Εγκατάσταση αγωγών πολυαιθυλενίου ΡΕ σε δίκτυα Φ. Αερίου

Το HDPE πολυαιθυλένιο είναι ένα υλικό με εξαιρετικές φυσικές/μηχανικές ιδιότητες, που σε συνδυασμό με το χαμηλό κόστος προμήθειας του, το καθιστά ιδανική επιλογή για τα δίκτυα Φ.Αερίου. Κατά τον σχεδιασμό και την κατασκευή αυτών των δικτύων πρέπει να λαμβάνονται υπ όψιν αυτές οι ιδιότητες του και πολύ περισσότερο οι περιορισμοί λόγω της φύσεως του υλικού, ώστε να διασφαλίζεται η ασφάλεια, η βιωσιμότητα και η λειτουργικότητα των δικτύων:

I. Το πολυαιθυλένιο έχει μέτρο ελαστικότητας τάξης διακόσιες φορές μικρότερο από αυτό του χάλυβα ¹

II. Το πολυαιθυλένιο έχει λόγο Poisson (ν) ~0.45 (για τον χάλυβα ν~1/3). Αυτό σημαίνει ότι όταν ο αγωγός φορτίζεται υδροστατικά, δηλαδή είναι υπό πίεση, ή όταν το σχήμα του είναι περιορισμένο, τότε αυξάνει η δυσκαμψία του ²

III. Λόγω της ημικρυσταλλικής του φύσης έχει αρκετά μικρή θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης Tg (glass transition temperature ³) έχοντας ως αποτέλεσμα: να επιδέχεται μεγαλύτερων παραμορφώσεων πριν υποστεί μη αντιστρεπτή ζημιά και να παρουσιάζει μεγαλύτερη αντοχή σε θραύση καθώς και σε φαινόμενα ταχείας διάδοσης ρήγματος (Rapid crack propagation)

IV. Εμφανίζει ιξωδοελαστική συμπεριφορά (viscoelastic behavior): υπό σταθερή παραμόρφωση, η τάση μειώνεται με τον χρόνο (σχ.1). Αυτή του η ιδιότητα είναι ιδιαίτερα χρήσιμη σε περιπτώσεις που δεν επιδέχεται ή δεν επιτρέπεται πρόσθετη παραμόρφωση.

V. Έχει συντελεστή θερμικής διαστολής α~ 12x 10^-5 C^-1. Η τιμή αυτή είναι δέκα φορές μεγαλύτερη από την αντίστοιχη του χάλυβα.

• Οι συναρμογές σε αλλαγή κατεύθυνσης της όδευσης του σωληναγωγού γίνονται με τη βοήθεια εξαρτημάτων (γωνιές, καμπύλες), ή με καμπύλωση του σωληναγωγού κατά την ελάχιστη επιτρεπόμενη ακτίνα καμπυλότητας του. Καμπύλωση των αγωγών με θέρμανση απαγορεύεται. Όταν καμπυλώνεται θα πρέπει η θλιβόμενη ίνα από την περιτύλιξη να μην μετατρέπεται σε εφελκυόμενη, δηλαδή να μην κάμπτεται ανάποδα από το σχήμα που έχει ήδη αποκτήσει.
• Τα υπέργεια τμήματα σωλήνων πολυαιθυλενίου πρέπει να προστατεύονται τόσο μηχανικά, όσο και έναντι της υπεριώδους ακτινοβολίας με χιτώνιο προστασίας. 
• Στην περίπτωση που ο αγωγός ΡΕ τοποθετηθεί σε χιτώνιο προστασίας από PVC, τα άκρα του χιτωνίου πρέπει να είναι κατάλληλα διαμορφωμένα ή να φέρουν ειδικό εξάρτημα ώστε να αποφευχθεί ο τραυματισμός του σωλήνα κατά τη διέλευσή του από το χιτώνιο.
• Οι βάνες του δικτύου πρέπει να τοποθετούνται με τέτοιο τρόπο ώστε να αποφεύγεται η ανάπτυξη υπερβολικών τάσεων κατά την εγκατάσταση και λειτουργία τους. Συγκεκριμένα κατά τη συγκόλληση της βάνας με σωλήνες πολυαιθυλενίου σε κουλούρα, πρέπει να συγκολλάται ένα τουλάχιστον άκρο της βάνας με ευθύγραμμο σωλήνα μήκους 1 m τουλάχιστον. Οι βάνες τοποθετούνται σε θέσεις οδών μειωμένου κυκλοφοριακού φόρτου, ώστε να είναι επισκέψιμες κατά την λειτουργία του δικτύου.
• Κατά την εγκατάσταση του αγωγού πρέπει να αποφεύγεται η ανάπτυξη τάσεων που πιθανόν να προκληθεί από σχετική κίνηση εδαφών (σεισμός ή καθιζήσεις) ή γειτονικών κατασκευών ή από θερμικά φαινόμενα. Ο αγωγός τοποθετείται ελεύθερος στην μέση του σκάμματος, ακολουθώντας την ευθυγραμμία.
• Η επίχωση με άμμο γύρω από τον σωλήνα πολυαιθυλενίου πρέπει να γίνεται με τρόπο ώστε κατά την συμπίεση να μην επηρεαστεί η κυκλικότητα του σωλήνα. Απαγορεύεται η επίχωση γύρω από τον αγωγό με υλικά εκσκαφής ή άλλα υλικά που πιθανόν κατά τη συμπίεση να τραυματίσουν τον αγωγό.

