DE10308801A1

DE10308801A1 - Thermische Isolation

Info

Publication number: DE10308801A1
Application number: DE10308801A
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Ing. Szasz; Per Arthur Damsleth; Robert Dr.Rer.Nat. Huber
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Isolation für bauliche Einrichtungen (100), die zur Förderung von Rohöl und Erdgas in unterseeischen Bereichen installiert sind und einen unmittelbaren Kontakt mit dem Meerwasser haben. Mit Hilfe einer solchen thermischen Isolation (1) soll die Bildung von Ablagerungen in Form von festen Wachsen und Gashydraten aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen in diesen Einrichtungen (100) vermieden werden. Mit den bis jetzt verwendeten thermischen Isolationen (1) kann das nicht vollständig erreicht werden. Dieser Nachteil wird mit einer speziell ausgebildeten Außenisolation (2) überwunden. Die erfindungsgemäße Außenisolation (2) wird aus Modulen (3) zusammengesetzt, die aus einer oder mehreren Lagen von Isolationselementen (4) aufgebaut sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Isolation mit wenigstens einer Wärmedämmung für bauliche Einrichtungen in unterseeischen Bereichen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche thermischen Isolationen kommen vorzugsweise bei baulichen Einrichtungen in Form von Rohrleitungen und Rohrverteilersystemen zur Anwendung, die auf dem Meeresboden installiert sind. Einrichtungen dieser Art sind mit Ventilen und Sensoren versehen, die zur Steuerung und zur Kontrolle der Ölförderung zwischen einer Quelle auf dem Meeresboden und einer Förderplattform an der Meeresoberfläche genutzt werden.
Solche Einrichtungen müssen thermisch isoliert werden, weil die Temperaturen der geförderten Medien bei regelmäßigen Unterbrechungen der Förderung hierin stark absinken. Rohöl, das aus dem Meeresboden gefördert wird, kann beispielsweise mit einer Temperatur zwischen 50°C und 160°C aus der jeweiligen Quelle austreten. Langkettige Kohlenwasserstoffe, die zu den Bestandteilen von Rohölen gehören, neigen dazu, sich mit abnehmender Temperatur zu verfestigen. Bei den hohen Drucken, die in den Rohrleitungen herrschen, kann es unterhalb einer bestimmten Temperatur zur Bildung von festen Wachsen und Gashydraten aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus Methan und Wasser kommen. Diese Wachse und Gashydrate bilden Ablagerungen auf den Innenflächen der Einrichtungen, die für den Transport des Rohöls von den Quellen zu den Förderplattformen und/oder Tankschiffen vorgesehen sind. Die Kosten, die aufgewendet werden müssen, um diese Einrichtungen wieder von solchen Ablagerungen zu befreien, sind sehr hoch. Besonders problematisch ist dabei auch, dass beispielsweise die Funktion von Ventilen durch solche Ablagerungen beeinträchtigt wird.
Eine konventionelle Möglichkeit der thermischen Isolierung zur Aufrechterhaltung der Temperatur des in den Rohrleitungen befindlichen Mediums während der Unterbrechung der Förderung ist die Ummantelung der Leitungen und sonstiger Bauelemente mit einem geeigneten thermischen Isolierstoff.
Aus der US-PS 6 058 979 ist eine Isolation für bauliche Einrichtungen der eingangs genanten Art bekannt, die aus einem Polymer in Form von Polypropylen, Polyethylen, Polyurethan, Epoxiden oder Elastomeren hergestellt wird. Eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,15 bis 0,2 W/mK, gute mechanische Eigenschaften sowie das ebenfalls geringe Gewicht dieser Werkstoffe sind für die Verwendung als Wärmedämmmaterial von Vorteil. Die Wärmedämm-Eigenschaften und das Gewicht des Polymers wird durch den Zusatz von Hohlkugeln in Form von Glas und/oder Kunststoff noch verbessert. Die Hohlkugeln sind unterschiedlich groß, um den Füllgrad zu erhöhen, und die Wärmeleitfähigkeit zu senken. Trotz einer solchen Isolation lässt sich die Bildung von Ablagerungen in einer unterseeischen Einrichtung, die zur Förderung von Rohöl vorgesehen ist, nicht vollständig ausschließen. Diese Methode der Isolierung ist sehr kostenintensiv. Die Isolierung ist sehr empfindlich gegenüber Leckagen, die wegen der Sprödigkeit der Werkstoffe leicht auftreten können. Solche Isolationen haften sehr stark an diesen Einrichtungen. Müssen sie entfernt werden, wenn Wartungsarbeiten oder Reparaturen das erforderlich machen, so ist das nur unter großem Aufwand möglich. Zudem ist es schwierig und teuer, bauliche Einrichtungen mit komplexen geometrischen Strukturen vollständig mit diesem Isoliermaterial zu umgeben.
