DE3006545C2

DE3006545C2 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffisolierüberzugs aus Schaumstoff auf einem Metallrohr

Info

Publication number: DE3006545C2
Application number: DE3006545A
Authority: DE
Inventors: Carlos Miguel Wellesley Mass. Samour
Original assignee: Kendall Co
Current assignee: Kendall Co
Priority date: 1979-03-15
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1986-08-21
Also published as: BE882206A; CA1160914A; HU178150B; FR2451261B1; FR2451261A1; PL133428B1; IT1193927B; GR67219B; CS220765B2; MX150570A; IT8020535A1; DK151913B; ATA105380A; ES490303A0; NL186831C; EG14165A; BR8001461A; JPS55133951A; DK151913C; DE3006545A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffisolierüberzugs aus Schaumstoff auf einem Metallrohr durch Aufbringen von flüssigen schäumbaren Kunststoffschichten mit einer zur Gesamttiefe der Kunststoffschichten unterschiedlichen Dichteverteilung.

In der DE-OS 27 44 369 ist ein derartiges Verfahren beschrieben. Hierbei wird ein Rohr mit einer verschäumbaren flüssigen Masse besprüht und daraufhin der ansteigende Schaum vor der vollständigen Erstarrung mit einem folienartigen Schutzmaterial umhüllt, wodurch ein Druck ausgeübt wird, der die Dichte des Schaums lediglich in der Nachbarschaft der geschäumten Oberfläche vergrößert. Der Nachteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß es auf gewickelte äußere Schutzschichten, die unter Spannung zur Gewährleistung einer scheinbaren Erhöhung der Dichte der Außenschicht des Schaums appliziert werden, beschränkt ist. Weiterhin ist ein solches Verfahren in der Praxis nur schwierig zu steuern, d. h. die gewünschte Dichte einzustellen, da das Ausmaß der Erhöhung der scheinbaren Dichte und die Dicke der hochdichten Schicht von verschiedenen unterschiedlichen kritischen Faktoren, einschließlich der Temperatur des aufschäumenden Kunststoffes, der Verschäumungsgeschwindigkeit der Kunststoffmasse, der Härtungsgeschwindigkeit des aufschäumenden Kunststoffs, der Zeitdauer vor Applikation der Schutzfolie und der auf die Schutzfolie während ihrer Applikation applizierten Spannung, abhängen. Alle diese Faktoren beeinflussen das Ausmaß, bis zu dem der geschäumte Kunststoff vor Aufbringen der Folie gehärtet oder erstarrt ist Darüber hinaus hängt die Dicke der Schicht erhöhter Dichte von der Dicke und Zusammenpreßbarkeit der Masse des angestiegenen Schaums ab.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zu schaffen, welches eine Verwendung des folienartigen nachträglich aufzubringenden Mantels zur Einstellung der Dichte im äußeren Bereich der Kunststoffisolierung mit all den darin begründeten Nachteilen überflüssig macht und welche sich darüber hinaus durch eine einfache und kostengünstige Verfahrensweise kennzeichnet

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß mindestens eine innere Kunststoffschicht und eine äußere Kunststoffschicht nacheinander auf das Rohr aufgebracht und unterschiedlich dicht verschäumt werden, wobei sich die Dicke sowie die Dichte der äußeren Schicht ohne äußere Begrenzung selbständig einstellt und wobei die innere Schicht eine Dichte von 0,024 bis 0,096 g/cm³ und die äußere Schicht eine Dichte von mindestens 25% größer als die der inneren Schicht erfährt und die Dicke der äußeren Schicht 5 bis 30% der Gesamtdicke beider Kunststoffschichten zusammen beträgt. Als verschäumbare Kunststoffmasse kann hierbei in vorteilhafter Weise eine Polyurethanmasse verwendet werden. Die Anwendung dieses Verfahrens ist jedoch nicht auf Polyurethanmassen beschränkt, im übrigen können alle schäumbaren Kunststoffmassen auf dieses Verfahren angewendet werden.

