanie temperatury czynnika grzewczego na warstwę zewnętrzną. Badanie umożliwia także wyznaczenie jednostkowych strat ciepła izolacji dwuwarstwowej. 2
STANOWISKA BADAWCZE W LB HTC 1. Stanowisko do badania współczynnika przewodzenia ciepła λ, tzw. aparat rurowy układ regulacji temperatury próbki, którego zadaniem jest podgrzanie rury przewodowej badanej próbki do wymaganej temperatury i utrzymanie tej temperatury przez okres całego badania, tj. 10.000 godzin, układ sterowania i kontroli pracy stanowiska oraz rejestracji danych pomiarowych. Fot. 1. Stanowisko badawcze tzw. aparat rurowy Stanowisko badawcze tzw. aparat rurowy (fot. 1) zostało zbudowane w oparciu o normę PN-EN ISO 8497. Głównymi elementami stanowiska są: komora termostatyczna, zapewniająca utrzymanie stałej temperatury powietrza otaczającego badaną próbkę, rura badawcza, której zadaniem jest wprowadzanie strumienia ciepła do wnętrza izolacji przy założonej temperaturze badania i zapewnieniu zerowego strumienia ciepła w kierunku osiowym, układ sterowania i kontroli pracy stanowiska oraz rejestracji danych pomiarowych. Konstrukcja zapewnia eliminację zjawiska konwekcji w trakcie badania. Na stanowisku wykonywane są badania izolacji przeznaczonych do montażu na rurociągach DN20, DN50, DN80 i DN250. Badania mogą być wykonywane na izolacjach w formie otulin półcylindrycznych lub cylindrycznych, jak również na systemie rur preizolowanych. 2. Stanowisko do badania wytrzymałości na ścinanie W skład stanowiska badawczego (fot. 2) wchodzą następujące elementy: maszyna wytrzymałościowa realizująca działanie sił ścinających, układ regulacji temperatury, którego zadaniem jest podgrzanie rury przewodowej badanej próbki do temperatury 140 C i jej utrzymanie w granicach dopuszczalnych odchyłek przez okres wygrzewania wstępnego oraz podczas całego badania układ sterowania i kontroli pracy stanowiska. Wartości siły ścinającej oddziałującej na próbkę, wartość przemieszczenia i prędkości posuwu tłoka są rejestrowane. Na stanowisku wykonywane są badania rur preizolowanych o średnicach DN 400. 3. Stanowisko do badania pełzania promieniowego W skład stanowiska badawczego (fot. 3) wchodzą następujące elementy: hydrauliczny układ obciążania, którego zadaniem jest realizacja ciągłego narastającego obciążenia próbki w kierunku prostopadłym do jej osi wzdłużnej, Fot. 2. Stanowisko do badań wytrzymałości na ścinanie Fot. 3. Stanowisko do badania pełzania promieniowego 4. Stanowisko do badania obciążenia od gruntu skrzynia z piaskiem W skład stanowiska badawczego wchodzą dwa moduły: skrzynia z piaskiem oraz zbiornik z wodą. Można na nim badać złącza wykonane na rurach o średnicach do DN 150. Moduł Skrzynia z piaskiem (fot. 4 i 5) składający się z następujących elementów: prostopadłościennej stalowej konstrukcji bez pokrywy o wymiarach 1,80 x 1,00 x 1,80 m, warstwy piasku o grubości 1 m, którą zasypywane jest badane złącze, układ napędu realizującego działanie na badane złącze sił osiowych przez przemieszczanie go z zadaną prędkością do przodu i do tyłu. Zadawanie i odliczanie liczby cykli przemieszczeń zapewnia program komputerowy obsługujący stanowisko. układ regulacji temperatury, który zapewnia podgrzanie rury przewodowej próbki do wymaganej temperatury i jej utrzymanie w granicach dopuszczalnych odchyłek przez cały czas trwania badania. układ sterowania i kontrola pracy stanowiska oraz rejestracji danych. 3
