heating networks
Making connections to the heating network
Wątek zmian klimatycznych jest w tej chwili jednym z przewodnich problemów społecznych. Zmiany klimatu są niepodważalne, bez względu na rzeczywiste przyczyny. Tak jak niepodważalne jest czołowe miejsce Polski na tle Europy w zanieczyszczeniu powietrza nad naszymi miastami, czy ogólnie biorąc miejscowościami, bo można się spotkać ze smogiem także na wsi. Śladem Krakowa, którego władze zabroniły palić w gospodarstwach indywidualnych węglem i drewnem, nie mówiąc o śmieciach, muszą pójść prędzej czy później także inne miejscowości, to tylko kwestia czasu. W przypadku ciepłowniczych systemów zdalaczynnych (tzw. ciepło systemowe) najlepszym rozwiązaniem zarówno w przypadku rurociągów tradycyjnych, jak i preizolowanych zdaje się być wykonanie wcinki na gorąco. Użyte tu pojęcie „na gorąco” jest kwestią umowną, bo możemy to zrobić także w sytuacji, gdy rurociąg główny, do którego się wpinamy jest pusty, ewentualnie woda w nim jest zimna. Aby temat ująć całościowo, powiedzieć należy także o technice polegającej na wstawianiu trójnika. W niniejszym artykule skupię się na wykonywaniu podłączeń do rurociągów preizolowanych.
Wcinka w sieć kanałową
Sama technika przyspawania zaworu i wykonywania nawiertki w przypadku sieci tradycyjnej, nie różni się od tej stosowanej w przypadku sieci preizolowanej – to zostanie opisane w dalszej części artykułu. Inny jest natomiast sposób izolacji, najczęściej wełną mineralną i wyprowadzenia rurociągów poza obręb obudowy kanału. Zasadniczo za każdym razem mamy sytuację, że w miejscu wcinki kanał zostaje odkryty, a wykonany fragment odejścia łączy się już z rurami preizolowanymi, ponieważ przyłącza w tej chwili są wykonywane tylko w tej technologii. W takim przypadku muszą być uwzględnione dwa istotne elementy.
Pierwszy to sprawa wydłużeń rurociągów, zarówno magistralnego, jak i przyłączeniowego. Na rys. 1 przedstawiono sytuację wcinki do rurociągu ciepłowniczego kanałowego, dla uproszczenia przedstawiony jest tylko jeden rurociąg, powiedzmy, że zasilający, bo w nim występują większe wydłużenia temperaturowe. Nie wchodząc w szczegóły, w zależności od ulokowania wcinki na przebiegu rurociągu głównego, będzie ona wędrować pomiędzy punktem stałym a „U” – kształtem, tak jak będą następować wydłużenia rurociągu magistralnego. Takie przemieszczenie musi być skompensowane przez odpowiednią swobodną część przyłącza przebijającego się przez ściankę kanału i wchodzącą do gruntu. Aby to zapewnić, powinien być zastosowany adapter pozwalający na swobodne ruchy poprzeczne początkowego fragmentu przyłącza. Miejsce wspawania do rurociągu magistralnego stanowi z kolei swego rodzaju punkt stały dla odcinka przyłącza od wcinki do najbliższego kolana. W zależności od długości tego fragmentu na spoinę wykonanego połączenia będą działały mniejsze lub większe siły rozrywające, a w połączeniu z siłami od wydłużenia magistrali i ciśnienia wody wytworzy się w tym miejscu złożony stan naprężeń. W zależności od długości poszczególnych odcinków i średnic rurociągów, naprężenia mogą być tak duże, że nastąpi uszkodzenie w okolicy spoiny i wyciek wody sieciowej. Z tego względu zaleca się wykonać obliczenia wytrzymałościowe i w razie konieczności stosować nakładki wzmacniające.