Όδευση του σωληναγωγού

1. Ο αγωγός οδεύει παράλληλα με τον άξονα του δρόμου και πλησίον του ρείθρου του πεζοδρομίου. Η όδευση του αγωγού πρέπει να είναι ευθύγραμμη και να αποφεύγονται οι συχνές αλλαγές της κατεύθυνσης της όδευσής του. Κάθε αλλαγή της κατεύθυνσης της όδευσης του αγωγού γίνεται πάντα με χρήση καμπυλών 90⁰. Σε περίπτωση που αλλάζει κατεύθυνση οδεύοντας στην απέναντι πλευρά του δρόμου, η όδευση που ενώνει τις δύο παράλληλες οδεύσεις είναι κάθετη στον άξονα του δρόμου

2. Ο σωληναγωγός ΡΕ του δικτύου διανομής φυσικού αερίου τοποθετείται, στο πεζοδρόμιο σε απόσταση τουλάχιστον 1m από την ρυμοτομική γραμμή των κατοικιών, όπου αυτό είναι εφικτό. Στην περίπτωση που κτίριο προεξέχει της ρυμοτομικής γραμμής ισχύει η απόσταση του 1m από την κάθετη προβολή του κτιρίου. Εάν δεν είναι εφικτή η εγκατάσταση του αγωγού στο πεζοδρόμιο, τότε αυτός εγκαθίσταται στο δρόμο. Απαγορεύεται η διέλευση του αγωγού (παράλληλη όδευση) κάτω από το ρείθρο του πεζοδρομίου, από μετρητές νερού, δέντρα και θάμνους, καμπίνες ή άλλες κατασκευές (συντριβάνια, παγκάκια κ.λ.π.). Σε περίπτωση που ο αγωγός διέρχεται κοντά από δέντρα, των οποίων οι ρίζες ενδεχομένως να επηρεάσουν τον αγωγό, θα ληφθούν ιδιαίτερα μέτρα μηχανικής προστασίας του αγωγού. Οι διασταυρώσεις με δρόμους, οδικές αρτηρίες, σιδηροδρομικές γραμμές, ποταμούς, χειμάρρους, γέφυρες κλπ., οι οποίες προβλέπονται από τη μελέτη, δεν θεωρούνται ως εμπόδια.

3. Γενικώς η χάραξη της τάφρου πρέπει να είναι ευθύγραμμη. Όταν υπάρχουν εμπόδια σε μεταξύ τους απόσταση μικρότερη των 30m, τότε η χάραξη της τάφρου γίνεται εκτός της περιοχής των εμποδίων. Αν η μεταξύ των εμποδίων απόσταση είναι μεγαλύτερη των 30m, επιτρέπεται η τοπική παράκαμψη εμποδίων με απόκλιση από την ευθύγραμμη χάραξη.

4. Δοκιμαστικές τομές διενεργούνται κυρίως σε περιπτώσεις όπου:

• Επηρεάζεται η ευθύγραμμη πορεία ή το τυπικό βάθος τοποθέτησης των αγωγών εξαιτίας ύπαρξης υπογείων εμποδίων.
  
• Είναι δύσκολος ο ακριβής εντοπισμός και η αναγνώριση των υπογείων εμποδίων.
  
• Απαιτείται η εκτίμηση του υπεδάφους όσον αφορά στα πρανή, την ποιότητα, τον χαρακτηρισμό (γαιώδες, ημίβραχος κλπ.), τον υδροφόρο ορίζοντα κλπ.

