Stowarzyszenie PE100+

Zastosowanie tworzyw sztucznych do przesyłania gazu i wody
W ubiegłym wieku, we wczesnym etapie rozwoju gazownictwa, do produkcji rur stosowane były wyłącznie metale. Początkowo było to żeliwo szare, następnie żeliwo sferoidalne, stale niskostopowe i w końcu stale wysokojakościowe. Po raz pierwszy tworzywa sztuczne zastosowano w USA, gdzie w efekcie przeprowadzonych badań powstały sieci przesyłowe z ABS, PVC, PA i PE. Spośród wszystkich przebadanych, ocenionych i zastosowanych w rurociągach gazowych tworzyw sztucznych, jedynie polietylen sprawdził się z bardzo dobrymi wynikami, dzieki swojej wyjątkowej odporności na wszelkiego rodzaju uszkodzenia, mogące wystapić w trakcie eksploatacji (w tym odporności na korozję, spowodowaną prądami błądzącymi - szczególnie istotny problem w warunkach miejskich), a także dzięki brakowi kruchości. Ponadto rury PE okazały się być doskonałą alternatywą dla innych materiałów z uwagi na:
łatwość transportu i montażu, dzięki elastyczności i niskiej wadze;
szczelność instalacji, dzięki możliwości zgrzewania i wyeliminowania połączeń mechanicznych;
długą żywotność przy niskich kosztach operacyjnych;
możliwość renowacji istniejących rurociągów przy zastosowaniu technik bezwykopowych;
dużą odporność chemiczną.

W przypadku dystrybucji wody sięgającej początków ubiegłego tysiąclecia, lista stosowanych materiałów jest jeszcze dłuższa, poczynając od metali i drewna, poprzez wszystkie rodzaje materiałów ceramicznych, a kończąc na ostatnio stosowanych tworzywach sztucznych. Obecnie stosuje się zarówno tworzywa sztuczne, jak i inne materiały, a wybór jest uzależniony od lokalnej sytuacji rynkowej, przy czym polichlorek winylu (PVC) oraz polietylen (PE) stanowią znaczącą część tego rynku. Początkowo stosowanie polietylenu było ograniczone do niskociśnieniowego przesyłania gazu oraz wody. Pod koniec lat osiemdziesiątych PE80 był standardowym materiałem w takich zastosowaniach, zwłaszcza w rurociągach o małych średnicach.

Polietylen PE100 - nowe możliwości w przesyłaniu gazu i wody

Wprowadzenie materiału PE100 około 12 lat temu pozwoliło końcowym odbiorcom na wykorzystanie nowych możliwości, co wcześniej nie było możliwe z powodu technicznych i ekonomicznych ograniczeń dobrze znanego materiału klasy PE80. Gazownictwo poszukiwało takiego typu polietylenu, który byłby w stanie bezpiecznie wytrzymać ciśnienie powyżej 4 czy 5 bar bez ryzyka wystąpienia szybkiej propagacji pęknięć (RCP). Materiał PE100 oferował tę możliwość, stąd też firmy, takie jak British Gas (UK) i Electrabel (B), prawie natychmiast zaczęły wykorzystywać go do swojej średniociśnieniowej dystrybucji gazu (5-7 bar). Kilka lat później pozostałe kraje, w tym Polska, poszły ich śladem i obecnie polietylen PE100 stosowany jest w dystrybucji gazu ziemnego pod ciśnieniem do 10 bar.
Dla celów przesyłania wody poszukiwano ciągle materiału na rury o większej średnicy, które wytrzymywałyby wyższe ciśnienia lub posiadałyby większą przepustowość hydrauliczną. Zastosowanie PE100 umożliwiło osiągnięcie takich efektów, jak: większej o 25% długotrwałej wytrzymałości, obniżenie grubości ścianek, zwiększenie ciśnienia nominalnego, a co za tym idzie - uzyskanie wyższej konkurencyjności w stosunku do materiałów tradycyjnych, jak stal czy żeliwo.