Drugim czynnikiem, który powinien być brany pod uwagę, jest założenie przyszłościowej wymiany rurociągu magistralnego na technologię preizolowaną. Wtedy, po likwidacji kanału i usunięciu adaptera, nastąpi połączenie trójnika preizolowanego z istniejącym przyłączem. Aby uniknąć kłopotów z tym łączeniem, wskazane jest takie wykonanie wcinki, żeby oś rury odejściowej z przyszłego trójnika prefabrykowanego i oś istniejącego przyłącza leżały w jednej linii (zgodność wysokości). Po wykonaniu płaszcza i zaizolowaniu miejsca łączenia odejście powinno być obłożone poduszką kompensacyjną o grubości zależnej od skali przemieszczeń. Pewną odmianą wcinki przedstawionej na rys. 1 jest wstawienie od razu trójnika prefabrykowanego i pozbycie się późniejszych kłopotów z nawiązywaniem do przyłącza. To rozwiązanie, stosowane także w przypadkach, gdy wpinamy się do istniejącego już rurociągu preizolowanego, ma jeden zasadniczy mankament, ale o tym w dalszej części.
Wstawianie trójnika do rurociągu preizolowanego
Niektóre przedsiębiorstwa ciepłownicze nie akceptują innego wykonania wpięcia do istniejącej sieci jak wbudowanie w jej przebieg nowego trójnika i z reguły poprowadzenie przyłącza w jednym ciągu. Nie ma żadnych wątpliwości, że jest to rozwiązanie najlepsze, jeśli chodzi o zachowanie zgodności z zastosowaną technologią. Przy tym sposobie realizacji odgałęzienia, po pracach montażowo – spawalniczych, do wykonania pozostają jedynie mufy, czyli te czynności, które wykonuje się standardowo w trakcie budowy rurociągu preizolowanego. Ta technika ma także niewątpliwe mankamenty. Podstawowy to konieczność opróżnienia rurociągu magistralnego z gorącej wody, co w sezonie grzewczym jest raczej nie do pomyślenia, a poza nim może budzić też niezadowolenie ze względu na pozbawienie użytkowników ciepłej wody. Oczywiście w zależności od sprawności ekipy montującej, ale także średnicy magistrali i położenia zaworów odcinających, czyli czynników rzutujących na objętość spuszczanej wody, może to trwać kilka lub kilkadziesiąt godzin. Odrębną, ale także istotną sprawą są całkowite koszty związane z wykonaniem przyłączenia, które przy tym rozwiązaniu są z reguły znacznie wyższe, przy czym kluczową rolę odgrywają tu średnice rurociągów: magistralnego i odejścia oraz czas wyłączenia ciepła
Wcinka na zimno
Z przypadkiem wcinki na zimno mamy do czynienia wtedy, gdy w rurociągu nie ma wody, może to być sytuacja, że jest on całkowicie pusty, bądź miejsce wcinki jest wysokościowo tak usytuowane, że częściowe spuszczenie wody powoduje opróżnienie rury w miejscu wykonania wcinki. W praktyce, w takich sytuacjach, spawacz potrafi wyciąć otwór w rurze przewodowej magistrali bez stosowania specjalnego oprzyrządowania. Nie jest wtedy wymagany także zawór odcinający na odejściu. Sytuacje są bardzo różne, czasami sąsiadujące uzbrojenie narzuca rzędną budowanego przyłącza, w terenie zurbanizowanym bywa bardzo ciasno, a nawierzchnie są z reguły nowe i kosztowne w odtworzeniu. Na fot.1 pokazano włączenie, które wykonano bez wykorzystania zestawu nawiercającego, a rurociąg przyłączany jest skierowany równolegle w stosunku do rurociągu głównego.
Wcinka na gorąco
Niewątpliwie największą zaletą tej formy wcinki jest możliwość wpięcia się do rurociągu pracującego, pod ciśnieniem. Ta metoda jest obarczona jednak poważnym niebezpieczeństwem; spawanie stali w czasie gdy w rurociągu panuje wysokie ciśnienie grozi przebiciem płynnego metalu i wytryskiem wrzątku. Z tego względu takie prace powinni wykonywać specjaliści o najwyższych kwalifikacjach z odpowiednim stażem. Zaleca się zresztą, aby na czas spawania obniżyć ciśnienie w sieci.
