Szybka propagacja pęknięć w sieciach gazowych z rur polietylenowych

Podobne dokumenty
RURY POLIETYLENOWE PE100RC TWINGAM ZGODNE Z PAS 1075 do budowy sieci gazowych, wodociągowych i kanalizacyjnych

Stabilizacja ciśnienia i temperatury czynnika próby przed rozpoczęciem badania szczelności gazociągów polietylenowych

Badania odporności na oddziaływania punktowe rur polietylenowych warstwowych układanych w gruncie rodzimym, przeznaczonych do przesyłania gazu

Egz. arch. InŜynieria sanitarna - przebudowa przyłącza gazowego niskiego ciśnienia

DOBÓR KSZTAŁTEK DO SYSTEMÓW RUROWYCH.SZTYWNOŚCI OBWODOWE

polietylenowe rury i kształtki warstwowe multigam i twingam

Wydanie nr 9 Data wydania: 11 lutego 2016 r.

Zgrzewanie elektrooporowe gazociągów polietylenowych w ujemnych temperaturach otoczenia

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1256 wydany przez POLSKIE CENTRUM AKREDYTACJI Warszawa, ul.

Własności fizyko-mechaniczne

Ciśnieniowe próby szczelności gazociągów z tworzyw sztucznych o MOP 1,6 MPa

kształtki segmentowe z pe100 oraz pe100rc twingam do przesyłania wody i kanalizacji

SPIS TREŚCI. I. Opis techniczny. II. Rysunki:

Opis technik stosowanych za granicą do zamykania przepływu gazu w gazociągach z polietylenu metodą zaciskania

Bogdan Majka. Dobór kształtek do systemów rurowych. Sztywności obwodowe.

Firma posiada wdrożony system ISO 9001 obejmujący także produkcję kształtek segmentowych, potwierdzony stosownym certyfikatem.

Wpływ gęstości medium na ciśnienie wyjściowe reduktora średniego ciśnienia

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1256 wydany przez POLSKIE CENTRUM AKREDYTACJI Warszawa, ul.

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

PRZEBUDOWA SIECI GAZOWYCH

ENGECO POLSKA DOKUMENTACJA TECHNICZNO RUCHOWA INNOWACYJNA TECHNIKA DOLNYCH ŹRÓDEŁ STUDNI ZBIORCZYCH DOLNYCH ŹRÓDEŁ POMP CIEPŁA SERII GEOLINE

Spis treści Dane ogólne 1.1. Temat opracowania 1.2. Podstawy opracowania 1.3. Stan istniejący

NOWOŚĆ. WehoPipe RC System rur z PE100 Ø mm do układania nowych i renowacji istniejących rurociągów

Lp. Asortyment j.m. Ilość. Rura PVC-U z uszczelką, kl. S, 160x4,7mm SDR34, SN8, ścianka lita, L=2,0m

Autoryzowany przedstawiciel firmy Radeks Sp. z o.o.; ul. Chabrowa 1; Rybnik tel (32) ; fax (32) Kom.: , +48

KATALOG BRANŻOWY SIECI WODOCIĄGOWO- -KANALIZACYJNE

Wpływ parametrów zgrzewania na jakość połączeń gazociągów polietylenowych zlokalizowanych na terenie szkód górniczych

RURY PE do wody i kanalizacji

APROBATA TECHNICZNA ITB AT /2010

SPIS TREŚCI. 1. Normy i rozporządzenia. 2. Parametry techniczne. 3. Przewody gazowe. 4. Kształtki i armatura. 5. Szafka gazowa z kurkiem głównym

Zasady projektowania i budowy sieci gazowych Wymagania ogólne w zakresie projektowania i budowy sieci gazowych

Firma posiada wdrożony system ISO 9001 obejmujący także produkcję kształtek segmentowych, potwierdzony stosownym certyfikatem.

SPECYFIKACJE TECHNICZNE WYKONANIA I ODBIORU ROBÓT BUDOWLANYCH 01 INSTALACJE WODNA I KANALIZACYJNA

Kształtki elektrooporowe z PE 100 oraz PE 100 RC

RURA GRZEWCZA Z BARIERĄ ANTYDYFUZYJNĄ II GENERACJI

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 02/15. MAŁGORZATA IWANEK, Lublin, PL MICHAŁ CIUKSZO, Pisz, PL

Borealis AB Serwis Techniczny i Rozwój Rynku Reinhold Gard SE Stenungsund Szwecja

Szczegóły budowy kolektora próżniowego typu HeatPipe. Część 1.

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2018 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Rury polietylenowe PE100 do budowy sieci gazowych

PROJEKT BUDOWLANY. Obiekt: Rewitalizacja skweru Jana Pawła II w Modliborzycach.

