Znaczenie PE i PP w dystrybucji wody i gazu

Przesył wody pitnej

Na przestrzeni stuleci systemy zaopatrywania ludzi w wodę pitną były nieodzownym elementem rozwoju cywilizacyjnego. Począwszy od starożytnych akweduktów i rur drążonych z pni drzew, poprzez bardziej współczesne rury stalowe i żeliwne, po obecnie stosowane najnowocześniejsze systemy z tworzyw sztucznych takich jak PE i PVC-U czy też materiałów kompozytowych z żywic wzmacnianych włóknem szklanym GRP. Spośród tych nowoczesnych rozwiązań zdecydowanie najpowszechniej stosowane są systemy z PE i PVC-U.

Dzisiaj budowa sieci wodociągowych w terenach o dużym stopniu uzbrojenia i skomplikowania sieci to domena systemów z PE, natomiast tam gdzie tereny są mniej zurbanizowane i sieć nie jest mocno zróżnicowana stosuje się systemy ciśnieniowe z PVC-U. Tworzywa sztuczne w zastosowaniach wodociągowych wprowadziły wiele udogodnień i podniesienie ich standardu w zakresie jakości dostarczanej do odbiorców wody. Wszystko to dzięki takim podstawowym zaletom tworzyw sztucznych jak odporność chemiczna, odporność na korozję, niska chropowatość czy też wytrzymałość.

Dzięki tym zaletom rurociągi z tworzyw sztucznych charakteryzują się brakiem wpływu na jakość wody, nie zarastają, posiadają wysoka sprawność hydrauliczną oraz pozwalają na ich wykorzystywanie praktycznie w całym zakresie stosowanych ciśnień roboczych w sieciach wodociągowych.

Co prawda, to systemy ciśnieniowe z PVC-U zapoczątkowały przełom w zastosowaniach tworzyw sztucznych w dystrybucji wody pitnej ale rozwój technologii w zakresie produkcji systemów z PE spowodował, że materiał ten jest obecnie najpopularniejszym i jednocześnie jednym z najlepszych materiałów do budowy sieci wodociągowych. W odróżnieniu od innych, tradycyjnych materiałów, z użyciem rur i kształtek PE można obecnie zbudować kompletną sieć począwszy od najmniejszych średnic na przyłączach domowych, następnie poprzez cały szereg średnic do budowy sieci rozdzielczych aż po największe umożliwiające montaż magistrali wodociągowych.

Niewątpliwą zaletą systemów z PE jest największa dostępna oferta kształtek pozwalających dowolnie kształtować sieć na etapie projektowania i budowy. W ramach systemów z PE dostępne są również elementy armatury z tego tworzywa, takie jak zawory kulowe, czy nawiertki z zaworami odcinającymi, stanowiące doskonałą alternatywę dla tradycyjnej armatury żeliwnej. Uzupełnienie stanowią wszelkiego rodzaju złącza mechaniczne skręcane i kołnierzowe. Cały ten zakres połączeń i możliwości wynikające ze zgrzewania PE zapewniają całkowitą dowolność w zakresie projektowania i budowy sieci praktycznie w każdych warunkach.

Kolejny krokiem w rozwoju systemów ciśnieniowych z PE było wprowadzenie do stosowania rur z warstwami ochronnymi zwanych też rurami specjalnymi. Choć powodem ich powstania i główną domeną zastosowań jest rehabilitacja rurociągów, to w zakresie standardowych aplikacji pozwoliły one na nowe możliwości. Szczególnie dotyczy to budowy rurociągów w trudnych warunkach gruntowych i zastosowania najnowocześniejszych technik montażu. Dostępna obecnie oferta rur warstwowych PE jest dość szeroka i ciągle się powiększa.

Mimo różnic w technologii wytwarzania i szczegółowych właściwościach tych rur, generalnie mają one za zadanie zapewnić zwiększoną wytrzymałość na tak niekorzystne zjawiska jak zarysowania i mechaniczne uszkodzenia zewnętrzne rur, a w przypadku najbardziej zaawansowanych rozwiązań również odporność na naciski punktowe.