Gwarancja jakości rur z PE100

Polietylen klasy PE100 ma bardzo dobrą opinię jako materiał gwarantujący niezawodną eksploatację rurociągu w ekstremalnych warunkach. Aby zagwarantować odpowiednie właściwości, istotne jest przyjęcie ostrych kryteriów kontroli jakości, zgodnych ze specyfikacjami określonymi przez użytkowników, jak również z krajowymi i międzynarodowymi normami, wyznaczającymi wymagania, które muszą być spełnione przez materiał PE100.
Obecnie wszystkie obowiązujące normy zostały zastąpione przez normy europejskie, określające jednakowe minimalne wymagania, stawiane materiałom PE100.
Niestety, normy te opierają się na serii kompromisów, które nie zawsze spełniają wysokie wymagania, stawiane przez użytkowników, zwłaszcza, że nie jest obowiązująca systematyczna kontrola jakości.
Stąd też trzech wiodących producentów polietylenu postanowiło utworzyć wspólnie Stowarzyszenie PE100+, którego celem jest oferowanie "dodatkowego bezpieczeństwa" poprzez podniesienie wymagań stawianym materiałom PE100 powyżej tych określonych przez przyszłe normy europejskie (CEN).
Stowarzyszenie PE100+ zostało powołane 24 lutego 1999 przez firmy: Basell (a właściwie przez jej poprzednika), Borealis i Solvay Polyolefins Europe SA. Późniejszymi członkami zostali: Atofina (w 2000 roku) i DSM (początek 2001 roku).

Podstawy działania Stowarzyszenia

Z punktu widzenia Stowarzyszenia PE100+, podstawą zaakceptowania danego materiału i umieszczenia go na "liście materiałów pozytywnych" jest spełnienie wymagań, określonych przez ISO i CEN oraz dodatkowych wymagań, określonych przez Stowarzyszenie, dotyczących trzech podstawowych parametrów rur. Wszystkie materiały poddawane badaniom muszą odpowiadać wymaganiom norm
EN 1555-1 i ISO 4437 lub EN 12201-1 i ISO 4427. Aby spełnić te wymogi, należy udostępnić całą dokumentację, potwierdzającą długotrwałą wytrzymałość przy naprężeniu przynajmniej 10 MPa w temperaturze 20oC przez okres
50 lat, zgodnie z ISO 12162.
Stowarzyszenie PE100+ organizuje również regularne kontrole trzech krytycznych parametrów, zapewniających prawidłową i bezpieczną eksploatację rur PE100.

Parametrami tymi są:
Odporność na pełzanie (Creep Rupture Strength) - sposób przeprowadzenia testów opisany jest w normie ISO 1167 oraz EN 921. Normy te wymagają, aby minimalny czas do zniszczenia próbki wynosił 100 godzin - Stowarzyszenie podwoiło te wymagania.
Odporność na powolny wzrost pęknięć (Stress Crack Resistance) - to badanie opisane jest w normie
ISO 13497. Normy ISO/EN zakładają minimalny czas trwania próby do zniszczenia rury, nie mniejszy niż 165 godzin - Stowarzyszenie podwyższyło wymagania dla swoich członków do poziomu minimum 500 godzin.
Odporność na szybką propagację pęknięć (Resistance to Rapid Crack Propagation) - próba opisana jest w normie ISO 13477 i nosi nazwę próby S4. Wymagania norm ISO/EN przedstawia wzór na wartość ciśnienia krytycznego PcS4 zamieszczony w tabeli. Stowarzyszenie przyjęło minimalną wartość ciśnienia krytycznego na poziomie 10 bar.

Wszystkie testy przeprowadzane są na rurach o średnicy 110 mm z szeregu wymiarowego SDR 11.
Dodatkowo celem Stowarzyszenia PE100+ jest ustanowienie wyższych wymagań dla trzech wcześniej wspominanych parametrów, w porównaniu z normami CEN, z następujących powodów:
Materiały PE100 przeznaczone są do dystrybucji gazu i wody pod wyższym ciśnieniem roboczym. Prowadzenie badań nad zachowaniem się materiału w sytuacji gwałtownej propagacji pęknięć gwarantuje bezpieczną eksploatację rurociągu. Polietyleny klasy PE80 są tego dowodem od wielu lat.
Prowadzenie badań odporności na pełzanie i działanie karbu zapewnia wzięcie pod uwagę dwóch możliwych rodzajów uszkodzeń rurociągów: deformacji i starzenia się (SCG-Slow Crack Growth = wolna propagacja pęknięć). Aby w sposób przyspieszony oszacować zjawisko SCG w materiale rurowym PE, zaprojektowany okres życia 50 lat jest przedstawiony przez krzywą regresji. Zjawisko SCG badane jest w tzw. teście odporności na działanie karbu (pipe notch test), który wykorzystuje dwa czynniki przyspieszające: wysokie temperatury i sztuczne skupienie naprężenia. Test ten przeprowadza się na próbkach rur z naciętymi karbami w kształcie litery V.

