Позиция 25/06/2019 100 години експлоатационен живот на от PVC U и PVC Hi напорни тръбни системи за подземно полагане за водо и газо снабдяване 1. Увод TEPPFA и PVC4Pipes са идентифицирали необходимостта от обяснение на разликата между проектната точка при 20 градуса / 50 години и очакваната продължителност на живота на PVC U и PVC Hi напорни тръбни системи. Изследванията, проучванията от екстраполация и докладите за изкопаните тръби в експлоатация показват минимална износване и екстраполативните тестове извършени върху тези тестови проби, потвърждават очаквания експлоатационен живот от над 100 години. 2. Проектна основа на материала на тръбата спрямо действителния експлоатационен срок на тръбната система Проектната основа не трябва да се бърка с действителния живот на пластмасовата тръбопроводната система. В реалния живот се очаква експлоатационният живот да бъде повече от 100 години поради редица причини, като По ниско ниво на натиск (напрежение) през целия живот По ниски реални температури в земята Допустимите отклонения за дебелини на стените са винаги плюс В етапа на проектиране се прилага коефициент на сигурност 3. Проектна основа на PVC напорна тръбната система 50 годишната проектна основа и минималният експлоатационен живот на водопроводни или газопроводни тръбни системи от ПЕ е осигурена чрез установените стандарти ISO 9080 1 и ISO 12162 2. ISO 9080 осигурява метод на екстраполация за приблизителна оценка на 97,5% по ниска граница на прогнозиране на стреса (σ LPL ), която термопластичната тръба може да издържи за 50 години при 20 C. Екстраполирането се извършва от данни, получени чрез хидростатично изпитване под налягане, проведено при различни температури в съответствие с ISO 1167 1 3 и ISO 1167 2 4. ISO 12162 създава система за класификация и обозначаване на термопластични тръби, въз основа на тяхната минимална изискуема якост (MRS), произтичаща от техния their σ LPL. PVC U тръба с 25MPa σ LPL <28 MPa има MRS от 25MPa и е обозначена като PVC U 250. PE тръба с 10MPa σ LPL <11,2 MPa има MRS от 10 MPa и е обозначена като PE 100. ISO 12162 също така определя метод за изчисляване на проектното напрежение σ S от MRS и проектен коефициент C (σ S = MRS/C). Освен ако не е посочено друго в специфичен стандарт на продукта, се използва минимален проектен коефициент (C min = 1,6 за PVC U, Cmin = 1.4 за PVC Hi). Продуктовия стандарт ISO1452 5 определя специфичните изисквания за плътностенна PVC U тръбопроводна система и нейните компоненти, предназначени за подаване на вода под налягане. ISO 1452 1 поставя основните изисквания за PVC U гранулата използван в тези системи. Независимо от състава му, съединението трябва да достигне LPL, съответстващо на MRS от 25 MPa за всички тръби и фитинги. MRS е 20 MPa за някои инжекционно ляти фитинги. 1 Page TEPPFA & PVC4Pipes position on 100 years life time of PVC Pipes Pipes
Ако съществува дългогодишен опит със гранулат, за който е известно, че има MRS от 25 MPa, може да се използва опростена схема за тестване, за да се провери съответствието. PVC U се използва в практиката за водни системи повече от 80 години и оттогава се наблюдава от водоснабдителните предприятия за управление на надеждността и поддръжката. ISO 1452 1 признава в параграф 3.1.5.1., че изследванията за дългосрочно прогнозиране на ефективността на съществуващите PVC системи за разпределение на водата, показват възможен експлоатационен срок от най малко 100 години. PVC е предпочитан материал за газоразпределителни системи с ниско налягане (30 и 100 mbar) в европейски страни като Холандия за повече от 60 години. PVC U се използва до 1970 година и постепенно е заменен от PVC Hi, тъй като се смята, че PVC U не може да поддържа висока устойчивост на удар, необходима в случай на намеса от трети страни. Продуктовия стандарт ISO 6993 1 6 определя специфичните изисквания за PVC Hi тръбопроводна система, използвана за доставка на природен газ. Съединението PVC Hi трябва да съдържа поне 7%w модификатор на удара и какъвто и да е оставащият състав на гранулата, екструдираният материал трябва да достигне LPL, съответстващ на MRS от 18 MPa, както е определено от ISO 9080. 