Charakterystyka metod badawczych

Laboratorium Badawcze
Heat-Tech Center
Veolia Energia Warszawa S.A. ul. Puławska 2, 02-566 Warszawa/
Heat- Tech Center, ul. Majewskiego 3, 02-104 Warszawa
INFORMACJE OGÓLNE
Laboratorium HTC wykonuje kompleksowe badania elementów preizolowanych oraz izolacji przeznaczonych do stosowania na rurociągach ciepłowniczych.
Od 2003 roku Laboratorium posiada
akredytację Polskiego Centrum Akredytacji na stosowane metody badawcze.
Aktualny zakres akredytacji nr AB 414
znajduje się na stronie www.pca.gov.pl
Od 2009 roku znajduje się na
liście referencyjnej laboratoriów
badawczych rekomendowanych
do wykonywania badań rur
preizolowanych europejskiego
stowarzyszenia ciepłowników
EuroHeat&Power.
Laboratorium wyposażone jest w stanowiska badawcze, unikalne w skali krajowej i europejskiej, zaprojektowane i wykonane przez pracowników HTC. Są to stanowiska badawcze do
badań:
 współczynnika przewodzenia ciepła,
 wytrzymałości na ścinanie,
 pełzania promieniowego,
 obciążenia od gruntu,
 przyspieszonego starzenia:
przed badanem współczynnika przewodzenia ciepła,
przed badaniem wytrzymałości na ścinanie.
Laboratorium wyposażone jest ponadto w takie urządzenia
pomiarowe i pomocnicze, jak np.:
 mikroskop stereoskopowy do określania średnich rozmiarów komórek
 maszyna „Instron” do badania wytrzymałości na ściskanie
i rozciąganie
 piknometr gazowy do wyznaczania udziału komórek zamkniętych w sztywnych materiałach porowatych
 czujnik zegarowy zębaty, do pomiaru współosiowości rur
pojedynczych,
 szczelinomierze do pomiaru skręcenia rur podwójnych,
 wysokościomierz suwmiarkowy do pomiaru współosiowości rur podwójnych,
 wagosuszarka do wyznaczania wilgotności piasku.
BADANIA WYKONYWANE W LABORATORIUM BADAWCZYM HTC
 współczynnik przewodzenia ciepła λ, W/(m·K)
Podstawą badania są normy: PN-EN ISO 8497, PN-EN 253
oraz procedura PB-06.
Badaniom poddawane są izolacje cylindryczne.
Współczynnik przewodzenia ciepła to podstawowy parametr charakteryzujący właściwości cieplne izolacji
ciepłowniczych.
 współczynnik przewodzenia ciepła po starzeniu λ,
W/(m·K)
Badanie współczynnika przewodzenia ciepła izolacji cylindrycznych, poprzedzone jest sztucznym starzeniem zespołu rurowego.
Starzenie wykonuje się w komorze grzejnej, przy temperaturze płaszcza osłonowego t = 90 °C, a więc
znacznie przekraczającej średnią temperaturę otoczenia rurociągu ułożonego w gruncie t = 8 °C.
 obciążenie od gruntu złączy preizolowanych
Podstawą badania jest norma PN-EN 489 oraz procedura
PB-19.
Badanie to składa się z dwóch etapów, tj. test w skrzyni z piaskiem oraz próby nieprzepuszczalności wody.
Badanie obciążenia od gruntu ma na celu sprawdzenie
wytrzymałości złącza na działanie sił występujących
podczas pracy rurociągu preizolowanego ułożonego
bezpośrednio w gruncie. Test wytrzymałościowy w
skrzyni z piaskiem zapewnienia symulację warunków
jakie oddziałują na złącze w trakcie eksploatacji, zaś
próba nieprzepuszczalności wody służy do oceny tego
testu. Próba polega na sprawdzaniu szczelności złącza
poprzez zanurzenie w wodzie.
 pełzanie promieniowe ΔS, %
Podstawą badania jest norma PN-EN 253 oraz procedura
PB-18.
Badanie jest wykonywane w temperaturze 140 °C
przez 10.000 godzin, a jego celem sprawdzenie wytrzymałości izolacji rury preizolowanej na załamaniu
kompensacyjnym na długotrwałe działanie stałego obciążenia.
 wytrzymałość na ścinanie w kierunku osiowym i
stycznym , MPa
Podstawą badania jest norma PN-EN 253 oraz procedura
PB-17.
Badanie to ma na celu sprawdzenie zdolności systemu
zespolonych rur preizolowanych do przenoszenia sił tarcia od gruntu.

wytrzymałość na ścinanie po starzeniu , MPa
 chłonność wody w podwyższonej temperaturze WAV, %
Podstawa badania – PN EN 253:2009, PB-17.
