PP – odolné a ekologické řešení pro gravitační potrubní systémy (30 let vývoje PP pro podzemní kanalizace)
Petr Vondráček, Borealis s.r.o., Česká republika Martin Lackner, Borealis AG, Rakousko Carl-Gustaf Ek, Borealis AB, Švédsko
© 2007 Borealis AG
VAKINFO 2012, 6.-7. listopadu 2012 Karlovy Vary
PP byl zvolen pro spolehlivé odpadové potrubní vedení jiţ před téměř 35 lety Výrobu beztlakových trubek započala ve Skandinávii v letech 1978-79 firma Mabo*) Vanvikan, Norsko • Trubky SN6.3 pro odpadní řady a stoky
• 1985 – zavedeny dvouvrstvé potrubní systémy, nejprve výhradně pro dešťovou vodu
© 2007 Borealis AG
• 1992 - dvouvrstvý potrubní systém schválen také pro kanalizační pouţití
*) dnes Pipelife Norway Obrázky se svolením MABO / Pipelife NO
Vývoj PP pro kanalizace … a nové inovační konstrukce trubek
PP innovation
PP-B se zlepšeným zpracováním pro korugované trubky Nová generace PP-HM EN1852
PP-B se střední tuhostí speciálně pro korugované trubky
První tuhý PP pro kanalizační trubky
© 2007 Borealis AG
1978
1998
PP-HM s modulem 2000MPa pro plnostěnné trubky podle revidované EN1852
2001
2003
2009
2012
PP innovation
Vývoj PP pro kanalizace – nové konstrukční řešení trubek
© 2007 Borealis AG
1978
1998
2001
2003
2009
2012
Rozšíření PP pro kanalizace bude pokračovat • Růst světové populace • Urbanizace • Nedostatek vody a přísnější standardy pro kvalitu vody • Stárnoucí infrastrukturní systémy • Změny klimatu
© 2007 Borealis AG
Nejnovější vývoj vysokomodulového PP-HM (2000 MPa) urychluje růst pouţití PP v beztlakových kanalizační ch systémech
Objem instalací plastových a PP kanalizačních potrubí roste • Pravidelná kamerová inspekce, povědomí o stavu stok
Kanalizační trubky – přírůstek instalovaného objemu
• Publikace poruchových statistik
• PP systémy jsou jedny z ekologicky nejudrţitelnějších řešení • Klíčové rozhodovací orgány jsou stále lépe informovány, např. o celkových nákladech (lifetime cost) • Vývoj PP-materiálů, např. produkty PP-HM
Laminát Tvárná litina Kamenina Beton
• Vývoj konstrukce a technologie výroby trubek
© 2007 Borealis AG
• Vývoj evropské standardizace Zdroj: AMI 2012
K nahrazení starších rigidních potrubních systémů vede ještě dlouhá cesta... EVROPA – DRENÁŢNÍ A KANALIZAČNÍ POTRUBÍ (> 700 mm), PODÍL MATERIÁLŮ
Beton Kamenina Tvárná litina Laminát PP HDPE
© 2007 Borealis AG
PVC
Zdroj: AMI 2012
© 2007 Borealis AG
PP materiály pro drenáţní a kanalizační trubky Produkt 2 PP-B
Produkt 3 PP-HM
Produkt 4 PP-HM Nejnovější vývoj
Metoda
Vlastnost
Produkt 1 PP-B
MFR2.16 (g/10min)
0.3
0.5
0.3
0.3
ISO 1133, 230oC/2,16
Hustota (g/cm3)
0.90
0.90
0.90
0.90
ISO 1183, 23oC
Modul pruţnosti (MPa)
1300
1500
1700
2000
ISO 527-2, 23oC
Napětí na mezi kluzu(MPa)
28
29
31
38
ISO 527-2, 23oC
Vrubová houţevnatost (kJ/m2) +23oC - 20oC
50 4
60 6
50 5
29 2
ISO 179/1eA
(Zlepšená zpracovatelnost)
PP je obecně přijímaný a spolehlivý materiál pro kanalizační potrubní systémy
© 2007 Borealis AG
Klíčové znaky
Vlastnosti PP
Příznivé statistika poruch
PP potrubí se díky své pruţnosti přizpůsobuje okolním zemním pohybům, proto vyniká těsností a působivou statistikou poruchovosti během celé doby ţivotnosti
Efektivní vyuţití materiálu
PP kanalizační systémy mají ze všech konvenčních a standardizovaných materiálů nejniţší délkovou hmotnost, coţ je klíčový příspěvek k udrţitelnosti
Lehké systémy – vysoká bezpečnost práce
Instalace a manipulace s PP trubkami je snadná a bezpečná (v porovnání s těţkými rigidními systémy), coţ přispívá ke sníţení nákladů na pokládku