Εγκατάσταση σωληνώσεων

1. Σωλήνες σε κουλούρα

Το ξετύλιγμα του σωλήνα γίνεται υποχρεωτικά περιστρέφοντας την κουλούρα (είτε σε οριζόντια ή κατακόρυφη θέση) έτσι ώστε να μην προκαλείται στρίψιμο του σωλήνα. Η κουλούρα θα τοποθετηθεί σε κατάλληλη μηχανή εκτύλιξης. Για αγωγούς μικρής διαμέτρου dn ≤ 32 συνιστάται το ξετύλιγμα της κουλούρας να γίνεται από το εσωτερικό της χρησιμοποιώντας τον κατάλληλο προστατευτικό σάκο.

Σημεία ιδιαίτερης προσοχής

• Κατά την εκτύλιξη του σωλήνα, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή ώστε η τελευταία σπείρα του σωλήνα να να είναι καλά δεμένη. Πριν το λύσιμο του τελευταίου τμήματος ο σωλήνας ασφαλίζεται προσωρινά.
• Κατά την κοπή του σωλήνα, και εφ' όσον εναπομένει τμήμα σωλήνα στην κουλούρα, ασφαλίζεται (δένεται) ο σωλήνας και στις δύο πλευρές του κοψίματος.
• Μεγάλη προσοχή πρέπει να δοθεί όταν κοπεί ο σωλήνας που τυλίγεται από το πάνω μέρος της κουλούρας. Κατά το κόψιμο του σωλήνα και εάν αυτός δεν έχει δεθεί κατάλληλα, υπάρχει κίνδυνος απότομου σπασίματος του σωλήνα. Τα παραπάνω φαινόμενα επιδεινώνονται όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι χαμηλή.
• Κατά τον καταβιβασμό του σωλήνα στο σκάμμα πρέπει να λαμβάνεται υπόψην η ενδεχόμενη επίδραση στον αγωγό η σχετική μετακίνηση του εδάφους ή των παρακείμενων κατασκευών ή θερμοκρασιακών μεταβολών ⁴. Αν ο αγωγός εγκαθίσταται με ελκυσμό, η δύναμη έλξης σε Newton δεν θα υπερβαίνει αυτή που υπολογίζεται από την σχέση ⁵: 14 x π x dn² / 3xSDR,  έτσι, για αγωγό διαμέτρου dn = 125mm η μέγιστη επιτρεπόμενη δύναμη έλξης είναι 2080 daN. Κατά την Διεθνή πρακτική, για τον έλεγχο της δύναμης που ασκείται στον αγωγό χρησιμοποιούνται συσκευές weak links (breakaway swivels) που διαρρηγνύονται όταν η επιβαλλόμενη δύναμη υπερβεί ένα προκαθορισμένο όριο (ASTM F1804).

• Οι βάνες εγκαθίστανται ώστε η λειτουργία τους (ανοιγοκλείσιμο) να μην προκαλεί πρόσθετες τάσεις στον αγωγό.​

2. Ευθύγραμμοι σωλήνες

Αφορά κυρίως σε σωλήνες ΡΕ μεγάλης διαμέτρου, οι οποίοι είναι σε ευθύγραμμοι. Η συγκόλληση των σωλήνων θα γίνεται κατά βάση έξω από την τάφρο. Οι σωλήνες στηρίζονται σε ξύλινες δοκούς επενδεδυμένες με πλαστικό για να μην τραυματίζονται οι σωλήνες. Στην περίπτωση που η συγκόλληση θα γίνει μέσα στην τάφρο, για να μην τραυματιστεί ο σωλήνας ΡΕ θα έχει ήδη στρωθεί άμμος λατομείου στον πυθμένα της τάφρου κατάλληλα συμπυκνωμένη. Σε περίπτωση όπου απαιτείται μετατόπιση του σωλήνα, αυτή θα γίνεται με τη βοήθεια ράουλων. 

3. Αλλαγή διεύθυνσης – Κλάδοι δικτύου

• Οι μικρές αλλαγές κατεύθυνσης του σωληναγωγού κατά την όδευση (κάθετες ή οριζόντιες) μπορούν να γίνουν με καμπύλωση του σωλήνα ΡΕ.

• Αλλαγές κατεύθυνσης όδευσης του σωληναγωγού μεγαλύτερες από 45⁰ γίνονται με τη χρησιμοποίηση ειδικού εξαρτήματος (γωνιάς κλπ.).

• Η ελάχιστη επιτρεπόμενη ακτίνα καμπυλότητας είναι 30 φορές η ονομαστική διάμετρος του σωλήνα (50 φορές για σωλήνα διαμέτρου Φ160 και άνω).