Proces przyspieszonego starzenia realizowany jest przy temperaturze rury przewodowej znacznie przekraczającej rzeczywistą temperaturę pracy ciągłej pianki PUR. Zespół rurowy, którego przewidywana trwałość w ciągłej temperaturze
pracy 120 °C wynosi 30 lat, starzony jest w temperaturze t =
160 °C przez 3600 godzin lub w temperaturze t = 170 °C
przez 1450 godzin.
Po starzeniu wykonywane jest badanie wytrzymałości na
ścinanie styczne lub osiowe.

Podstawa badania: PN-EN 253, PB-20.
Badanie ma na celu sprawdzenie odporności izolacji cieplnej
na zniszczenie wskutek zalania gorącą wodą.
 chłonność wody przez zanurzenie WAV, %
Podstawa badania – PN-C-89084, PB-20.
Badanie ma na celu sprawdzenie nasiąkliwości tworzywa izolacji cieplnej poprzez pomiar zmiany wyporu hydrostatycznego próbki zanurzonej w zimnej wodzie.
 odchylenie od współosiowości e, mm
wytrzymałość na ściskanie σ, MPa
Podstawa badania – PN-EN 253, PN-EN 826, PN-C-89071,
PB-20.
Badanie polega na określeniu wytrzymałości na ściskanie
w kierunku promieniowym, przy 10% odkształceniu
względnym.
Podstawa badania – PN-EN 253, PB-20.
Badanie ma na celu sprawdzenie współosiowości rury osłonowej w stosunku do rury stalowej. Odchylenie od współosiowości oznacza, że grubość izolacji w przekroju rury nie
jest równomierna, a to wiąże się z utrudnieniem prawidłowego wykonania zespołu złącza.
 wydłużenie przy zerwaniu A, %
 badania rur preizolowanych podwójnych:
Podstawa badania – PN-EN 253, PB-20.
Badanie poddaje się płaszcz osłonowy HDPE rur preizolowanych.
Podstawa badania – PN-EN 15698-1, PB-20.
Badania przeprowadzane w HTC:
- położenie względem siebie końców rur przewodowych,
- odległość między rurami przewodowymi,
- skręcenie rur przewodowych,
- współosiowość rur.
 gęstość pozorna ρ, kg/m
3
Badanie wykonywane jest według norm: PN-EN ISO 845,
PN-EN 1602, PN-EN 13470, PN-EN 253, PB-20.
Gęstość pozorna to ważny parametr wytrzymałościowy
materiału izolacji. Duża gęstość pozorna zapewnia właściwą wytrzymałość mechaniczną pianki oraz odporność
preizolowanego zespołu rurowego na pełzanie i ścinanie.
Jednocześnie ze wzrostem gęstości nowej izolacji pogarszają się jej właściwości termoizolacyjne, gdyż rośnie wartość współczynnika przewodzenia ciepła.
 stabilność wymiarów
Podstawa badania – PN-C-89083, PB-20.
Badanie ma na celu sprawdzenie, czy w izolacji porowatej
sztywnej z otulin lub z rur preizolowanych poddanych działaniu określonej temperatury w ustalonym czasie, nie wystąpiły nieodwracalne zmiany wymiarów liniowych w każdym z trzech prostopadłych do siebie kierunków oraz określenie temperatury, w jakiej następuje degradacja materiału
izolacji.
 średni wymiar komórek dśr, mm
Podstawa badania – PN-EN 253, PB-20.
Badanie ma na celu wyznaczenie wymiaru liniowego komórek izolacji w kierunku promieniowym.
 rozkład temperatury w izolacjach dwuwarstwowych
Podstawa badania – PB-07.
Badanie ma na celu wyznaczenie rozkładu temperatur w
przekroju izolacji dwuwarstwowej służące weryfikacji zastosowanych grubości warstw izolacji i sprawdzeniu czy warstwa wewnętrzna w wystarczającym stopniu ograniczy oddziaływanie temperatury czynnika grzewczego na warstwę
zewnętrzną.
Badanie umożliwia także wyznaczenie jednostkowych strat
ciepła izolacji dwuwarstwowej.
 udział procentowy komórek zamkniętych , %
Podstawa badania: PN-EN 253, PN-EN ISO 4590 metoda 1,
PB-20.
Badanie jest wykonywane za pomocą piknometru gazowego, mierzącego zmiany ciśnienia.

powierzchnia pustych przestrzeni i pęcherzy
Podstawa badania – PN-EN 253, PB-20.
Puste przestrzenie i pęcherze nie powinny stanowić więcej niż 5% powierzchni przekroju poprzecznego izolacji.
Pozostałe pojedyncze przestrzenie powinny stanowić
mniej niż 1/3 nominalnej grubości izolacji pomiędzy stalową rurą przewodową i płaszczem osłonowym.
