1. Definície a vlastnosti polyetylénu

Posted in Inštalácia a zváranie HDPE systému

Tento technický manuál, v súlade s STN, ISO a EN normami, používa nasledovné miery: 

dn Menovitý priemer
(nominal diameter)
Priemer PE rúry alebo tvarovky, v mm
en Menovitá hrúbka steny
(nominal wall thickness)

Minimálna hrúbka steny PE rúry alebo tvarovky, v mm

de Menovitý vonkajší priemer
(nominal outside diameter)
Vonkajší priemer meraný z ktoréhokoľvek bodu obvodu PE rúry alebo tvarovky
dem stredný vonkajší priemer
(mean outside diameter)
Podiel nameraného vonkajšieho obvodu rúry alebo hladkého konca tvarovky v ľubovoľnom mieste prierezu a čísla π (=3,142), v mm
SDR Štandardný rozmerový pomer
(standard dimensions ratio)
Pomer priemeru rúry dn a hrúbky steny en
DN Menovitá svetlosť DN
(nominal size DN)
Vzťahuje sa na fyzikálny rozmer svetlosti alebo vonkajšieho priemeru pripájacích koncov v mm
S

Rúrový rad

Zaradenie rúr podľa ISO 4065
PN Menovitý tlak
(nominal pressure)
Zodpovedá maximálnemu trvalému tlaku v baroch, pri preprave vody s teplotou 20 ºC s minimálnym koeficientom bezpečnosti
MAOP Maximálny prevádzkový tlak
(maximum allowed operating pressure)
Maximálny tlak tekutiny v potrubí povolený na trvalé používanie, v MPa alebo v baroch
MRS Minimálna požadovaná pevnosť
(minimum required strenght)
 
C Celkový prevádzkový koeficient bezpečnosti(overall service coefficient) Zohľadňuje prevádzkové podmienky a vlastnosti potrubného systému ako vlastnosti v dolnej hranici intervalu spoľahlivosti
σs Konštrukčné napätie(design stress) Dovolené napätie v MPa, je podielom MRS a C
MFR Hmotnostný index toku taveniny
(melt-mass flow rate)
Hodnota v gramoch za jednotku času (g/10 min) vzťahujúca sa na viskozitu roztaveného materiálu pri špecifikovanej teplote a zaťažení
D Nominálny vonkajší priemer oceľovej rúry Nominálny vonkajší priemer oceľovej rúry, v palcoch (inch)
G Priemer plynového závitu
 
Priemer závitu, v palcoch

1.1 Vlastnosti polyetylénu

Polyetylénové rúry sú vyrobené z lineárneho (vysoko hustotného) polyetylénu (iné označenia PE, PEHD, HDPE). PE materiály musia garantovať tzv. MRS (minimálnu požadovanú pevnosť) materiálu. Tento parameter vyjadruje 50 ročnú životnosť používania rúr pri referenčnom prevádzkovom tlaku a teplote max. 20°C.

V praxi však je tento teoretický prevádzkový tlak ponížený o tzv. bezpečnostný koeficient (C) a prípadne o redukčný koeficient pre teplotu média do 40°C. Každý typ MRS má konštrukčné napätie σs, ktoré je odvodené od bezpečnostného koeficienta C. Udáva sa v MPa.

U potrubia určeného na rozvody vody musí mať koeficient bezpečnosti minimálnu hodnotu C = 1,25 (podľa STN EN 12201), kým hodnota koeficientu bezpečnosti plynového potrubia je C=3,25.Špecifikácia materiálu potrubí/tvaroviek sa označuje pomocou skratky PE odvodenej od hodnoty MRS násobenej 10.  

  Najmenšia požadovaná pevnosť Konštrukčné napätie
Špecifikácia MRS v MPa* σs vody v MPa σs plynu v MPa
PE 80 8,0 6,3 2,4
PE 100 10,0 8,0 3,1

 * 1MPa = 10 bar

1.2 Vzťah medzi SDR, sériou S a tlakovou radou PN 

Hodnota SDR (štandardný pomer) vyjadruje vzťah medzi priemerom dn a hrúbkou steny en rúry/tvarovky. Označenie série S je odvodené od hodnoty SDR: S = (SDR-1)/2.  

SDR 26 17 11 9 7,4
S 12,5 8 5 4 3,2
PE 80 PN 5 PN 8 PN 12,5 PN 16 PN20
PE 100 PN 6 PN 10 PN 16 PN 20 PN 25

1.3 Prevádzkové tlaky PE potrubí 

Polyetylén je materiál s viskozitnoelastickými vlastnosťami, čo znamená, že mechanická odolnosť PE sa znižuje so zvyšovaním prevádzkovej teploty. V nasledujúcej tabuľke sú uvedené hodnoty maximálneho prevádzkového tlaku (MAOP - Maximum Allowed Operating Pressure), ktoré sa odvíjajú od teploty prepravovanej kvapaliny.

