DE2462522A1

DE2462522A1 - Feuerfester leitungs- oder kabelschacht

Info

Publication number: DE2462522A1
Application number: DE19742462522
Authority: DE
Inventors: George M Joyce; Roger L Peterson
Original assignee: Flamemaster Corp
Current assignee: Flamemaster Corp
Priority date: 1973-09-24
Filing date: 1974-09-21
Publication date: 1977-09-01
Also published as: BE820296A; IT1021659B; LU70977A1; FR2257555B1; JPS5529824B2; DD114094A5; AT335540B; NL182869B; IL45723A0; GB1488132A; JPS5059474A; DE2445268B2; CA1043639A; DE2445268C3; IL45723A; FR2257555A1; NL7412589A; CH573306A5; US4064359A; DE2445268A1

Description

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Anmelder: THE PLAMEMASTER CORPORATION Sun Valley, Calif., OSA

Feuerfester Leitungs- oder Kabelschacht

Die Erfindung betrifft einen Leitungs- oder Kabelschacht, der als Umhüllung elektrischer Kabel oder Leitungen dieselben vor Feuertemperaturen von 871 - 1093° C zu schützen vermag. Der Schacht weist eine Umhüllung aus einer isolierende, anorganische, unbrennbare Fasern enthaltenden ersten Schicht und einer daraufliegenden, aus 1,5 - 20% organisch gebundenem Halogen, 3 - 75% hochtemperaturbeständigen, anorganischen, unbrennbaren Fasern und 5 - 75% Harzbindemittel bestehenden zweiten Schicht auf.

Der Mangel an einem Mittel zur Feuersicherung von elektrischen Leitungen oder Kabeln in Schächten der Art, daß diese Hochtemperaturfeuern (im Bereich von 871 1093° C) über längere Zeit standhalten, hat sich in vielen Industriezweigen gezeigt. Die Erdölindustrie ist einer dieser Industriezweige, wo solch ein Hochtemperaturschutz erforderlich ist. Aufgrund der hohen Entflammbarkeit der Produkte bei Lagerung und Transport ist ein Schutz vor ölschlagfeuern hoher Temperatur über längere Zeitspannen hinweg von wesentlicher Bedeutung. Es ist

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daher notwendig, daß die Schächte der elektrischen Zuleitungen, die sich im Verbund über eine ganze Anlage erstrecken können, sich nicht entzünden und dadurch das Feuer über die ganze Anlage ausbreiten. Die Schächte sollen vielmehr so beschaffen sein, daß sie bzw. die darin geführten Kabel und Leitungen Hochtemperaturfeuern für Zeitspannen von mindestens 15 - 20 Minuten Dauer standhalten können derart, daß das Feuer zwecks Erhaltung der Funktionsfähigkeit des Systems eingedämmt, eine ordnungsgemäße Stillegung und Abtrennung des Systems vorgenommen und/oder das Feuer mit geringst möglichem Schaden gelöscht werden kann.

Typische, nicht entzündliche Kabelisolierungen aus Kunststoff, wie z.B. Polyvinylchlorid (PVC) , Neopren, oder chloriertem Polyäthylen können solchen Hochtemperaturfeuern nicht über längere Zeitspannen standhalten. Werden Kabel dieser Art einem Feuer ausgesetzt, so löst sich die Isolierung auf, das enthaltene Chlor entweicht und verbindet sich mit der Luftfeuchtigkeit oder dem zum Löschen des Feuers eingesetzten Wasser unter Bildung von Salzsäure, die wiederum Betonfundamente zu durchdringen vermag und Stahlverstärkungen angreift. Aufgrund der ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften,

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der leichten Verfügbarkelt und der niedrigen Kosten solcher Produkte, wie PVC, ist es aber wünschenswert, diese für elektrische Isolierzwecke und Leitungen einsetzen zu können.

