Pod niektórymi z nich (o zgrozo!) podpisała się Rada Naukowo-Techniczna przy Z.W. i K. w Szczecinie, której członkami są ludzie z tytułami naukowymi (materiał ten można znaleźć na stronie internetowej http://www.zwik.szczecin.pl/Prasowka/glos_nie_wydrukowane.htm). Niniejszy artykuł jest głosem w sprawie, którego celem jest wyjaśnienie nierzetelnych informacji na temat rur PE, jakie były brane pod uwagę przy wyborze materiału do budowy magistrali wodociągowej w Szczecinie. W dalszej części czasopisma zamieszczony został artykuł szerzej traktujący temat wykorzystania rur PE do budowy magistral wodociągowych.
?Negatywną ważną cechą? polietylenu podniesioną przez Radę Naukowo-Techniczną jest spadek sztywności obwodowej rury, wraz z upływem lat. Po 50 latach jej wartość spada do 20% wartości początkowej. Jest to prawdą, ale dotyczy ona rur grawitacyjnych, a nie rur ciśnieniowych. Magistrala wodociągowa jest przewodem ciśnieniowym i w związku z tym istotnym parametrem rury PE jest jej długotrwała wytrzymałość na ciśnienie hydrostatyczne. Ze względu na ten parametr grubość ścianki rury jest na tyle duża, że sztywność obwodowa (prawie w każdym przypadku) nie jest kryterium branym pod uwagę podczas doboru rury. W przypadku przedmiotowej magistrali rozważano zastosowanie rury PE100 SDR 17, której sztywność obwodowa dwukrotnie przekracza sztywność obwodową rur kanalizacyjnych typu ciężkiego. Należy przy tym pamiętać, że ciśnienie wewnętrzne równoważy część obciążenia zewnętrznego. Przymiotnik ?negatywny?, powinien w tym przypadku (moim zdaniem), być połączony z ?merytoryczną oceną Rady?.
Następną kwestią jest współczynnik bezpieczeństwa. Dla rur PE wynosi on 1,25, a dla rur z żeliwa sferoidalnego z powłoką poliuretanową 3,0. Mniejsza wartość współczynnika bezpieczeństwa nie oznacza, że rury te są gorsze, ale że właściwości materiału i stopień jego znajomości pozwalają na optymalizację konstrukcji przy zachowaniu zakładanej trwałości dla przyjętych warunków eksploatacyjnych. Dla rur PE założeniem projektowym jest ich minimum 50-cio letnia trwałość. Należy tutaj zauważyć, że polietylen dużej gęstości (HDPE) jest używany do produkcji rur do wody od początku lat 60. XX wieku. Dotychczasowe doświadczenia eksploatacyjne potwierdzają słuszność tego założenia. Co więcej, wyniki ostatnich badań polietylenu klasy PE100 pozwoliły stwierdzić (zastosowano metodę ekstrapolacji), że trwałość eksploatacyjna rur wykonanych z tego materiału przekracza 100 lat [1]. Fakt ten znalazł już nawet odzwierciedlenie w niemieckiej normie DIN 8075. Historyczny argument 100-120-letniej (a nawet 200-letniej) trwałości rur żeliwnych dotyczy rur z żeliwa szarego, a nie rur z żeliwa sferoidalnego. Żeliwo sferoidalne jest zaledwie o 5 lat starsze od polietylenu HDPE: pierwszy materiał wynaleziono w 1948 r. a drugi w 1953 r. Rury z żeliwa sferoidalnego były wprowadzane na rynek w drugiej połowie lat 50., a rury z polietylenu HDPE w 1962 r. Jednakże problemem nie jest trwałość samych rur, lecz ich połączeń. Przy łączeniu rur żeliwnych stosowane są uszczelki gumowe i to ich trwałość również będzie wpływała na niezawodność całego rurociągu. Rury PE łączone są metodą zgrzewania, która zapewnia jednorodność materiałową (całe połączenie wykonane jest z polietylenu). Oczywiście, jakość każdego połączenia będzie zależała od jakości użytych rur i technologii montażu. W związku z powyższym argument większej trwałości rur z żeliwa sferoidalnego w porównaniu do rur z PE100 jest nieuzasadniony.
Przy okazji dyskusji wartości współczynnika bezpieczeństwa Rada Naukowo-Techniczna podnosi kwestie ?wysokiego bezpieczeństwa pracy magistrali wodociągowej, nawet przy chwilowych wzrostach ciśnienia w rurociągu do 30 barów, które mogą wystąpić podczas uderzenia hydraulicznego?. Stanowisko takie dowodzi, że Rada nie analizowała, a jedynie szukała argumentów na NIE dla polietylenu. Ze względu na lepkosprężyste właściwości polietylenu i małą wartość jego modułu elastyczności, co Rada w swoim stanowisku traktuje jako cechę negatywną, prędkość rozchodzenia się fali ciśnienia w rurach PE jest odpowiednio niższa. Skutkiem tego są proporcjonalnie mniejsze przyrosty ciśnienia, w wyniku wystąpienia uderzenia hydraulicznego i mniejsze zagrożenie uszkodzenia rurociągu, w wyniku wystąpienia tego zjawiska. Badania prowadzone w kraju (np. na Politechnice Warszawskiej przez prof. dr hab. Marka Mitoska) [2] i na świecie [3] potwierdzają ten fakt. Jeżeli miałoby to być jedynym kryterium wyboru materiału rury, to powinien być wybrany polietylen.