In der US-PS 6 000 438 ist eine thermisch isolierte Rohrleitung für den Transport von strömenden Medien in unterseeischen Bereichen beschrieben. Die das Medium führende innere Rohrleitung ist von einer thermischen Isolierschicht umgeben, welche die Eigenschaften eines Latentwärmespeichers aufweist. Diese Isolierschicht ist von einem konzentrisch zur inneren Rohrleitung angeordneten metallischen Mantelrohr umgeben.
Die Speicherung von latenter Wärme in der Isolierschicht wird durch Verwendung eines Phasenänderungsmaterials erreicht, welches beim Übergang vom festen in den flüssigen Zustand eine hohe Schmelzenthalpie als latente Wärme aufnimmt. Wird das geschmolzene Phasenänderungsmaterial abgekühlt, so gibt es bei der Erstarrungstemperatur die aufgenommene Schmelzenthalpie wieder ab und geht in einen festen Zustand über. Durch die zusätzliche Abgabe der latenten Wärme wird die Abkühlzeit des geförderten Mediums verlängert. Doppelwandige Förderleitungen wie sie hier beschrieben sind, sind teuer und wegen ihres großen Durchmessers nicht überall nutzbar. Bei baulichen Einrichtungen in Form von Ventilen und Verteilern ist eine doppelwandige Ausführungen weder wirtschaftlich noch kann sie technisch sinnvoll ausgebildet werden.
Aus der GB-PS 2 247 507 sind Gehäuse bekannt, die mit Meerwasser gefüllt sind. Sie sind um Rohrleitungssysteme angeordnet, die in unterseeischen Bereichen installiert und für den Transport von Rohöl vorgesehen sind. Mit Hilfe des Meerwassers, das sich in diesen Gehäusen befindet, wird während der Unterbrechung der Förderung des Rohöls die Abkühlung der Rohrleitungssysteme verzögert. Aufgrund seiner großen spezifischen Wärmekapazität nimmt das eingeschlossene Wasser während der Förderung eine hohe Wärmeenergie auf, die bei der Unterbrechung der Förderung wieder an das Rohrleitungssystem und das darin enthaltene Fördermedium abgegeben wird. Der Wärmetransport zwischen den heißen Komponenten der Rohrleitungssysteme und den kalten Begrenzungsflächen der Gehäuse wird im wesentlichen durch die Konvektion des Wassers bestimmt. Es kommt deshalb zu einem schnellen Temperaturausgleich des Wassers, das in den Gehäusen eingeschlossen ist. Hohe Wärmeverluste an die Umgebung der dünnwandigen Gehäuse, die aus Stahl gefertigt sind, können deshalb nicht verhindert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermische Isolation für unterseeische Einrichtungen zur Förderung von Rohöl und Erdgas aufzuzeigen, mit der die Bildung von Ablagerungen durch Hydrate unterbunden werden kann, und die zudem leicht zu installieren und ebenso leicht zu entfernt ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße thermische Isolation kann auf den Außenflächen von Einrichtungen, auch wenn diese sehr komplexe geometrische Strukturen aufweisen, auf einfache Weise angeordnet und befestigt werden. Durch die Ausbildung der sehr effektiven Außenisolation können bauliche Einrichtungen, die in unterseeischen Bereichen installiert sind, vor einem direkten Kontakt mit dem Meerwasser und einem damit verbundenen Auskühlen geschützt werden. Die Außenisolation wird vorzugsweise mittels Halteelementen in Form von Spanngurten an den Einrichtungen befestigt. Sie kann somit sehr leicht und auch sehr schnell installiert werden. Die Halteelemente lassen sich sehr einfach lösen. Somit können alle Außenisolationen bei Wartungsarbeiten und Inspektionen der Einrichtungen leicht entfernt und wieder befestigt werden.
Die erfindungsgemäße Außenisolation wird aus einzelnen Modulen zusammengesetzt. Die Anzahl der Module, die hierfür erforderlich ist, hängt von den Abmessungen der Module ab, und wird zudem durch die gewünschte Größe der Außenisolation bestimmt. Jedes Modul ist aus einer oder mehreren Lagen von Isolationselementen aufgebaut, und von einem Schutzelement umgeben. Die Module können als einzelne Bauelemente mit definierten Abmessungen hergestellt oder von einem Endlosmaterial gemäß der jeweils gewünschten Länge abgeschnitten werden. Die Formen und Querschnitte der Module, die als selbständige Bauelemente ausgebildet sind, können beliebig gestaltet sein. Es muss nur sichergestellt werden, dass damit immer eine geschlossene Außenisolation hergestellt werden kann.