Rury warstwowe to nieocenione rozwiązanie dla powszechnie już stosowanych technik bezwykopowych takich jak przewierty sterowane i przeciski, gdzie użycie rur z warstwami ochronnymi eliminuje konieczność stosowania dodatkowych rur ochronnych.

Przesył ścieków sanitarnych i deszczowych

Rozwój infrastruktury kanalizacyjnej miast i terenów o mniejszym zaludnieniu wymaga budowy infrastruktury podziemnej spełniającej wymogi przyszłych użytkowników. Do najważniejszych kryteriów będących przedmiotem oceny układów kanalizacyjnych należą trwałość i szczelność układów. Cechy te, oprócz kilku innych czynników np. ekonomicznych, są podstawą do zaklasyfikowania systemów kanalizacyjnych z tworzyw sztucznych do grupy rozwiązań o najniższej awaryjności i najwyższej szczelności.

Oczekiwanie, iż infrastruktura podziemna będzie trwała i szczelna jest skutecznie zaspokajane poprzez coraz szersze stosowanie takich materiałów jak polietylen i polipropylen obok popularnego od lat polichlorku winylu. Aby rozwiązania przynosiły najlepsze efekty układy kanalizacyjne powinny być jednorodne materiałowo, a systemy zbudowane z elementów o właściwościach bardzo rozbieżnych winny być stosowane z należytą rozwagą. Producenci systemów kanalizacyjnych z tworzyw sztucznych zadbali, aby układy kanalizacyjne nie wymagały stosowania materiałów sztywnych (np. betonowych studni kanalizacyjnych) i opracowali pełna ofertę systemów służącą do kompleksowego rozwiązania problemu grawitacyjnego transportu ścieków sanitarnych i deszczowych.

Rury kanalizacyjne z polietylenu

Polietylen jest materiałem, z którego rury kanalizacyjne produkowane są od wielu lat, a wyspecjalizowane firmy opracowują układy strukturalne o wysokiej sztywności i jednocześnie niskiej masie. Ze względu na szereg gatunków polietylenu i jego powszechnym zastosowaniu w wielu gałęziach przemysłu zaznaczyć należy, iż wyselekcjonowane gatunki przeznaczone są do wykonywania elementów systemów kanalizacyjnych. Informacja ta jest o tyle istotna, że nie wszystko, co oznaczone jest mianem PE w pełni nadaje się na konstruowanie i wytwarzanie rur kanalizacyjnych.

Rury polietylenowe cenione są za elastyczność i wysoką odporność na ścieranie. Materiały tradycyjne, pomimo poddawania ich modyfikacjom i ulepszeniom, rzadko są w stanie zaoferować parametry hydrauliczne długookresowej eksploatacji porównywalne z polietylenem i innymi tworzywami termoplastycznymi. Wielokrotne podważanie odporności na ścieranie nie znalazło potwierdzenia w praktyce eksploatacyjnej właściwie dobranych i wykonanych przewodów kanalizacyjnych, a badania własne prowadzone przez producentów systemów rurowych potwierdzają szczególnie długą trwałość przewodów wykonanych z polietylenu. Aby pokazać możliwości zastosowania tego tworzywa należy sięgnąć do katalogów technicznych dostawców rozwiązań rurowych z polietylenu. Szybko przekonać się można, iż dostępne są pełne gamy rur, kształtek i elementów połączeniowych.

Do najbardziej popularnych od lat należą rury strukturalne o konstrukcji dwuściennej, gładkie wewnątrz i karbowane na zewnątrz, oraz rury o innej konstrukcji ścianki - o profilu skrzynkowym dającym taką samą gładką powierzchnię wewnętrzną i zewnętrzną.

Systemy rur i kształtek z polietylenu są zwykle łączone poprzez połączenia kielichowe, dwukielichowe, a niektóre konstrukcje rur pozwalają na spawanie ekstruzyjne. Oferowane na rynku rozwiązania zwykle tworzą system pozwalający na budowę kolektorów kanalizacyjnych również na terenach objętych wpływem eksploatacji górniczej.