Die für das elektrische Verkabelungssystem vieler Industrieanlagen verwendeten Kabelschächte, in denen eine Vielzahl von Kabeln verlegt wird, bedeuten eine erhöhte Feuergefahr. Bei dem Schachtsystem werden die Kabel einfach in über die ganze Anlage verteilt aufgehängten Schächten verlegt. Das Schachtsystem vereinfacht somit die Installierung und Reparatur der Kabel. Die Feuergefahr ist jedoch bei Schächten aufgrund der Mehrzahl der nebeneinander angeordneten Kabel sowie der brennbaren Schuttabfälle, die sich in den aufgehängten Kabelschächten ansammeln können, größer.

Bei vielen chemischen Anlagen muß das Leitungssystem zur Aufnahme korrodierender und entzündlicher Flüssigkeiten geschaltet sein. Wegen ihrer Korrosionsfestigkeit ist die Verwendung von Plastikleitungen, wie z.B. aus PVC, zum Pumpen und zur Lagerung korrodierender Flüssigkeiten weit verbreitet. Soweit solche Leitungen in Anlagen, wie Erdölraffinerien oder in der chemischen

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Industrie für den Transport von korrodierenden Flüssigkeiten Anwendung finden, ist es erforderlich, daß die Leitung Hochtemperaturfeuern in der Größenordnung von 871 - 1093° C standhalten kann.

Einfache und wirksame Mittel zum Schutz von Kabeln und Leitungen gegen Hochtemperaturfeuer über längere Zeiträume haben sich insgesamt als nicht erfolgreich erwiesen. Werden umwickelte bzw. beschichtete Kabel oder Leitungen der rauhen Umgebung einer Chemieanlage oder Witterungseinflüssen ausgesetzt, so hat sich gezeigt, daß Asbestumwicklungen und Schaumbeschichtungen verrotten und ihre feuerschützende Wirkung verlieren. Beim Einsatz für solche Verwendungszwecke haben Glasfasern gegenüber Asbest allgemein eine größere Festigkeit und Dauerhaftigkeit gezeigt. Da jedoch viele Glasfasern bei ca. 537° C schmelzen, stellen sie gegen Hochtemperaturschlagfeuer, wie sie in Erdölraffinerien auftreten können, keinen geeigneten Schutz dar.

Der Einbau hochtemperaturbeständiger Fasern, wie Asbest, in eine dauerhafte und wetterbeständige Beschichtung, wie z.B. in der US-PS 3 642 531 beschrieben, hat einen bedeutenden Erfolg in bezug auf die Feuerausbreitung

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gebracht. Jedoch erreicht das Kabel bei Temperaturen von ungefähr 871 - 1093° C Im allgemeinen nach ca. 2-5 Minuten eine kritische Temperatur von 93° C, wenn es mit solchen asbestverstärkten organischen überzügen versehen ist. Um aber ausreichend Zeit zur Stillegung der Anlage und Eingrenzung des Feuers zu haben, ist ein Zeitraum von 15-20 Minuten oder mehr wünschenswert.

Andere zum längeranhaltenden Schutz von Kabeln gegen Hochtemperaturfeuer empfohlene Systeme schlagen im allgemeinen mehrschichtige Schutzüberzüge vor. So ist nach dem Stand der Technik zum Beispiel ein vierschichtiges System bekannt, das zum Hochtemperaturschutz für einen isolierten Leiter Siliconkautschuk, Glasgewebe und Asbest vorsieht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen feuerfesten Leitungs- oder Kabelschacht zu schaffen, der in der Lage ist, darin angeordnete Kabel oder Leitungen gegen 871 - 1093° C Flammen für Zeiträume von mehr als 15 Minuten zu schützen.

Dabei soll das auf den Leitungs- oder Kabelschacht aufzubringende Feuerschutzmaterial leichter herzustellen und einfacher zu verwenden sein als bisher bekannte Produkte.

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Das Feuerschutzmaterial soll dabei gute Haltbarkeitsund Wetterbeständigkeitseigenschaften haben.

Schließlich soll das Feuerschutzmaterial für Hochtemperaturbereiche geeignet sein und, wenn es den Schacht umhüllt, eine möglichst geringe Dicke haben.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Patentansprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, die einen Querschnitt durch einen Kabelschacht für elektrische Leitungen darstellt, der gemäß der Erfindung mit dem Feuerschutzmaterial versehen ist.