Die Schutzelemente, welche die Module umgeben, sind alle elastisch, gegen mechanische und korrosive Einwirkungen beständig und wasserdicht ausgebildet. Vorzugsweise ist jedes Schutzelement aus einem thermoplastischen Polymer, einem thermoplastischen Elastomer oder einem Elastomer gefertigt, und als Hülle ausgebildet, welche ein jedes Modul allseitig umschließt. Jede dieser Schutzelemente ist wenigstens bereichsweise mit nach außen gerichteten Überständen versehen. Mit Hilfe dieser Überstände lassen sich unmittelbar aneinander grenzende Module miteinander verbinden, die zu einer Außenisolation zusammengesetzt werden sollen. Die Überstände können jedoch auch zum Abdichten über die Stoßstellen von unmittelbar aneinander grenzenden Modulen gelegt werden. Jedes Schutzelement kann auf einer oder mehreren Seiten mit jeweils einer Armierung zu versehen werden. Vorzugsweise werden solche Armierungen in die Innenflächen der Seiten eingebettet, die dem Meerwasser zugewandt sind. Hierfür werden vorzugsweise Armierungen in Form von Netzen aus Stahl- oder Aramidfasern verwendet. Solche Armierungen bieten einen zusätzlichen Schutz vor mechanischen Beschädigungen der Module, die durch Schnitte, Stöße oder durch unbemannte Fahrzeuge verursacht werden können, die bei der Wartung von baulichen Einrichtungen auf dem Meeresboden eingesetzt werden. Eine solche Armierung erhöht zudem die Reißfestigkeit der Schutzelemente, ohne dass deren Flexibilität reduziert wird. Eine Armierung kann, falls es die Gegebenheiten erfordern, auch nachträglich; außen über der Isolation installiert werden.
Die Isolationselemente, welche die Wärmedämmung der erfindungsgemäßen Außenisolation bewirken, sind entweder aus Glas- oder Mineralfasern, einem offenzelligen Polymerschaum auf der Basis von Polyurethan oder Polypropylen oder aus einem mikroporösen Isolationsmaterial gefertigt. Alle Isolationselemente sind flächig oder leicht gekrümmt ausgebildet, und von einer für Wasser undurchlässigen Folie allseitig eng umschlossen. Das verwendete Isolationsmaterial besitzt eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, die im Fall des mikroporösen Isolationsmaterials einen Wert von nur 0,02 bis 0,06 W/mk aufweist, während die Wärmeleitfähigkeit von herkömmlichen polmyeren Isolationsmaterialen 0,15 bis 0,2 W/mK beträgt. In das Isolationsmaterial können Kapseln eingearbeitet werden, die mit einem Phasenänderungsmaterial in Form von Paraffin oder einem Salzhydrat gefüllt sind. Das mit den Kapseln versehene Isolationsmaterial wird nur für die Fertigung der Isolationselemente verwendet, die an eine zu isolierende Einrichtung angrenzen. Die nach außen, dem Meerwasser zugewandten Isolationselemente erfahren wegen der niedrigeren Temperaturen des Meerwassers keinen Phasenübergang, und tragen deshalb nicht zur Erhöhung der Wärmekapazität bei.
Die Isolationselemente können auch in zusammenhängende Segmente unterteilt, hintereinander aufgereiht und von einem als Endloshülle ausgebildeten Schutzelement aus einem thermoplastischen Polymer, einem thermoplastischen Elastomer oder einem Elastomer umgeben werden. Von diesem Endlosmaterial können Module beliebiger Länge abgeschnitten und für die Herstellung einer Außenisolation verwendet werden. Da die Isolationselemente segmentiert sind, können sie gebogen und die Module damit leicht auch an komplex geformte Strukturen von baulichen Einrichtungen angepasst werden.
Bei den Modulen, die aus mehreren Lagen von Isolationselementen bestehen, sind die Isolationselemente in dichtester Packung aufeinander gesetzt. Die Anzahl und die Abmessungen der Isolationselemente einer jeden Lage werden so gewählt, dass Stoßstellen von Isolationselementen einer Lage nicht über Stoßstellen von Isolationselementen einer unmittelbar darunter befindlichen Lage angeordnet sind. Durchgängige Spalte, über die Wärme abfließen kann, werden dadurch vermieden.
Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Außenisolation, die aus drei Bauelementen zusammengefügt ist,
2 den Aufbau eines Moduls gemäß 1,
3 ein für den Aufbau der Module gemäß 3 verwendetes Isolationselement,
4 eine weitere flächige Isolation,
5 zwei Isolationselemente gemäß 1, die mit Segmentierungen versehen sind,
6 die in einer gemeinsamen Hülle angeordneten Isolationselemente gemäß 5,
7 eine weitere Außenisolation, die um eine bauliche Einrichtung angeordnet ist,
8. eine Schalung, die nach der Außenkontur einer Einrichtung gefertigt ist,
9 eine Außenisolation, die auf der Schalung gemäß 8 angeordnet ist,
10 die Außenisolation gemäß 9, die außen um eine Einrichtung angeordnet ist.