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

ZAKŁAD DOŚWIADCZALNY BUDOWNICTWA ŁĄCZNOŚCI Sp. z o.o. ul. Mycielskiego 20, Warszawa SPRAWOZDANIE Z BADAŃ WYROBU, NR ZDBŁ 2/2017

rury ochronne termoizolacyjne z tworzyw sztucznych

SPECYFIKACJA TECHNICZNA DLA PRZEWODÓW RUROWYCH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

II.B ZESTAWY MONTAŻOWE GAZOMIERZY ZWĘŻKOWYCH Z PRZYTARCZOWYM SZCZELINOWYM ODBIOREM CIŚNIENIA

1.5. PRZEBUDOWA I ZABEZPIECZENIE SIECI GAZOWYCH. ODCINEK W GMINIE KONIUSZA I PROSZOWICE od km 28,2+50,00 do km 30,7+82,00

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 237

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

SZCZEGÓŁOWA SPECYFIKACJA TECHNICZNA INSTALACJA GAZOWA I

NR REF SPRĘŻYNOWY ŻELIWNY ZAWÓR ZWROTNY PN10-16

KATALOG PRODUKTÓW. Jesteśmy gwarancją wysokiej jakości CERTYFIKACJA ISO

MODUŁ 3. WYMAGANIA EGZAMINACYJNE Z PRZYKŁADAMI ZADAŃ

Badania odporności na zewnętrzne oddziaływania mechaniczne rur z materiałów kompozytowych przeznaczonych do rozprowadzania gazu płynnego

Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych

PROJEKT BUDOWLANY PRZEBUDOWY I ROZBUDOWY PUBLICZNEGO ZAKŁADU OPIEKI ZDROWOTNEJ W SKOŁYSZYNIE

Przedmiar robót. Przyłącz wodociągowy i węzeł wodomierzowy. TTBS - sieci zewnętrzne: przyłącz wodociągowy i węzeł wodomierzowy.

BADANIA PORÓWNAWCZE PAROPRZEPUSZCZALNOŚCI POWŁOK POLIMEROWYCH W RAMACH DOSTOSOWANIA METOD BADAŃ DO WYMAGAŃ NORM EN

J. Szantyr Wykład nr 26 Przepływy w przewodach zamkniętych II

INSTRUKCJA UŻYTKOWANIA

5-warstwowe rury do ciepłej i zimnej wody

OPIS PRODUKTU ZASTOSOWANIE ZGODNOŚĆ SPOSÓB MONTAŻU. PRZECHOWYWANIE i UTYLIZACJA

pl ZAWÓR KULOWY PE 100

Kategoria XVI - budynki biurowe i konferencyjne

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 02/15. MAŁGORZATA IWANEK, Lublin, PL MICHAŁ CIUKSZO, Pisz, PL

Kompensatory stalowe. Produkcja. Strona 1 z 76

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2018 ZASADY OCENIANIA

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2018 ZASADY OCENIANIA

PL 04/2014. SYSTEM KAN-therm. Nowoczesne systemy dla sprężonego powietrza ISO 9001

Chłodnica pary zasilającej

Zawartość opracowania:

SPECYFIKACJA TECHNICZNA LPEC PRZEDMIOT ZAMÓWIENIA:

WehoPipe WehoPipe RC/RC+ System ciśnieniowy / Pressure system / Напорная система

Efekty energetyczne stosowania rurociągów CARBOPIPE w kopalnianych układach klimatyzacji

ĆWICZENIE 15 WYZNACZANIE (K IC )

LP NAZWA Skala Nr rysunku

Veolia Energia Warszawa S.A. WYMAGANIA TECHNICZNE DLA ARMATURY ZAPOROWEJ/ REGULUJĄCEJ STOSOWANEJ W WYSOKOPARAMETROWYCH RUROCIĄGACH WODNYCH

ZAWARTOŚĆ OPRACOWANIA

Analiza porównawcza dwóch metod wyznaczania wskaźnika wytrzymałości na przebicie kulką dla dzianin

SPIS ZAWARTOŚCI : 1. Opis techniczny 2. Obliczenia projektowanego gazociągu 3. Część rysunkowa rys. 1/2 Projekt zagospodarowania terenu skala 1: 500

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 25/09. ANDRZEJ KOLONKO, Wrocław, PL ANNA KOLONKO, Wrocław, PL

SPECYFIKACJE TECHNICZNE WYKONANIA I ODBIORU ROBÓT ZADANIA: Przebudowa sieci gazowej w m. Kępa, ul. Opolska INSTALACJE GAZOWE (CPV )

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2018 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

SPIS ZAWARTOŚCI PROJEKTU

INSTALACJA WOD KAN I CO

Wskaźnik szybkości płynięcia termoplastów

EGZ. 6 NR. PROJEKTU: /1 OBIEKT : WARSZTATY TERAPII ZAJĘCIOWEJ I ŚWIETLICA DZIENNEGO POBYTU DLA OSÓB NIEPEŁNOSPRAWNYCH

UWIERZYTELNIONE TŁUMACZENIE Z JĘZYKA ANGIELSKIEGO [Tłumaczenie z wydruku]