Erfindungsgemäß besteht das Feuerschutzmaterial aus einer äußeren Schicht 6 und einer inneren Schicht 7. Es ist um einen Kabelschacht 8 gewickelt, durch den eine Mehrzahl von Leitungen 9 gelegt ist.

Um einen maximalen Feuerschutz zu erreichen, können die Kabel 9 einsein oder zusammen ebenso wie der eine Vielzahl von Leitungen enthaltende Schacht mit dem

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Feuerschutzmaterial umwickelt sein. Um eine vollständige Isolierung des Kabels, der Rohre oder des Schachts zu gewährleisten, kann auch eine Doppelwicklung mit dem Feuerschutzmaterial vorgesehen werden.

Die innere Schicht 7 des Feuerschutzmaterials besteht vorzugsweise aus Glasfasern in der Form einer flexiblen Matte von ca. 1,27 - 2,54 cm Stärke. Matten dieser Art sind z.B. von der Pittsburg Corning Corporation unter der Bezeichnung "Temp-Mat" erhältlich, wobei es sich um eine Nadelfasermatte gemäß der Military Specification MTL-1-16411D, Typ 11 handelt. Um das Aufbringen des Feuerschutzmaterials auf den Schacht zu erleichtern, kann ein auf Druck ansprechender Haftkleber, wie er für die Herstellung von Druckklebestreifen geeignet ist, auf eine Oberfläche der Glasfaserschicht aufgetragen werden. Vorzugsweise handelt es sich bei der mit Haftkleber zu beschichtenden Oberfläche um die mit dem Schacht 8 in Berührung kommende Oberfläche der Schicht 7.

Sofern es gilt, besondere Formen zu umschließen, kann die Glasfaserschicht auch als Glasfaserformteil ausgebildet sein. Obwohl maximale Feuerschutzeigenschaften

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dann erzielt werden, wenn die innere Schicht vollständig aus Glas besteht, erzielt man auch dann zufriedenstellende Ergebnisse, wenn dem Glas zur Ermöglichung besonderer Formgebungen ein geeignetes Formharz beigemischt wird.

Auf die Glasfaserschicht wird ein Feuerschutzüberzug aufgetragen, der den überzügen auf Wasserbasis entspricht, wie sie in der gleichzeitigen anhängigen US-Anmeldung Ser. No. 218 237, "Feuerschutzmasse für elektrische Kabel", angemeldet am 17.1.1972, beschrieben sind, auf die Bezug genommen wird, überzüge auf der Basis von Lösungsmitteln, wie die in der US-PS 2 938 937 beschriebenen, können ebenfalls verwendet werden. Der trockene überzug, der die äußere Schicht des feuerhemmenden Materials der vorliegenden Erfindung bildet, enthält ca. 3 - 75 Gew.% hochtemperaturbeständige, unbrennbare Fasern. Es hat sich gezeigt, daß bei einem Anteil von vorzugsweise ca. 20 - 40% Asbestfasern in dem trockenen überzug eine über einen längeren Zeitraum ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit erzielt wird. Anstelle von oder neben Asbest können andere hochtemperaturbeständige, organische Fasern, wie Nylon oder Phenolharzfasern, erhältlich von den Firmen E.I. duPont

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de Nemours unter der Handelsmarke "Nomex" bzw. von der Firma Carborundum Company unter der Handelsmarke "Kynol", Verwendung finden. Die hier verwendeten unbrennbaren Fasern umfassen solche Fasern, die die Verbrennung nicht fördern und ihre Faserigkeit bzw. Verstärkereigenschaft bei Temperaturen von 871 - 1093° C nicht einbüßen.

