Gömbgrafitos öntvénycsövek, -idomok ivóvízhálózatok építésében, hibajavításában.

Átírás

1 Gömbgrafitos öntvénycsövek, -idomok ivóvízhálózatok építésében, hibajavításában. 1. Előszó Jelen összefoglaló általános információkat tartalmaz a teljesség igénye nélkül- az ivóvíz-hálózatok építésében, hibajavításában alkalmazott gömbgrafitos (göv.) öntvénycsövek és idomok műszaki jellemzőire, kötéstípusaira, választékára, korrózióvédelmi rendszereire, tervezési szempontjaira, felhasználási területeire, szerelési utasítására, javítására vonatkozóan. 2. Történelmi visszatekintés A göv. csövek elődje a lemezgrafitos (öv.) öntvénycső volt. Az öv. öntvénycső a 15. században - a kohászat és öntészet fejlődése eredményeként- jelent meg. Ez is, mint a műszaki fejlesztések jelentős része a hadiipar mellékterméke volt, az első csöveket feltehetőleg ágyúöntő mesterek öntötték. Németországban a legrégebbi csővezetéket 1455-ben fektették a Dillenburgi kastélyban. A Versailles kastélypark vízi játékait-szökőkutait tápláló vezetéket ig építették ki. A karimás-tokos csövek öntése vízszintes, osztott homokformákban történt. A karusszelen elhelyezett álló homokformákba történő gazdaságosabb, folyamatos öntést 1885-től alkalmazták Németországban. A jelenleg is alkalmazott vízhűtésű kokillába történő centrifugál öntést 1926-tól vezették be. Az idomok öntése homokformákban történik. A 19. század ipari fejlődése, a városok terjeszkedése és a lakosság növekedése az ivóvízigény növekedését eredményezte. A vízhálózatok kiépítése az igényeknek megfelelően bővült, pl. Thüringiában 1883-ig kb. 120 km távvezetéket és 200 km elosztóhálózatot építettek ki. Ezen hálózat java része még 1990-ben is üzemelt. A vízhálózatok kiépítésének jelentős bővülése szükségessé tette egy egységes, a hálózatok létesítésére vonatkozó műszaki feltételrendszer elkészítését. Grahn E ban jelentette meg ezt a dolgozatot Német Birodalom városainak vízellátási módjai címmel, ami az 5000 lélekszámot meghaladó városok hálózatépítésére tartalmazott ajánlásokat az üzemelési feltételek (üzemi nyomások, nyomászónák, stb.) rögzítésével. 3. Anyagtulajdonságok Mint az előbb említettük az öv. öntvénycsövek gyártása már a 15. században elkezdődött. A göv. anyag felfedezését 1948-ban jelentette be a British Cast Iron Research Assotiation és az International Nickel Company, ipari bevezetése 1951-re datálható. Az alábbi ábrák kitűnően jelenítik meg a lemez- és gömbgrafitos öntvény közötti lényeges különbséget. lemezgrafitos gömbgrafitos öntvény

2 2 A lemezgrafitos öntvénynél -az öntvény hűlésekor- a grafit a vas alapanyagban lemezalakban dermed meg és szétszabdalja azt. Ezzel magyarázhatók a lemezgrafitos öntvény nem éppen kedvező mechanikai tulajdonságai (szakítószilárdság, szakadási nyúlás, rugalmasság, stb.), ridegsége. Az üzemeltetési körülményekből (közúti terhelés, nyomáslengések, hőmérsékletváltozás, stb.) adódó erőhatások következtében ébredő feszültségek az alapanyag szétszabdaltsága miatt egyes helyeken torlódnak és olyan feszültségcsúcsokat eredményezhetnek, melyek az anyag törését okozzák. A gömbgrafitos öntvénynél a Mg-kezelés következtében a grafit gömb alakban szilárdul meg, ez folyamatos homogén vas alapanyagot biztosít. Ennek megfelelően lényegesen kedvezőbbek az alapanyag szilárdsági tulajdonságai (szakítószilárdság min. 420 N/mm 2, szakadási nyúlás min. 10 %), az igénybevételek hatására ébredő feszültségek leépülése akadály nélkül történik, így a göv. csövek-idomok nagymértékű rugalmas a- lakváltozó képességgel rendelkeznek. Az alapanyag kiváló tulajdonságai -a végeselem számításon alapuló méretezés alkalmazásával- lehetővé tették azonos beépítési feltételek mellett (üzemi nyomás, közúti terhelés, egyéb igénybevételek, stb.) a csövek-idomok konstrukciójának könnyítését, a falvastagság, ezzel a súly csökkentését (az öv. anyagokhoz viszonyítva), a kombinált - húzásbiztos tokos kötések kifejlesztését, valamint a csövek-idomok szélesebb, extrém üzemeltetési és szerelési körülmények közötti alkalmazását is. Így vált lehetővé a magas műszaki-üzemeltetési követelményeket támasztó csővezetékek tervezése, létesítése folyómederben, suvadásos, vagy meredek (20 %-os lejtést meghaladó) terepen vezetett nyomvonali viszonyok mellett, autó-, vasúti pálya alatt keresztezéseknél, vagy kitakarás nélküli technológiák alkalmazásával. Meg kell említeni, hogy a göv. anyag a gyártói ajánlások szerinti hozaganyaggal, adott falvastagságig (max. 12 mm) előmelegítés nélkül, azon felül megfelelő előmelegítéssel (min. 150 C) kiválóan hegeszthető. 4. Gyártás A göv. tokos nyomócsövet az alábbi munkafázisok szerint gyártják: - centrifugál öntés kokillában - hőkezelés - méretre vágás, méretellenőrzés, a levágott gyűrű gyűrűhajlító vizsgálata - horganyréteg felvitele - nyomáspróba - belső cementhabarcs bevonat felvitele - cementhabarcs érlelése klímakamrában - külső korrózióvédelmi bevonat felvitele - végellenőrzések A minőségbiztosítási rendszer a gyártás minden fázisához rögzíti az ellenőrzendő paramétereket és a vizsgálati eljárásokat, ami a termékek szabvány szerinti minőségét szavatolja. A gyártók minőségbiztosítási rendszerét független vizsgáló intézmény ellenőrzi a szabvány szerint előírt időszakonként.