Program badań

Wszystkie badania przeprowadzane są na rurach o średnicy 110 mm typoszeregu SDR11. Zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 1, niezależne laboratoria przeprowadzają badania na serii 15 próbek rur, co siedem miesięcy, pod kontrolą międzynarodowej jednostki badawczej Gastec.
Stowarzyszenie PE100+ publikuje listę tzw. "materiałów pozytywnych"- "PE100+ Association Positive List of Materials" - które spełniają wszystkie wymagania, stawiane przez Stowarzyszenie PE100+. Należy jednak zaznaczyć, że tylko te materiały, które są regularnie kontrolowane, mogą być uwzględnione w niniejszej liście. Ponadto materiały muszą przejść pozytywnie dwa następujące po sobie testy. Procedura ta pozwala nie tylko kontrolować jakość, ale także jej powtarzalność w procesie produkcji tworzywa. Lista tych materiałów, aktualizowana w październiku 2004 roku i ważna do 31 maja 2005 roku, przedstawiona jest poniżej oraz publikowana jest na stronie internetowej Stowarzyszenia PE100+.

Marketing

Celem Stowarzyszenia PE100+ jest nie tylko zagwarantowanie wysokiej i stałej jakości, ale również aktywne działanie na rynku, promujące stosowanie rur polietylenowych, a w szczególności rur z polietylenu PE100. W praktyce odbywa się to poprzez stronę internetową Stowarzyszenia oraz organizację seminariów w różnych krajach.

Strona internetowa Stowarzyszenia PE100+

Stowarzyszenie PE100+ posiada własną stronę internetową, wyróżniającą się dwoma podstawowymi kolorami: granatowym i pomarańczowym. Kolory nawiązują do gatunków polietylenu klasy PE100, stosowanych głównie do przesyłania wody oraz gazu.
Na stronie internetowej dostępne są ogólne informacje na temat Stowarzyszenia, włącznie z sekcją FAQ (najczęściej zadawane pytania) i Q&A (pytania i odpowiedzi), wszelkie materiały i broszury z ostatnich seminariów, organizowanych przez Stowarzyszenie, a przede wszystkim lista materiałów pozytywnych - "PE100+ Association Positive List of Materials".

Seminaria

Stowarzyszenie PE100+ wciąż otrzymuje sygnały, że nadal istnieje potrzeba stałego informowania klientów, zwłaszcza w branży przesyłania wody, o korzyściach, płynących ze stosowania systemów rurowych, wykonanych z materiału klasy PE100. Stąd też Stowarzyszenie PE100+ kontynuuje organizowanie seminariów w różnych państwach świata. Celem tych spotkań jest zapoznanie z podstawowymi informacjami na temat systemów rurowych z polietylenu, wyjaśnienie różnic pomiędzy materiałami klasy PE80 i PE100, a przede wszystkim pokazanie przykładowych rozwiązań i zastosowań, które prezentowane są przez użytkowników systemów przesyłowych. Wykładowcy z różnych obszarów przemysłu poruszają też inne tematy, jak np. zgrzewanie czy badanie stanu technicznego zbudowanych już rurociągów.
Poprzednie seminaria odbyły się w Niemczech, Austrii, Szwajcarii, Polsce, Francji, Hiszpanii i Turcji, a ostatnio ponownie w Polsce, w dniach 3-4 marca br., w hotelu Villa Park w Ciechocinku.

Komisja doradcza

Aby na bieżąco śledzić zachowanie i oczekiwania rynku, bardzo ważne dla Stowarzyszenia są informacje zwrotne. Dlatego też Stowarzyszenie PE100+ posiada własną komisję doradczą - Advisory Committee. Spotkania tej rady organizowane są z różnych okazji, a poruszane tematy obejmują wiele zagadnień, jak np. "potrzeba istnienia Stowarzyszenia", "rola i zadania Stowarzyszenia" czy też bardziej szczegółowe dyskusje na temat systemów rurowych z polietylenu PE100 oraz ich technicznych i ekonomicznych zalet.
Rys. 1. Program badań

Podobnie jak dotychczas, tak i w przyszłości Stowarzyszenie PE100+ pozostanie otwarte dla każdego producenta, którego materiały spełniają określone wymogi i których stała jakość jest zgodna ze standardami ISO 9000. Obecni członkowie Stowarzyszenia: Basell, BP Solvay Polyethylene, Borealis, Sabic (d. DSM) oraz Total
(d. Atofina) oczekują na zgłoszenie uczestnictwa w Stowarzyszeniu od producentów polietylenu klasy PE100, zwłaszcza z krajów pozaeuropejskich.