Bardzo ważnym argumentem w dyskusji jest hydraulika rurociągu. W przypadku rury z żeliwa sferoidalnego z powłoką z poliuretanu DN 700, przepustowość wynosi 55.100 m3/d, a dla rury PE tylko 49.700 m3/d. Przy ocenie tego argumentu wydaje się to o tyle dziwne, że chropowatość powierzchni wewnętrznej rur PE nie jest większa, niż chropowatość powłoki poliuretanowej w rurach żeliwnych, a wzrost oporów liniowych ze względu na występowanie wypływki wewnętrznej (powstającej podczas zgrzewania doczołowego rur PE) jest nie większy, niż 3% (istnieją techniczne możliwości usunięcia wypływki). Przyjmując, że do budowy rurociągu byłaby użyta rura PE 100 SDR 17 o średnicy zewnętrznej 800 mm i grubości ścianki ok. 50 mm (jej wartość może wahać się w granicach 47,4 ÷ 52,3 mm), to jej przepustowość powinna być na poziomie porównywalnym z rurą z żeliwa sferoidalnego z powłoką poliuretanową. Do oceny rzetelności tego argumentu konieczne jest zapoznanie się z procedurą obliczeniową oraz przyjętymi założeniami i wartościami współczynników chropowatości.
W dyskusji przewija się też informacja o zmianie wytycznych m.in. w zakresie warunków stosowania rur PE do budowy wodociągów na terenie ZWiK w Szczecinie. Ustalono, że do budowy rurociągów o średnicach większych od DN 200 należy używać rur żeliwnych. Podstawą tej decyzji miało być zmniejszenie średnic projektowanych magistral (skutek spadku zużycia wody) i agresywność wody. Nie są to powody, dla których należy rury PE zastępować rurami żeliwnymi. Dalej wymieniane są negatywne doświadczenia eksploatacyjne z magistralami PE o średnicach powyżej 225 mm i długi czas usuwania awarii rurociągu z PE spowodowany koniecznością jego osuszenia. Osuszać nie trzeba całego rurociągu, a zastosowanie odpowiedniej technologii naprawy oznacza skrócenie czasu usuwania awarii. Negatywne doświadczenia eksploatacyjne z rurociągami z PE należałoby zestawić z doświadczeniami z eksploatacji rurociągów wykonanych z innych materiałów. Jednakże stosunkowo szybki okres wystąpienia awarii (kilka lat od wykonania rurociągu) pozwala stwierdzić z dużym prawdopodobieństwem, że były one spowodowane czynnikami zewnętrznymi lub złym wykonawstwem (niedostateczny nadzór nad realizacją inwestycji lub stosowanie złych procedur).
W dyskusjach toczonych poza Radą Naukowo-Techniczną przy ZWiK w Szczecinie (np. list dyrektora zarządzającego Von Roll Hydrotec Polska i Von Roll Hydrotec Prenzlau p. Klausa Winsela do redaktora ?Głosu Szczecińskiego? p. Mariusza Parkitnego), przywoływane są również argumenty o konieczności stosowania ?specjalnej obsypki? zapobiegającej uszkodzeniu rury PE podczas jej układania w gruncie. Zgodnie z nowoprzyjętą normą PN-ENV 1046:2002(u), rury z tworzyw sztucznych, w tym również rury PE, mogą być układane w większości gruntów bez stosowania ?specjalnych obsypek?. Tym samym argument o zwiększeniu nakładów inwestycyjnych związanych z koniecznością wymiany gruntu nie jest uzasadniony.
Przedstawione wyżej argumenty pokazują, że wybór rur z żeliwa sferoidalnego z wewnętrzną wykładziną poliuretanową do budowy II nitki magistrali wodociągowej Miedwie-Kijewo nie był dokonany z należytą starannością. Wybór rur PE pozwoliłby, wg ?Głosu Szczecińskiego?, zaoszczędzić blisko 2,5 mln euro. Nie przesądzając o słuszności podjętych ostatecznie decyzji, mam nadzieję, że przy następnych projektach decyzje będą podejmowane przez kompetentne osoby i w oparciu o rzetelne informacje.

BIBLIOGRAFIA:
[1] .Brömstrup H.: PE100 Pipe Systems, wyd. 2, Vulkan-Verlag, Essen 2004, Niemcy, str. 25.
[2] .Mitosek M., Roszkowski A.: Empirical study of water hammer in plastics pipes, Konferencja Plastics Pipes X, 14-17 Września 1998, Goeteborg, Szwecja, str. 233-248.
[3] .Janson L-E.: Plastics pipes for water supply and sewage disposal, wyd. 4, Sztokholm 2003, Szwecja, str. 141-145.

W imieniu Stowarzyszenia PE100+
Andrzej Roszkowski - ARC