RURA GRZEWCZA WIELOWARSTWOWA

Zawartość opracowania:

PROJEKT BUDOWLANO-WYKONAWCZY

ZAWARTOŚĆ OPRACOWANIA

Badanie próbek materiału kompozytowego wykonanego z blachy stalowej i powłoki siatkobetonowej

INSTRUKCJA MONTAŻU. Ostatnia aktualizacja: STRONA 1/5

PROJEKT BUDOWLANY. Ul. Powstania Styczniowego 10, śyrzyn. ul. Leśna, śyrzyn Działka nr mgr inŝ. Agnieszka Gajewska

Ocena jakości wypływki połączeń zgrzewanych doczołowo rur PE typu III wykonywanych bez usuwania warstwy ochronnej

Elementy konstrukcyjne aparatów

Transkrypt:

NAFTA-GAZ, ROK LXIX, Nr 10 / 2013 Anna Wróblewska Instytut Nafty i Gazu Szybka propagacja pęknięć w sieciach gazowych z rur polietylenowych W artykule omówiono warunki powstawania zjawiska szybkiej propagacji pęknięć w sieciach gazowych z rur polietylenowych oraz przedstawiono testy realizowane celem określenia krytycznych parametrów szybkiej propagacji pęknięć (test w pełnej skali oraz test w małej skali w stanie stacjonarnym). We wnioskach zaproponowano przedsięwzięcia ograniczające ryzyko wystąpienia szybkiej propagacji pęknięć w zagrożonych odcinkach sieci gazowych. Słowa kluczowe: gazociąg, szybka propagacja pęknięć, polietylen. Rapid crack propagation in gas networks of polyethylene pipes The article discusses conditions for the formation of the phenomenon of rapid crack propagation in gas networks of polyethylene pipes and presents tests carried out to determine the critical parameters of rapid crack propagation (full scale test and a test on a small scale in the steady state). In conclusion, ventures has been proposed limiting the risk of rapid crack propagation in vulnerable sections of the gas networks are proposed. Key words: pipeline, rapid crack propagation, polyethylene. Wprowadzenie W trakcie eksploatacji sieci gazowych z polietylenu mogą wystąpić trudne do przewidzenia zjawiska, które mają istotne znaczenie z punktu widzenia bezpieczeństwa publicznego. Chodzi mianowicie o uszkodzenia mechaniczne rur (np. łyżką koparki podczas wykonywania robót ziemnych w pobliżu gazociągu). Tego typu uszkodzenia mogą zapoczątkować zjawisko gwałtownego rozprzestrzeniania się pęknięcia rury powodowane wyzwalaniem energii sprężonego gazu. Szybka propagacja pęknięć rur polietylenowych RCP (rapid crack propagation) może być również zainicjowana defektem w połączeniu zgrzewanym lub przekroczeniem dopuszczalnego ciśnienia roboczego. Jest to zjawisko występujące stosunkowo rzadko, lecz mające bardzo poważne konsekwencje dla dystrybucji gazu. Z tego względu celowe jest poznanie czynników sprzyjających jego powstawaniu, co pozwoli na podjęcie odpowiednich działań minimalizujących możliwość jego zaistnienia. Na RCP mają wpływ głównie poniższe czynniki: średnica gazociągu gdy średnica zewnętrzna wzrasta, wzrasta również zagrożenie RCP, ciśnienie robocze ze wzrostem ciśnienia roboczego wzrasta ryzyko wystąpienia RCP, temperatura eksploatacji z obniżeniem temperatury wzrasta zagrożenie RCP, odporność materiału rur na uderzenia i RCP. Do budowy sieci gazowych z polietylenu stosuje się obecnie rury dwóch podstawowych klas: PE 80 i PE 100. Są one wykorzystywane w sieciach gazowych średniego ciśnienia (do 0,5 MPa) i w sieciach podwyższonego średniego ciśnienia (w przypadku PE do 1,0 MPa; tylko rury klasy PE 100). Charakteryzują się długą, bezawaryjną żywotnością, a także powodują zwiększenie stopnia bezpieczeństwa przy rozprowadzaniu paliw gazowych. Zakładany okres użytkowania sieci gazowych z rur polietylenowych wynosi 50 lat [3]. Ostatnio stosuje się w Polsce również polietylen PE 100-RC (resistant to crack, o podwyższonej odporności 788