Trvanlivost a ţivotnost
Chceme-li dosáhnout maximální ţivotnosti (>100 let) a konzistentní kvality PP potrubí, měly by se pouţívat pouze originální PP materiály (se známou hodnotou odolnosti PP proti praskání za napětí)
Nejmenší dopad na ţivotní prostředí
PP představuje environmentálně šetrné řešení pro udrţitelné kanalizační sítě – má výrazně niţší uhlíkovou stopu (CO2 footprint) neţ rigidní materiály předchozích generací
Budoucí rozvoj plastových potrubí závisí na investicích do infrastruktury Náklady na neinvestování nejsou udrţitelné, protoţe např. v Itálii úniky z potrubí stojí 3,9 – 5,2 miliard € ročně Vţdy je třeba posuzovat celkové náklady (nejenom cenu materiálu), tj. včetně nákladů na pokládku, údrţbu a ochranu ţivotního prostředí Úspory při renovaci stokového potrubí v Itálii, 2008
Materiál
Pokládka
Údrţba
Ţivotní prostředí
celková úspora plasty vs. litina 63.5 miliard Euro
© 2007 Borealis AG
celková úspora plasty vs. beton 54.3 miliard Euro
Zdroj: Althesys Strategic Consultants, The benefit of Pipeline innovation – The advantages of using plastics for the water industry in Italy, 2008
Typická struktury poruch v současných tradičních kanalizačních sítích (SRN, 2009 – 93% rigidních materiálů) Statistika poruch kanalizace – SRN, 2009
• 2/3 poruch následkem prasklin, koroze, opotřebení = materiálové příčiny
© 2007 Borealis AG
• 1/3 poruch následkem netěsností spojů, inkrustace, prorůstání kořenů
Zdroj: C. Berger, C. Falk, DWA, Ergebnisse der DWAUmfrage: Zustand der Kanalisation in Deutschland, 2009
Plastové kanalizační systémy jsou pruţné a mají ze všech pouţívaných materiálů nejniţší poruchovost Studie Göttingen :
• potrubí z tradičních tuhých materiálů (cca 40 let staré) – 1,25 poruch / km / rok • potrubí z plastů (svařovaný HD-PE ) – 0,03 poruch/ km / rok • zlepšení poruchovosti – 42x
© 2007 Borealis AG
→ město Göttingen se rozhodlo zastavit pouţívání kameninových a betonových kanalizačních potrubí před více neţ 12 lety
TSUNAMI 11. 3. 2011 – Fukušima, Japonsko Vizuální kontrola stavu kanalizačních potrubí na 21 místech na trase 1000 km v květnu-červnu 2011
(Dainippon Plastics Co Ltd, Osaka - výrobce kanalizačních vinutých průměrech 300 – 3000 mm)
3 typy potrubí: • HD-PE …. OK • Beton … praskliny
© 2007 Borealis AG
• Sklolaminát … spoje
HD-PE o
HD-PE ( L … 35 - 159 m; DN … 900 - 2400 mm): Výsledky kontroly: - ţádná viditelná poškození - relativní průhyb … 1 – 4,1% (podle jap. normy povoleno 5%) Potrubí DN 1000 mm: Relativní vertikální průhyb
%
. . x trubky
© 2007 Borealis AG
Příklady porušení betonových potrubí:
PP kanalizační systémy jsou ze všech standardizovaných materiálů nejlehčí Délková hmotnost trubek DN 200mm
kg/ m trubky
Beton - 55 kg/m Kamenina - 38 kg/m PP-B 1300 - 4,7 kg/m PP-HM 2000 - 3,8 kg/m PP-HM 2700 - 3,4 kg/m Beton
Kamenina
PP-B 1300MPa PP-HM 2000
PP-HM 2700
© 2007 Borealis AG
Manipulace a pokládka lehkých systémů = niţší spotřeba energie, méně materiálu a niţší náklady Weight/meter of SN8 solid wall PP-HM pipes according to EN1852 versus other common materials
Snadná, rychlá a bezpečná instalace • Nejlehčí trubky oproti ostatním materiálům: 3.77 kg/m pro DN200 • Redukce času pokládky aţ o 40% • Nízká hmotnost sniţuje riziko zranění, je trvale udrţitelná
© 2007 Borealis AG
Instalace kameniny
Instalace trubek z PP-HM
Se svolením firmy Rehau
Vysoká hmotnost velkorozměrových betonových trub představuje problém ...
