Na co należy zwrócić uwagę, tworząc SIWZ na rury i kształtki z żeliwa

Saint-Gobain PAM

Wytyczne normy PN-EN 545 dotyczące rur i kształtek:

Materiał

Materiał jest jednym z najważniejszych czynników, na który należy zwrócić uwagę. Żeliwo sferoidalne jest zmodyfikowanym żeliwem szarym, a więc stopem żelaza z węglem, w którym udział węgla jest bardzo mały (na poziomie 3%). Węgiel wpływa – w sposób zasadniczy – na własności odlewnicze metalu polepszając je, jednocześnie jego kształt – w postaci płatków – pogarsza własności mechaniczne, głównie te związane z odpornością na uderzenia i plastycznością. Modyfikacja żeliwa szarego w sferoidalne polega na zmianie kształtu węgla, który wydziela się podczas krzepnięcia materiału, z lameli (płatki) na sferoidy (kulki).
Zmiana kształtu węgla odbywa się dzięki wprowadzeniu do gorącego żeliwa magnezu, który wypalając się bardzo intensywnie, wymusza na lamelach węglowych przyjęcie kształtu sferycznego (kulistego).

Żeliwo po dodaniu magnezu staje się żeliwem sferoidalnym

Kształt węgla ma istotny wpływ na właściwości mechaniczne materiału, zwłaszcza na sprężystość, plastyczność i udarność. Te trzy wymienione cechy są całkowicie inne dla żeliwa sferoidalnego w porównaniu z żeliwem szarym, tworząc z tego pierwszego materiał elastyczny, wytrzymały na obciążenia i drgania oraz przede wszystkim odporny na uderzenia.

Warto podkreślić fakt, że po wprowadzeniu magnezu do ciekłego metalu, producent ma jedynie 20 minut na wykonanie odlewu i jego schłodzenie. Po tym czasie żeliwo sferoidalne z powrotem przekształca się w żeliwo szare wraz z utratą wszystkich korzystnych własności mechanicznych charakterystycznych dla żeliwa sferoidalnego. Nie wszyscy producenci mają takie możliwości technologiczne.

Poniższe zdjęcie przedstawia żeliwo sferoidalne z częściowym rozpadem sferoidów węglowych w lamele, na skutek zbyt późnego odlania wyrobu.

Rozpad sferoidów w lamele

Niestety nie da się wzrokowo odróżnić żeliwa sferoidalnego od szarego na budowie. W tym celu trzeba zlecić wykonanie próby rozciągania na zimno, która wykaże własności mechaniczne, takie jak wytrzymałość na rozciąganie, granicę sprężystości oraz wydłużenie względne.

Wykres zmiany współczynnika sprężystości podłużnej w czasie

Wymiary

Żeliwo sferoidalne, dzięki swoim bardzo dobrym właściwościom mechanicznym opisanym w poprzednim punkcie, zapewnia wysoką wytrzymałość wykonanym z niego rurom zarówno ze względu na ciśnienie transportowanej wody, jak i na nacisk ciężaru gruntu spoczywającego na rurociągu. Obliczona wzorem związanym z wytrzymałością na ciśnienie grubość ścianki dla przykładowej rury DN 300, transportującej wodę pod ciśnieniem 10 barów to 1,07 mm i to przy zachowaniu współczynnika bezpieczeństwa 3. Widać z tego bardzo wysoką wytrzymałość mechaniczną żeliwa sferoidalnego.

Grubości ścianek rur żeliwnych dla poszczególnych średnic są określone klasami ciśnieniowymi C i są większe niż grubości obliczeniowe z uwagi między innymi na różne odchyłki odlewnicze
u różnych producentów rur, a także na różnorodność powłok antykorozyjnych. Tabela 17 normy PN-EN 545 wytłuszczoną czcionką wskazuje na standardowe klasy dla większości zastosowań, zgodnie z opisem umieszczonym pod tą tabelą. Rekomendowane normą PN-EN 545:

  • dla rur w średnicach DN 40-300 – klasa C40,
  • dla rur w średnicach DN 350-600 – klasa C30,
  • dla rur w średnicach DN 700-2000 – klasa C25.

Warto w tym miejscu podkreślić dwa fakty:

  • minimalne grubości ścianek dla poszczególnych klas ujęte w normie PN-EN 545 tabela 17 są wartościami obliczonymi przy założeniu odchyłki dolnej tolerancji odlewniczej – 1,3 mm, a więc rzeczywiste grubości średnie ścianek są na ogół większe o ok. 1 mm,
  • powyższe klasy zawierają już wszystkie współczynniki biorące pod uwagę chwilowe wzrosty ciśnienia oraz uderzenia hydrauliczne, o czym mówi norma PN-EN 545, dlatego nie jest właściwe dobieranie wyższych klas na tzw. wyrost.

Jeżeli chodzi o klasy kształtek, to ze względu na inną – w porównaniu z rurami – metodę odlewania kształtek oraz późniejsze operacje mechaniczne (toczenie, wiercenie), norma PN-EN 545 nie klasyfikuje kształtek w grupach, lecz w sposób jednoznaczny określa ich wymiary na rysunkach 6 do 30 oraz tabelach 18 do 37. Kształtki różnych producentów muszą mieć więc identyczne wymiary oraz zbliżone wagi.
 