Moduł Zbiornik z wodą (fot. 6) to poziomy stalowy cylindryczny zbiornik, który zapewnia realizację działania na złącze ciśnienia zewnętrznego poprzez zalanie wodą o stałej temperaturze i stałym ciśnieniu. Zbiornik wyposażony jest w układ regulacji temperatury i ciśnienia. Fot. 7. Komora grzejna do starzenia rur preizolowanych przed badaniem współczynnika przewodzenia ciepła Fot. 4, 5. Skrzynia z piaskiem Fot. 8. Stanowisko do starzenia próbek przed badaniem wytrzymałości na ścinanie NOWE STANOWISKA BADAWCZE Fot. 6. Zbiornik z wodą 5. Stanowiska do realizacji procesu przyspieszonego starzenia Proces przyspieszonego starzenia rur preizolowanych przed badaniem współczynnika przewodzenia ciepła (fot. 7) realizowany jest w komorze grzejnej wyposażonej w układ regulacji temperatury zapewniający wygrzewanie całego zespołu rurowego w podwyższonej temperaturze otoczenia płaszcza osłonowego przez zadany czas. Proces przyspieszonego starzenia rur preizolowanych przed badaniem wytrzymałości na ścinanie (fot. 8) realizowany jest na stanowisku umożliwiającym wygrzewanie rury przewodowej badanego zespołu rurowego w podwyższonej temperaturze podczas, gdy płaszcz osłonowy zespołu rurowego znajduje się w temperaturze otoczenia. Stanowisko wyposażone jest w układ regulacji temperatury zapewniający równomierny rozkład temperatury na obwodzie próbki oraz rejestrację ciągłą procesu. Fot. 9. Stanowisko Badawcze SB-6 aparat płytowy Stanowisko Badawcze, tzw. aparat płytowy - aparat z miernikami strumienia ciepła (fot. 9) został skonstruowany zgodnie z normą EN ISO 8301. Badania mogą być przeprowadzane na izolacji płytowej: 305 mm x 305 mm x t, gdzie t jest grubością izolacji (max. 10 cm) 4
Fot. 10 Komora susząca Proces suszenia przed pomiarem przewodności cieplnej (fot. 10) jest przeprowadzany w komorze suszącej wyposażonej w układ regulacji temperatury. Komora jest odpowiedzialna za utrzymanie izolacji w podwyższonej temperaturze przez określony czas. Fot. 11 Komora klimatyczna Proces sztucznego starzenia (fot. 11) jest przeprowadzany w komorze klimatycznej wyposażonej w układ regulacji temperatury i wilgotności względnej. KLIENCI LABORATORIUM Z usług Laboratorium Badawczego korzystali: Przedsiębiorstwa oraz firmy ciepłownicze i energetyczne: ZEC Łódź, PEC Stargard Szczeciński, PEC Bełchatów, OPEC Puławy, PEC Kutno, GPEC Gdańsk, PEC Suwałki, SYDKRAFT EC Słupsk, Szczecińska Energetyka Cieplna, Energetyka Cieszyńska, Therma Bielsko-Biała, ZEC Katowice, MPEC Chełm, Energoterm Toruń, Vattenfall Polska, PEC Jelenia Góra, Energetyka Cieplna Opolszczyzny, Toruńska Energetyka Cergia SA., PEC Tychy, KPEC Bydgoszcz, SPEC Warszawa, Dalkia Warszawa, OPEC Gdynia, Dalkia Łódź, Dalkia Poznań, Veolia Energia Warszawa, Veolia Czechy Producenci rur preizolowanych: FINPOL Warszawa, ZPU Jońca Międzyrzecz, STAR-PIPE Poznań, LOGSTOR Polska, Logstor Dania, PRIM Lublin, ISOPLUS Katowice, ISOPLUS Sondershausen Niemcy, Logstor Dania, KVY Pipe OY Finlandia Producenci izolacji termicznych i systemów surowcowych: MAT Łódź, ELEKTROTERMEX Ostrołęka, EURICO Ożarów Mazowiecki, HYDROMAT Kobylnica Widziano, Euro Invest Bud Poznań, METALPUR Bydgoszcz, POLYCHEM Poznań, IZOTERM Cząstków Mazowiecki; FOLIMPEX Warszawa, IZOTERMA Przygodzice, MINOVA EKOCHEM S.A. Siemianowice Śląskie, PURINOVA Tarnów, KUTE JA EHITUS AS (Tartu, Estonia), MAGWENT Zduńska Wola, BASF Śrem, INTER WW Tuchom, HIT TERM Celestynów, Eutherm Ożarów Mazowiecki, PRODEX Warszawa, KUTE JA EHITUS AS (Tartu, Estonia) Producenci zespołów złączy oraz wyrobów termokurczliwych: RADPOL Człuchów, BRUGG Płochocin, PROB Radom, Sarmat-Inżynieria (Mińsk, Białoruś), ENERGOFIT Człuchów, CEGA Warszawa, Canusa Kanada, HANTECH Szwecja, TERMOGUM Warszawa, Kamitech Dzierżoniów, Sarmat-Inżynieria (Mińsk, Białoruś), CANUSA Kanada, HANTECH Szwecja, MITTEL Szwecja, BERRY PLASTICS Belgia Instytuty: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej Warszawa, Instytut Chemii Przemysłowej Warszawa 5