Do podstawowych obszarów zastosowań związanych z inżynierią sanitarną, należy budowa technologicznych rurociągów oczyszczalni ścieków oraz obiektów infrastruktury technicznej zakładów przemysłowych. Mała masa rur sprzyja łatwemu i szybkiemu dostarczeniu towaru do miejsca instalacji jak również obniża koszty wykonania kolektorów dużych średnic ze względu na brak konieczności używania ciężkiego sprzętu do prac montażowych.

Rury i kształtki z polietylenu najczęściej znajdują zastosowanie do budowy dużych kolektorów deszczowych, ogólnospławnych i kanalizacji sanitarnej. Rury kanalizacyjne wykonane z polietylenu mają zwykle zewnętrzną barwę czarną, natomiast wnętrze rurociągu może być barwy innej.

Studzienki kanalizacyjne z polietylenu

Studzienki kanalizacyjne z polietylenu stanowią nie tylko rozwinięcie i uzupełnienie oferty rur i kształtek, ale są jedną z podstawowych części systemu kanalizacyjnego nadającą mu jednorodne właściwości użytkowe. Studzienki kanalizacyjne wykonane z polietylenu stanowią doskonałą alternatywę dla tanich, ale ciężkich i stosunkowo nietrwałych studni wykonywanych z materiałów tradycyjnych.

Ze względu na skład ścieków sanitarnych nie da się uniknąć zjawiska korozji chemicznej materiałów tradycyjnych, można natomiast w tych materiałach występowanie tego zjawiska ograniczać. Oprócz właściwości związanych z odpornością chemiczną i wytrzymałością studzienki kanalizacyjne z polietylenu są zdecydowanie łatwiejsze w montażu i nie wymagają użycia ciężkiego sprzętu.

Istniejące rozwiązania obejmują małe studzienki do montażu na przykanalikach jak również studzienki inspekcyjne oraz włazowe studzienki. Na uwagę zasługuje szeroki zakres zastosowań studzienek - adekwatny do zastosowań rur kanalizacyjnych. Wszystkie systemy studzienek są projektowane na uzyskanie korzystnych walorów eksploatacyjnych, jak również biorą pod uwagę istniejące możliwości techniczne nowoczesnej eksploatacji sieci oraz inspekcji przy pomocy urządzeń zewnętrznych. Do najpopularniejszych z PE studzienek należą rozwiązania modułowe złożone z części dolnej z gotową wyprofilowaną kinetą i modułami montażowymi pozwalającymi na budowanie studni z lekkich i wytrzymałych elementów gotowych oraz studnie monolityczne wylewane metodą odśrodkową (formowanie rotacyjne) lub indywidualnie prefabrykowane.

Rozwiązania modułowe są niezwykle przydatne i pozwalają na łatwe projektowanie i wykonywanie kompletnych kolektorów kanalizacyjnych z użyciem gotowych rozwiązań systemowych. Studnie monolityczne to przede wszystkim lekkość konstrukcji formowanej rotacyjnie (co oczywiście preferuje studzienki do zastosowań tam, gdzie nie są one mocno obciążone wpływem gruntu) i zalety konstrukcji indywidualnej, co pozwala na obsługę inwestycji, w których system kanalizacyjny budowany jest z rur o znacznych średnicach.

Oba rozwiązania dają możliwość kompleksowej realizacji zadań inwestycyjnych w oparciu o nowoczesne materiały kanalizacyjne. Inwestorzy nie muszą zabiegać o kompatybilność rur z tradycyjnymi (starzejącymi się technologicznie) konstrukcjami z materiałów tradycyjnych. Użytkownik otrzymuje system przemyślany, o minimalnej 100 letniej trwałości. Ponadto stosowanie kompletnych i kompatybilnych systemów składających się z rur, kształtek i studzienek wykonanych z tworzyw sztucznych zostało dostrzeżone jako ogromna zaleta i jest wręcz zalecane w normach dotyczących elementów systemu kanalizacyjnego, szczególnie studni.