Powłoki i wykładziny

Zgodnie z normą PN-EN 545 rury z żeliwa sferoidalnego muszą być zabezpieczone zewnętrznymi powłokami antykorozyjnymi aktywnymi lub pasywnymi, dobieranymi w zależności od rodzaju gruntu oraz technologii montażu rur.
Warto podkreślić fakt, że w normie jest wymagana jakość naniesionej powłoki aktywnej. Cynkowa powłoka zewnętrzną rur jest opisana w normie PN-EN 545, zgodnie z którą powinna pokrywać powierzchnie rury, tworząc ścisłą i jednolitą warstwę.

Z uwagi na wymaganą w normie PN-EN 545 jednolitość warstwy powinno wymagać się jedynie powłok nakładanych wysokotemperaturowo, a w przypadku powłok aktywnych Zn-Al – nakładanych w technologii jednego drutu stopowego. Poniższe zdjęcia mikroskopowe pokazują różnice pomiędzy prawidłowo nałożoną powłoką a tzw. pseudostopem nakładanym z dwóch oddzielnych drutów Zn i Al, z których widać, że w przypadku nakładania powłoki z dwóch oddzielnych drutów Zn i Al, o jednorodności warstwy nie może być mowy.

Powłoki rur Saint-Gobain PAM

Oprócz powłoki cynkowej wyróżnia się, zgodnie z PN-EN 545, aktywne powłoki cynkowo-aluminiowe z lub bez innych metali PN-EN 545. Powłoki takie są ulepszoną wersją powłoki cynkowej i zgodnie z PN-EN 545, mogą być zabudowywane w większości rodzajów gruntów z wyjątkiem:

  • kwaśnych gruntów torfowych,
  • gruntów zawierających śmieci, popioły, żużel lub zanieczyszczonych przez odpady albo ścieki przemysłowe,
  • gruntów poniżej poziomu morza o rezystywności mniejszej niż 500 Ω·cm.

Poniżej zamieszczono opisy zapewniające zgodne z normą PN-EN 545 zwłaszcza w kontekście słów „ścisła i jednolita warstwa”, powłoki aktywne dostępne obecnie w Polsce, gwarantujące Zamawiającemu wysoką ochronę antykorozyjną rur w zależności od korozyjności gruntu:

  • Nakładany z jednego drutu w procesie wysokotemperaturowym, jednorodny stop cynku z glinem (Zn 85%-Al 15%) z domieszką miedzi (Cu), która dodatkowo zabezpiecza przed możliwością wystąpienia korozji biologicznej, zabezpieczony zewnętrzną warstwą akrylową,
  • Nakładany metodą wysokotemperaturową, jednorodny stop cynku z glinem (Zn 85%-Al 15%) w ilości 400 g/m2 zabezpieczony zewnętrzną warstwą z żywicy epoksydowej,
  • Czysty (99,99%) cynk (Zn) nałożony metodą wysokotemperaturową w ilości 200 g/m2 zabezpieczony farbą bitumiczną.

Norma PN-EN 545 określa grunty, w których można stosować powłoki cynkowe oraz wzmocnione powłoki cynkowo-aluminiowe. W pozostałych przypadkach korozyjności gruntu należy stosować powłoki (pasywne) wzmocnione.

Poniżej przedstawiono opisy takich powłok pasywnych, opierając się na zapisach normy PN-EN 545 oraz norm odnośnych (PN-EN 14628 oraz PN-EN ISO 15189).

  • Wytłaczany fabrycznie bezpośrednio na gotową rurę zabezpieczoną powłoką aktywną, polietylen (PEHD) lub poliuretan (PU). Pomiędzy rurą z żeliwa sferoidalnego a powłoką z tworzywa  sztucznego musi znajdować się warstwa kleju zapobiegająca migracji wody pomiędzy rurą a powłoką,
  • Nałożona fabrycznie bezpośrednio na gotową rurę zabezpieczoną powłoką aktywną cynkową, powłoka cementowa zawierająca cięte włókno szklane.

Wewnętrzne wykładziny rur z żeliwa sferoidalnego są również bardzo istotne zarówno dla utrzymania jakości transportowanej wody, jak i inkrustracji oraz oporów przepływu. Poniżej opisano podstawowe powłoki dostępne na rynku polskim:

  • Posiadająca atest PZH, nałożona fabrycznie powłoka z cementu wielkopiecowego zgodnie z PN-EN 197-1, poddana kontrolowanemu sezonowaniu w celu zapewnienia dostateczne hydratyzacji zgodnie z PN-EN 545. Do przygotowania cementu powinna być użyta woda przeznaczona do picia zgodnie z Dyrektywą Wody Pitnej 98/83/EC zgodnie z PN-EN 545,
  • Posiadająca atest PZH, nałożona fabrycznie powłoka z poliuretanu (PU) wg normy PN-EN 15655-1. Zgodnie z normą PN-EN 545 rozróżnia się następujące powłoki zewnętrzne i wewnętrzne dla kształtek:
    • Powłoka z żywicy epoksydowej nanoszonej metodą elektroforezyjną (katofereza) o minimalnej grubości 70 μm wg PN-EN 545,
    • Powłoka z żywicy epoksydowej nanoszonej metodą fluidyzacyjną o minimalnej grubości 250 μm wg PN-EN 545.