Da es sich gezeigt hatte, daß weder die Verwendung von Glasfasern in der Form einer Matte oder Decke von 1,27 bis 2,54 cm Dicke, noch der harzhaltige Feuerschutzüberzug allein einen Schutz für mehr als ca. 5 Minuten gegen Hochtemperaturfeuer im Bereich von 871 - 1093° C bieten konnte, wurde nun gefunden, daß eine überraschende und synergetische Wirkung dadurch erreicht werden kann, daß man beide Schichten zu einem Feuerschutzmaterial vereinigt, das dann Hochtemperatürflammen für 20 Minuten oder mehr standhält. Obwohl über den Grund dieses Verhaltens noch keine völlige Klarheit besteht, wird angenommen, daß der äußere, gegen Hochtemperatur schützende überzug genügend von der offenen Flamme stammende Wärme ableitet und so wirkungsvoll die Wärmeübertragung von der Flamme zu den Fasern auf ein Minimum reduziert, so daß die bei niedrigeren Temperaturen schmelzenden Glas-

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fasern der inneren Schicht nicht solchen Temperaturen ausgesetzt werden, die das Glas vor Ablauf eines längeren Zeitraumes schmelzen lassen. Aufgrund der ausgezeichneten Isoliereigenschaften des Glases wird der zu schützende Schacht dementsprechend über einen längeren Zeitraum bei einer Temperatur von weniger als 93° C gehalten. Wird jedoch die Glasisolierung ungeschützt als äußere Abdeckung verwendet, wird sie durch Hochtemperaturflammen schnell zum Schmelzen gebracht, verliert viel von ihren wärmeisolierenden Eigenschaften und nach zwei Minuten oder weniger kann die Flamme unmittelbar auf den Schacht durchschlagen.

Wird andererseits ein Feuerschutzüberzug allein verwendet, so geht, obwohl er ausgezeichnete selbstlöschende und feuerhemmende Eigenschaften besitzt, ein Großteil der wärmeisolierenden Eigenschaften verloren, da der überzug zwecks Dauerhaftigkeit, Wetterbeständigkeit und einfachem Gebrauch notwendigerweise Harze, Weichmacher und Füllstoffe enthalten muß. Hierdurch beträgt der Zeitraum, nach dem der innere Schacht eine kritische Temperatur erreicht, bei der Zerfall und Schmelzen eintreten, die für PVC bei 93° C liegt, wegen des Fehlens einer wärmeisolierenden Eigenschaft des Überzugs ca. 2 bis 5 Minuten.

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Die hochtemperaturbeständigen Fasern werden in einem geeigneten Harzbindemittel, das 5 bis ca. 75 Gew.% der zweiten Schicht ausmachen kann, dispergiert. Die Auswahl des Bindemittels wird dabei von den äußeren Einflüssen, denen es ausgesetzt wird, der erforderlichen Flexibilität der Ummantelung und der Anwendungsweise abhängen. Zu diesem Zwecke können sowohl Harze auf Lösungsmittelbasis als auch Emulsionen auf Wasserbasis eingesetzt werden. Wird die innere Glasfaserschicht mit der Feuerschutzmasse überzogen und dann zwecks Aufbringung auf den Schacht zu der feuergefährdeten Stelle gebracht, können sowohl Harze auf Lösungsmittelbasis als auch solche auf Wasserbasis verwendet werden. Soll jedoch der Schacht zuerst mit der inneren Glasschicht umgeben werden und dann mit dem Feuerschutzüberzug beschichtet werden, empfiehlt sich der Einsatz von nicht entflammbaren Harzen auf Wasserbasis zur Verwendung in feuergefährdeten Bereichen. Für diesen Zweck geeignete Harze sind Polyvinylacetat, GRS-Kautschuk, chlorierter Kautschuk, Naturkautschuk, Methacryl- und Acrylharze und Mischpolymerisate derselben, elastomere Polyurethane, Polyvinylchlorid , Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchlorid- und Polyvinylidenchloridcopolymerisate, Vinylacetat-

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und Vinylchloridcopolymerisate, Polyvinylacetat- und Äthylencopolymerisate, Epoxyharze, Polystyrol- und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymerisate.