1 zeigt eine thermische Isolation 1, die als flächige Außenisolation 2 aus drei Modulen 3 zusammengefügt ist. Jedes Modul 3 ist, wie in 2 dargestellt, aus einer Vielzahl von Isolationselementen 4 aufgebaut, und allseitig von einem Schutzelement 3H umschlossen. Jedes Schutzelement 3H ist aus einem elastischen, gegen mechanische und korrosive Einwirkungen beständigen sowie wasserdichten Material hergestellt. Vorzugsweise ist das Schutzelement 3H als Hülle ausgebildet, die aus einem thermoplastischen Polymer, einem thermoplastischen Elastomer oder einem Elastomer gefertigt ist. Die Isolationselemente 4, die für die Fertigung des Moduls 3 verwendeten werden, sind alle gleich ausgebildet. In 3 ist eines dieser Isolationselemente 4 dargestellt. Das Isolationselement 4 ist als rechteckig geformtes, eben oder leicht gekrümmtes Bauteil ausgebildet.
Für die Fertigung eines jeden Isolationselements 4 wird ein Isolationsmaterial 5 in Form von Glas- oder Mineralfasern oder in Form eines offenzelligen Polymerschaums aus einem Polyurethan oder einem Polypropylen oder einem anderen Polymer verwendet. Ein mikroporöses Isolationsmaterial 5 auf der Basis von Kieselsäure kann hierfür ebenfalls genutzt. Das verwendete Isolationsmaterial 5 weist eine Wärmeleitfähigkeit von unter 0,05 W/mK auf. Jedes Isolationselement 4 wird nach außen von einer dünnen Folie 6 begrenzt, in welche das Isolationselement 4 eingeschweißt. Die Folie 6 ist Was ser undurchlässig, und so um das Isolationsmaterial 5 angeordnet, dass sie dieses eng umschließt. Die Dicke des Isolationselements 4 kann 5 mm bis 20 mm betragen. Die übrigen Abmessungen des Isolationselements 4 werden durch die gewünschten Abmessungen des in 2 dargestellten Moduls 3 bestimmt.
Bei der Herstellung der Isolationselemente 4 kann zur Verbesserung der Isolationswirkung ein Zusatz 5K in das Isolationsmaterial 5 eingearbeitet werden. Bei dem Zusatz handelt es sich um Kapseln 5K, die mit einem Phasenänderungsmaterial in Form eines Paraffins oder eines Salzhydrats (hier nicht dargestellt) gefüllt sind, das die Eigenschaften eines Wärmespeichers aufweist. Die Kapseln 5K sind etwa 10 μm bis 60 μm groß, und können bei der Herstellung der Isolationselemente 4 direkt in das mikroporöse Material 5 eingebettet werden. Mit Hilfe der Kapseln 5K kann die Wärmekapazität der Isolationselemente 4 deutlich erhöht werden, ohne dass die Wärmedämmung hierdurch nennenswert reduziert wird. Durch die Kapseln 5K wird verhindert, dass das Phasenänderungsmaterial, das darin eingeschlossen ist, sich beim Erreichen der Flüssigphase in den Poren des Isolationsmaterials 5 ausbreitet, und dessen thermische Isolationswirkung verschlechtert. Vorzugsweise werden die Kapseln 5K nur in das Isolationsmaterial 5 eingebettet, das für die Fertigung von Isolationselementen 4 bestimmt ist, die bei der Herstellung der Isolation 1 unmittelbar an die zu schützenden Einrichtungen (hier nicht dargestellt) angrenzen. Die nach außen, dem Meerwasser (hier nicht dargestellt) zugewandten Isolationselemente 4 erfahren wegen der niedrigeren Temperaturen des Meerwassers keinen Phasenübergang und tragen deshalb nichts zur Erhöhung der Wärmekapazität bei. Deshalb kann auf den Einsatz von diesen Kapseln 5K in den äußeren Isolationselementen (hier nicht dargestellt) verzichtet werden.
Das in 2 dargestellte Modul 3 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus 10 Isolationselementen 4 zusammengefügt. Alle Isolationselemente 4 sind gleich dick und gleich lang. Abweichungen bei den Abmessungen bestehen lediglich in der Breite der Isolationselemente 4. Das Modul 3 besteht aus drei Lagen 7, 8 und 9, die alle aus Isolationselementen 4 zusammengesetzt sind. Für die Ausbildung der ersten Lage 7 sind drei gleich breite Isolationselemente 3 unmittelbar so nebeneinander ange ordnet, dass ihre Längsachsen parallel zueinander ausgerichtet sind. Auf dieser ersten Lage 7 ist eine zweite Lage 8 mit vier Isolationselementen 4 angeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Längsachsen der Isolationselemente 4 der zweiten Lage 8 zu den Längsachsen der Isolationselemente 4 parallel ausgerichtet. Es sind jedoch auch Aufbauten möglich, bei denen die Längsachsen der Isolationselemente 4 mit wechselnden Richtungen angeordnet sind. Die Abmessungen der Isolationselemente 4 der zweiten Lage 8 sind speziell festgelegt. Sie werden so gewählt, dass keine Stoßstellen zwischen jeweils zwei unmittelbar aneinander grenzenden Isolationselementen 4 der zweiten Lage 8 direkt über Stoßstellen der ersten Lage 7 positioniert sind. Durchgängige Spalte, über die Wärme abfließen kann, werden dadurch vermieden. Die Abmessungen aller Isolationselemente 4 der zweiten Lage 8, sind zusammen so groß, dass die erste Lage 7 von den Isolationselementen 4 vollständig überdeckt wird. Auf diese zweite Lage 8 folgt eine dritte Lage 9 mit drei Isolationselementen 4, deren Abmessungen an die Abmessungen der Isolationselemente 4 der ersten Lage 7 angepasst sind.