3 3 5. Kötéstípusok A szürkeöntvény csöveket kenderkóccal-ólommal, vagy bőrgyűrűvel csömöszölt tokos, ill. karimás csatlakozással gyártották. tokos cső rajza 1783-ból karimás cső a Versailles park csővezetékéből modernebb ólomkiöntésű csőtok A szürkeöntvény csöveknél alkalmazott merev, csömöszölt tokos kötést 1931-ben (Németország) a csavartokos kötés váltotta fel. A csavartokos kötés (DIN28601/T1-3) már egy korszerűbb, elasztikus gumitömítésű változatot képvisel. Alkalmazási területe DN80-400, max. iránytörés 3 (az átmérő növekedésével az érték csökken). További rugalmas tokos kötésként került 1936-ban (Németország) bevezetésre a tömszelencés tokos kötés (DIN28602/T1-3). Mai alkalmazási területe csak bizonyos idomoknál (pl. U-áttoló, DN ), max. iránytörés 3. A gyártók folyamatos fejlesztését követően jelentek meg a további, jelenleg is használatos tokos kötéstípusok a TYTON, STANDARD, stb. A göv. nyomócsövekre idomokra érvényes EN-545 szabványt 1994-ben adták ki. A gyártók e szabvány szerint gyártják a csöveket-idomokat. A különböző gyártóknál kifejlesztett kötéstípusok csatlakozó méretei a szabványnak megfelelnek, elvben hasonló kialakításúak, de egyes műszaki részletben, megoldásban eltérők lehetnek. A tokos kötéseknek az átmérő függvényében- a EN545 szerinti, vagy a gyártó által meghatározott belső max. üzemi nyomással (PMA), valamint vákuummal (0,1 bar absz.) és 2 bar külső hidrosztatikus nyomással szemben tömörnek kell lenniük, biztosítaniuk kell a szerelés, üzemeltetés során fellépő hossz- és szögelmozdulásokat.

4 A jelenlegi európai gyártók kötéstípus választéka (nem teljes): 4 A ma leginkább elterjedt tokos kötéstípus a TYTON -tok (DIN28603 sz.), alkalmazási terület DN , a STANDARD-tok (DIN28603 sz.), alkalmazási terület DN ) és az EXPRESS-kötés, alkalmazási terület DN A beépítési, üzemeltetési körülmények - sűrű közműrendszer, ami nem teszi lehetővé a kitámasztó betontömbök kiépítését, - 20 %-os lejtést meghaladó nyomvonal vezetés, - laza, süppedékes, mocsaras talaj, árterület, ahol a csővezeték mozgásától, szétcsúszásától, felúszásától lehet tartani, - bányaművelés alatt álló, vagy geológiai okokból veszélyeztetett terület, ahol a talajmozgással kell számolni, stb.

5 5 és szerelési technológiák - folyó-, tómederben történő áthúzás, - földfeletti, ún. légvezetékek építése, - kitakarás mentes szerelés, stb. szükségessé tették a hosszirányú erők felvételére alkalmas húzásbiztos tokos kötések kifejlesztését, melyek az 1960-as években jelentek meg. A húzásbiztos tokos kötéseknél két típust különböztetünk meg. Az egyszerűbb kialakítás, amelynél egy adott normál tokos kötésnél csak a tömítőgyűrűt kell kicserélni egy fogazott szegmensekkel ellátott, ún. körmös gumi tömítésre (TYTON-SIT, STANDARD-Vi). A fogazott szegmensek a csővég visszahúzásakor a cső palástjába mélyednek, ezzel a cső tengelyirányú elmozdulását, kicsúszását megakadályozzák. Ezeket a kötéstípusokat a tok lezárására is alkalmas, kék csíkkal ellátott gyűrűvel jelölik az utólagos azonosíthatóság érdekében. Ezen kötéstípusok kialakításukból adódó hátránya, hogy csak NÁ 400 méretig és max bar ü- zemi nyomástartományban alkalmazhatók, szétszerelésük időigényes. Kifejlesztették a TYTON-SIT kötés új változatát a TYTON-SIT PLUS típust, melynél a tömítőgyűrűbe több és nagyobb méretű szegmenseket helyeztek el. Ennek következtében már NÁ600 méretig és bar üzemi nyomástartományban szerelhető. A további típusoknál a gyártáskor a tömítő kamra elé egy ún. húzásbiztosító kamrát öntenek, amiben a húzásbiztosító elemeket kell szereléskor elhelyezni. A csővégre pedig gyárilag egy kötött méretű varratot hegesztenek fel adott távolságban a csővégtől, amibe a húzásbiztosító elemek megakadnak a cső szétcsúszását megakadályozva. Egyszerűbb típusoknál a húzásbiztosító kamrába egy fogazott szegmensekkel ellátott kúpos gumigyűrűt (hasonló a TYTON-SIT kötéshez) kell behelyezni. Ezen kötéstípusok már magasabb üzemi nyomások esetében is használhatók. A gyártók legújabb fejlesztése az ún. kombi-tokos (húzásbiztosító előkamrás) göv. cső, aminek a tokrésze úgy van kialakítva, hogy a normál tokos kötéstől kezdve, az adott kötéstípusnál alkalmazható többfajta húzásbiztosítás is szerelhető a beépítési és üzemeltetési feltételek, körülmények függvényében. Felhívjuk a figyelmet arra, hogy a különféle gyártók által kínált kötéstípusok toktömítései az eltérő kialakítás miatt - csak az adott kötéstípushoz használhatók (TYTON-STANDARD), valamint a húzásbiztos kötésű nyomócsövek és idomok egymással nem kompatibilisek (STD-Ve kötésű csőhöz nem csatlakoztathatunk egy TKF-tokos idomot)! Egyes gyártók külön húzásbiztosító bilincseket is kínálnak NÁ PN16, PN10 átmérő- és nyomástartományban, melyekkel a tokok húzásbiztosítása utólag is megoldható.

