Sikkerhet ved bruk av plastrør. Ragnar Hartmann

Transkript

1 Sikkerhet ved bruk av plastrør k Ragnar Hartmann

2 Plastrør Ekstrudering av PE-rør Rigg for vikling av GRP-rør Sentrifugalstøping av GRP-rør Rørmaterialer: - Herdeplast, hvorav glassfiberarmert polyester (GRP) omtales. - Termoplast, hvorav polyetylen (PE) omtales. Bærer av rørveggslast: Produksjon: Rørskjøting: GRP-trykkrør: PE-trykkrør: Rørvegginnhold: Polyester, armering, sand. Polyetylen PE 100. Glassfiberarmering. Polyetylen PE 100. Vikling eller sentrifugalstøping. GRP muffekoblinger (mekaniske koblinger) (GRP flenskoblinger) Ekstrudering. Speilsveising muffesveising (GRP flenskoblinger) (mekaniske koblinger)

3 Ulike GRP-rør Viklet frittliggende GRP-rør DN 1600 ved Tryland kraftverk. Flowtite-rør: Hobas-rør: Uklart: Viklede rør hvor rørvegg bygges i kontinuerlig prosess rundt en sylinder og kappes til ønsket lengde. Ringarmering av lange glassfibertråder påvikles. Armering for aksialspenninger består av korte glassfibernåler som ligger tilfeldig orientert i rørveggplanet. Innv. trykk som gir vanngjennomtrengning i rørvegg, er merkbart mindre enn bruddtrykk. Sentrifugalstøpte rør hvor rørvegg bygges ved innføring av rørveggmateriale i en hurtig roterende sylinder. Armeringen består av korte glassfibernåler orientert i rørveggplanet slik at rørveggens egenskaper i aksiell retning og i ringretning skal bli optimale. Innvendig trykk som gir vanngjennomtrengning i rørvegg, er tilnærmet lik bruddtrykk. Data som avklarer betydning av armeringselementer lengde for rørs slaglaststyrke er ikke kjent. Blir det i så måte forskjell mellom Flowtite- og Hobas-rør?

4 Rørsystemets sikkerhet Rørbrudd grunnet utilstrekkelig forankring av understøttelseskloss ved Toverud kraftverk. Sikkerhet knyttes til: - Beregning hvor sikkerhetsfaktor legges til grunn. - Anerkjent utførelse. Utløsende for svikt: - Innvendig vanntrykk. - Utvendig last. - Forringet av rørveggstyrke. - Utilstrekkelighet ved tilgrensende strukturelle elementer. Sammenheng mellom sikkerhetsfaktor S F og sviktsannsynlighet x svikt eksisterer ikke.

5 Sikkerhetsfaktor og sviktsannsynlighet Maksimalverdier for last og kapasitet kan presenteres som sannsynlighetsfordelinger. Selv om sikkerhetsfaktoren er vesentlig større enn 1, blir sviktsannsynlighet større enn 0 å påregne. Sviktsannsynlighet kan beregnes resultater blir omdiskuterbare. Akseptverdier for x svikt foreligger ikke, må avhenge av bruddkonsekvens, og blir etter alt å dømme mindre enn 10-3 svikt per konstruksjon per år.

6 Trykklassefastsettelse for plastrør GRP- og PE-rør: Lastkapasitet avhenger av belastningstid (regresjonskurve). Sviktkriterium refereres til kapasitet etter 50 års belastning, d.v.s. laveste innvendige rørtrykk som gir vanngjennomtrengning i rørvegg eller brudd. GRP-rør: Krav til sikkerhetsfaktor FS min ved trykklassefastleggelse varierer. NS-EN 1796: Flowtite: Hobas: NVE (generelt): PN6 1,60 2,78 1,6 1,8 PN10 1,55 2,01 1,6 1,8 PN16 1,45 1,89 1,6 1,8 PN25 1,30 1,73 1,6 1,8 PN32 1,30 1,65 1,6 1,8 PE-rør: EN13244 gir adgang til å fastsette trykklasse med sikkerhetsfaktor (designfaktor) 1,25 eller 1,60. Pipelife har anbefalt 1,60 for trykkrør. NVEs generelle krav for kraftverksrør tilsier designsfaktor større eller lik 1,9.

