Rurociągi derywacyjne

Doprowadzenie wody od ujęcia do budynku elektrowni (co jest zadaniem rurociągu derywacyjnego) może wydawać się mało skomplikowanym zagadnieniem. A jednak wybór optymalnego ze względów ekonomicznych wariantu wykonania rurociągu derywacyjnego nie jest wcale taki prosty. Uzależniony jest on od warunków gruntowo wodnych, korozyjności środowiska gruntowego i medium, projektowanej średnicy rury i ciśnienia (uzależnionego od wielkości spadu z uwzględnieniem uderzenia hydraulicznego oraz projektowanych urządzeń zabezpieczających), warunków atmosferycznych a nawet ograniczeń terenowych wpływających na możliwość użycia niezbędnego sprzętu budowlanego.


http://images.photo.bikestats.eu/zdjecie,600,117260,elektrownia-wodna-zarnowiec.jpgRurociąg derywacyjny może być ułożony: w gruncie, w nasypie lub częściowym nasypie, na powierzchni terenu (bezpośrednio lub na podporach). Z punktu widzenia środowiska ułożenie rurociągu w gruncie wydaje się być rozwiązaniem optymalnym, ponieważ ziemia może powrócić do swego stanu pierwotnego, a sam rurociąg nie stanowi bariery ani dla dzikich zwierząt, ani dla roślinności. Materiał rurociągu musi być odporny na korozję. Warunek ten jest spełniony dla polietylenu wysokiej gęstości(PEHD). Rury z PEHD nie wymagają żadnych zabezpieczeń antykorozyjnych. Pozostałe materiały takie jak stal, czy żeliwo, muszą być starannie pomalowane i zaizolowane w celu ochrony ich powierzchni przed korozją.


Rurociąg derywacyjny z materiałów tradycyjnych (stal, żeliwo) zainstalowany powyżej powierzchni gruntu może być zaprojektowany ze złączami kompensacyjnymi lub bez nich. Zmiany temperatury są szczególnie istotne, gdy turbina nie pracuje w sposób ciągły lub gdy rurociąg derywacyjny jest opróżniany dla potrzeb remontowych, co naraża dylatacje na naprężenia termiczne.

Rurociąg derywacyjny jest zwykle prowadzony w odcinkach prostych (lub do nich zbliżonych), z podporami stałymi na każdym zagięciu, a także złączami kompensacyjnymi pomiędzy każdą parą podpór. Podpora stała musi przenosić siły wzdłużne rurociągu derywacyjnego, a także siły tarcia spowodowane przez jego rozszerzenie lub skrócenie. Dlatego – o ile to możliwe – powinna być posadowiona na podłożu skalnym. Jeśli, z racji właściwości terenu, podpora wymaga użycia dużej ilości betonu, przez co staje się kosztowna, to alternatywą staje się eliminacja co drugiej podpory stałej oraz wszystkich złącz kompensacyjnych. W takim rozwiązaniu rolę złącz kompensacyjnych przejmują uwolnione zagięcia, które mogą wykonywać na niewielkie przemieszczenia. W takim przypadku pożądane jest ułożenie prostych odcinków rurociągu w siodłach stalowych przystosowanych do kształtu przekroju poprzecznego rurociągu, obejmujących z reguły wycinek przekroju o kącie środkowym 120º. Siodła te mogą być wykonane z blach stalowych lub kształtowników, z materiałem samosmarnym pomiędzy siodłem, a rurociągiem. Przemieszczenia mogą być absorbowane przez złącza kompensacyjne lub przez swobodnymi zagięcia, umożliwiające niewielkie przemieszczenia. Jeśli w rurociągu zastosowano złącza kielichowe z uszczelkami toroidalnymi, to efekty rozszerzanie i kurczenia rurociągu są kompensowane przez te złącza.

Rury PEHD ze względu na stosowanie połączeń spawanych lub zgrzewanych, gwarantujących jednorodność rurociągu mogą być układane bezpośrednio na powierzchni terenu bez użycia kompensatorów. Polietylen w kolorze czarnym jest odporny na działanie promieniowania UV. W zależności od uwarunkowań terenowych rurociąg może być zaprojektowany jako kotwiony punktowo. Wszystkie naprężenia występujące na odcinku pomiędzy punktami kotwiącymi przenoszone są przez ściankę rurociągu. Funkcje kotwiącą może spełniać odpowiednio przygotowany blok żelbetowy lub nasyp z gruntu.