 

°C Maximálny prevádzkový tlak podľa teploty prepravovanej kvapaliny(bar)
  Tlaková rada PN
20 6,0 8,0 10,0 12,5 16,0 20,2 25,0
30 5,2 7,0 8,7 10,9 13,9 17,4 21,8
40 4,4 5,9 7,4 9,3 11,8 14,8 18,5

 PE materiál je však schopný znášať aj vyššie teploty, bez tlaku trvalo až 80 °C, ktoré sú krátkodobo prekročiteľné. Pri prevádzke za vyšších teplôt a s plným tlakom je ale potrebné počítať so znížením životnosti rúr. Pri nižších teplotách sa životnosť predlžuje. Do -20°C nedochádza ku krehnutiu materiálu. Pri preprave iných médií ako vody je potrebné pamätať na to, že životnosť potrubia môže s rastúcou teplotou klesať oveľa výraznejšie. PE materiál sa môže použiť aj pre podtlakové aplikácie, kde je možné bežne pracovať pri podtlaku 0,08 MPa (0,8 bar), t.j. pri absolútnom tlaku 0,02 MPa/20°C. 


Príklad:Pre výpočet maximálneho prevádzkového tlaku sú dôležité hodnoty:

 MRS (Minimum Required Strength):

Pre PE 80 je MRS 8,0 MPa

Pre PE 100 je MRS 10,0 MPa 

SDR (Standard Dimensions Ratio)

SDR = de /en(de je vonkajší priemer, en je hrúbka steny rúry). Rúry sa vyrábajú v normou stanovených radách SDR.

C (bezpečnostný koeficient) 

Výpočet max. prevádzkového tlaku (Maximum Allowed Operating Pressure MAOP):      MAOP= 2*MRS /  (SDR-1)*C  (v MPa) 


 Príklad výpočtu prevádzkového tlaku pre rúru SDR 17 vyrobenú z PE 100 pre C = 1,25   MRS pre PE 100 = 10 MPa

MAOP = 2*10/(17 - 1)*1,25 = 1,00 MPa

Maximálny prevádzkový tlak tejto rúry pri 20 °C a 50 rokoch životnosti bude 1,00 MPa, t.j. 10,0 bar.

1.4  Priemery rúr/tvaroviek podľa STN EN 12201

 

  SDR 26S 12,5 SDR 17S 8 SDR 11S 5 SDR 7,4S 3,2
PE 80 PN 5 PN 8 PN 12,5 PN 20
PE 100 PN 6 PN 10 PN 16 PN 25
dn Hrúbka en v mm
20 -- -- 2,0 3,0
25 -- -- 2,3 3,5
32 -- 2,0 3,0 4,4
40 -- 2,4 3,7 5,5
50 2,0 3,0 4,6 6,9
63 2,5 3,8 5,8 8,6
75 2,9 4,5 6,8 10,3
90 3,5 5,4 8,2 12,3
110 4,2 6,6 10,0 15,1
125 4,8 7,4 11,4 17,1
140 5,4 8,3 12,7 19,2
160 6,2 9,5 14,6 21,9
180 6,9 10,7 16,4 24,6
200 7,7 11,9 18,2 27,4
225 8,6 13,4 20,5 30,8
250 9,6 14,8 22,7 34,2
280 10,7 16,6 25,4 38,3
315 12,1 18,7 28,6 43,1
355 13,6 21,1 32,3 48,5
400 15,3 23,7 36,4 54,7

1.5 Použitie

Plastové PE rúry sa dodávajú ako kusový tyčový materiál v dĺžke 4 až 12 metrov. Výhodou je možnosť dodania rúr do priemeru 90 mm ako náviny v dĺžke 50 až 100 m (v závislosti od priemeru), ktorých použitie výrazne znižuje časové i materiálové náklady pokládky. Pre rozvody vody sa používajú rúry čiernej farby s modrým pásikom alebo modré, pre rozvody plynu so žltým pásikom alebo žlté, prípadne oranžové.

PE potrubia je možné použiť na prepravu potravín, rôznych chemikálií, stlačeného vzduchu a iných plynov. Prepravovať sa môžu aj tekuté a sypké látky, u ktorých nehrozí nebezpečenstvo vzniku elektrostatického náboja. Nedoporučuje sa používať PE potrubia na dopravu pitnej vody v zeminách silne kontaminovaných organickými látkami. PE rúry sa môžu tiež použiť na stavbu tlakovej a podtlakovej kanalizácie. Sú vhodné pre rozvod väčšiny chladiacich médií. Vysoká pružnosť rúr a možnosť ich dodania v návinoch umožňuje ich vťahovanie do potrubí z rôznych materiálov alebo do chráničiek.


1.6 Chemická odolnosť

♦ PE potrubie je v zásade vhodné na prepravu všetkých látok, ktoré neporušujú materiál rúr.

♦ Je odolné voči pôsobeniu bežných dezinfekčných koncentrovaných prostriedkov.

♦ Odoláva tiež pôsobeniu bežných zložiek pôdy vrátane umelých hnojív. Nie je odolné dlhodobému pôsobeniu koncentrovaných ropných produktov.