6 6 A következő táblázat áttekintést ad a jelenleg forgalomban lévő normál és húzásbiztos tokos kötéstípusokról, ezek maximálisan megengedhető üzemi nyomásáról és tokonkénti iránytöréséről az átmérők függvényében. TYTON TY-SIT TY-SIT PLUS VRS TY-BLS DN húzásbiztos (K9 csőmin. oszt.) K10 K9 K8 ir.t. PFA ir.t. PFA ir.t. PFA ir.t. PFA ir.t , , ,5 "350" , , , ,5 A fenti paraméterektől eltérő csövek gyártása megállapodás szerint Fogalmak EN545 szerint PFA max. hidrost. nyomás amit a cső tartós üzemmódban elvisel (Sf= 3), max. 64 bar. PMA max. időlegesen fellépő hidrost. nyomás, inkl. nyomáslengés, amit a cső tartós üzemmódban elvisel (PMA = 1,2 x PFA). PEA megengedett próbanyomás, max. hidrost. nyomás, amit egy ujonnan szerelt csővezeték elvisel. Tokos göv. nyomócsövek EN545 szerint K9 csőmin.oszt. max. üz. nyomásai (PFA) és iránytörései UNIVERSAL UNIVERSAL DN STANDARD STD Vi STD V+i STD Ve PAMLOCK TYTON UniSTD Vi UniSTD Ve EXPRESS EXPR Vi TKF (STD) (univ. Vi gyűrű) (TRIDUCT) (TIS-K) (EXPR) húzásbiztos húzásbiztos húzásbiztos húzásbiztos bar ir.t. bar ir.t. bar ir.t. bar ir.t. bar ir.t. bar ir.t. bar ir.t. bar ir.t. bar ir.t. bar ir.t. bar ir.t "350" , , , , '

7 7 6. Idomválaszték A közműépítésben használatos csőfajták közül talán egyedül a göv nyomócső rendelkezik a legszélesebb, a gyakorlatban előforduló bármilyen csomópont kialakítására alkalmas, a csővel azonos anyagú, homogén idomrendszerrel, kötéstípus- és méretválasztékkal. A következő oldalakon a standard göv. idomválasztékot mutatjuk be.

8 8 Egyes gyártók ezen az idomválasztékon túlmenően egyedi idomokat, pl. tangenciális MMAT-, tűzcsap T-idomot, stb. is gyártanak az EN545 előírásait alkalmazó gyári szabványok szerint.