7 Alternativ oppfatning av sikkerhetfaktor Utgangspunkt: Regresjonskurve kan presenteres i trykk-tid-diagram. Svikttrykk ved 0,1 times korttidslast (t = 1, år) er p 0-svikt = 1 og svikt ved t = 50 år blir for p 50-svikt = 0,43. Aktuelt rør har p stat = 0,18 og p dyn = 0,05 (p kar = 0,23). Vanlig betraktn.: Alternativ? Sikkerhetsfaktor = p 50-svikt / p kar = 0,43 / 0,23 = 1,87. Last p dyn virker i 0,2 % av tid (0,1 år i 50-års-periode). Resulterende svekkelse etter 50 år: 0,24 ( 0,15 0,12 ) = 0,27 Resulterende sviktkapasitet etter 50 år: 1,00 0,27 = 0,73 Svikt medfører lekkasje. Brudd ligger for rørtypen ca 20 % høyere, d.v.s. ved 0,87. Sikkerhetsfaktor = 0,87 / 0,23 = 3,87.

8 Ringstivhet Kraftverksrør av stål som på tallet bulet inn grunnet utilsiktet vakuum. Stenging fant sted ved oppstrøms ende hvor lufting manglet. Ved nedstrøms ende ble det tappet. Ringstivhet: Rørets evne til å beholde sin rundhet ved påvirkning av utvendig last. Det er entydig sammenheng mellom innknekkingssikkerhet og utvendig overtrykk ved ideelt rundt rør uten radiell innspenning. For kraftverksrør krever NVE ringstivhet SN 5000 N/m 2. Teo. innbulingstrykk for rundt rør med SN = 5000 N/m 2 blir p teo = 1,32 bar. Teo. innbulingstrykk med 2 % urundhet og 5000 N/m 2 blir p teo = 0,66 bar. Ved konstant urundhet endres innbulingstrykk lineært med ringstivhet. GRP-rør: Det markedsføres rør med ringstivhet SN = 2500, 5000 og N/m 2. PE-rør: For PE-rør defineres korttids ringstivhet, S calc gitt i N/m 2 avhengig av tykkelsesklasse SDR. SDR = S calc = 7, , Langtids ringstivhet kan ut fra E-modul-forhold settes til ca. 20 % av S calc

9 Korrekt sveising av PE-rør er viktig for sikkerhet Speilsveist rørskjøt Prosedyre ved speilsveising: Sveiseprøve for speilsveis Muffesveist rørskjøt - Sveising skal utføres i.h.t. NS 416 av sertifisert sveiser med gyldig sertifikat for aktuell dimensjon. - Før sveising skal det foreligge sveiseprosedyre for aktuell DN- og SDR-verdi. - Sveisemaskin skal være kalibrert og sertifisert i løpet av siste 12 måneder i.h.t. DS/INF 70/6. - Rørender maskineres slik at de passer til hverandre. - Skjøteflater rengjøres. - Oppvarmingsplate (speil) settes inn mellom rørender for varming av disse. - Oppvarmingsplaten fjernes når rørender har riktig temperatur. - Rørender presses mot hverandre med spesifisert trykk og i spesifisert tid. - Rørender avkjøles, sammenpressingstrykk avlastes og sveisen er ferdig utført.