artykuły na powolny wzrost naprężeń), którego okres użytkowania szacuje się nawet na 100 lat. Jako że maksymalne ciśnienia robocze dla wymienionych kategorii gazociągów polietylenowych są określone i nie stosuje się ich obniżania, należy zastanowić się nad sposobami zmniejszenia zagrożenia w miejscach, gdzie potencjalnie istnieje zwiększone ryzyko wystąpienia RCP. Jest to głównym celem niniejszego artykułu. Wymagania dla rur polietylenowych do stosowania w sieciach gazowych Wymagania techniczne dotyczące sieci gazowych z polietylenu zawarte są w opracowanym na podstawie prawa budowlanego Rozporządzeniu Ministra Gospodarki z dnia 30 lipca 2001 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać sieci gazowe [9] (Dz.U. z 2001 r. Nr 97, poz. 1055). Rozporządzenie to zostanie zastąpione rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 26 kwietnia 2013 r. po trzech miesiącach od dnia jego ogłoszenia, tj. 4 września 2013 r. Nowym elementem, który pojawił się w wymienionym dokumencie, jest ciśnienie krytyczne szybkiej propagacji pęknięć. Zgodnie z definicją określeń użytych w rozporządzeniu (rozdział 1 2 pkt 16) ciśnienie krytyczne szybkiej propagacji pęknięć ciśnienie w rurach z tworzyw sztucznych, przy którym w temperaturze 273,15 K (0 C) następuje szybkie rozprzestrzenianie pęknięć. Wymagania i metody badań rur polietylenowych przeznaczonych do rozprowadzania gazu są zawarte w normie PN-EN 1555-1:2010 Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych do przesyłania paliw gazowych. Polietylen (PE). Część 1: Postanowienia ogólne [5]. Odporność rur polietylenowych na szybką propagację pęknięć (RCP) jest wymaganiem, które również zamieszczone zostało w tej normie. Wynikiem takiego badania jest ciśnienie krytyczne p c określane w temperaturze 0 C przy zastosowaniu jednej z dwóch metod: testu w pełnej skali (full scale) lub testu na małą skalę w stanie stacjonarnym S4 (small scale steady state). Ze względu na wysokie koszty test w pełnej skali jest rzadko wykonywany. Testem zalecanym przez ww. normę jest test S4. Ograniczono w nim długość badanej rury z kilkunastu metrów (dla testu w pełnej skali) do 7 dn (tj. dla rury o średnicy nominalnej dn = 250 mm długość badanej rury nie przekracza 2 m). Równocześnie przy zmniejszonej skali testu otrzymywane ciśnienie krytyczne p cs4 jest niższe od ciśnienia krytycznego p cfs w teście w pełnej skali. W związku z tym norma podaje odpowiednią zależność pomiędzy ciśnieniami krytycznymi otrzymanymi w opisanych testach. W 19 pkt 8 rozporządzenia [9] wartość ciśnienia krytycznego szybkiej propagacji pęknięć jest wymagana do określenia warunków wykonywania próby wytrzymałości i szczelności gazociągów polietylenowych. Ciśnienie próby nie powinno być mniejsze od iloczynu współczynnika 1,5 i maksymalnego ciśnienia roboczego, lecz nieprzekraczające iloczynu 0,9 i ciśnienia szybkiej propagacji pęknięć. Wymóg ten został wprowadzony do rozporządzenia na podstawie normy PN-EN 12007-2:2004 Systemy dostawy gazu. Rurociągi o maksymalnym ciśnieniu roboczym do 16 bar włącznie. Część 2: Szczegółowe zalecenia funkcjonalne dotyczące polietylenu (MOP do 10 bar włącznie) [1, 4]. Opis metod badawczych do oznaczania parametrów szybkiej propagacji pęknięć Szybka propagacja pęknięć jest zjawiskiem występującym wtedy, kiedy początkowo w rurze istnieje defekt lub rysa, która w wyniku nagłego uderzenia na skutek działania czynników zewnętrznych (np. maszyny budowlanej) wywołuje gwałtowne pęknięcie rury. Przemieszcza się ono wzdłuż rury z prędkością bliską prędkości dźwięku i może się powiększać zależnie od równowagi między siłą wymuszającą a wytrzymałością struktury materiału. Siła wymuszająca szybką propagację pęknięć związana jest z naprężeniem obwodowym i jest określona poprzez ciśnienie wewnętrzne oraz średnicę rury. Wytrzymałość struktury materiału zależy natomiast od rodzaju surowca, temperatury i grubości ścianki rury. W przypadku odpowiednio dużej siły wymuszającej pęknięcie może się propagować na duże odległości i przez to wywoływać katastrofalne szkody. Jak dotąd opracowano cztery rodzaje testów mających na celu badanie odporności rur polietylenowych na zjawisko gwałtownej propagacji pęknięć: test instrumentalny Charpy ego, test Robertsona, test w pełnej skali (full scale), test S4 na małą skalę w stanie stacjonarnym (small scale steady state). Zarówno test instrumentalny Charpy ego, jak i test Robertsona uważa się obecnie za przestarzałe. Dwa ostatnie testy, tj. test w pełnej skali i test S4, zostały ujęte w normach [7, 8]. Nafta-Gaz, nr 10/2013 789