4. Публикации и проучвания с изкопаване, доказващи 100+ години експлоатационен живот Първите PVC тръби са произведени през 1934 г. в химическата зона Bitterfeld Wolfen (Германия). Тези тръби бяха използвани за различни приложения като тръби за питейна вода, прозрачни тръби за контакт с храни (приложения за пивоварни), както и за промишлени тръби (приложение в химическа лаборатория и инсталации). 7 Първата мащабна инсталация на PVC тръби се състоя през 1936 г. в Германия, за разпределение на питейна вода и гравитационни отводнителни системи в различни жилищни райони (сред тях и Берлинското олимпийско селище); повечето от тези тръби и до днес са все още в експлоатация. Много PVC тръбни системи вече са далеч надхвърлили края на определения експлоатационен срок от 50 години, без да се посочва в статистическите данни, които се поддържат от службите, за някакви повреди, свързани със стареенето. Това се потвърждава от много отчетени доклади за механичните характеристики на PVC U и PVC Hi напорни тръби, монтирани от изпълнители на различни места и в непрекъснато обслужване в продължение на десетилетия. През 1985 г. Lancashire 8 изучава PVC U водопроводни тръби, ексхумирани след 4 до 16 години експлоатация в Обединеното кралство, и стига до заключението, че стареенето не е значим фактор, влияещ върху работата на тръбите. Тестовете за регресия на стреса показаха, че всички тръби би трябвало да надхвърлят 100 години живот при нормални експлоатационни условия. През 1996 г. Alferink и др. 9 са тествали PVC U напорните тръби, ексхумирани от холандската водоснабдителна мрежа, на възраст до 37 години. От 19 проби от тръби беше направено заключението, че практически няма промяна в механичните свойства на тръбите следствие на 2 Page TEPPFA & PVC4Pipes position on 100 years life time of PVC Pipes Pipes
стареенето. Те стигнаха до извода, че старите PVC U тръби под налягане за вода все още отговарят на най важните функционални изисквания. През 2001 г. Stahmer и др. 10 съобщават за механични изпитвания, извършени съгласно австралийските стандарти за тръбопроводи за вода, ексхумирани след 25 години експлоатация в различни терени и условия за монтаж в Австралия. Тъй като резултатите са същите като очакваните за съвременните изпитани тръби по време на производството, не може да се наблюдава влошаване на якостта или удължението при скъсване на PVC U материала. Дългосрочното функциониране на системата очевидно зависи от първоначалното качество на тръбата, обработката и монтажа. През 2004 г. Hülsmann и др. 11 съобщават за тестове на някои от първите PVC U водопроводи, инсталирани в Германия. Един набор от тестове изследва 24 екземпляра от тръби, ексхумирани след 23 и 53 години. От дългосрочното изпитване на хидростатично налягане при 60 C, те стигат до заключението, че могат да се очакват още 100 години безопасна работа при реални условия при налягане на водата от 4 5 бара. През 2005 г. Boersma и др. 12 изследва химическото и физическото стареене на PVC U водопроводните тръби. Те заключават, че химическото и физическото стареене при 15 C няма значително влияние върху качеството на PVC U водоразпределителните тръби. Химичното стареене може да бъде пренебрегнато, тъй като тръбите съдържат достатъчно нереагирал стабилизатор. Измерената граница на провлачване на тръбите в експлоатация до 30 години не показва никаква промяна с възрастта на тръбата. Те също така тестват PVC U тръби за регресия на напрежението, бавен растеж на пукнатини и умора и стигат до заключението, че експлоатационният живот на PVC U тръбите под налягане, произведени с процедурите за контрол на качеството, които обикновено се използват в Европа, трябва да надхвърлят 100 години. Физическото стареене в тръби с добро ниво на разтапяне на суровината води до незначително намаляване на устойчивостта на бавно разрастване на пукнатини. През 2005 г. Бърнс и др. 13 преглежда методите за анализ на очаквания живот на PVC U водопроводните тръби. Бяха произведени модели, базирани на механиката на счупване, за да се предскажат условията, при които ще се появи повреда на тръбата в експлоатация. Тези модели бяха калибрирани срещу процент на неуспех, записан в редица североамерикански и австралийски предприятия. Те заключват, че 100 години е консервативна оценка за правилно проектирана и инсталирана тръба. През 2006 г. Breen 14 проучва пет екземпляра от изкопани водопроводи в експлоатация