Die äußere Schicht beinhaltet ferner eine organisch gebundenes Halogen bildende Verbindung, die ihr feuerhemmende bzw. selbstlöschende Eigenschaften verleiht. Beispiele hierfür sind halogenierte Kohlenwasserstoffe, insbesondere chlorierte und bromierte Kohlenwasserstoffe, wobei die chlorierten Wasserstoffe aus Kostengründen im allgemeinen bevorzugt werden. Beispiele solcher halogenierter Kohlenwasserstoffe sind chloriertes Paraffin, wie z.B. das von der Firma Diamond Shamrock Corporation vertriebene "Chlorowax 70", das 68 73 Gew.% Chlor, chloriertes Naphthalin, chloriertes Terphenyl, Gemische derselben, Hexabromcyclodecan, Tribrombenzol, Polytetrafluoräthylen, Chlortrifluoräthylen und Perchlorpentacyclodecan enthält.

Es können auch andere organisch gebundenes Halogen bildende Verbindungen eingesetzt werden, wie Tetrabromphthalsäureanhydrid, Tris, (2,3 dibrompropyl)phosphat, Tris-B-chloräthy!phosphat, und chloriertes Biphenyl.

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Werden Polyvinylchlorid oder Polyvinyliden als Harzstoff verwendet, können diese ebenfalls als geeignete Quelle für organisch gebundenes Halogen dienen. Der Anteil des organisch gebundenen Halogens kann in der trockenen Schicht 1,5 bis 20 Gew.% betragen und bis zu 97%, wenn das Harzbindemittel gleichzeitig als Quelle für organisch gebundenes Halogen dient.

Die Masse sollte auch vorzugsweise einen Weichmacher enthalten, um die zur Ummantelung von Schächten notwendige Flexibilität zu gewährleisten. Der Weichmacher soll mit dem entsprechenden Bindemittelsystem verträglich sein und macht normalerweise 1,5 bis 7,5 Gew.% der Endschicht aus. Typische Weichmacher sind TrIs-B-chloräthylphosphat, chloriertes Biphenyl, Butylbenzylphthalat, Dibutylphthalat, Tricresylphosphat, Triphenylphosphat und Cresyldiphenylphosphat.

Der äußere Feuerschutzüberzug enthält vorzugsweise auch eine antlmonhaltige Verbindung, wie z.B. Antimontrioxid. Allgemein werden 1 - 20%, vorzugsweise ca. 10% einer antimonhaltigen Verbindung in die äußere Schicht eingebracht. Die Antimonverbindung wird dabei In Verbindung mit dem organischen Halogen in den normalen Verbren-

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nungsvorgang eingreifen und so eine feuerhemmende Wirkung verleihen. Neben der Antimonverbindung kann die äußere Schicht noch eine Reihe anderer anorganischer Füllstoffe zwecks Farbgebung, Wetterbeständigkeit und feuerhemmender Wirkung enthalten. Der Anteil solcher Füllstoffe in dem trockenen Überzug beträgt im allgemeinen zwischen ca. 5 - 30%. Hierbei kommen Kaliumcarbonat, Zinkborat, Titandioxid, Vermiculit und Asbestin, das eine Mischung aus Talkum und Asbest darstellt, infrage.

Beispiel

Eine Überzugsmasse wurde durch Mischen von ca. 26% einer 50% Polyvinylacetat feststoffhaltigen Wasseremulsion, ca. 5 Gew.% chloriertem Paraffin und ca. 2,5 Gew.% Tris-beta-chloräthylphosphat-Weichmacher mit ca. 23% Wasser bei Raumtemperatur unter ca. 15 minütigem Rühren zwecks Bildung einer im wesentlichen homogenen Dispersion hergestellt. Sodann wurden ca. 7 Gew.% Kalziumcarbonat-Füllstoff mit 3,5% Antimontrioxid unter ca. 30 minütigem Rühren zugegeben. Ungefähr 27 Gew.% Asbestfasern, die im wesentlichen aus ca. 16% Asbestfasern mit einer Länge von 0,78 mm

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oder weniger und ca. 11% Asbestfasern mit einer Länge bis zu 12,7 mm bestanden, wurden anschließend der Emulsion zugegeben und diese für die Dauer von ca. einer Stunde gründlich gerührt.