NAFTA-GAZ Test ten został opracowany przez British Gas i jest opisany w normie PN-EN ISO 13478:2007 Rury z tworzyw termoplastycznych do przesyłania płynów. Oznaczanie odporności na szybką propagację pęknięć (RCP). Metoda badania w pełnej skali (FST) [8], a w normie [7] zostały zamieszczone parametry badania oraz wymagania dla rur polietylenowych stosowanych do rozprowadzania gazu. Jak sama nazwa wskazuje, test w pełnej skali jest najbliższy terenowym warunkom eksploatacji sieci gazowych. Badana rura o długości nie mniejszej niż 15 m złożona jest z segmentów o długości około 6 m, które połączone są ze sobą metodą zgrzewania czołowego. British Gas w swoich testach stosuje odcinek próbny o długości 24 m złożony z czterech 6-metrowych segmentów. Rura ta jest na jednym z końców przyłączona do stalowego zbiornika wyrównawczego w kształcie cylindra o długości nie mniejszej niż 28 m. Drugi koniec badanej rury jest zaślepiony. Schemat instalacji przedstawiono na rysunku 1. Rurę schładza się do temperatury 0 C na całej długości. Na jej zewnętrznej powierzchni, w pobliżu zaślepionego końca, wykonuje się nacięcie o odpowiednim kształcie, po czym miejsce to zamraża się za pomocą ciekłego azotu do temperatury niższej niż punkt zeszklenia polietylenu. Ma Test w pełnej skali Stalowy zbiornik wyrównawczy to na celu stworzenie odpowiednich warunków do inicjacji pęknięcia, które wywołuje się za pomocą stalowego ostrza wystrzeliwanego pneumatycznie. Istotą metody jest znalezienie takiej wartości ciśnienia w rurze (tzw. ciśnienia krytycznego p cfs ), powyżej której pęknięcie staje się niestabilne i propaguje wzdłuż rury. Następnie oblicza się maksymalne ciśnienie robocze w rurociągu (MOP) według wzoru: Obsypka Grunt utwardzony 0,9 pcfs MOP (1) 1,5 Pneumatyczny inicjator pęknięcia Zgrzew Koryto z medium chłodzącym > 28 m > 14 m Zaślepka > 2 m Rys. 1. Schemat stanowiska do wykonywania testu w pełnej skali Test S4 Metoda ta została opracowana przez Imperial College of Science, Technology and Medicine w Londynie jako próba znalezienia rozwiązania tańszego od testu w pełnej skali, a zarazem takiego, który nie traciłby zbyt wiele z jego adekwatności. Test S4 został opisany w normie PN-EN ISO 13477:2008 Rury z tworzyw termoplastycznych do przesyłania płynów. Oznaczanie odporności na szybką propagację pęknięcia (RCP). Metoda badania w małej skali w stanie stacjonarnym (badanie S4) [7]. Skala testu została istotnie zmniejszona. Długość badanego odcinka rury została ograniczona do siedmiu jego średnic. Zasada metody Podobnie jak w przypadku testu w pełnej skali istota próby polega na znalezieniu wartości ciśnienia krytycznego p cs4, powyżej którego zainicjowane pęknięcie staje się niestabilne. Schemat stanowiska przedstawiono na rysunku 2. Dzięki specjalnym przegrodom umieszczonym wewnątrz badanej rury oraz zewnętrznej klatce zabezpieczającej uzyskuje się stabilizację ciśnienia w trakcie propagacji pęknięcia. Jeśli ciśnienie wewnątrz rury jest niższe od ciśnienia krytycznego, zainicjowane pęknięcie propaguje wzdłuż rury z coraz mniejszą prędkością i zatrzymuje się przed osiągnięciem końca rury. W warunkach ciśnienia większego niż krytyczne pęknięcie przemieszcza się ze stałą prędkością, bliską prędkości dźwięku, aż do końca badanego odcinka rury. Maksymalne ciśnienie robocze (MOP) wylicza się z zależności: MOP 2,4 p cs4 (2) Równanie to jest wynikiem korelacji wyników testu S4 z wynikami testu w pełnej skali. Współczynnik korelacji między testem w pełnej skali i testem S4 jest zdefiniowany jako stosunek bezwzględnego ciśnienia krytycznego testu w pełnej skali do podobnego ciśnienia testu S4. czyli (p cfs + 1) = 3,6 (p cs4 + 1) p cfs = 3,6 p cs4 + 2,6 (3) 790 Nafta-Gaz, nr 10/2013