за периоди от 6 до 42 години. Той извърши химически и физически тестове за стареене на PVC U заедно с тест на опън за разрушаване, бавен растеж на пукнатини, тест за удар и измерване на умората. Той заключва, че съществуващите системи за водопроводни тръби от PVC U в Холандия ще работят най малко 100 години, при условие че вътрешното и външното натоварване не водят до натоварвания на обръча, които да надхвърлят 12,5 MPa и, че не се появяват микро пукнатини и механични повреди в PVC U тръбите. През 2008 г. Hermkens и др. 15 обобщават констатациите от тестовете, извършени на PVC U тръби за газоснабдяване, изкопани след експлоатация до 50 години от холандската газопреносна 3 Page TEPPFA & PVC4Pipes position on 100 years life time of PVC Pipes Pipes
мрежа. Тестовете за удар не показват значително намаляване на устойчивостта на удар по отношение на времето на експлоатация. Устойчивостта на удар на PVC U тръбите, които се използват от много години, е доказано, че зависи главно от първоначалното качество, фиксирано по време на производството на тръбата. През 2014 г. Folkman 16 докладва за контролни тестове за качество на 8 PVC U водопроводни тръби, които са били в непрекъсната експлоатация между 20 и 49 години. Стандартизираните тестове включват размерите на тръбите, ацетонното потапяне, налягането на разрушаване и тестовете за хидростатична цялост. Пробите от тръбата, които са били успешно тествани след 49 години, вече са преминали всички тестове за контрол на качеството след 22 години работа. Това е доказало непокътната способност на тази висококачествена PVC U тръба да изпълнява предназначението си след половин век. През 2016 г. Weller и др. 17 обобщават получените резултати с подобрен тест на въздействието на 103 PVC U и PVC Hi газови тръби, изкопани след до 50 годишна експлоатация от холандската газопреносна мрежа. Установено е, че PVC Hi тръбите, монтирани след 1973 г., имат средно подобра устойчивост на удар, отколкото първите PVC U тръби, инсталирани през 1960 те години. Въпреки това беше направено заключението, че по добре произведените PVC U тръби, инсталирани в началото на 70 те години, имат устойчивост на удар поне толкова добра, колкото на една обикновенна PVC Hi тръба. Докато сходни PVC смоли се използват във всички тествани тръби под налягане (стойност на K в диапазона 66 68, сходна полидисперсност), пакетите на стабилизаторите се различават в зависимост от региона. Горните последователни резултати, получени във всички региони, показват, че може да се получи надеждна услуга над 100 години, независимо от използвания стабилизатор. Основните фактори, влияещи върху дългосрочните показатели са първоначалното качество на тръбите и качеството на процедурите за обработка и монтаж на тръбите. Осигуряването на оптимално ниво на разтапяне на суровината е най важният фактор за първоначално качество на тръбите, за да се осигури оптимален баланс на механичните характеристики в дългосрочен план. Нивото на разтапяне може да бъде качествено оценено чрез теста на дихлорометан (ISO 985218) или чрез косвените количествени методи на DSC (ISO18373 119 и ISO18373 220). Литературни препратки 1 ISO 9080 Пластмасови тръбопроводни и канализационни системи. Определяне на дългосрочната хидростатична якост на термопластични материали под формата на тръба чрез екстраполация. 2 ISO 12162 Термопластични материали за напорни тръби и свързващи части. Класификация и означение. Коефициент на сигурност (при проектиране). 3 ISO 1167 1 Пластмасови тръби, свързващи части и комплекти за пренос на флуиди. Определяне устойчивостта на вътрешно налягане. Част 1: Общ метод. 4 ISO 1167 2 Пластмасови тръби, свързващи части и комплекти за пренос на флуиди. Определяне устойчивостта на вътрешно налягане. Част 2: Подготвяне на пробни тела от тръби. 5 ISO 1452 Пластмасови тръбопроводни системи за водоснабдяване и за подземни и надземни отводнителни и канализационни напорни системи. Непластифициран поли(винилхлорид) (PVC U) 4 Page TEPPFA & PVC4Pipes position on 100 years life time of PVC Pipes Pipes