Studzienki kanalizacyjne z tworzyw sztucznych to doskonałe rozwiązania dedykowane do szybkiej budowy trwałych odwodnień drogowych i budowy trwałych, szczelnych układów kanalizacji sanitarnej i deszczowej. Obecne konstrukcje pozwalają również na konstruowanie i dostarczanie przepompowni ścieków opartych w całości na studzience z tworzywa sztucznego.

Rury kanalizacyjne z polipropylenu

Polipropylen jest materiałem szeroko znanym w technice instalacyjnej, jednakże materiały używane do produkcji instalacji wewnętrznych znacząco różnią się od tych stosowanych do produkcji rur kanalizacyjnych. Duża różnorodność tworzyw wprowadzać może u odbiorców pewne zamieszanie, lecz dostawcy rozwiązań systemowych wprowadzenie produktów poprzedzają intensywnymi badaniami i testami. Niemały w tym udział mają dostawcy surowców, którzy gwarantują, iż projektowane cechy wytrzymałościowe i odpornościowe wyrobów gotowych będą odpowiadały oczekiwaniom przyszłych użytkowników.

Rury i kształtki kanalizacyjne powstające z polipropylenu są wynikiem wieloletnich badań i dostosowaniem materiału do potrzeb przyszłych użytkowników wyrobów gotowych. Rury z polipropylenu odznaczają się wysoką odpornością na temperatury zarówno wysokie jak i niskie w tym również ujemne.

W ostatnich latach na rynkach europejskich coraz częściej dostępne są wyroby przeznaczone do budowy kanalizacji deszczowej i sanitarnej wykonane z tego właśnie tworzywa. Rury i kształtki kanalizacyjne z PE odznaczają się bardzo korzystną ceną.

Polipropylenowe systemy kanalizacyjne bazują obecnie głównie na rurach strukturalnych, popularnie nazywanymi rurami dwuściennymi. Mniej popularne są rury i kształtki polipropylenowe gładkościenne lite lub wielowarstwowe - do złudzenia wyglądem przypominające rury z polichlorku winylu. Oferta tych rozwiązań jest jednak skromna i ogranicza się do kilku producentów.

Rury polipropylenowe dwuścienne, dostępne są natomiast w ofercie wielu producentów, którzy oprócz rur oferują również szereg kształtek i elementów połączeniowych. Obecnie, w ciągu kilku lat od upowszechnienia się tych rozwiązań, oferta kształtek jest na tyle bogata, że pozwala bez problemu wykonywać dowolne układy podziemnych rurociągów przesyłowych. Dodać należy, iż podstawowymi połączeniami są połączenia kielichowe i dwukielichowe, co sprzyja łatwemu montażowi

Studzienki kanalizacyjne z polipropylenu

Polipropylenowe studzienki kanalizacyjne znane są jako studzienki inspekcyjne niewłazowe o średnicach od 300 mm. Montowane na przykanalikach i kolektorach o niewielkiej średnicy - do 400 mm, są łatwe w zabudowie i stanowią jeden z nieodzownych elementów nowoczesnego systemu kanalizacyjnego z tworzyw sztucznych.

Jako alternatywa do studzienek włazowych mogą być montowane w odległościach umożliwiających poprawną eksploatację sieci. Studzienki polipropylenowe jak i wspomniane powyżej polietylenowe stanowią rozwiązanie pozwalające szybko i ekonomicznie budować trwałe układy kanalizacyjne. Typoszeregi dostępnych na rynku systemowych studzienek z polipropylenu reprezentuje całość obecnie stosowanych rozwiązań opartych o średnice od 200 do 1000 mm.

Dokładne zaprezentowanie całości rozwiązań wymaga zapoznania się z katalogami produktowymi poszczególnych producentów. Należy jednak pamiętać, że często ze względu na stosowane technologie produkcji obok elementów z polipropylenu w studzienkach dostępne są niektóre elementy wykonane z PE (np. kinety) jaki z PVC-U (np. trzonowe rury karbowane).