9 Amint a 4. fejezet kötéstípus táblázatából és az előbbi idomválasztékból látható, a tervezők a gyakorlatban előforduló valamennyi beépítési szituációra, szerelési technológiára, üzemeltetési feltételre rendelkeznek megoldással. 9 Még egy nagyon fontos szempont, hogy a göv. anyagok hosszú élettartama következtében igény szerint többször is felhasználhatók. Tervmódosítás, nyomvonalváltozás, stb. esetén a csőrendszer szétbontása u- tán (a tokos-karimás kötések egyszerűen szerelhetők szét) a csövek-idomok esetleges tömítőgyűrű cserével -újra beépíthetők. 7. Korrózióvédelmi rendszerek A gyártók a gyakorlatban előforduló valamennyi vízminőségre és talajviszonyra készítenek az előírásokat kielégítő belső és külső korrózióvédelmi bevonatrendszert. Ezek a korrózióvédelmi rendszerek, valamint maga az alapanyag is hosszú élettartamot és biztonságos üzemeltetést garantálnak Belső bevonat A göv. nyomócsövek standard belső bevonata az EN545 és ISO4179 szerinti szulfátmentes portlandcement habarcs (HOZ) ph 4,5 12 alkalmazási tartományban, amit centrifugál szórásos technológiával hordanak fel. A tok belső és homlokfelületét epoxi bevonattal látják el. A centrifugál eljárás következtében egy erősen tömörített szerkezet víz/cement-viszony < 0,35 keletkezik. A felvitelt követően a bevonatot klímakamrában érlelik, amíg a megfelelő kötésszilárdságot el nem éri. A cső további megmunkálása csak ezt követően történik. Az érlelést követően és az üzemeltetés során a víz diffundálása következtében a csőfal és a cementhabarcs bevonat határán egy kb. 0,05 mm vastag szilárd vegyi kötés alakul ki, ami meggátolja a cementhabarcs bevonat leválását erős mechanikai behatás nélkül normál üzemmódban. A cementhabarcs bevonat a hosszú évtizedes alkalmazása során az alábbi, üzemelő vezetékek utólagos ellenőrzéseivel dokumentált kiváló tulajdonságait bizonyította: - meggátolja a korróziót, - meggátolja az inkrusztációt, - hygiéniai szempontból kifogástalan, - gátolja a pangó vizek elalgásodását, - a többi csőanyagokhoz hasonló súrlódási együttható (k = 0,1), - kiváló kopásállóság. A belső cementhabarcs bevonat kopását a normál áramlási sebesség nem befolyásolja. Még meredek csőszakaszoknál előforduló > 10 m/s áramlási sebesség esetén is kopásálló, amennyiben kavitáció nem lép fel. A Darmstaedti eljárás szerint végzett koptató vizsgálatok során 10 5 terhelési gyakoriság után 0,2 0,8 mm kopást mértek (a cementhabarcs min. rétegvastagsága 3,5 9 mm, átmérő függvényében). A cementhabarcs bevonat kiváló súrlódási tulajdonsággal (k= 0,1) rendelkezik. Ennek magyarázata, az üzemelés során a víz által kioldott kalciumkarbonát a gyárból kiszállított csövek szemmel láthatóan érdes felületén vékony, sima filmréteget alkot. Itt kell megemlíteni, hogy egy csővezeték vagy hálózat nyomásveszteségét elsősorban nem a csövek-idomok súrlódási ellenállása befolyásolja, hanem a vezeték bonyolultságától (beépített iránytörések, leágazások, szerelvények, stb.) függ. Ennek megfelelően tervezéskor az alábbi értékekkel számolnak: - távvezetékek k i = 0,1 - gerincvezetékek k i = 0,4 - elosztóhálózatok k i = 1,0 A tárolás következtében főleg nyári időszakban a habarcsbevonat kiszáradása miatt szemmel látható vékony repedések jelenhetnek meg bevonat felületén. Ezek a cső üzemelését nem befolyásolják, mivel bizonyos üzemóra után a cementhabarcsból a víz hatására kioldódó kalciumkarbonátok lerakódása, valamint a cementhabarcs duzzadása folytán záródnak (ún. öngyógyítás).

10 10 A megengedett fogyásjelenségek mennyiségét a DVGW W 342 sz. munkalapja szabályozza. A fenti műszaki irányelv az alábbi vízminőségi határértékeket adja meg vízhálózatok normál cementbevonatára: - a kalciumkoncentráció C Ca 2+ legalább 0,02 mol/m 3 = ca. 0,8 mg Ca 2+ /l legyen - a mészagresszív szénsavtartalom < 0,7 mol/m 3 = ca. 30 mg CO 2 /l legyen - Az összes szénsav Q C (CO 2 + H 2 CO CO 3 2-) > 0,25 mol/m 3 legyen A szénsav agresszív hatása a víz áramlási sebességtől nem függ. Az EN545 szabvány E melléklete rögzíti a víz összetevőinek max. koncentrációs határértékeit a különböző belső cementhabarcs bevonatok függvényében, az alábbiak szerint: A magas mészagresszív-szénsavtartalmú vizek meszet oldanak ki lassan a cementhabarcs bevonatból. Ez a felső bevonatréteg bizonyos lágyulási jelenségeivel járhat. Ez a jelenség -a meglévő tapasztalatok alapján- a bevonat védőhatását és a belső kapcsolatot nem befolyásolja, még a mészalkotók teljes kioldódása esetén sem. Ilyen esetekben a csővezetéken végzett munkáknál -a DVGW W 342 sz. munkalapja szerint- megfelelő intézkedésekkel kell biztosítani, hogy a cementhabarcs be-vonat átmenetileg ne száradjon ki. A víz összetevői jelentősen befolyásolhatják a szénsav korrozív hatását, ezért a normál összetételtől eltérő vízminőség esetén ajánlatos a gyártóval egyeztetni, 4,5 ph-érték alatti víz esetében mindenféleképp. A standardtól eltérő, vagy speciális vízminőséghez aluminát cementhabarcs bevonatot ajánlanak a gyártók. A gyártók a standard belső HOZ bevonattól eltérő más bevonatokat is készítenek, mint: - a szabványban meghatározottól vastagabb bevonat, - aluminát cementhabarcs (TSZ) bevonat, - PUR bevonat - epoxi bevonat Hozzá kell tenni, hogy ezek a normáltól eltérő bevonatrendszerek drágábbak, mivel gyártásuk a standard gyártástechnológiától eltér. A csövek átmérő változtatása (ovalitás kiegyenlítése, stb.) 4 %-ig megengedett és nem vezet a cementhabarcs bevonat károsodásához. Az idomokat az alábbi belső bevonatrendszerekkel gyártják: - kétkomponensű poliuretán-bitumen alapú festék, - a csővel azonos minőségű cementhabarcs (külső bitumen alapú fedőfestéssel), - epoxi (külső-belső bevonatrendszerként) - zománc 7.2. Külső bevonat A standard külső bevonatrendszer elektromos ívben porlasztott szóró eljárással felvitt horgany- (min. 130 g/m 2 ) valamint kétkomponensű poliuretán-bitumen alapú passzív fedő festékrétegből (min. 70 µ) áll. Minden európai gyártó a fenti, EN 545 szerint előírt minimális horganytömeget a korrózióvédelem fokozása miatt 200 g/m 2 -re növelte. A horganybevonat - a fektetést követően a talajvíz hatására különböző összetételű, vízben nem oldódó horganyoxidokká, -hidrátokká és sókká alakul át, amik egy vastag, szilárdan kötődő, vizet át nem eresztő, egyenletes kristályos aktív védőréteget képeznek.