6 ISO 6993 1 Заровени високоякостни поливинилхлоридни (PVC HI) тръбопроводни системи за доставка на газообразни горива Част 1: Тръби за максимално работно налягане от 1 бар (100 kpa). 7 Nowack, R.E. и др., 60 години опит с тръби от непластифициран поливинилхлорид (PVC U), KRV Nachrichten 1/95, 1995 г.. 8 Издръжливост по време на експлоатация на upvc водопроводи", VIта Конференция на пластмасовите тръби, март 1985 г. https://pvc4pipes.com/wp content/uploads/2018/02/in Service Durability of upvc Water Mains Lancashire PPVI 1985.pdf 9 Alferink, F., Janson, LE, Holloway, L., "Стари PVC U напорни тръби: Изследване в проектирането и дълготрайност", Конферентен сборник PVC 1996, 42C382 Институт по материали, Брайтън, Англия, април 1996, стр. 87 96. https://pvc4pipes.com/wp content/uploads/2018/02/old PVC U Water Pressure Pipes Design Durability Alferink Jansen Holloway PVC96.pdf 10 Stahmer, M.W., Whittle, A. J., "Дългосрочно производителност на PVC напорните тръби в селските водоснабдителни системи", XI та Конференция на пластмасовите тръби, Мюнхен, Германия, септември 2001 г.. https://pvc4pipes.com/wp content/uploads/2018/02/long Term Performance of PVC Pressure Pipes Stahmer Whittle PPXI 2001.pdf 11 Hülsmann, T., R.E. Nowack, "70 години опит с PVC тръби", XII та конференция на пластмасовите тръби, Милано, Италия, април 2004 г. https://pvc4pipes.com/wp content/uploads/2018/02/70 years ofexperience with pvc pipes.pdf 12 Boersma, A., Breen, J., "Прогнозиране на дългосрочната производителност на съществуващите PVC водоразпределителни системи, 9 та Международна PVC конференция, Брайтън, Англия, април 2005г. https://pvc4pipes.com/wp content/uploads/2018/02/long term performance of existing PVC waterdistribution systems.pdf 13 Burn, S., Davis, P., Shiller, T., Tiganis, B., Tjandraatmadja, G., Cardy, M., Gould, S., Sadler, P., Whittle, AJ, Прогнозиране на дългосрочната производителност за PVC тръбите, "Доклад AWWARF 91092F, май 2006 г. 14 Breen, J., "Очакван живот на съществуващите водоснабдителни системи обобщено ръководство", Доклад на TNO MT RAP 06 18692 / mso, публикуван от TNO Science and Industry, април 2006 г. https://pvc4pipes.com/wp content/uploads/2018/02/expected lifetime of existing water distributionsystems TNO Report RAP 06 18693.pdf 15 Hermkens, R., Wolters, M., Weller, J., Visser, R., "PVC тръби в газоснабдяването: Все още вървим здраво!," XIV та конференция на Пластмасовите тръби, Будапеща, Унгария, септември 2008 г. https://pvc4pipes.com/wp content/uploads/2018/02/pvc Pipes in Gas Distribution Still Going Strong Hermkens PPXIV 2008.pdf 16 Фолкман, С., Утвърждаване на дълговечността на PVC тръбите, XVII та Конференция на пластмасовите тръби, Чикаго, САЩ, септември 2014 г. 17 Weller, S., Hermkens, R., van der Stok, E., Оставащото качество на PVC газовата решетка резултати от 10 години текущи изследвания, XVIII та Конференция за пластмасовите тръби, Берлин, Германия, септември 2016 г. http://www.plasticpipesconference.com/content/263/296/5c86661eaa2b7.pdf 17 18 ISO 9852: 2007 Непластифицирани поли (винилхлоридни) (PVC U) тръби устойчивост на дихлорометан при определена температура (DCMT) метод за изпитване. 19 ISO 18373 1: 2007 Твърди PVC тръби Метод за диференцирана сканираща калориметрия (DSC) Част 1: Измерване на температурата на обработка. 5 Page TEPPFA & PVC4Pipes position on 100 years life time of PVC Pipes Pipes
20 ISO 18373 1: 2007 Твърди PVC тръби Метод за диференцирана сканираща калориметрия (DSC) Част 2: Измерване на енталпията на синтеза на кристалити. За TEPPFA TEPPFA е основана през 1991 г. в Брюксел и е търговска асоциация наа производителите на пластмасови тръби и фитинги в Европа. Чрез преки членове и национални асоциации, ние представляваме повече от 400 производители на пластмасови тръбни системи и също така имаме като членове производители на смоли. Повече информация: www.teppfa.eu. За PVC4Pipes PVC4Pipes е платформата на Европейскатра верига на производителите на винил, създадена да насърчава приемането и използването на PVC в тръбните системи чрез технически проекти, подходяща стандартизация, регулаторни и комуникационни дейности. Нашите партньори идват по протежение на цялата верига. Това включва суровините PVC смола и добавки производители и тези, които произвеждат широкия набор от PVC тръби и фитинги, налични на днешния пазар, както и технологични институти и търговски асоциации. www.pvc4pipes.com. 6 Page TEPPFA & PVC4Pipes position on 100 years life time of PVC Pipes Pipes