Dzięki zastosowaniu kompleksowych rozwiązań inżynierskich i materiałowych w budowie infrastruktury podziemnych przewodów kanalizacyjnych uzyskuje się trwałość układów liczoną w okresach znacznie przewyższających 50-letni czas użytkowania przewidziany normatywnie, jednocześnie gwarantując szczelność będącą przejawem troski o stan środowiska naturalnego.

Systemy kanalizacyjne z tworzyw sztucznych oferują nie tylko wspomnianą niezawodność, ale również kompatybilność rozwiązań technicznych i materiałowych, co ma szczególne znaczenie przy transporcie ścieków o zmiennym jednak składzie chemicznym.

Wyeliminowanie zjawiska korozji chemicznej znanej z występowania w materiałach tradycyjnych (np. beton), zapewnienie szczelności kanałów nawet w sytuacjach krytycznych (ugięcie zamiast pękania), dbałość o ekonomię przyjętych rozwiązań - to cechy, które przyczyniają się do ciągłego wzrostu zastosowań tworzyw sztucznych w budowie kanałów sanitarnych i deszczowych.

Do inwestorów należy więc decyzja, czy infrastruktura kanalizacyjna może w całości odznaczać się jednakowymi walorami i cechami odpornościowymi, czy też będzie obciążana zabudową elementów wykonanych z materiałów, z których wybudowane kanały już dziś są poddawane technikom renowacji i naprawy.

Systemy drenarskie

Obok głównych zastosowań tworzyw sztucznych w infrastrukturze podziemnej takich jak kanalizacja czy wodociągi, systemy drenarskie stanowią integralną część tej infrastruktury. Ale systemy drenarskie w odróżnieniu od wspomnianych wyżej kanalizacyjnych i ciśnieniowych praktycznie w całości wykonywane są z tworzyw sztucznych, a to za sprawą elastyczności tych systemów, łatwości ich montażu, zakresu możliwych zastosowań i oczywiście niskich kosztów budowy i eksploatacji.

Producenci oferują wyroby w zakresie średnic od 50 mm do 1000 mm i w szczególnych aplikacjach nawet większych. Wszystko to za sprawą dostępnych standardowych karbowanych rur drenarskich PVC-U i PE dostępnych w średnicach do 200 mm i możliwości łatwego wykorzystania opisywanych wcześniej rur PE i PP o ściance dwuściennej, jako rur drenarskich.

Producenci są w stanie przygotować szybko i tanio takie rozwiązania, które jednocześnie pozostają kompatybilne z budowanymi systemami kanalizacyjnymi. Takie zastosowania dają zatem inwestorom możliwość efektywnego i taniego rozwiązania problemu gospodarowania wodami gruntowymi i opadowymi. Zakres zastosowań systemów drenarskich dzięki wykorzystaniu tworzyw sztucznych pokrywa obecnie wszystkie możliwe aplikacje od układów melioracyjnych i odwodnień dróg po indywidualne zastosowania jako drenaż opaskowy dla budynku

Odwodnienia obiektów kubaturowych i drogowych

Systemy infrastrukturalne wraz z rozwojem różnych obszarów, a szczególnie drogownictwa, wymagają zastosowań nie tylko podziemnych. Najlepszym tego przykładem są różnego rodzaju odwodnienia obiektów kubaturowych lub obiektów mostowych. To kolejna dziedzina, w której systemy z tworzyw sztucznych dzięki swoim właściwościom wypierają materiały tradycyjne.

W tym przypadku szczególnie ze względu na dużą odporność na działania czynników atmosferycznych (odporność na korozję) oraz dużo mniejszą wagę (koszty instalacji i systemu zawiesi) systemy z tworzyw sztucznych wypierają instalacje żeliwne do niedawna używane jako jedyne w takich instalacjach. Obecnie najpopularniejsze są na rynku systemy odwodnień z PE, dostępne są też systemy z PVC-U i PP oraz z żywic wzmacnianych włóknem szklanym GRP.