10 Nedgravd rør Fordeler: Ulemper: - Kontinuerlig understøttelse (redusert bøyespenning i rørvegg). - Vern mot frost og solinnstråling. - Miljøvennlig. - Grunnforhold blir ofte først klargjort etter at rørgrøft er gravd. - Vanskelige grunnforhold medfører usikkerhet knyttet til leggekostnader. - Spesielle tiltak ved overgang fra fundamentkloss til grøft. - I ur kan nedgravd rør medføre betydelig risiko i både legge- og driftsfase. - Ikke-reglementert utførelse av rørfundament og omfylling kan gi opphav til rørbrudd. - Økt tilstedeværelse for byggherrekontroll og vanskeliggjort tilstandskontroll. - Økt stabilitetsproblematikk hvis rørgrøft vannfylles.

11 Nedgravd rør - Bruk av stålkasse for å spare anvendelse av fullverdig omfyllingsmasse reduserer muligheten for etablering av tilfredsstillende røromfylling. - Metoden gir økt risiko for setningsskade på rør. - Metoden bør ikke tillates.

12 Frittliggende rør Hellaminert frittliggende GRP-rør som erstattet eldre trerør ved Sørfjord kraftverk Frittliggende GRP-rør med diskuterbar utførelse av understøtelser Fordeler: Ulemper: - Relativt oversiktlig for prosjektering. Usikkerhet hovedsakelig begrenset til fundamentpunkter med betydelige laster hvor det ikke er fjell i dagen. - God tilkomst for installasjonskontroll og senere tilstandskontroll. - Liten risiko for rørskade knyttet til utvendig punktlast. - PE-rør kan legges direkte på bakken. (Det tas hensyn til bevegelse, ev. aksiallast.) - Opplagring på klosser gir økt bøyespenning i rørvegg. - Mange understøttelser som ved GRP-rør også må plasseres nøyaktig ved rørskjøt. - Ved PE-rør som sveises, kan det bli behov for ekspansjonsbokser. - Frostproblematikk. - Problematikk knyttet til soloppvarming sommerstid, særlig hvis rør er nedtappet. - Rør kan virke miljømessig skjemmende og kan hindre ferdsel. - Begrenset spennvidde blir kompliserende når betydelig spenn kreves.

13 Stabilitetsproblematikk ved frittliggende GRP-rør - Avvinkling gir tverrlast. - Tverrlasten kan medføre elastisk deformasjon som øker avvinkling og last. - Høy elastisitet gir ustabil utknekking (analogt med knekking av trykkstav). - Særlig utsatt blir GRP-rør med beskjeden diameter og høyt trykk. - Legges røropplagringen ved rørendene, elimineres problemet.

14 Frittliggende GRP-rør Frittliggende rør må armeres for materialspenninger som opptrer i rørets lengderetning. Festebøylene bør ha fjærstramming som sikrer røret ved alle trykkforhold. Hobas: APS: Understøttet muffe. Understøttede rørender.

15 Avvinkling av nedgravd rør i GRP skjøtemuffe Hobas som forutsetter skråskjæring av rørende, tillater større avvinkling enn angitt i diagram. Av betydning for avvinkling: - At det ikke blir mekanisk innspenningsmoment i skjøtemuffe. - At rørende ikke trekkes forbi tetningsring. - At tverrlast grunnet trykk og avvinkling ikke virker destabiliserende.

16 Varsomhet ved bruk av mekaniske koblinger GRP-rør og muligens også PE-rør kan skades ved uforsiktig tiltrekking av rørkobling som strammes rundt rørende.

17 Problemer knyttet til tynnmantlede koblinger - Kobling tåler ikke tverrlast. - Bøyespenning ved gavl er fastlagt ut fra måling av friksjon som er målt mellom tetning og rør. Det kan tenkes at dette sammen med anvendt beregningsalgoritme er noe ugunstig.

18 Rørbrudd knyttet til ugunstig installasjon Rørbrudd p.g.a. stor stein i overfyllingens beskyttelseslag for DN 500 GRP-rør. Rørbrudd p.g.a. stor stein i rørfundament for DN 500 GRP-rør. Fotografi fra innvendig rørinspeksjon med kjørbart og fjernstyrt kamera.

19 Rørskade knyttet til uforsiktig rørbehandling Vist GRP-rør har utelukkende korte armeringsfibre.