artykuły Strefa inicjacji Wykonane w rdzeniu okienko > 0,7 d n 0,7 d n ± 0,05 d n Strefa propagacji > 5 d n umożliwia sprawdzenie, czy ostrze nie uległo uszkodzeniu podczas inicjowania Ostrze pęknięcia. Kowadło Przegrody wewnętrzne Badana rura Klatka ograniczająca Próbki rur przeznaczone do badania Próbki do badań stanowią proste odcinki rur, ucięte prostopadle do osi podłużnej, o długości około 7 d n. Powierzchni próbek rurowych nie powinno się obrabiać mechanicznie ani poddawać żadnym innym Rys. 2. Schemat stanowiska do testu S4 oddziaływaniom. Dopuszcza się frezowanie końcówki rury celem Podstawowe elementy stanowiska do określania RCP w teście S4 W skład stanowiska do określania odporności na szybką propagację pęknięć w teście S4 (rysunek 2) wchodzą: klatka ograniczająca, przegrody wewnętrzne, rdzeń (kowadło), grot ułatwienia montażu elementów zamykających. Jeżeli istnieją trudności w zainicjowaniu pęknięcia, można wykonać wewnętrzne podfrezowanie rury wzdłuż strefy rdzenia. Nie może ono jednak sięgać do strefy pomiarowej. W przypadku rur PE podfrezowanie na głębokość 1 mm uznaje się za wystarczające. z ostrzem oraz uchwyty zamykające badaną próbkę rury. Zastosowana klatka ograniczająca ogranicza ekspansję badanej rury w kierunku promieniowym podczas pękania do wartości 1,1 d n ± 0,04 d n we wszystkich punktach na obwodzie rury. Pierścienie klatki usytuowane są koncentrycznie w stosunku do badanej próbki i nie dotykają jej w żadnym punkcie. Odległość pomiędzy pierścieniami klatki w strefie pomiędzy punktem inicjacji pęknięcia i końcem odcinka pomiarowego jest ściśle określona i wynosi 0,15 d n ± 0,05 d n. Przegrody znajdujące się wewnątrz badanej rury są tak skonstruowane, że co najmniej 70% objętości geometrycznej odcinka pomiarowego o długości powyżej 5 d n jest wypełnione sprężonym powietrzem, które będzie mogło ekspandować, powodując radialne przemieszczanie się ścianki badanej rury Procedura badania Wykorzystując sekcje rur o długości nie mniejszej od 5 d n, przeznaczonych do testu, nieobciążonych ciśnieniem wewnętrznym, przygotowuje się warunki do zainicjowania pęknięcia o długości (a) wynoszącej co najmniej 1 d n, przy czym prędkość spadania grota wynosi 15 m/s ± 5 m/s. Utrzymując ustalone warunki inicjowania pękania, podwyższa się następnie ciśnienie w badanej rurze do ciśnienia próby, które należy mierzyć z dokładnością do ± 1%. Po przeprowadzeniu testu przy określonym ciśnieniu wykonuje się pomiar długości pęknięcia (a) i określa się na jego podstawie, czy w takich warunkach nastąpiło zatrzymanie pęknięcia (a < 4,7 d n ), czy też jego propagacja (a > 4,7 d n ). na zewnątrz. Wymiary przegród wewnętrznych związane są z nominalną średnicą rury i jej szeregiem wymiarowym SDR (SDR stosunek nominalnej średnicy zewnętrznej d n rury PE do nominalnej grubości ścianki rury e n ). Średnica przegród wynosi 0,95 d i min ± 0,01d i min, gdzie d i min obliczane jest z zależności Określenie ciśnienia krytycznego lub krytycznych naprężeń obwodowych Pojedyncze badanie, którego wynikiem jest zatrzymanie pękania, wskazuje, że ciśnienie krytyczne propagacji jest wyższe niż ciśnienie próby. W celu określenia krytycznego (4), a odległość pomiędzy nimi wynosi 0, 4dn ciśnienia lub krytycznych naprężeń obwodowych, przy 0. 0, 1d n których występuje ostre przejście od nagłego zatrzymania 2,2 di min dn 1 (4) pękania do ciągłej, równomiernej jego propagacji, przeprowadza się serię testów przy różnych ciśnieniach. SDR Układ do inicjacji pęknięcia jest tak skonstruowany, że ostrze po uderzeniu nie zagłębia się poniżej 1 e n do 1,5 e n. Zastosowany wewnętrzny rdzeń (kowadło) o kołowym przekroju usytuowany w strefie inicjacji pęknięcia zapewnia poziom deformacji wewnętrznej powierzchni rury pod wpływem uderzenia ostrza nieprzekraczający 0,98 d i min ± 0,01 d i min. Ciśnienie krytyczne p cs4 jest definiowane jako najwyższe ciśnienie zatrzymania pękania poniżej najniższego ciśnienia jego propagacji. W celu określenia krytycznych naprężeń dopuszczalnych σ cs4 należy skorzystać ze wzoru (5), wykorzystując ciśnienie próby [6]. ϕd n Nafta-Gaz, nr 10/2013 791