Bezpečnost DN2000 betonová roura váţí ~4000 kg/metr
© 2007 Borealis AG
1 metr této PP roury váţí ~160 kg, tj. pouze 4% hmotnosti odpovídající betonové roury
Ţivotnost • Pro originální neplněný PP-HM byla demonstrována očekávaná ţivotnost >100 let (extrapolace výsledků podle DIN 8078 při 110°C po dobu >1 rok) na základě měření odolnosti vnitřnímu tlaku ale: ţivotnosti určují podmínky aplikac – chybí vhodná metodika • Pro PP beztlakové stoky se vyţaduje EPD (environmentální prohlášení o produktu); zatím všechny plastové trubní systémy postrádají odhady očekávané ţivotnosti >100 let za podmínek aplikace • Společný projekt TEPPFA a 2 velkých výrobců PP - určení očekávané ţivotnosti plastových beztlakových potrubí pro EPD – vývoj nové metodiky/zkušebních metod 0.01 HDPE 15 % deflection un-aged aged 6 months aged 12 months 25 % deflection un-aged aged 6 months aged 12 months
Compliance, 1/MPa
0.008
0.006
0.004 35 % deflection un-aged aged 6 months aged 12 months 45 % deflection un-aged aged 6 months aged 12 months
© 2007 Borealis AG
0.002
0 0.1
1
10
100 Relaxation time, hours
1000
10000
100000
PP je trvale udrţitelný materiál s nízkou emisí CO2 Odhad emise CO2 během celé doby ţivota (výroba + pouţití + likvidace) Porovnání 10 betonových inspekčních šachet z PP a betonu
Emise CO2 (t)
Emise CO2 (t) během celé doby ţivota výrobku
PP Beton
Trubky
Šachty
Celkem
© 2007 Borealis AG
O 80% méně emisí CO2 u šachet, o 90% méně u kompletního systému Zdroj: REHAU / Brandenburg Technical University* (BTU), Cottbus, Germany Dipl.-Ing. Stefan Just; Prof. Dr. rer. nat. Jürgen Ertel
Vývoj PP pro beztlaková kanalizační potrubí Vývoj PP za posledních 10 let • E-modul - zvýšení ze1300 MPa na 2000 MPa • Zlepšení rovnováhy tuhosti a houţevnatosti /rázové odolnosti/ • Vývoj nových konstrukcí trubek – slabší, strukturované stěny • Zachování klíčových charakteristik PP, např. chemické odolnosti, ESCR
Předpoklad vývoje PP v následujících 10 letech • E-modul – zvýšení o dalších 700 MPa na 2700 MPa ? • Zlepšení zpracovatelnosti a další sniţování hmotnosti potrubí • Podpora novým konstrukcím trubek pro efektivnější vyuţití materiálu
© 2007 Borealis AG
• Stále větší vyuţívání výhody dlouhé ţivotnosti a udrţitelnosti /ekologické šetrnosti/
© 2007 Borealis AG
Příklady konkrétních aplikací
Výhodné vlastnosti PP a pokrokové řešení přispívají k ochraně ţivotního prostředí v ČR Cíle projektu a výchozí situace • Obnova nevyhovujícího a poškozeného betonového kanalizačního systému
• Sníţení úniků a znečistění spodní vody nad nádrţí Nové Mlýny, jiţní Morava • Zemní pohyby v bývalém důlním území Oslavany – je nutné flexibilní potrubí
Řešení • Celková délka: 26km (17km hlavní stoka, 9km domovní přípojky) • Nejnovější typ PP-B (PP-HM 2000 MPa) bez modifikace • Hladké trubky SN16, průměr 315mm – 600mm (DN150-200 pro domovní přípojky)
© 2007 Borealis AG
• Tenčí stěny při zachování dobré houţevnatosti i tuhosti Instalacev Ivančicích a Oslavanech
Rychlá a bezpečná pokládka v Cuxhavenu, SRN Výchozí situace • Silně únikající betonové a kameninové stokové potrubí v délce 1,2 km • Nestabilní zemina, spodní voda – vztlakové síly • Velmi úzký prostor pro instalaci
Řešení • Hladké PP potrubí (DN250/DN630) vyrobené z PP-HM 2000 MPa Výhody • Rychlá a bezpečná instalace ve stísněném manipulačním prostoru díky nízké hmotnosti potrubí © 2007 Borealis AG
• Těsný systém bez úniků
Pictures: Courtesy Rehau
© 2007 Borealis AG
ZÁVĚR
1
PP se stále více pouţívá díky své pověsti kvalitního materiálu pro plastová potrubí
2
PP má ve srovnání s tradičními potrubními materiály menší emise CO2 během celého ţivotního cyklu
3
Je potřeba zajistit EPD s uvedením očekávané ţivotnosti 100 let (bez pouţití neoriginálních materiálů)
4
PP má stále velký inovační potenciál
5
PP je výhodný materiál pro svou ekologickou šetrnost a schopnost přispívat k trvale udrţitelným řešením
© 2007 Borealis AG
DĚKUJI ZA POZORNOST