Do wykonania wcinki wymagany jest specjalistyczny osprzęt (fot.2) umożliwiający wykonanie otworu w stalowej rurze przewodowej rurociągu głównego będącej pod ciśnieniem gorącej wody sieciowej. Konstrukcja przyrządu pozwala na wyciągnięcie głowicy wiercącej bez wytrysku gorącej wody na zewnątrz, a zamknięcie zaworu kulowego odcinającego napływ gorącej wody, umożliwia przyspawanie kolejnych elementów rurociągu odgałęźnego.
W zależności od sytuacji może to być bezpośrednio kolano prefabrykowane, co zostało pokazane na fot.3, lub inne elementy, przede wszystkim kolanka i prostki. Taki przypadek został pokazany na fot.4. W przytoczonych przypadkach po wykonaniu prac spawalniczych należy przeprowadzić izolację połączenia. Do tego celu można używać gotowych zestawów, albo stosować metody kombinowane.
Rozwiązanie fabryczne
Firma Logstor oferuje gotowe rozwiązania, zresztą w kilku wariantach, pozwalające na wykonanie izolacji wcinki bez użycia przyrządów do spawania polietylenu. Jednym z popularniejszych jest zestaw SXT-WP pokazany na fot. 5, w którym przecięta tuleja termokurczliwa sieciowana radiacyjnie, wyposażona w stalowe płetwy zamykające, jest nakładana na rurę główną w miejscu wcięcia i po skręceniu obkurczana. Na część cylindryczną wyprowadzoną z tego elementu jest nasuwana mufa harmonijkowa, założona na rurę odejściową przed zespawaniem elementów stalowych, która jest obkurczana z jednej strony na występie z mufy rury głównej, a z drugiej na rurze odejściowej. Sytuacja widoczna na fot.5 to kompletne obkurczenie na rurociągu zasilającym oraz przygotowanie do nasunięcia mufy harmonijkowej na rurociągu powrotnym. Takie rozwiązanie nie wymaga użycia sprzętu specjalistycznego, w zupełności wystarczy to, którego używa się do obkurczania muf, może z wyjątkiem klucza imbusowego do skręcania płetw.
Zgrzewarka i oprzyrządowanie specjalistyczne są natomiast wymagane w przypadku zastosowania rozwiązania nazywanego BandJoint pokazanego na rys. 2. W tym przypadku części zakładane na rurę główną i odgałęźną stanowią jedną całość, a założenie kompletu w miejsce wcinki jest możliwe dzięki charakterowi otwartej mufy elektrozgrzewanej. Najpierw obkurczana, a następnie elektrozgrzewana jest także końcówka części harmonijkowej. W tym przypadku stosowany jest oddzielny element grzejny zakładany na płaszcz rury na odejściu. Nieco innym wariantem jest grupa rozwiązań bazujących na użyciu polietylenu termokurczliwego z przeznaczeniem do spawania ekstruderem. Przypadek pokazany na rys. 3, to rozwiązanie nazywane odgałęzieniem zgrzewanym siodłowym TSJoint. Charakteryzuje się wykonaniem siodła i mufy harmonijkowej odejściowej jako jednego elementu z PEHD, nasuwanego na rurę przyłącza przed jej połączeniem z elementem wcinki. W tej metodzie połączenie siodła z płaszczem rury głównej wykonuje się poprzez spawanie za pomocą ekstrudera, natomiast termokurczliwa tuleja odgałęźna jest obkurczana i zabezpieczana opaską termokurczliwą.
Nieco podobnym, jednak przytwierdzanym w odmienny sposób, rozwiązaniem jest siodło oferowane przez jednego z polskich producentów pokazane na fot.6. W tym przypadku nie stosuje się spawania, a zgrzewanie dzięki spirali umieszczonej na obwodzie siodła. Do “kominka” można dołączyć się mufą harmonijkową, obkurczając końcówkę, względnie zwykłą rurą PEHD poprzez spawanie polietylenu.
Właśnie spawanie polietylenu jest z reguły nieodzowną operacją w trakcie wykonywania kompletnej wcinki. Jeśli nie korzystamy z fabrycznego rozwiązania SXT-WP, ewentualnie SXT, przy którym stosuje się korki rozprężne, lub BandJoint, w pozostałych przypadkach bez spawania polietylenu nie można wykonać obudowy wcinki.