• Οι σωλήνες σε κουλούρα (δηλαδή σωλήνες μικρής διαμέτρου) τοποθετούνται μέσα στην τάφρο και η επίχωση θα γίνεται άμεσα με στρώση άμμου πάχους. Τα εξαρτήματα (ταυ, συστολές, κλπ.) τοποθετούνται και συγκολούνται στα συγκεκριμένα σημεία την επόμενη ημέρα, αφού γίνει τοπική εκσκαφή της επίχωσης και κοπεί ο αγωγός κατάλληλα

4. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να ληφθεί πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τη συγκόλληση του σωλήνα ώστε να αποφευχθεί η είσοδος ξένων υλικών μέσα στους σωλήνες (νερό, άμμος, χαλίκια, λάσπες, πέτρες, κλπ.). Για την αποφυγή των παραπάνω κάθε σωλήνας, που τοποθετείται στην τάφρο πρέπει να είναι ταπωμένος με στεγανές τάπες.

5. Πριν την τοποθέτηση του σωλήνα στο σκάμμα, ελέγχεται ότι η κλίνη είναι καθαρή και επίπεδη, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται μία τελείως ομοιόμορφη βάση στήριξης για την σωλήνωση. Πέτρες και άλλα αντικείμενα που δύναται να προκαλέσουν ζημιές στην σωλήνωση, πρέπει να αφαιρούνται. Ο αγωγός πριν εγκατασταθεί στο σκάμμα πρέπει να ελέγχεται ενδελεχώς για τυχόν ατέλειες ή ζημιές στην επιφάνεια του (αμυχές, κρατήρες, εγκοπές, κλπ)

6. Ο αγωγός τοποθετείται σε βάθος 0.80μ, ενώ η τάφρος εκσκαφής είναι όπως στο σχήμα 2. Για ειδικές περιπτώσεις όπου ο σωλήνας λόγω εμποδίων πρέπει να εγκατασταθεί σε μικρότερο βάθος από τα 0,8m, τότε ο αγωγός προστατεύεται με σωλήνα PVC, ο οποίος εγκιβωτίζεται σε οπλισμένο σκυρόδεμα C16/20, πάχους 15cm και τοποθετούνται προστατευτικές πλάκες οπλισμένου σκυροδέματος C16/20 πάχους 0,15cm, μήκους 1m και πλάτους ίσο με το πλάτος της τάφρου. Η αναγκαστική μείωση του βάθους εγκατάστασης δεν πρέπει σε καμία περίπτωση να είναι μικρότερη από 0,6m από την στέψη του σωλήνα και η μηχανική προστασία με πλάκες οπλισμένου σκυροδέματος είναι αναγκαία. Η παραπάνω μείωση του βάθους εγκατάστασης και προστασία του αγωγού γίνεται σε διελεύσεις τοπικών εμποδίων και για μικρό μήκος έως 5m. Σε ειδικές περιπτώσεις και όπου αποδεδειγμένα το ελάχιστο βάθος δεν μπορεί να τηρηθεί, μπορεί να γίνει περαιτέρω μείωση του βάθους εγκατάστασης σε περιπτώσεις διέλευσης τοπικών εμποδίων και για μήκος όχι μεγαλύτερο των δύο (2) μέτρων.

¹ Το μέτρο ελαστικότητας ορίζεται ως το πηλίκο της εφελκυστικής τάσης προς την παραμόρφωση: σ =Ε xε. Η παραμόρφωση ισούται με: ε = ΔL/L₀ Άρα όσο μεγαλύτερο το μέτρο ελαστικότητας τόσο μικρότερη η παραμόρφωση για την ίδια τάση.

² Tο μέτρο όγκου Κ ορίζεται ως p = K x ΔV/Vo και ισχύει ~3Ε για το HDPE, έναντι Κ~Ε για τους χάλυβες. Ειδικά για τα ελαστομερή, το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα έντονο καθώς ν=0.5 και Κ>>Ε

³ ISO 472:approximate midpoint of the temperature range over which reversible change in an amorphous polymer or in amorphous regions of a partially crystalline polymer from (or to) a viscous or rubbery condition to (or from) a hard and relatively brittle one, takes place

Note: The glass transition temperature varies significantly, depending upon the specific property and the test method and conditions selected to measure it.

⁴ EN 012007-2 :Gas supply systems -Pipelines for maximum operating pressure up to and including 16 bar -Part 2: Specific functional recommendations for polyethylene

⁵ SDR (Standard dimension ratio): Αριθμός περίπου ίσος με τον λόγο της ονομαστικής εξωτερικής διαμέτρου προς το ονομαστικό πάχος του αγωγού. Στα δίκτυα Φ.Αερίου το SDR ισούται με 11​