Dobór i analiza techniczna złączek rurowych PE w projekcie oczyszczania ścieków w mieście Xu Xiake w Jiangyin

Jako rodzinne miasto Xu Xiake, „eksperta w dziedzinie turystyki światowej”, miasto Xu Xiake w mieście Jiangyin poczyniło w ostatnich latach niezwykłe osiągnięcia w zarządzaniu środowiskiem wodnym. W 2023 r. realizowany przez miasto „Projekt odbudowy ekologicznej i poprawy różnorodności biologicznej terenów podmokłych rzek w obszarze Baiqugang Xu Xiake” został pomyślnie wybrany jako projekt wsparcia z centralnego funduszu zapobiegania i kontroli zanieczyszczenia wody. Projekt ten ma na celu poprawę jakości wody i środowiska ekologicznego 32 rzek w mieście poprzez kompleksowe działania. W projekcie oczyszczania ścieków w mieście Xu Xiake zastosowano system łączenia rur oparty na rurach PE (polietylenowych). Wybór ten w pełni uwzględnia lokalne środowisko geograficzne, cechy inżynieryjne i wymagania dotyczące zrównoważonego rozwoju. W tak dużym projekcie zarządzania środowiskiem wodnym dobór armatury do oczyszczania ścieków jest bezpośrednio powiązany z jakością projektu i długoterminowym efektem eksploatacji. Dlatego konieczne jest kompleksowe uwzględnienie wydajności materiału, dostosowania do środowiska, wygody budowy i ekonomii.

1. Charakterystyka techniczna i zalety Rury PE

W projekcie oczyszczania ścieków w mieście Xu Xiake rury polietylenowe (PE) są stosowane głównie jako materiały na łączniki rurowe. Wybór ten opiera się na doskonałych parametrach rur PE pod wieloma względami. Jako wysokocząsteczkowy materiał polimerowy, rura PE ma wszechstronne zalety, których nie mogą dorównać inne tradycyjne rury, i szczególnie nadaje się do oczyszczania ścieków i inżynierii środowiska.

Pod względem właściwości fizycznych i chemicznych rury PE sprawdzają się dobrze. Materiał ten ma doskonałą odporność na korozję i jest odporny na korozję zwykłych substancji kwasowych i zasadowych, rozpuszczalników organicznych i elektrolitów w oczyszczaniu ścieków, unikając typowych problemów z korozją elektrochemiczną rur metalowych. Jednocześnie wewnętrzna ściana rur PE jest gładka, współczynnik chropowatości jest niski (n≈0,009), a opory przepływu wody są niewielkie, co może skutecznie zmniejszyć osadzanie się brudu i straty energii. Miasto Xu Xiake położone jest w doskonałej lokalizacji w delcie rzeki Jangcy, charakteryzującej się wysokim poziomem wód gruntowych i silną korozją gleby. Te cechy rur PE odpowiadają potrzebom projektu.

Z punktu widzenia właściwości mechanicznych rury PE charakteryzują się dużą wytrzymałością i odpornością na uderzenia, a ich wydłużenie przy zerwaniu wynosi zwykle ponad 350%, co pozwala dostosować się do nierównomiernego osiadania fundamentów i sił zewnętrznych, takich jak trzęsienia ziemi. Ta funkcja jest szczególnie ważna w obszarach o miękkim podłożu, takich jak miasto Xu Xiake. Ponadto rury PE są lekkie (gęstość wynosi zaledwie 0,94-0,96 g/cm3), co stanowi 1/10 ciężaru rur betonowych o tych samych specyfikacjach, co znacznie zmniejsza trudność transportu i montażu. Praktyka inżynierska pokazuje, że zastosowanie rur PE może zmniejszyć wykorzystanie maszyn budowlanych o około 30% i skrócić czas budowy o około 25%.

Niezawodność połączenia to kolejna ważna zaleta rur PE. Zastosowanie technologii połączeń elektrooporowych umożliwia uzyskanie istotnego połączenia o wytrzymałości złącza nie mniejszej niż wytrzymałość korpusu rury, co znacznie zmniejsza ryzyko wycieku na styku, powszechne w tradycyjnych rurach. W projekcie oczyszczania ścieków w mieście Xu Xiake sieć rurociągów musi przebiegać przez złożony teren, a wymagania dotyczące jakości połączeń są niezwykle wysokie. Ta cecha rur PE spełnia właśnie potrzeby inżynieryjne.

Pod względem żywotności rury PE sprawdzają się dobrze. Wysokiej jakości rury PE mogą wytrzymać ponad 50 lat w normalnych warunkach użytkowania, czyli znacznie dłużej niż tradycyjne rury betonowe (około 20-30 lat) i rury metalowe (15-25 lat). Analiza kosztów cyklu życia pokazuje, że chociaż początkowa inwestycja w rury PE jest nieco wyższa, ze względu na niskie koszty utrzymania i długą żywotność, jej całkowity koszt w ciągu 50 lat jest o 15-20% niższy niż w przypadku tradycyjnych rur.