Nach dem das Aufeinandersetzen der Lagen 7, 8 und 9 abgeschlossen ist, werden die Isolationselemente 4 unter Beibehaltung des mehrlagigen Aufbaus von einem oben beschriebenen Schutzelement 3H umgeben. Die Isolationselemente 4 werden von dem Schutzelement 3H sehr eng umschlossen, so dass der mehrlagige Aufbau in jeder beliebigen Anordnung des Moduls 3 erhalten bleibt. Das Schutzelement 3H ist, wie 2 zeigt, an allen vier Seiten des Moduls 3 zur Bildung von Überständen 3U nach oben zu um einige Millimeter verlängert. Die Überstände 3U sind an ihren Stoßstellen 3S miteinander verklebt.
Das Schutzelement 3H kann an der dem Meerwasser (hier nicht dargestellt) zugewandten Seite armiert werden. Hierfür wird ein Netz aus Stahl- oder Aramidfasern (hier nicht dargestellt) in die Innenfläche dieser Seite eingebettet, ähnlich wie eine Armierung bei Autoreifen. Eine solche Armierung bietet zusätzlichen Schutz vor mechanischen Schäden, die durch Schnitte, Stöße oder durch unbemannte Fahrzeuge verursacht werden können. Eine Armierung erhöht zudem die Reißfestigkeit des Schutzelements 3H, ohne dass deren Flexibilität reduziert wird. Eine solche Armierung kann, falls es die Gegebenheiten erfordern, auch nachträglich, außen über der Isolation 1 installiert werden.
Für die Ausbildung der in 1 dargestellten flächigen Außenisolation 2 werden_; zwei oder mehrere Module 3, je nach gewünschter Größe der Außenisolation, bündig so aneinander gefügt, dass ihre nach unten gerichteten Begrenzungsflächen in einer Ebene liegen, und die Überstände 3U aller Schutzelemente 3H nach außen, dem Meerwasser zu weisen. Für eine dauerhafte Verbindung der Module 3 zu der Außenisolation 2 werden unmittelbar benachbarte Module 3, wie 1 zeigt, an den Stoßstellen 3S über Klammern 11 miteinander verbunden. Die so gebildete Außenisolation kann an jeder beliebigen Einrichtung in unterseeischen Bereichen beispielsweise mittels Spanngurten (hier nicht dargestellt) lösbar befestigt werden.
Die Module 3, die in den 1 und 2 dargestellt sind, weisen eine rechteckige Grundfläche und einen eben solchen Querschnitt auf. Es besteht jedoch die Möglichkeit, die geometrische Form dieser Grundflächen und Querschnitte beliebig, beispielsweise auch als Dreieck, Vieleck oder Trapez zu gestalten, wenn diese Formen geeignet sind, eine Fläche lückenlos abzudecken.
In 4 sind drei zu einer flächigen Außenisolation 2 zusammengefügte Module 3 dargestellt, von denen jedes Modul 3 einen trapezförmigen Querschnitt aufweist. Die drei Module 3 sind baugleich. Für die Herstellung der Module 3 werden auch bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel Isolationselemente 4 verwendet, wie sie in 3 dargestellt und in der zugehörigen Beschreibung erläutert sind. Jedes Modul 3 weist zwei Lagen 7 und 8 dieser Isolationselemente 4 auf. Die erste Lage wird durch drei unterschiedlich breite, jedoch gleich lange und gleich dicke Isolationselemente 4 gebildet. Die nach außen gerichteten Kanten der beiden außen liegenden Isolationselemente 4 sind abgeschrägt. Auf dieser ersten Lage 7 ist eine zweite Lage 8 mit zwei Isolationselementen 4 angeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Isolationselemente 4 der zweiten Lage 8 so angeordnet, dass ihre Längsachsen ebenfalls parallel zu den Längsachsen der Isolationselemente 4 in der darunter befind lichen Lage 7 ausgerichtet sind. Eine andere Anordnung ist auch möglich. Die Abmessungen der beiden Isolationselemente 4 der zweiten Lage 8 sind so gewählt, dass ihre Stoßstelle mit keiner Stoßstelle der darunter angeordneten Isolationselemente 4 fluchtet. Die Außenkanten der beiden Isolationselemente 4 der zweiten Lage 8 sind ebenfalls abgeschrägt, und zwar so, dass sie mit den abgeschrägten Außenkanten der darunter liegenden Isolationselemente 4 fluchten. Hierdurch wird ein trapezförmiger Querschnitt bei den Modulen 3 erreicht.