Die Masse wurde auf eine 1,27 cm starke Glasfasermatte aufgetragen, wobei die Schichtdicke im Naßzustand ca. 3,2 mm betrug, was zu einer Schichtdicke von 1,6 mm im Trockenzustand führte, wobei sich folgende Endzusammensetzung ergab:

Harzfeststoff 20,25 Gew.% Chlorierter Kohlenwasserstoff 7,98 Gew.% Weichmacher 3,99 Gew.% Asbestfasern 39,40 Gew.% Anorganische Füllstoffe 19,06 Gew.% Antimonverbindung 9,31 Gew.%

Der Boden des KabelSchachtes 8 wurde mit einer Glasfaserschicht ausgekleidet, auf die die PVC-Kabel 9 gelegt wurden. Das Isoliermaterial gemäß der obigen Zusammensetzung wurde zweifach um den Kabelschacht gewickelt. Um den ummantelten Schacht wurde sodann

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die oben beschriebene Masse in einer Naßstärke von 3,2 mm aufgesprüht. Bei der Erprobung erreichte der Schacht nach 20 Minuten eine Temperatur von 93° C. Hiernach waren die Kabel im wesentlichen unbeschädigt und zur weiteren Verwendung geeignet.

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Claims

Patentansprüche

1. Feuerfester Leitungs- oder Kabelschacht, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer ersten, anorganische, nichtbrennbare Fasern enthaltenden Schicht und einer zweiten Schicht bedeckt ist, die 1,5 bis 20 Gew.% organisch gebundenen Halogens, etwa 3 bis 75 Gew.% einer hochtemperaturbeständigen, nichtbrennbaren Faser und etwa 5 bis etwa 75 Gew.% eines Harzbindemittels enthält.

2. Schacht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische, unbrennbare Faser aus Glas besteht*

3. Schacht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochtemperaturbeständige, nichtbrennbare Faser der zweiten Schicht aus Asbest besteht.

4. Schacht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organisch gebundene Halogen aus der aus halogenierten Kohlenwasserstoffen, Tetrabromphtalsäureanhydrid, Tris(2,3 dibrompropyl)phosphat, Tris-beta-chloräthylphosphat und chloriniertem Biphenyl bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

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5. Schacht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Harzbinder ausgewählt ist aus der aus Polyvinylacetat, GRS-Kautschuk, chloriertem Kautschuk, Naturkautschuk, Methacryl- und Acrylharzen und Mischpolymerisaten derselben, elastomeren Polyurethanen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinyl-chlorid- und Polyvinylidenchloridcopolymerisaten, Polyvinylacetat- und Äthylencopolymerisaten, Epoxyharzen, Polystyrol- und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymerisaten bestehenden Gruppe.

6. Schacht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht etwa 0,5 bis etwa 20 Gew.% einer Antimon aufweisenden Verbindung enthält.

7. Feuerfester Leitungs- oder Kabelschacht, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale der Ansprüche 1 bis 6 in der Weise,, daß er mit einer ersten, Glasfasern enthaltenden Schicht und einer zweiten Schicht bedeckt 1st,die etwa 3 bis 75 Gew.% Asbestfasern, 1,5 bis 20 Gew„% eines organisch gebundenen Halogens, das aus der aus halogenierten Kohlenwasserstoffen, Tetrabromphtalsäureanhydrid,

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Tris(2,3 dibromopropyl)-phosphat, Tris-betachloräthylphosphat, chloriniertem Biphenyl, chloriniertem Terphenyl, und Mischungen daraus, bestehenden Gruppe ausgewählt ist, etwa 5 bis 75 Gew.% eines geeigneten Binders, der aus der aus Polyvinylacetatemulsionen, GRS-Kautschuk, Naturgummilatex, Methacryl- und Acrylharzen und Mischpolymerisaten derselben, elastomeren Polyurethanen, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat- und Äthylencopolymerisaten, wasseremulgierten Epoxyharzen, Polystyrol- und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymerisaten bestehenden Gruppe ausgewählt ist und etwa 1 bis etwa 20 Gew.% einer Antimon aufweisenden Verbindung enthält.

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