Rozwiązaniem najwygodniejszym jest wykonanie nasypu na całej długości rurociągu, co minimalizuje wpływ zmian temperatury i stabilizuje układ. W dzisiejszych czasach istnieje duży wybór materiałów na rurociągi derywacyjne: stal, żeliwo, polietylen o wysokiej gęstości, żelazobeton itp. Dla dużych spadów i średnic połączenia nierozłączne spawane lub zgrzewane są najczęściej najlepszym wyborem. Wybór rurociągu dla zadanych warunków pracy powinien nastąpić po analizie ceny materiału i połączeń, wymaganego dla danej technologii sposobu posadowienia (z uwzględnieniem ewentualnej konieczności wykonania podpór pod kielichami (żeliwo), bloków oporowych, zabezpieczeń antykorozyjnych), trwałości i konieczności wykonywania uzupełniania zabezpieczeń antykorozyjnych w trakcie eksploatacji.

W przypadku mniejszych średnic trzeba wybierać pomiędzy:

  • rurami stalowymi, łączonymi kielichowo, z uszczelnieniami toroidalnymi (przez co unika się spawania w fabryce) lub kołnierzami spawanymi, skręcanymi śrubami na miejscu;
  • rurociągami z betonu wirowanego lub sprężonego;
  • rurami z żeliwa ciągliwego łączonego kielichowo z zastosowaniem uszczelnień;
  • rurociągami z PCW lub polietylenu wysokiej gęstości(PEHD).



Rurociągi z PCW15 są łatwe w montażu dzięki łączeniu kielichowemu, z uszczelkami toroidalnymi. Rury z PCW są zwykle instalowane pod powierzchnią ziemi, pod warstwą o grubości minimalnej jednego metra. Z powodu obniżonej odporności na działanie promieni ultrafioletowych nie mogą być używane na powierzchni ziemi, chyba że zostaną pokryte powłokami lub owinięte. Minimalny promień zagięcia rury z PCW jest relatywnie duży (stukrotność średnicy rurociągu), a jej współczynnik rozszerzalności termicznej jest pięciokrotnie wyższy niż dla stali. Do tego są dość kruche i nieodpowiednie dla gruntów skalistych. Rury z PEHD (polietylen wysokiej gęstości) są dostępne w zależności od wymaganej średnicy i ciśnienia jako:

  • ciśnieniowe w zakresie do 1600mm (połączenia zgrzewane);
  • niskociśnieniowe (do 2 bar w zakresie średnic do 3300 mm (połączenia spawane).


Rury z PE16 (polietylen o podniesionej masie molekularnej) mogą być układane na gruncie i dostosowywać się do łuków będących 20-40 krotnością ich średnicy (do silniejszych zagięć wymagane są specjalne połączenia). Rura z polietylenu pływa na powierzchni wody i może być ciągnięta liną dużymi odcinkami, jednak musi być łączona na miejscu poprzez spawanie, co wymusza używanie specjalnego sprzętu. Rury z PCW mogą bez uszkodzeń przetrwać mróz, ale mogą nie być dostępne dla średnic powyżej 300 mm. Innym rozwiązaniem jest użycie rurociągów derywacyjnych ze zbrojonego betonu (sprężonego wstępnie lub nie), z wewnętrzną powłoką stalową (w celu uniknięcia przecieków), łączonych kielichowo z uszczelkami kauczukowymi. Ich znaczna masa podnosi koszty transportu i przemieszczania, ale za to nie ulegają one korozji. 

W krajach rozwijających stosuje się impregnowane rurociągi drewniane wzmacniane obręczami stalowymi dla średnic aż do 5,5 metra i spadów sięgających 50 metrów (aż do 120 metrów dla średnic 1,5 metra). Wśród ich zalet wymienić należy łatwość przystosowania do ukształtowania terenu, łatwość ułożenia na gruncie – praktycznie bez niwelowania - brak wymogu stosowania kompensatorów, brak potrzeby podpór betonowych czy zabezpieczeń przeciwkorozyjnych. Rurociąg drewniany składany jest z pojedynczych klepek i taśm, czy też obręczy stalowych, co pozwala na łatwy transport, nawet w trudnym terenie. Do wad należą przecieki, szczególnie podczas napełniania, konieczność utrzymywania napełnienia podczas remontów turbiny, oraz konieczność szeroko zakrojonych zabiegów konserwacyjnych, jak np. odnawianie powłoki asfaltowej poprzez natryskiwanie smoły co pięć lat.




Źródło:

  1. Steller J., Henke A., Kaniecki M., Jak zbudować małą elektrownie wodną? Przewodnik inwestora, ESHA, Bruksela/Gdańsk, 2010.



Kategoria: Technologia  | Artykuł ostatnio edytowany: 12.10.2011 13:11 przez admin
<< Poprzedni Styczeń 2018 Następny >>
PoWtŚrCzPtSoNd
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31