Die beiden Lagen 7 und 8 sind von einem Schutzelement 3H eng umschlossen, das auch bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem thermoplastischen Polymer, einem thermoplastischen Elastomer oder einem Elastomer gefertigt ist. Das Schutzelement 3H ist in Verlängerung der breiteren Grundseite eines jeden Moduls 3 mit Überstanden 3U versehen. Für die Ausbildung der Isolation 1 gemäß 4 werden drei oder mehrere solcher Module 3 mit trapezförmigem Querschnitt alternierend so aneinander gefügt, dass einmal die größere und einmal die kleinere Grundfläche der Module 3 nach außen, dem Meerwasser zu, ausgerichtet ist. Dadurch wird erreicht, dass jede Stoßstelle zwischen jeweils zwei unmittelbar aneinander grenzenden Modulen 3 an beiden Enden von einem Überstand 3U überdeckt ist. Die so gebildete Außenisolation 2 kann an jeder beliebigen Einrichtung beispielsweise mittels Spanngurten (hier nicht dargestellt) lösbar befestigt werden.
5 zeigt zwei Isolationselemente 4, die aus dem gleichen Werkstoff gefertigt sind wie das in 3 gezeigte, und in der zugehörigen Beschreibung erläuterte Isolationselement 4. Die beiden Isolationselemente 4 sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel 60 cm bis 100 cm lang, 5 mm bis 20 mm dick und 10 cm bis 60 cm breit. Ihre Abmessungen sind nicht auf diese Werte festgelegt. Vielmehr können sie an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Die beiden Isolationselemente 4 sind alle 10 mm lang und mit Einschnitten 4E senkrecht zu ihren jeweiligen Längsachsen versehen. Die Einschnitte 4E haben bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen Abstand von 10 mm, der auch größer oder kleiner gewählt werden kann. Durch diese Einschnitte werden die Isolationselemente 4 in Segmente 4S unterteilt. Die Einschnitte 4E sind so ausgeführt, dass die Segmente 4S gleich groß ausgebildet sind, und eine Grundfläche 4G eines jeden Isolationselements 4 in ihrer Gesamtheit erhalten bleibt. Dadurch wird erreicht, dass die Isolationselemente 4 in zusammenhängende Segmente 4S unterteilt werden, die sich relativ zueinander bewegen können, so dass jedes Isolationselement 4 gebogen werden kann. Diese Segmentierung erlaubt die Anpassung eines jeden Isolationselements 4 an beliebig komplexe geometrische Strukturen von zu isolierenden Einrichtung (hier nicht dargestellt). Jedes dieser Isolationselemente 4 ist von allen Seiten von einer Folie 6 eng umhüllt. Die Folie 6 ist aus dem gleichen Material gefertigt wie die in 3 dargestellte und in der zugehörigen Beschreibung erläuterte Folie 6. Beliebig viele dieser in Segmente unterteilten Isolationselemente 4 sind, wie 6 zeigt, zur Bildung eines Endlosmaterials 10 hintereinander angeordnet, und von einem endlosen, schlauchförmigen, robusten und elastischen Schutzelement 3H umgeben. Das Schutzelement 3H kann aus dem gleichen Material und als Hülle gefertigt werden wie das in 2 dargestellte und in der zugehörigen Beschreibung erläuterte Schutzelement 3H. Es ist auch möglich, innerhalb des gleichen Schutzelements 3H mehrere Lagen von diesen Isolationselementen 4 übereinander anzuordnen.
Das Schutzelement 3H kann direkt um die Isolationselemente 4 extrudiert werden. Das Schutzelement 3H kann jedoch auch getrennt hergestellt und dann über die Isolationselemente 4 gezogen werden. Es ist sinnvoll, die dem Meerwasser zugewandte Seite des Schutzelements 3H dicker auszubilden, als die Seite, die bei der Ausbildung einer Außenisolation der zu isolierenden Einrichtung zugewendet wird. Ein solches Schutzelement 3H bietet nach außen einen besseren mechanischen Schutz. Zudem kann Endlosmaterial 10 leichter um eine zu isolierende Einrichtung (hier nicht dargestellt) oder zum Lagern auf eine Rolle gewickelt werden. Eine Armierung (hier nicht dargestellt) kann auch hierbei in das Schutzelement 3H eingearbeitet werden. Die Stellen, an denen die einzelnen, in sich geschlossenen Isolationselemente 4 enden und aneinander stoßen, sind auf der Außenfläche des Schutzelements 3H markiert. An diesen Stellen kann das Endlosmaterial 10 durchtrennt werden, um Module 3 mit definierter Länge davon abzuschneiden. Die offenen Enden der abgetrennten Module 3 werden zunächst mit Klemmen (hier nicht dargestellt) verschlossen, und bei der Montage zugeschweißt.