NAFTA-GAZ p( d e ) 2e n t (5) gdzie: p ciśnienie próby [MPa], d n wartość średnia średnicy zewnętrznej badanej rury [mm], e t wartość średnia grubości ścianki badanej rury wzdłuż pasa pęknięcia [mm]. Stanowisko do określania odporności rur polietylenowych na szybką propagację pęknięć (test S4) w Laboratorium Tworzyw Sztucznych Instytutu Nafty i Gazu w Krakowie jest unikatowym stanowiskiem w skali kraju. Do chwili obecnej możliwe było wykonywanie badań rur polietylenowych jedynie o średnicy dn 160 mm. W 2012 roku przeprowadzono rozbudowę stanowiska, które obecnie umożliwia badanie rur PE o średnicach zewnętrznych: 110 mm, 125 mm, 160 mm i 180 mm. Na zmodernizowanym stanowisku badawczym (rysunek 3) przeprowadzono badania na wytypowanych rurach polietylenowych klasy PE 80, szeregu wymiarowego SDR 11, o średnicach zewnętrznych: 110 mm, 125 mm, 160 mm, 180 mm. Rury stanowiące próbki do badań były wyprodukowane przez jednego producenta i z tego samego surowca. Uzyskane przykładowe wyniki ciśnienia krytycznego w warunkach testu S4 przedstawiono w tablicy 1. Wyniki ciśnienia krytycznego uzyskane w warunkach testu S4 przeliczono według wzoru (3) na ciśnienie p cfs w teście w pełnej skali i również zamieszczono w tablicy 1. t Rys. 3. Stanowisko do testu S4 w INiG w Krakowie Z danych zawartych w tej tablicy wynika, że wartości ciśnienia krytycznego szybkiej propagacji pęknięć ulegają obniżeniu w miarę wzrostu średnicy rury PE. Dla badanych próbek rur klasy PE 80 wartości te, przeliczone na warunki testu w pełnej skali, przekraczają wartości maksymalnego ciśnienia roboczego w sieciach średniego ciśnienia (5 bar). Dla sieci gazowych podwyższonego średniego ciśnienia należałoby już zastosować rury klasy PE 100, charakteryzujące się wyższymi wartościami ciśnień krytycznych szybkiej propagacji pęknięć. Dla rur tej klasy ciśnienie krytyczne p cfs powinno wynosić co najmniej 15 bar. Wymagania dotyczące sieci gazowych z polietylenu zawarte w normach są wynikiem pewnego kompromisu. Z tego względu w przypadku klientów poszukujących produktów o najwyższych parametrach istniało zapotrzebowanie na stworzenie listy, na której znalazłyby się produkty rekomendowane, spełniające dodatkowe, wyższe wymagania. Naprzeciw tym oczekiwaniom wychodzi założone w 1999 roku Stowarzyszenie PE100+ [2]. Podstawą zaakceptowania danego materiału i umieszczenia go na liście Materiałów pozytywnych jest oprócz spełnienia wymagań podstawowych określonych w normach spełnienie wymagań dodatkowych sformułowanych przez to stowarzyszenie, dotyczących trzech podstawowych parametrów rur: odporności na pełzanie (creep rupture strength), odporności na wolną propagację pęknięć (stress crack resistance), odporności na szybką propagację pęknięć (resistance to rapid crack propagation). Stowarzyszenie PE100+ przyjęło w przypadku ciśnienia szybkiej propagacji pęknięć następujące kryterium: p cs4 10 bar (6) Spełnienie tego kryterium przez rury polietylenowe praktycznie eliminuje możliwość wystąpienia zjawiska szybkiej propagacji pęknięć w układach rurociągowych w krajowych warunkach klimatycznych. Średnica dn [mm] Tablica 1. Zestawienie wyników Grubość ścianki e n [mm] Uzyskane wyniki p cs4 [MPa] Wartość ciśnienia p cfs [bar] 110 10,0 0,150 8,00 125 11,4 0,140 7,64 160 14,6 0,135 7,46 180 16,4 0,115 6,74 Wnioski W celu ograniczenia ryzyka wystąpienia zjawiska szybkiej propagacji pęknięć w sieciach gazowych z rur polietylenowych zaleca się stosowanie w miejscach, gdzie gazociągi mogą być narażone na uszkodzenia sprzętem mechanicznym, rur 792 Nafta-Gaz, nr 10/2013