Połączenia

Połączenia kielichowe ze względu na ich elastyczność oraz możliwości kompensowania ruchów górotworu, drgań mechanicznych oraz bardzo wysokiej wytrzymałości na ciśnienie wewnętrzne są rekomendowane dla połączeń rur i kształtek żeliwa sferoidalnego. Rozróżnia się dwa zasadnicze rodzaje połączeń kielichowych: połączenia nieblokowane i blokowane.
W przypadku zmiany kierunku wodociągu, montażu wodociągu na dużych nachyleniach stoku lub w gruntach nienośnych należy lokalnie stosować odpowiednie połączenia blokowane, a w pozostałych przypadkach połączenia nieblokowane. Obecnie dostępne są nowoczesne narzędzia projektowe (aplikacje na urządzenia mobilne), pozwalające zaprojektować rurociąg z rur żeliwnych w sposób optymalny pod względem technicznym i ekonomicznym.

Poniżej przedstawiono opisy połączeń wraz z podaniem ich podstawowych parametrów wpływających na jakość montażu oraz bezawaryjną eksploatację:

  • Połączenia nieblokowane – nieprzenoszące sił wzdłużnych (równoległych do osi rury), zapewniające szczelność dla ciśnienia dopuszczalnego roboczego (PFA) nie mniejszego jak PFA dla rur.
  • Połączenia blokowane – przenoszące siły wzdłużne (równoległe do osi rury)
  • Połączenia blokowane pazurowe z zatopionymi w elastomerową uszczelkę zębami ze stali nierdzewnej. Zintegrowana uszczelka pełni funkcję zarówno uszczelniającą, jak i blokującą.
  • Połączenia blokowane pazurowe z w 100% elastomerową uszczelką identyczną jak dla połączeń nieblokowanych, pełniącą funkcję wyłącznie uszczelniającą oraz osobnym pierścieniem z zębami za stali nierdzewnej pełniącym funkcję blokującą.
  • Połączenia blokowane klinowe z garbem spawalniczym z 100% elastomerową uszczelką identyczną, jak dla połączeń nieblokowanych i pełniącą funkcję wyłącznie uszczelniającą.
     

Rodzaje połączeń kielichowych:

  • Połączenia nieblokowane
  • Połączenia blokowane
    • Połączenia blokowane pazurowe z zatopionymi w elastomerową uszczelkę zębami ze stali nierdzewnej
    • Połączenia blokowane pazurowe z w 100% elastomerową uszczelką identyczną jak dla połączeń nieblokowanych, pełniącą funkcję wyłącznie uszczelniającą oraz osobnym pierścieniem z zębami za stali nierdzewnej
    • Połączenia blokowane klinowe z garbem spawalniczym z 100% elastomerową uszczelką identyczną, jak dla połączeń nieblokowanych

Wszystkie połączenia kielichowe mają możliwości odchylenia kątowego bosego końca w kielichu rury lub kształtki z zachowaniem pełnej szczelności w zakresie nawet do 6 stopni w zależności od rodzaju połączenia oraz średnicy.

Niezależnie od zastosowanych połączeń, trzeba mieć na uwadze kluczową rolę uszczelek kielichowych ze względu na ich kontakt z wodą przeznaczoną do spożycia oraz długotrwałą pracę w zmiennych warunkach obciążeń i ciśnień. Na wszystkich uszczelkach zgodnie z normą PN-EN 681-1 muszą być na trwałe umieszczone, w procesie wulkanizacji, poniższe informacje:

  • Data produkcji
  • Logo lub nazwa producenta
  • Nazwa kształtu przekroju poprzecznego (np. Standard lub Tyton) w celu uniknięcia montażu w nieodpowiednim kielichu
  • Materiał uszczelki – do wody dopuszcza się wyłącznie EPDM
  • Średnica w mm

Zarówno w połączeniach blokowanych, jak i nieblokowanych powinno się stosować tylko i wyłącznie uszczelki oryginalne atestowane i zgodne z normą PN-EN 681-1.

Obrazki

Artykuł SIWZ – biuletyn nr 3/2019
1 / 1
Artykuł SIWZ – biuletyn nr 3/2019

Zobacz także

Żeliwo obejmuje szeroką gamę stopów żelaza, węgla i krzemu. Odkryte w latach 40-tych ubiegłego wieku żeliwo sferoidalne to prawdziwa innowacja technologiczna.
Biuletyn świat SFEROIDeALNY to półrocznik Saint-Gobain PAM, w którym prezentujemy najważniejsze wydarzenia z „życia” firmy, najciekawsze projekty realizowane wspólnie z naszymi partnerami i klientami oraz nowości w ofercie.