11 11 A horganybevonat felületi sérülésekre is kiválóan reagál. Amennyiben a horganybevonat az öntöttvasig megsérül, a talajvíz hatására fellépő galvanikus folyamat következtében - amely során horgany korróziós termékek (oxidok-karbonátok) keletkeznek - begyógyul, tehát a védőréteg helyreáll. Ezt a folyamatot labor- és gyakorlati (üzemelő vezetékszakaszokon) kísérletekkel is igazolták. A standard bevonatrendszert normál és agresszív (DIN30675/T3 szerinti I és II oszt.) talajoknál lehet alkalmazni. Az erősen agresszív (szerves anyagokat tartalmazó, mocsaras, szennyezett, feltöltött, stb., DIN30675/T3 szerinti III oszt.) talajoknál gyárilag extrudált PE, PP, vagy szórt PUR bevonatrendszereket kell használni, a tokok hasonló (PE zsugorfólia, vagy elasztomer) védelme mellett. A normál bevonatú csövek-idomok helyszíni utólagos fóliavédelme (PE, PP) is elfogadott. Az EN545 szabvány D melléklete az alábbi kitételeket határozza meg: - talajvízszint felett 1500 ohm*cm-nél, vagy talajvízszint alatt 2500 ohm*cm-nél kisebb ellenállású talajoknál, - ph 6 nál kisebb ph-értékű talajoknál, - bizonyos hulladékokkal, szerves, vagy ipari szennyvizekkel szennyezett talajoknál, illetve kóboráramok, vagy fémszerkezetek által okozott galvánáramok esetében ajánlatos a pótlólagos védelem (polietilén védőköpeny), vagy másfajta, legmegfelelőbb külső bevonat alkalmazása. A gyártók az alábbi, horganybevonatot kiegészítő további bevonatrendszereket kínálják: - PE, PP, vagy PUR, - epoxi - szálas (bandázsolt) cementhabarcs - tapadószalagok A szálas cementhabarcs külső bevonatú csöveket a környezetbarát alapanyaga miatt- főleg természetvédelmi területeken alkalmazzák.

12 A gyártók által kínált és az üzemi körülményeknek megfelelően megválasztott külső bevonatrendszerek hosszú élettartamot garantálnak, lásd a standard-, ill. PUR-bevonatrendszer összehasonlításában: 12 Az idomokat az alábbi külső bevonatrendszerekkel gyártják: - kétkomponensű poliuretán-bitumen alapú festék (belső poliuretán-bitumen alapú fedőfestéssel), - epoxi (külső-belső bevonatrendszerként, min. 250 µ, RAL GSK szerint)* - PE, PP-fólia* Megjegyzés: * Az idomok szabványos falvastagsága K12 csőminőségi osztálynak felel meg, tehát vastagabb mint a járatos K9 öntvénycsőé, továbbá a homokformába történő öntés következtében egy korrózióálló kéreg keletkezik az öntvényen, ami a normál poliuretán-bitumen alapú fedőfestéssel kombinálva szükségtelenné teszi az ennél magasabb értékű korrózióvédelmi bevonatot, még agresszív talajok esetében is. A fentieket gyártók műszaki irányelvei alapján a több tízéves üzemeltetési tapasztalatok is igazolták (a gyakorlatban idomok korróziós káresete, meghibásodása nem jellemző). Egyes gyártók a normál külső bevonatrendszerek kiegészítéseként hőszigetelt csöveket is gyártanak a szabadban vezetett ún. légvezetékek, vagy kis takarási magasságban (fagyhatáron belül) fektetett csőszakaszok szereléséhez Elektrokorrózió Normál üzemi és talajviszonyok esetében nem kell számolni elektro korrózióval, hiszen a csővezeték a tok gumitömítése következtében 6 m-ként elektromosan szigetelt szakaszokból áll, így katódvédelemmel sem kell ellátni. A DIN30675/T2 szerint, olyan húzásbiztos kötéstípusoknál, melyek biztosítóelemei fémből készülnek - így a tokos kötésben fémes kapcsolat van és 100 m-t meghaladó vezetékhossz esetén szükségesek az alábbi védelmi intézkedések: - elektromosan szigetelő hatású csőelem beépítése minden 100 m-ként, - biztonsági távolság betartása katódvédelemmel ellátott berendezésektől, - szórtáram elvezetés