Um eine thermische Isolation 1 in Form einer Außenisolation 2 für eine in 7 dargestellte bauliche Einrichtung 100 zu fertigen, werden Module 3 von dem in 6 dargestellten, und in der zugehörigen Beschreibung erläuterten Endlosmaterial 10 mit definierten Längen abgeschnitten, und auf der Oberfläche der Einrichtung 100 angeordnet und daran befestigt. Die in 7 dargestellte Außenisolation 1 besteht aus zwei aufeinander angeordneten Lagen von Isolationselementen 4. Hierfür werden entweder zwei Module 3 aus einem Endlosmaterial 10 verwendet werden, das mit jeweils einer Lage an Isolationselementen 4 hergestellt sind. Es können jedoch auch Module aus Endlosmaterial verwendet werden, in dessen Schutzelement zwei übereinander angeordnete Lagen aus Isolationselementen angeordnet sind (hier nicht dargestellt). Ferner besteht die Möglichkeit, die Einrichtung 100 auch direkt mit dem Endlosmaterial 10 zu umwickeln (hier nicht dargestellt).
Um eine bauliche Einrichtung 100 mit einer komplexen geometrischen Struktur, wie sie in 10 dargestellt ist, mit einer thermischen Isolation 1 in Form einer Außenisolation 2 zu versehen, wird von dieser Einrichtung, zunächst ein Abdruck ihrer Außenkontur gefertigt. Die Oberfläche des Abdrucks (hier nicht dargestellt) wird, wie 8 zeigt, mit einer starren Schalung 12 versehen, die beispielsweise aus einem mit Glasfasern verstärken Kunststoff gefertigt wird. Die Schalung 12 wird nach dem vollständigen Aushärten von dem Abdruck abgenommen. Auf der Oberfläche der Schalung 12 wird dann zur Ausbildung einer Isolation 1 eine ein- oder mehrlagige Wärmedämmung 2 in Form von Modulen 3 aus Isolationselementen 4 aufgetragen, wie sie in den 3 und 6 gezeigt und in den zugehörigen Beschreibungen erläutert sind. 9 zeigt eine Schalung 12 mit einer Außenisolation 2, die aus zwei Lagen von Modulen 3 gebildet wird. Die Module 3 werden beispielsweise von der Wärmedämmung 2 gemäß 6 abgeschnitten und dabei so bemessen, dass die gesamte Oberfläche der Schalung 12 gleichmäßig überdeckt wird. Zudem wird sichergestellt, dass keine Stoßstellen von jeweils zwei unmittelbar aneinander grenzenden Isolationselementen 4 der zweiten Lage über solchen Stoßstellen der ersten Lage angeordnet sind. Die gesamte Isolation 2 wird von einem elastischen Schutzelement 3H eng umschlossen, das aus einem thermoplasti schen Polymer, einem thermoplastischen Elastomer oder einem Elastomer gefertigt ist. Das Schutzelement 3H ist überall an die Kontur der Isolation 2 angepasst. Es ist zudem in den Randbereichen der Außenisolation 2 mit überständen 3U versehen. Die Überstände 3U überdecken die Schalung 12 geringfügig. Sie sind mit der Schalung 12 verklebt, verschweißt oder verklemmt, so dass kein Wasser in dass Schutzelement 3H gelangen kann. Die mit der Außenisolation 2 versehene Schalung 12 wird, wie 10 zeigt, nach dem sie fertig gestellt ist, über die Kontur der Einrichtung 100 gestülpt, und, falls es die Gegebenheiten erfordern, zusätzlich an der Einrichtung 100 befestigt.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele. Vielmehr umfasst sie alle Variationen der thermischen Isolation, die dem Kern der Erfindung zugeordnet werden können.

Claims

Thermische Isolation für bauliche Einrichtungen (100), die in unterseeischen Bereichen ummittelbaren Kontakt mit dem Meerwasser haben, gekennzeichnet, durch eine Außenisolation (2), die aus Modulen (3) zusammensetzbar ist, und dass jedes Modul (3) aus einer oder mehreren Lagen von Isolationselementen (4) gefertigt und von einem Schutzelement (3H) allseitig umgeben ist.
Thermische Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Isolationselement (4) flächig oder leicht gekrümmt ausgebildet und von einer für Wasser undurchlässigen Folie (6) allseitig eng umschlossen ist.