Tabela: Porównanie wydajności rur PE z innymi popularnymi rurami

2. Analiza zgodności wymagań inżynierskich z doborem złączek rurowych

Jako główny projekt kompleksowej poprawy środowiska wodnego w regionie, projekt oczyszczania ścieków w mieście Xuxiake charakteryzuje się dużą skalą, złożonym systemem i wrażliwością środowiskową, co stawia specjalne wymagania dla złączek rurowych. Wysoki stopień dostosowania schematu projektu inżynierskiego do doboru łączników rurowych jest kluczowym czynnikiem zapewniającym pomyślną realizację projektu.

Skala projektu i złożoność systemu wymagają, aby łączniki rurowe charakteryzowały się wysoce znormalizowanymi i niezawodnymi parametrami połączeń. Projekt poprawy środowiska wodnego w mieście Xuxiake obejmuje 32 rzeki, a zakres jego realizacji obejmuje wiele podsystemów, takich jak wychwytywanie zanieczyszczeń, oczyszczanie wody, odbudowa ekologiczna koryta rzeki i kompleksowa odbudowa ekosystemów wodnych. Tak duża sieć inżynieryjna wymaga, aby różne łączniki rurowe były bardzo spójne pod względem specyfikacji, interfejsów i wydajności. Rury PE charakteryzują się wysokim stopniem standaryzacji produkcji, pełnym zakresem specyfikacji od DN50 do DN2000 oraz ujednoliconym sposobem łączenia, co znacznie ułatwia integrację systemu. Dla porównania, jeśli stosowane są rury betonowe lub żeliwne, różnorodność typów i rozmiarów ich połączeń zwiększy złożoność systemu i zmniejszy niezawodność inżynieryjną.

Możliwość dostosowania do terenu jest ważnym czynnikiem przy wyborze łączników rurowych. Miasto Xuxiake sąsiaduje z jeziorem Taihu na południu i rzeką Jangcy na północy. Poziom wód gruntowych jest wysoki, a nośność fundamentów niska. Niektóre rurociągi objęte projektem muszą przebiegać przez fundamenty z miękkiego gruntu i istniejące konstrukcje, co wymaga niezwykle dużej elastyczności i bezwykopowej konstrukcji rur. Elastyczność rur PE pozwala im dostosować się do pewnego stopnia ugięcia, a jednocześnie mogą zachować integralność strukturalną i szczelność w przypadku nierównomiernego osiadania. Ponadto rury PE nadają się do budowy w technologiach bezwykopowych, takich jak poziome przewierty kierunkowe, co jest szczególnie ważne w przypadku przejazdów przez obszary wrażliwe, takie jak drogi i rzeki.

Charakterystyka jakości wody i procesy uzdatniania również bezpośrednio wpływają na wybór łączników rurowych. Podczas oczyszczania ścieków rury mogą być narażone na działanie złożonych mediów zawierających substancje żrące, cząstki stałe i mikroorganizmy. Obojętność chemiczna rur PE sprawia, że ​​są one odporne na substancje żrące, takie jak składniki kwasowe i zasadowe oraz kwas siarkowodorowy znajdujący się w ściekach. Gładka ściana wewnętrzna ogranicza osadzanie się brudu i rozwój bakterii, co pomaga utrzymać skuteczność oczyszczania i jakość ścieków. Natomiast rury metalowe są podatne na korozję elektrochemiczną, a rury betonowe mogą ulegać zniszczeniu pod wpływem bakterii redukujących siarczany. Projekt Xuxiake Town obejmuje również jednostki technologiczne, takie jak ekologiczne złoża pływające, urządzenia napowietrzające i oczyszczanie wylotów na miejscu. Rury PE są bardziej kompatybilne z tymi urządzeniami procesowymi, a ich łączenie jest wygodniejsze i bardziej niezawodne.

Ważnymi kwestiami są także etapy realizacji projektu i wymagania dotyczące jego konserwacji. Wielkoskalowe projekty zarządzania środowiskiem wodnym są zwykle wdrażane etapami, co wymaga, aby system rurociągów charakteryzował się dobrą skalowalnością i wygodą konserwacji. Technologia elektrooporowego łączenia rur PE pozwala na wygodne dodawanie odgałęzień lub wymianę odcinków rur w już działającej instalacji, bez konieczności wyłączania dopływu wody. Jako element projektu EOD „Rzeka Jangcy do jeziora Taihu”, projekt Xuxiake Town może w przyszłości wymagać rozbudowy i modernizacji systemu. Ta cecha rur PE zapewnia długoterminową elastyczność projektu.

Tabela: Zgodność pomiędzy wymaganiami projektu Xuxiake Town a charakterystyką rur PE