13 13 Általános irányelvek az elektrokorróziós jelenségek megelőzésére: - vasúti pálya melletti 5 m-es zónába ne fektessünk csővezetéket, - vasúti pálya melletti 5 10 m-es zónában PE-bevonatos csövet ajánlatos alkalmazni, - vasúti pálya keresztezése csak védőcsőben megengedett, a védőcső hossza vasúti pályaszélesség + mindkét oldalon 5 5 m, a védőcsövön kívüli további csőszakaszt mindkét oldalon 15 m hosszon PEbevonatos védelemmel ajánlatos ellátni, - csővezetéket transzformátor-, vagy elosztóállomás közelébe ne építsünk, - csővezetéket földelések 30 m-es zónájába ne építsünk, - földelések közelében m-ig fektetett csővezetéket PE- bevonatos védelemmel ajánlatos ellátni. 8. Tervezés 8.1. Méretezés A földbe fektetett csővezetékek méretezését és takarási magasságát az EN545 szabvány F melléklete (tájékoztatás) tárgyalja. A göv. csövek a félmerev csövek kategóriájába tartoznak, melyeknél a függőleges terhelés (talaj és közlekedési erőhatások) eloszlik a cső saját ellenállásán (rugalmas alakváltozó képességén), ill. a feltöltés talajellenállásán, normál talajmechanikai viszonyok esetében. A méretezés (amennyiben szükséges) kis átmérőknél (NÁ300-ig) hajlító igénybevételre, nagyobb átmérőknél a megengedett legnagyobb ovalizációra történik. Az EN545 szerint a nyomócsövek a megengedhető max. üzemi nyomások függvényében csőminőségi osztályokba (K8, K9, K10, K12) vannak sorolva. Az emelkedő számok a cső növekvő falvastagságát, ill. az ennek megfelelő üzemi nyomásráták emelkedését jelzik. A leggyakrabban beépített csőminőségi osztály a K9, ami a normál városi közúti terhelés, normál talajviszonyok esetén, min. 1 m, max. 12 4,5 m (csőátmérő függvényében) takarási magassággal statikai számítás nélkül beépíthető. A szilárdsági méretezés jelentős biztonsági tényezővel (S F = 3) történik, ami lehetővé teszi az anyagok biztonságos üzemelését extrém terhelések esetén is. Az alábbi ábra kísérletek (a cső teljes tönkremeneteléig végzett nyomáspróbák) mérési eredményeit tartalmazza melyből megállapítható, hogy a csövek tönkremenetele lényegesen magasabb nyomáson történt, mint a szilárdsági méretezés max. nyomásértéke. Az idomok szilárdsági méretezése a K10, K12 csőminőségi osztálynak felel meg, így az üzemi nyomás- és a korrózióállóságuk a csövekét meghaladja. Ez a biztonsági tartalék és az anyag rugalmas alakváltozó képessége teszi lehetővé a csőrendszerekben a normál üzemmódtól eltérő igénybevételek következtében fellépő erőhatások, feszültségek káresemény nélküli, maradéktalan leépülését.

14 8.2. Takarási magasság A minimális és maximális takarási magasság a csövek mechanikai tulajdonságaitól (átmérőfüggő), a talaj mechanikai adottságaitól, a forgalmi terheléstől és a fektetési módtól függ. A fektetési egyéb tényezők is befolyásolhatják, mint: - a csővezeték fagyvédelme (min. takarási magasság), - különleges biztonsági feltételű (autó-, vasúti pálya alatti) átvezetések, - hatósági előírások, közterületre vonatkozó egyéb rendelkezések. A munkagödör feltöltési zónái: - 1 zóna = takarási magasság 10 cm - 2 zóna, ami magában foglalja a fektetési ágyat és a cső körüli feltöltést a csőnyereg felett 10 cm-ig. 14 Az EN545 F mellékletének alábbi F1 táblázata tartalmazza a K9, ill. K10 csőminőségi osztályú csövek megengedhető csőtakarási magasság értékeit, a csőátmérő, a legkedvezőtlenebb ágyazási együttható és talaj ellenállási modulusok függvényében Kitámasztások Az üzemelő csővezetékben uralkodó belső nyomás a tokos kötéseket megpróbálja szétnyomni. Ez a hidraulikus erő a csőszakasz minden irány változtásánál (ívidomok), elágazásánál (MMB-idom), átmérő csökkenésénél (MMR-idom) és csővég lezárásánál ellentétes irányban hat.

15 A tengelyirányban ható erők, melyek nagysága jelentős lehet a cső külső átmérője és a belső (próba) nyomás függvényében, az alábbi diagrammból határozhatók meg: 15 Laza, nem megfelelően tömörített, vagy kimosott talaj esetében (egy kiásott, megfelelően visszatöltött és tömörített munkaárok kisebb sűrűségű a környező talajnál, ennek következtében csapadékvízgyűjtő hatású, a- mi bizonyos geográfia viszonyok mellett kimosódásokat okozhat), huzamosabb üzemidőt követően a csőben fellépő dinamikus erőhatások következtében előfordulhatnak olyan csőmozgások, amik a tokok szétcsúszásához vezethetnek. Ennek megelőzésére, a fellépő erőhatások felfogására a csővezetékek fent leírt csomópontjainál a belső nyomásból eredő erőhatásoknak megfelelően méretezett beton támaszokat kell kiépíteni. A betontámok méretezését a DVGW GW310 műszaki irányelvek alapján az alábbiak szerint kell végezni. Jelen számítási mód csak a horizontálisan fektetett csővezetékekre érvényes. K = eredő erő (kn) P = a belső nyomás következtében a csőtengellyel párhuzamosan ébredő hosszirányú erő, megfelel a csővégzáróra ható hosszirányú erőnek (kn) d = cső külső átmérő (cm) p = próbanyomás (bar) π * d 2 P = p * * 10 (kn) 4 α K = 2 P * sin (kn) 2 Betontámaszték méretezése A csővezeték megtámasztására a következő felfekvő felület szükséges a talajban: P * a α F = (cm 2 ) a = 2 sin σ 2 σ = megengedett talajfeszültség (dan/cm 2 ) σ = 0,5 = humusz σ = 0,5-2 σ = 2-3 σ = 2-4,5 = plaszt. agyag, márga = tiszta homok = durva homok - sóder