Producenci oferujący takie systemy dają inwestorowi również wsparcie w zakresie doboru elementów instalacji i całego systemu zawiesi, co podobnie do innych zastosowań daje gwarancję jakości i pewność eksploatacji takich odwodnień. Instalacje takie w połączeniu z kanalizacją deszczową i systemami drenarskimi dają zatem możliwość zaprojektowania kompletnego systemu odbioru wód deszczowych z jezdni, powierzchni utwardzonych i gruntu w oparciu o rozwiązania z tworzyw sztucznych.

Zagospodarowanie wody deszczowej i retencja ścieków

Zagospodarowanie wód deszczowych staje się obecnie jednym z największych problemów ze względu na zwiększającą się ilość powierzchni utwardzonych oraz konieczność oddzielenia kanalizacji deszczowej od sanitarnej. Zbiorniki retencyjne to mniej popularne zastosowanie rur do tworzenia obiektów lub układów obiektów, których głównym zadaniem jest retencja ścieków deszczowych i sanitarnych.

Obecnie z tworzyw sztucznych buduje się również układy retencyjne i układy rozsączania zbudowane z tzw. skrzynek rozsączających. To ciekawe, modułowe rozwiązanie, jest doskonałym przykładem zastosowania tworzyw sztucznych do budowy infrastruktury podziemnej (a do takiej należą również układy retencyjne). Zakres zastosowań skrzynek jest bardzo szeroki i obecnie stosowane są już jako studnie chłonne, systemy rozsączania wód deszczowych z obiektów i placów utwardzonych oraz jezdni i obiektów mostowych.

Systemy dystrybucji gazu

Wprowadzenie do użytku tworzyw sztucznych otworzyło ogromne pole możliwości w zakresie rozbudowy sieci dystrybucyjnych i przesyłowych paliw gazowych. W tym zakresie najważniejszą rolę odgrywają systemy PE, w niektórych krajach europejskich (Beneluks) stosowane jest również PVC-U, a z innych tworzyw sztucznych stosowanych w sieciach gazowych sporadycznie pojawia się też PA (poliamid).

Pierwsze zastosowanie rur PE w Polsce do budowy sieci gazowych to początek lat 70-tych XX wieku. Obecnie jest to podstawowy materiał do budowy sieci gazowych. Dzięki nieustannym udoskonaleniom technologii produkcji zarówno surowca jaki i rur oraz kształtek, dzisiaj systemy PE stosowane mogą być do ciśnień roboczych aż do 1,0 MPa, pokrywając zakres ciśnień roboczych od niskiego, poprzez średnie, aż do średniego podwyższonego. Zgodnie z tendencjami w zakresie produkcji surowców, podobnie i w praktyce instalacyjnej najczęściej stosowany jest już polietylen klasy PE100, którego zastosowanie w miejsce polietylenu klasy PE80 zapewnia podniesienie parametrów sieci w zakresie:

• bezpieczeństwa - większa odporność na szybką i powolną propagację pęknięć,
• wytrzymałości mechanicznej - w praktyce daje możliwość zamiany PE80 w typoszeregu SDR11 (grubsze ścianki) przez bardziej wytrzymały PE100 w typoszeregu SDR17,6 (cieńsze ścianki),
• walorów eksploatacyjnych - zwiększenie wydajności dzięki większym przekrojom użytkowym rur wynikającym ze zmniejszonej grubości ścianek rur PE100,
• obniżenia kosztów budowy - korzystniejsza cena, krótsze czasy zgrzewania i koszty robocizny związane z montażem rur gazowych PE100 w miejsce PE80.

Bogactwo oferty wyrobów dostępnych na rynku przeznaczonych do budowy sieci przesyłania paliw gazowych obejmuje średnice rur od 25 mm aż do 500 mm. W komplecie z szeroką gamą kształtek elektrooporowych i bosych daje to nieograniczone możliwości w projektowaniu doborze i budowie rurociągów zarówno przesyłowych jak i rozdzielczych.

JL
oprac. na podst. Tworzywa sztuczne w sieciach zewnętrznych. PRiK, Toruń 2015