2
STANOWISKA BADAWCZE W LB HTC
1. Stanowisko do badania współczynnika przewodzenia
ciepła λ, tzw. „aparat rurowy”
 układ regulacji temperatury próbki, którego zadaniem jest
podgrzanie rury przewodowej badanej próbki do wymaganej temperatury i utrzymanie tej temperatury przez okres
całego badania, tj. 10.000 godzin,
układ sterowania i kontroli pracy stanowiska oraz rejestracji
danych pomiarowych.
Fot. 1. Stanowisko badawcze tzw. „aparat rurowy”
Stanowisko badawcze tzw. „aparat rurowy” (fot. 1) zostało zbudowane w oparciu o normę PN-EN ISO 8497.
Głównymi elementami stanowiska są:
 komora termostatyczna, zapewniająca utrzymanie stałej temperatury powietrza otaczającego badaną próbkę,
 rura badawcza, której zadaniem jest wprowadzanie strumienia
ciepła do wnętrza izolacji przy założonej temperaturze badania i
zapewnieniu zerowego strumienia ciepła w kierunku osiowym,
 układ sterowania i kontroli pracy stanowiska oraz rejestracji
danych pomiarowych.
Konstrukcja zapewnia eliminację zjawiska konwekcji w trakcie badania.
Na stanowisku wykonywane są badania izolacji przeznaczonych do
montażu na rurociągach DN20, DN50, DN80 i DN250.
Badania mogą być wykonywane na izolacjach w formie otulin półcylindrycznych lub cylindrycznych, jak również na systemie rur preizolowanych.
2. Stanowisko do badania wytrzymałości na ścinanie
Fot. 2. Stanowisko do badań wytrzymałości na ścinanie
Fot. 3. Stanowisko do badania pełzania promieniowego
W skład stanowiska badawczego (fot. 2) wchodzą następujące elementy:
 maszyna wytrzymałościowa realizująca działanie sił ścinających,
 układ regulacji temperatury, którego zadaniem jest podgrzanie
rury przewodowej badanej próbki do temperatury 140°C i jej
utrzymanie w granicach dopuszczalnych odchyłek przez okres
wygrzewania wstępnego oraz podczas całego badania
 układ sterowania i kontroli pracy stanowiska.
Wartości siły ścinającej oddziałującej na próbkę, wartość przemieszczenia i prędkości posuwu tłoka są rejestrowane.
Na stanowisku wykonywane są badania rur preizolowanych
o średnicach DN  400.
3. Stanowisko do badania pełzania promieniowego
W skład stanowiska badawczego (fot. 3) wchodzą następujące elementy:
 hydrauliczny układ obciążania, którego zadaniem jest realizacja
ciągłego narastającego obciążenia próbki w kierunku prostopadłym do jej osi wzdłużnej,
3
4. Stanowisko do badania obciążenia od gruntu –
skrzynia z piaskiem
W skład stanowiska badawczego wchodzą dwa moduły:
„skrzynia z piaskiem” oraz „zbiornik z wodą”. Można na nim
badać złącza wykonane na rurach o średnicach do DN 150.
Moduł „Skrzynia z piaskiem” (fot. 4 i 5) składający się z następujących elementów:
 prostopadłościennej stalowej konstrukcji bez pokrywy o
wymiarach 1,80 x 1,00 x 1,80 m,
 warstwy piasku o grubości 1 m, którą zasypywane jest badane złącze,
 układ napędu realizującego działanie na badane złącze sił
osiowych przez przemieszczanie go z zadaną prędkością do
przodu i do tyłu. Zadawanie i odliczanie liczby cykli przemieszczeń zapewnia program komputerowy obsługujący
stanowisko.
 układ regulacji temperatury, który zapewnia podgrzanie
rury przewodowej próbki do wymaganej temperatury i jej
utrzymanie w granicach dopuszczalnych odchyłek przez cały czas trwania badania.
 układ sterowania i kontrola pracy stanowiska oraz rejestracji danych.
Moduł „Zbiornik z wodą” (fot. 6) to poziomy stalowy cylindryczny zbiornik, który zapewnia realizację działania na złącze
ciśnienia zewnętrznego poprzez zalanie wodą o stałej temperaturze i stałym ciśnieniu. Zbiornik wyposażony jest w układ
regulacji temperatury i ciśnienia.
Fot. 7. Komora grzejna do starzenia rur preizolowanych przed badaniem współczynnika przewodzenia ciepła
Fot. 4, 5. „Skrzynia z piaskiem”
Fot. 8. Stanowisko do starzenia próbek przed badaniem wytrzymałości na ścinanie
NOWE STANOWISKA BADAWCZE
Fot. 6. Zbiornik z wodą
5. Stanowiska do realizacji procesu przyspieszonego
starzenia
Proces przyspieszonego starzenia rur preizolowanych przed
badaniem współczynnika przewodzenia ciepła (fot. 7) realizowany jest w komorze grzejnej wyposażonej w układ regulacji temperatury zapewniający wygrzewanie całego zespołu
rurowego w podwyższonej temperaturze otoczenia płaszcza
osłonowego przez zadany czas.