artykuły o podwyższonej odporności na to zjawisko. W przypadku sieci średniego ciśnienia (do 5 bar) z rur klasy PE 80 rozwiązaniem może być zastosowanie na newralgicznych odcinkach rur klasy PE 100. Rury tej klasy obecnie są wykorzystywane w coraz szerszym zakresie do budowy sieci gazowych. W szczególnych przypadkach, tam gdzie może zaistnieć kombinacja takich czynników jak niska temperatura, wysokie ciśnienie robocze i możliwość uszkodzenia mechanicznego, najlepszym rozwiązaniem może być zastosowanie rur klasy PE 100 z surowca spełniającego wymagania Stowarzyszenia PE100+. Prosimy cytować jako: Nafta-Gaz 2013, nr 10, s. 788 793 Artykuł powstał na podstawie pracy statutowej pt.: Przeprowadzenie badań odporności rur PE na szybką propagację pęknięć w celu określenia korelacji ciśnienia krytycznego RCP w zależności od średnicy i grubości ścianki rury. Praca INiG na zlecenie MNiSW, nr arch. DK-4100-037/12, zlec. wew. INiG: 037/GP/12. Literatura [1] Czopek J. J., Wroblewska A.: Odpornosc na szybka propagacje peknięc rur PE stosowanych w sieciach gazowych, w swietle badan prowadzonych w INiG. Nafta-Gaz 2007, nr 9, s. 549 555. [2] High quality PE Pipes PE100+ Association, www.pe100plus. com dostęp: wrzesień 2012 r. [3] ISO 4437:2007 Buried polyethylene (PE) pipes for the supply of gaseous fuels. Metric series. Specifications. [4] PN-EN 12007-2:2004 Systemy dostawy gazu. Rurociagi o maksymalnym cisnieniu roboczym do 16 bar wlacznie. Czesc 2: Szczegolowe zalecenia funkcjonalne dotyczące polietylenu (MOP do 10 bar wlacznie). [5] PN-EN 1555-1:2010 Systemy przewodow rurowych z tworzyw sztucznych do przesylania paliw gazowych. Polietylen (PE). Czesc 1: Postanowienia ogolne. [6] PN-EN ISO 1167-1:2007 Rury, ksztaltki i zestawy z termoplastycznych tworzyw sztucznych do przesylania plynow. Oznaczanie wytrzymalosci na cisnienie wewnetrzne. Czesc 1: Metoda ogolna. [7] PN-EN ISO 13477:2008 Rury z tworzyw termoplastycznych do przesylania plynow. Oznaczanie odpornosci na szybka propagacje pekniecia (RCP). Metoda badania w malej skali w stanie stacjonarnym (badanie S4). [8] PN-EN ISO 13478:2007 Rury z tworzyw termoplastycznych do przesylania plynow. Oznaczanie odpornosci na szybka propagacje pekniec (RCP). Metoda badania w pelnej skali (FST). [9] Rozporzadzenie Ministra Gospodarki z dnia 30 lipca 2001 r. w sprawie warunkow technicznych, jakim powinny odpowiadac sieci gazowe (Dz.U. z 2001 r. Nr 97, poz. 1055). Mgr inż. Anna WRÓBLEWSKA Starszy specjalista badawczo-techniczny w Zakładzie Przesyłania i Dystrybucji Gazu Laboratorium Tworzyw Sztucznych. Instytut Nafty i Gazu ul. Lubicz 25A, 31-503 Kraków E-mail: wroblewska@inig.pl OFERTA ZAKŁAD PRZESYŁANIA I DYSTRYBUCJI GAZU Zakres działania: badania laboratoryjne rur, kształtek, armatury z tworzyw sztucznych oraz armatury metalowej i powłok antykorozyjnych, prowadzone dla potrzeb certyfikacji i aprobat technicznych; ocena stopnia zagrożenia korozyjnego gazociągów stalowych oraz ocena stanu technicznego izolacji gazociągów stalowych metodami bezwykopowymi; ocena efektywności metod rekonstrukcji sieci dystrybucyjnych gazu; opracowanie projektów przepisów związanych z budową i użytkowaniem sieci gazowych; opracowanie lub opiniowanie projektów norm dotyczących sieci i instalacji gazowych; badania z zakresu współpracy ośrodka gruntowego z siecią gazową na terenach górniczych; prowadzenie specjalistycznego szkolenia kadr, głównie w zakresie budowy sieci gazowych z polietylenu; wspomaganie przemysłu we wdrażaniu nowych rozwiązań technicznych oraz opracowywanie ekspertyz i analiz; badania laboratoryjne metalowej armatury odcinającej do systemów i instalacji wodociągowych, baterii mechanicznych, natrysków i przewodów natryskowych oraz systemów rur wielowarstwowych do instalacji wody ciepłej i zimnej. Kierownik: mgr inż. Piotr Szewczyk Adres: ul. Bagrowa 1, 30-733 Kraków Telefon: 12 653-25-12 w. 147 Faks: 12 653-16-65 E-mail: piotr.szewczyk@inig.pl Nafta-Gaz, nr 10/2013 793