♦ Prepravované médium môže mať pH v rozmedzí 2 až 12, t.j. vody môžu vykazovať kyslú aj  zásaditú reakciu.

♦ PE potrubie nehrdzavie a nezarastá (inkrustácia)! Ak je potrebné určiť chemickú odolnosť rúr, rúra sa musí hodnotiť podľa ISO 4433-1: 1997 a ISO 4433-2: 1997. 


1.7 Ďalšie mechanické vlastnosti, ťahová zaťažiteľnosť

♦ Základnou mechanickou vlastnosťou PE rúr je pružnosť. Vďaka svojej pružnosti sú schopné odolávať krátkodobým preťaženiam aj dynamickému zaťažovaniu lepšie ako tuhé rúry.

♦ HDPE potrubia majú vysokú odolnosť voči sadaniu zeminy a technickej seizmicite.

♦ Nezanedbateľným fyzikálnym parametrom PE je vysoká tepelná rozťažnosť, asi 10 až 15 krát väčšia ako u známych kovov. PE je síce zlý vodič tepla, potrubie je však potrebné izolovať proti zamŕzaniu aj prehriatiu.

♦ Aj keď je PE ako materiál pomerne mäkký, rúry sú vysoko odolné proti odreniu (abrázii), nepoškodia sa preto pevnými časticami obsiahnutými v prepravovanom médiu ani prepravovanými  sypkými látkami.

♦ Takisto aj nasiakanie PE je zanedbateľné, čo znamená, že nemôže dôjsť k bobtnaniu, zmene rozmerov alebo k poškodeniu stien vplyvom zmrznutia vsiaknutej vody do rúry.

♦ PE nevedie elektrický prúd, čo zaručuje absolútnu odolnosť proti korózii vyvolanú účinkom bludných prúdov. Zároveň to znamená, že PE potrubia sa nedajú rozmrazovať za pomoci elektrického prúdu, že sú pod zemou ťažšie zistiteľné ako napríklad liatinové rúry a že sa nedajú použiť ako uzemňovacie.

♦ plastové rúry z HDPE sa dajú zaťažiť ťahovou silou na 1 cm2 plochy rezu rúry (pri 20 °C):PE 80 - 0,799 kN (cca 80 kp) PE 100 - 1,0 kN (cca 100 kp) 


 

1.8 Životnosť

Predpokladaná životnosť PE potrubia je 100 rokov.V molekulárnej štruktúre plastických hmôt, vystavených trvalému pôsobeniu napätia, dochádza k javu, ktorý nazývame relaxácia, a ktorý spočíva v pomalej orientácii molekúl. Výsledkom je pokles pevnostných vlastností materiálu. Je to jav za normálnej teploty veľmi pomalý. So zvyšujúcou sa teplotou pevnosť klesá rýchlejšie. V rámci skúšok vhodnosti každého materiálu pre tlakové použitie sú stanovené pevnostné charakteristiky. Ide o hodnoty získané z dlhodobých laboratórnych skúšok, dnes už overené aj praktickým nasadením. Sú uvedené v príslušných normách. Z týchto pevnostných charakteristík vyplýva max. povolený prevádzkový tlak v závislosti od teploty a času.Hrúbky stien rúr sú stanovené tak, aby ešte na konci plánovanej životnosti rúr, trvale prevádzkovaných pri plnom tlaku a pri teplote 20° C, ich pevnosť dosahovala hodnoty potrebné pre spoľahlivú funkčnosť tlakovej rady pri maximálnom prevádzkovom tlaku a s predpísaným bezpečnostným koeficientom. Ak nie je potrubie používané počas celej doby pri maximálnom tlaku, a prevádzková teplota je nižšia, dochádza de facto k predĺženiu životnosti. 


 

1.9 Recyklácia

Polyetylén je zatriedený podľa Katalógu odpadov vyhlášky  MŽP SR č. 284/2001 Z.Z. do kategórie odpadový plast pod katalógovým číslom 070213 ako odpad ostatný. Neznečistené kusy rozvodov sú 100 % recyklovateľné.  Znečistené kusy, ktoré nie je možné očistiť, je možné  zneškodniť spaľovaním v spaľovni.


1.10 Systém PE rozvodov

Systém PE rozvodov pre vodovodnú sieť pozostáva z nasledujúcich súčastí: 

  • Rúry Všetky potrebné informácie o parametroch PE rúr definuje STN 64 3041-2 „Plastové potrubné systémy z polyetylénu (PE ) na zásobovanie vodou. Rúry“.  
  • Tvarovky Všetky  potrebné  informácie o parametroch tvaroviek sú obsiahnuté v  STN 64 3041-3 „Plastové potrubné systémy z polyetylénu (PE) na zásobovanie vodou. Tvarovky“.  
  • Armatúry Súčasti uzatvárajúce alebo regulujúce prietok a tlak, napr. uzatváracia armatúra, regulačná armatúra, redukčný ventil, vzdušník, spätná klapka, hydrant.