Thermische Isolation nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Isolationselement (4) aus einem Isolationsmaterial (5) in Form von Glas- oder Mineralfasern, einem offenzelligen Polymerschaum aus einem Polyurethan, einem Polypropylen, einem anderen Polymer oder aus einem mikroporösen Isolationsmaterial (5) auf der Basis von Kieselsäure (5) hergestellt und von einer für Wasser undurchlässigen Folie (6) umgeben ist.
Thermische Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dass das Schutzelement (3H) eines jeden Moduls (3) elastisch_; gegen mechanische und korrosive Einwirkungen beständig und wasserdicht ausgebildet und wenigstens bereichsweise mit nach außen gerichteten Überständen (3U) versehen ist, über welche die zu einer Außenisolation (2) zusammengesetzten Module (3) verbindbar sind, oder welche über die Stoßstellen (3S) von unmittelbar aneinander grenzenden Modulen (3) legbar sind.
Thermische Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (3H) eines jeden Modul (3) eine aus einem thermoplastischen Polymer, einem thermoplastischen Elastomer oder einem Elastomer gefertigte Hülle ist.
Thermische Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Außenisolation (2) aus Modulen (3) mit definierten Abmessungen zusammengefügt oder aus Modulen (3) zusammengesetzt ist, die von einem Endlosmaterial (10) abgeschnitten sind.
Thermische Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in das mikroporöse Isolationsmaterial (5) Kapseln (5K) einarbeitet sind, die ein Phasenänderungsmaterial in Form eines Paraffins oder eines Salzhydrats enthalten, und dass das mit den Kapseln (5K) versehene Isolationsmaterial (5) für die Fertigung der an eine Einrichtung (100) angrenzenden Isolationselemente (4) bestimmt ist.
Thermische Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in die dem Meerwasser zugewandten Innenflächen des Schutzelements (3H) eines Moduls (3) jeweils eine Armierung in Form eines Netzes aus Stahl- oder Aramidfasern eingebettet ist.
Thermische Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Modul (3), das aus Isolationselementen (4) zusammen gefügt ist, die in mehreren Lagen (7, 8, 9) angeordnet sind, die Isolationselemente (4) in dichtester Packung aufeinander gesetzt sind, und die Anzahl und die Abmessungen der Isolationselemente (4) je Lage (7, 8, 9) so gewählt sind, dass ein Übereinanderliegen von Stoßstellen in aufeinander folgenden Lagen (7, 8, 9) ausgeschlossen ist.
Thermische Isolation nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung einer flächigen Außenisolation (2) zwei oder mehrere Module (3) in einer Ebene angeordnet sind, und dass die Überstände (3U) unmittelbar aneinander grenzender Module (3) durch Klammern (11) miteinander verbunden sind.
Thermische Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Modul (3) mit trapezförmigem Querschnitt Isolationselemente (4) in zwei Lagen (7 und 8) so aufeinander gesetzt sind, dass in der ersten Lage (7) drei unterschiedlich breite Isolationselemente (4) angeordnet sind, wobei die Außenkanten der beiden außen liegenden Isolationselemente (4) abgeschrägt sind, dass in der zweiten Lage (8) zwei gleich breite Isolationselemente (4) angeordnet sind, deren Außenkanten so abgeschrägt sind, dass sie mit den Außenkanten der Isolationselemente (4) der ersten Lage (7) fluchten.
Thermische Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Modul (3) aus beliebig langen Abschnitten eines Endlosmaterials (10) gefertigt ist, dass das Endlosmaterial (10) wenigstens eine Reihe hintereinander angeordneter Isolationselemente (4) aufweist, die in zusammenhängende Segmente (4S) unterteilt und deren Längsachsen senkrecht zu der Längsachse des jeweiligen Isolationselements (4) ausgerichtet sind, dass jedes Isolationselement (4) von einer eng anliegenden Folie (6) umschlossen ist, und alle Isolationselemente (4) von einem endlosen, elastischen, gegen mechanische und korrosive Einwirkungen beständigen und wasserdichten Schutzelement (3H) umgeben sind, das an den Enden der Isolationselemente (4) mit Markierungen versehen ist.
Thermische Isolation nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem als Endloshülle ausgebildeten Schutzelement (3H) in Segmente (4S) unterteilte, und in Reihe hintereinander angeordnete Isolationselemente (4) in mehren Lagen übereinander angeordnet sind.
Thermische Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenisolation (2) auf der Außenfläche einer Schalung (12) aufgebracht ist, die nach der Außenkontur einer baulichen Einrichtung (100) angefertigt ist, dass auf der Oberfläche der Schalung (12) eine oder mehrere Lagen von Modulen (3) flächendeckend aufgetragen und allseitig von einem Schutzelement (3H) eng umschlossen sind, und dass die Schalung (12) über die Außenkontur der Einrichtung (100) gestülpt und daran befestigt ist.