16 Az "a" érték táblázata az irányváltozás függvényében (kerekített értékek): 16 α csővég 90 a 0,2 0,4 0,5 0,8 1,0 1,4 Egy tetszőleges "p" próbanyomásra érvényes: P 15 * a p F = * (cm 2 ) σ 15 A betontámaszokat a csőtengellyel szimmetrikusan kell kiépíteni Húzásbiztosítás Sűrű közműhálózatoknál ahol nincs elegendő hely a betontámok kiépítéséhez, hosszirányú erők felvételére alkalmas húzásbiztos tokos kötésű csövek-idomok építendők be. Nagyobb átmérők esetén a hatalmas tömegű vasalt beton műtárgyak költségkímélés céljából - húzásbiztos tokos kötésű anyagok beépítésével kiválthatók. A húzásbiztosítandó csőhosszak kiszámítása a csőátmérő, próbanyomás, csomóponti jelleg, talajmechanikai viszonyok, talajsűrűség függvényében történik. A számítást a DVGW GW310 műszaki irányelvek alapján az alábbiak szerint kell végezni. A biztosítandó csővezetékhossz kiszámítása egy ív mindkét oldalán (L): (6,5 p pr * d a ) - 16,7 σ E * ( µ + cot α ) 1 2 L = (m) µ 2 H + 9,3 + 0,84 d a alfa /2 11 1/4 cot alfa/2 1 2,414 3,732 5,028 10,155 Behelyettesítendő mértékegységek: H = takarási magasság (cm) d a = cső külső átmérője (cm) α = iránytörés szögértéke σ E = talajfeszültség (dan/cm 2 ) µ = surlódási együttható p pr = próbanyomás (bar) A talajminőség szerinti súrlódási együtthatók és talajnyomások: µ - nem kötött homok, sóder, csekély vagy semmilyen agyagos kötéssel 0,5 - erősen agyagos homok, homokos agyag, márga, lösz, vagy agyagos lösz 0,25 - külső cementhabarcs bevonatos cső 0,5 A talaj tömörítési foka szerinti talajfeszültségek: σ E - nagyon jól tömörített 0,5 - jól tömörített 0,25 A kiszámított biztosítandó csőhossz L mindkét irányban a biztosítandó idom előtt és után értendő, kivéve a szűkítő idomot, ahol csak a nagyobb átmérő felőli csőszakaszon kell a biztosítást kiépíteni.

17 17 Minden esetben biztosítandó tokok száma legalább: - íveknél: mindkét oldalon 2 2, - leágazásoknál és csővéglezárásoknál: 2, - szűkítőknél: a nagyobb átmérő oldalán 2 Meg kell jegyezni, hogy normál talajviszonyok esetében a további egyenes csőszakaszokat nem kell húzásbiztos kötésekből tervezni, mert a belső nyomásból eredő tolóerő az L hosszúságú biztosított szakaszon leépül, a további csőszakaszokon a talaj és csőfal között fellépő súrlódási erő egyensúlyt tart a belső hidraulikai nyomás hatására fellépő erővel. Itt kell megemlíteni, hogy a 20 %-ot meghaladó lejtésű terepviszonyoknál minden esetben a csőszakasz teljes hosszán húzásbiztos kötésű csöveket kell beépíteni, mivel a talaj és csőfal között fellépő súrlódási erő vektora minden esetben kisebb mint a belső hidraulikus nyomásból eredő erőhatás, tehát húzásbiztosítás nélkül a tokos kötés szétnyomódna Talajmozgások Laza, mocsaras, suvadásos (pld. bányaművelésű) talajoknál minden esetben ellenőrizni kell, hogy a feltételezett (mérésekkel meghatározott) talajmozgást az alkalmazott tok, adott átmérőre garantált iránytörése és tengelyirányú elmozdulása (a cső tokból való kicsúszásának veszélye nélkül) fel tudja-e venni. Ennek meghatározása az alábbi képlettel történik: - talajsüllyedés: H = l x tg θ - tengelyirányú elmozdulás: l = ( H 2 + l 2 ) 1/2 - l l = cső hossza (m) θ = tok megengedett szögeltérése A fenti minőségű talajokban vezetett csőszakaszok tokos kötései minden esetben húzásbiztosak legyenek. A húzásbiztos tokos csövek tengelyirányú elmozdulása 0, ezért az alábbi számítással kell ellenőrizni, hogy a szilárd és instabil talaj határán a húzásbiztos csőszakasz folytatásaként lefektetett egy normál tokos kötés fel tudja-e venni a teljes csőszakaszon ( L ) fellépő süllyedést ( H). n - talajsüllyedés: H = 2l ( tg θ + tg 2θ + tg 3θ +. + tg ---- θ ) 4 - a teljes csőszakasz 16 tengelyirányú elmozdulása: l = cső hossza (m) L = a megsüllyedt vezetékszakasz hossza θ = megengedett szögeltérés L = ( L H 2 ) 1/2 L (nagyon kicsi θ nál) 3 L n = a csövek száma a megsüllyedt vezetékszakaszon n = -----