Proces przyspieszonego starzenia rur preizolowanych przed
badaniem wytrzymałości na ścinanie (fot. 8) realizowany jest
na stanowisku umożliwiającym wygrzewanie rury przewodowej badanego zespołu rurowego w podwyższonej temperaturze podczas, gdy płaszcz osłonowy zespołu rurowego znajduje
się w temperaturze otoczenia. Stanowisko wyposażone jest w
układ regulacji temperatury zapewniający równomierny rozkład temperatury na obwodzie próbki oraz rejestrację ciągłą
procesu.
Fot. 9. Stanowisko Badawcze SB-6 „aparat płytowy”
Stanowisko Badawcze, tzw. „aparat płytowy”- aparat z miernikami strumienia ciepła (fot. 9) został skonstruowany zgodnie z
normą EN ISO 8301.
Badania mogą być przeprowadzane na izolacji płytowej: 305
mm x 305 mm x t, gdzie t jest grubością izolacji (max. 10 cm)
4
KLIENCI LABORATORIUM
Z usług Laboratorium Badawczego korzystali:
 Przedsiębiorstwa oraz firmy ciepłownicze i energetyczne:
ZEC Łódź, PEC Stargard Szczeciński, PEC Bełchatów, OPEC
Puławy, PEC Kutno, GPEC Gdańsk, PEC Suwałki, SYDKRAFT
EC Słupsk, Szczecińska Energetyka Cieplna, Energetyka
Cieszyńska, Therma Bielsko-Biała, ZEC Katowice, MPEC
Chełm, Energoterm Toruń, Vattenfall Polska, PEC Jelenia
Góra, Energetyka Cieplna Opolszczyzny, Toruńska Energetyka Cergia SA., PEC Tychy, KPEC Bydgoszcz, SPEC Warszawa, Dalkia Warszawa, OPEC Gdynia, Dalkia Łódź, Dalkia
Poznań, Veolia Energia Warszawa, Veolia Czechy
 Producenci rur preizolowanych: FINPOL Warszawa, ZPU
Jońca Międzyrzecz, STAR-PIPE Poznań, LOGSTOR Polska,
Logstor Dania, PRIM Lublin, ISOPLUS Katowice, ISOPLUS
Sondershausen Niemcy, Logstor Dania, KVY – Pipe OY Finlandia
 Producenci izolacji termicznych i systemów surowcowych: MAT Łódź, ELEKTROTERMEX Ostrołęka, EURICO
Ożarów Mazowiecki, HYDROMAT Kobylnica Widziano, Euro Invest Bud Poznań, METALPUR Bydgoszcz, POLYCHEM
Poznań, IZOTERM Cząstków Mazowiecki; FOLIMPEX Warszawa, IZOTERMA Przygodzice, MINOVA EKOCHEM S.A.
Siemianowice Śląskie, PURINOVA Tarnów, KUTE JA EHITUS
AS (Tartu, Estonia), MAGWENT Zduńska Wola, BASF Śrem,
INTER WW Tuchom, HIT TERM Celestynów, Eutherm Ożarów Mazowiecki, PRODEX Warszawa, KUTE JA EHITUS AS
(Tartu, Estonia)
 Producenci zespołów złączy oraz wyrobów termokurczliwych: RADPOL Człuchów, BRUGG Płochocin, PROB Radom, Sarmat-Inżynieria (Mińsk, Białoruś), ENERGOFIT
Człuchów, CEGA Warszawa, Canusa Kanada, HANTECH
Szwecja, TERMOGUM Warszawa, Kamitech Dzierżoniów,
Sarmat-Inżynieria (Mińsk, Białoruś), CANUSA Kanada,
HANTECH Szwecja, MITTEL Szwecja, BERRY PLASTICS Belgia
 Instytuty: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej Warszawa,
Instytut Chemii Przemysłowej Warszawa
Fot. 10 Komora susząca
Proces suszenia przed pomiarem przewodności cieplnej
(fot. 10) jest przeprowadzany w komorze suszącej wyposażonej w układ regulacji temperatury. Komora jest odpowiedzialna za utrzymanie izolacji w podwyższonej temperaturze
przez określony czas.
Fot. 11 Komora klimatyczna
Proces sztucznego starzenia (fot. 11) jest przeprowadzany w
komorze klimatycznej wyposażonej w układ regulacji temperatury i wilgotności względnej.
5