I tak w przypadku pokazanym na fot.1 będzie to wykonanie stożka, pokazanego jako szczegół. Szczegółem na fot.3 jest z kolei wykonany przez montera “kominek” z podstawką. Na fot.7 przedstawiono sytuację po wykonaniu spawania polietylenu za pomocą ekstrudera, a przed zalaniem pianki poliuretanowej. Zwrócić należy uwagę, że przed operacją piankowania obowiązkowo musi być wykonana próba ciśnieniowa sprawdzająca szczelność wykonanych spoin. Podobnie jak w przypadku muf prowadzi się ją przy ciśnieniu 0,2 bara.
Rozpatrując zagadnienie wcinek, należy przyjąć, że w większości przypadków użycie ekstrudera będzie nieodzowne. Z całą pewnością nie obejdzie się bez niego w sytuacjach dużych średnic. Fot.8 przedstawiająca przypadek wcinki średnicą DN200 do rurociągu DN700 z zastosowaniem zaworu pełnoprzelotowego. Nie ma żadnej dostępnej metody wykonania izolacji takiej wcinki stosując gotowe wyroby. W tym przypadku wszystkie elementy pokazane na fot.9, będące izolacją wspomnianej wcinki, muszą być wykonane przez wykwalifikowanego spawacza PEHD. Są to roboty czasochłonne i bardzo specjalistyczne. Korpus zaworu, w tym także wystający trzpień, muszą być zaizolowane odpowiednią warstwą pianki poliuretanowej. O ile w metodzie spawania polietylenu nie ma z tym większego problemu, bo dobiera się odpowiednią średnicę dolnej, cylindrycznej części obudowy, o tyle w metodach z gotowymi elementami występują sytuacje niebezpiecznego zbliżenia wystającego z korpusu trzpienia do wewnętrznej powierzchni mufy harmonijkowej.
Wykonywanie izolacji wcinek za pomocą elementów gotowych nie sprawia większych problemów, jeżeli pierwotne rurociągi były układane poprawnie z zachowaniem odpowiednich odstępów. Sytuacja się komplikuje, gdy rury są położone zbyt blisko siebie i nie ma możliwości przełożenia pomiędzy nimi elementu przeznaczonego do obróbki.
Sprawą bardzo istotną, której w tym miejscu nie będę rozwijał, to połączenie systemu alarmowego. Wystarczy wspomnieć, o spotykanych sytuacjach, wynikających z błędów firmy pierwotnie układającej rurociąg, że po wykonaniu okienka na wcinkę nie widać żadnego drutu alarmowego, prawdopodobnie jest gdzieś pod spodem.
Technologia wcinek jest metodą, która będzie się rozwijać. Dzięki jej zastosowaniu przedsiębiorstwo ciepłownicze może oferować podłączenie nowego odbiorcy praktycznie bez względu na porę roku, jednak regułą powinno być, że system alarmowy przyłącza jest kompatybilny z istniejącym w rurociągu głównym. W przypadku wcinki na gorąco zawsze istotnym elementem stosowanej technologii jest proces spawania rurociągu z gorącą wodą. Jeśli chodzi o izolowanie, to w przypadku małych średnic, tę operację mogą wykonywać z wykorzystaniem elementów gotowych, osoby zajmujące się mufowaniem. Przy większych średnicach muszą to być zawsze wyspecjalizowane brygady, obeznane z techniką spawania polietylenu.
Zwrócić należy uwagę na aspekt, często pomijany w praktyce, a niosący pewne niebezpieczeństwo, wytrzymałościowy w miejscu wykonania wcinki. W zależności od wielkości Lg i Lp z rys. 1 należy przeprowadzić obliczenia wytrzymałościowe i w razie konieczności stosować stalowe wkładki wzmacniające.
Środowisko ciepłowników powinno dokonać pewnej unifikacji, pozwalającej w przyszłości posługiwać się przez wszystkich tymi samymi pojęciami i nazwami. Wskazane byłoby zebranie w jednym wydawnictwie wszystkiego, z czym można się spotkać na rynku. To pozwoliłoby na racjonalne wykorzystanie wszystkich dostępnych technik.
W artykule wykorzystano fotografie autora i firm współpracujących.
Rys. 2 i 3 pochodzą z katalogu firmy Logstor.