18 18 l 8.6. Szereléstechnikák A tokos csövek szerelése fejjel előre történik, ami azt jelenti, hogy a tok a szerelés haladási irányába mutat, ebbe húzzuk bele a következő lefektetett csövet. Természetesen ettől eltérő más, a terepviszonyokhoz, beépítési körülményekhez, beépítendő tokos kötéstípushoz illeszkedő szerelési technikát is lehet alkalmazni. Például az alábbi képen egy meredek hegyoldalon húzásbiztos kötésekkel szerelendő vezetéket a hegycsúcson kiépített beton megfogásnál (fix pont) kell kezdeni és lefelé haladva a csöveket ráakasztjuk az előtte lévőre, hogy a húzásbiztosító elemek állandóan feszített állapotban legyenek. Mint már említettük az alapanyag kiváló rugalmas alakváltozó képessége és a hosszirányú erők felvételére alkalmas húzásbiztos tokos kötések lehetővé tették az extrém beépítési, szerelési körülményeket is. Ezek a normáltól erősen eltérő körülmények minden esetben egyedi tervezést igényelnek. A gyakorlatban előfordult sok kivitelezés közül most a szinte korlátlan lehetőségek példájaként kettőt mutatunk be. Projekt Lankower See /Németország A fenti tavon keresztül 1350 m hosszú NÁ400-as csőszakaszt kellett szerelni. A csövek TKF húzásbiztos kötésűek voltak. A parton lévő lemezborítású szerelőtéren 4 csőből álló csőszakaszokat - az első csővég leblindelése mellett - szereltek össze, amiket összekötve egy motorcsónak segítségével folyamatosan húztak be a tóba. Ezzel a módszerrel két csőszakaszt készítettek, amiket a tó közepén kötöttek össze. A behúzott csőszakaszok húzásbiztos kötéseinek feszített helyzetben tartása miatt a csőben 2 bar túlnyomást létesítettek. Az összeszerelést követően a csővezetéket ellenőrzés mellett fokozatosan a tófenékre süllyesztették, majd felúszás ellen biztosították.

19 19 Projekt Kreefeld /Németország 1995-ben öt egyidőben futó építkezés során összesen 2 km NÁ100 és NÁ150 méretű TYTON-SIT tokos csővezetéket szereltek kitakarás mentes microtunneling (irányított fúrásos) eljárással. A pilot furat elkészítése után a furatbővítő fejre kapcsolták az első, indítóaknánál összeszerelt csőszakaszt. A behúzandó csőszakaszokat folyamatosan szerelték a már behúzott csőhöz. A felbővített furatba injektált bentonit szuszpenzió csökkentette a talaj és a csőfal közötti súrlódást. A szerelést rövid idő alatt sikeresen befejezték. A fenti eljáráson túlmenően egyéb kitakarás mentes technológiával (repesztéses, stb.) is szerelhetők a húzásbiztos tokos göv. csövek Újabban már a sajtolásos eljáráshoz is gyártanak megfelelő kialakítású göv. csöveket. Egyes gyártók göv. csövek béléscsőbe történő behúzásához gyártanak olyan görgős acél távtartó gyűrűket, melyek egyben tokbiztosítással is szolgálnak, így nem szükséges a húzásbiztos tokos göv. cső.

20 20 9. Szerelés 9.1. Szállítás, anyagmozgatás A gyártók a göv. csöveket NÁ400-as átmérőig kötegelve, azon felül csőszálakban szállítják. Anyagmozgatáskor csak olyan, megfelelő teherbírású emelőeszközök alkalmazhatók, amik a belső- külső korrózióvédelmi bevonatot nem károsítják (pl. heveder, párnázott csőemelő horog, stb.). Anyagmozgatáskor az anyagokat ledobni, csöveket görgetni nem megengedett Tárolás Az anyagok tárolásához megfelelő teherbírású, a személyzet és az emelőeszközök biztonságos közlekedéséhez elegendő nagyságú területet kell kiválasztani. A terület csapadékvíz elvezetéséről gondoskodni kell. A csöveket rakatokban kell tárolni úgy, hogy minden sor közé megfelelő méretű párnafákat kell elhelyezni, valamint a csöveket szétgurulás ellen biztosítani kell. A kötegelt csöveknél a rakat magassága a 3 köteget, egyéb csöveknél a rakat magassága a 2 m-t ne haladja meg. Kötegelt csövek megbontásakor a csöveket szétgurulás ellen biztosítani kell. Az idomok tárolása hasonló elvek szerint történjen. A tömítőgyűrűket eredeti alakjukban fektetve (nem függesztve), sötét, száraz, fénytől, UV-sugárzástól, ózontól védett helyen kell tárolni Munkaárok kialakítása A munkagödör kiemelése előtt a szerelendő csöveket el kell helyezni a nyomvonal mentén, a kiemelendő talaj lerakásával ellentétes oldalon. A tokok a csövek szerelési irányába mutassanak. A munkaárkot arra alkalmas eszközzel úgy kell kiemelni, hogy a szerelendő cső mindkét oldalán elegendő hely (oldalanként cm) maradjon a cső szereléséhez. A munkaárkot a biztonságos munkavégzés érdekében hely hiányában zsaluzással, dúcolással kell biztosítani, vagy az alábbi, árokmélység és talajviszonyok függvényében kiválasztott dőlésszögű (Φ) rézsűt kell kialakítani: Az ágyazat megfelelően tömörített és egyenletes legyen, hogy a cső teljes hosszán biztonságosan fel tudjon feküdni. Sziklás-köves talajoknál min. 10 cm-es homok, vagy kő-, kavicsmentes ágyazatot kell készíteni. A tokoknál fejgödrök kialakítása szükséges a tokos kötések szerelhetősége érdekében.