Als besonders vorteilhafte Verfahrensweise erweist es sich zudem, wenn man eine innerste Schicht der Kunststoffisolierung, die bis zu Temperaturen von 177 Grad Celsius stabil ist, und eine äußerste Schicht, die lediglich bis zu Temperaturen von 93,5 Grad Celsius stabil ist, herstellt.

Da die Stärke und Dichte der inneren und äußeren Schicht gemäß der Erfindung voneinander unabhängig sind und einzeln eingestellt und gesteuert werden können, ist durch dieses Verfahren eine innere Schicht hohen Wärmeisoliervermögens und eine äußere Schicht hoher Festigkeit und hoher Dichte in verblüffend preisgünstiger Weise herzustellen. Die derart aufgebrachten Schichten zeigen in ihrer Gesamtheit Eigenschaften, die für eine Rohrisolierung und einen Rohrschutz bei minimalen Gesamtkosten optimal sind.

Der optimale Ergebnisse gewährleistende Dichteunterschied zwischen der inneren Isolierschicht und der äußeren Isolierschicht hängt unter anderem vom Durchmesser des Rohrs, der relativen Dicke der Schichten, der gewünschten Mindestfestigkeit und dem Temperaturgefälle zwischen dem Rohr und der Umgebung ab. Gegebenenfalls kann die innere Schicht in nacheinander aufgetragene zwei oder mehrere Schichten, die sich voneinander in ihren physikalischen Eigenschaften unterscheiden, unterteilt sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß isolierten Rohrs und

Fig.2 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäß isolierten Rohrs.

Gemäß F i g. 1 ist ein Metallrohr 10 mit einer inneren Isolierschicht 12 niedriger Dichte (0,032 bis 0,096 g/cm³) aus beispielsweise Hartpolyurethanschaum einer Stärke von etwa 2,54 bis 15,24 cm und einer zweiten Isolierschicht 14 aus Hartpolyurethanschaum einer Dichte, die mindestens 25% größer ist als die Dichte der inneren Isolierschicht 12, und einer Dicke, die 5 bis 30% der

Gesamtdicke der Schichten 12 und 14 zusammen beträgt, versehen.

Vorzugsweise sollte sich die innere geschäumte Isolierschicht von der äußeren Schicht oder äußeren Schichten nicht nur durch eine geringere scheinbare Dichte und folglich ein höheres Wärmeisoliervermögen, sondern auch in einer höheren Wärmebeständigkeit (Stabilität .bei höheren Temperaturen bis zu 177° C), als die äußere geschäumte Isolierschicht oder äußere geschäumte Isolierschichten (die lediglich bis zu 93,3° C stabil zu sein brauchen) aufweist (aufweisen), unterscheiden.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform ist ein Rohr 10, in dem heiße Flüssigkeiten mit Temperaturen von 149° bis 177°C transportiert werden sollen, mit einer inneren Isolierschicht, die in einen ersten Isolierteil oder eine erste Isolierschicht 20 niedriger Dichte beispielsweise aus geschäumtem Polyurethan (einer Stabilität bis zu einer Temperatur von 177° O und einen zweiten Isolierteil oder eine zweite Isolierschicht 22 aus etwa demselben niedngdichten Polyurethanschaum (einer Stabilität bis zu lediglich 93,3° C) unterteilt ist, versehen. Die äußere Schicht 24 beispielsweise aus hochdichtem Polyurethanschaum besitzt eine Dichte, die mindestens 25% größer ist als die Dichte der Schichten 20 bzw. 22, und eine Dicke entsprechend 5 bis 30% der Gesamtdicke der Schichten 20,22 und 24.

In einer weiteren Ausführungsform besteht die Schicht 20 bei einem Rohr 10, das zum Transport kryogener Flüssigkeiten bei sehr niedrigen Temperaturen in der Größenordnung von — 129°C dienen soll, aus einem halbstarren Schaum anstatt aus einem Hartschaum, um ein Brösligwerden und eine mögliche Rißbildung während des Gebrauchs zu vermeiden. Die Schichten 22 und 24 können dagegen, wie üblich, aus Hartschaum bestehen.

Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das üblicherweise aus Stahl bestehende Rohr zunächst erwärmt, um Kondensationsfeuchtigkeit zu entfernen, und gesäubert, um Schmutz, Steinansatz und Rost zu entfernen. Zur Säuberung kann man sich üblicher bekannter Verfahren, z. B. Sandstrahlen oder Kugelstrahlen, Bürsten und dergleichen, bedienen. Gegebenenfalls können zwei oder mehrere Reinigungsmaßnahmen in Kombination angewandt werden.

In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Rohroberfläche vor Applikation der geschäumten Kunststoffüberzüge mit einem Korrosionsschutzüberzug bzw. einer Korrosionsschutzschicht zu versehen. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Aufgetragen werden können hierbei übliche Korrosionsschutzüberzüge oder -schichten, z. B. Hüllmaterial aus Polyäthylen/ Butylklebestreifen, Epoxyüberzüge, wärmeakti'/ierbare Klebstoffe oder Asphalt. Das verschäumbare thermoplastische Material kann direkt auf das blanke Rohr oder auf die Oberfläche irgendeines vorher aufgetragenen Korrosionsschutzüberzugs appliziert werden. In der Regel ist es zweckmäßig, die Temperatur des Rohrs auf über Raumtemperatur zu erhöhen. Die genaue Temperatur hängt von der Natur und Zusammensetzung der verschäumbaren Kunststoffmasse ab. Letztere wird üblicherweise mittels einer Sprühdüse auf das sich drehende und an den verschiedenen Düsen vorbeibewegte Rohr aufgesprüht. Je nach den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts kann man sich der verschiedensten Rezepturen verschäumbarer flüssiger Polyurethankunststoffmassen bedienen. Eine besonders gut geeignete Masse besteht aus einem flüssigen Gemisch von unter Bildung eines Polyurethans miteinander reagierenden Bestandteilen, das so viel übliches Treibmittel enthält, daß ein Schaum der gewünschten scheinbaren Dichte von etwa 0,024 bis 0,096 g/cm³ erreicht wird. Die erste Schicht der verschäumbaren flüssigkeit wird mit Hilfe d°s Treibmittels ansteigen gelassen. Die Dicke der ersten Schaumstoffschicht kann in Abhängigkeit von den im Zusammenhang mit dem Dichteunterschied der Isolierschichten diskutierten Faktoren, z. B. Rohrdurchmesser und Temperatur, bei der das gefüllte Rohr betriebsbereit sein soll, sehr verschieden sein. In der Regel kann sie von etwa 2,54 bis 15,24 cm reichen.

Danach wird auf die Außenseite der ersten geschäumten Isolierschicht die zweite oder äußere Schicht 14 bzw. 24 aus der verschäumbaren flüssigen Kunststoffmasse aufgebracht. Dies geschieht durch übliches bekanntes Aufsprühen auf die Oberfläche des sich drehenden und sich vorwärtsbewegenden Rohrs. Die zweite Schicht kann auf die erste Schicht vor oder nach der Aushärtung der letzteren oder sogar vor Beendigung des Aufschäumens der letzteren appliziert werden. Vorzugsweise wird sie vor dem Aushärten der ersten Schicht aufgetragen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform unterscheidet sich die Rezeptur der zweiten verschäumbaren Kunststoffmasse von der Rezeptur der ersten lediglich in der Menge des verwendeten Treibmittels. Diese ist derart eingestellt, daß eine geschäumte Kunststoffisolierschicht einer scheinbaren Dichte entsteht, die mindestens 25% größer ist als die scheinbare Dichte der ersten Schicht, und einer Dicke, die 5 bis 30% der Gesamtdicke der beiden Schichten zusammen ausmacht. Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die äußere Schicht 14 bzw. 24 eine niedrigere Wärmebeständigkeit aufweisen und/oder härter sein als die innere Schicht.

Die Gesamtdicke der geschäumten Isolierung sowie die Dicke der inneren Schicht (etwa 2,54 bis 15,24 cm) kann unter anderem je nach dem Temperaturgefälle zwischen dem Rohrinhalt und der Rohrumgebung, dem Rohrdurchmesser und der scheinbaren Dichte des Schaums sehr verschieden sein. Bei einem Temperaturgefälle von 41,5° bis 150° C reicht üblicherweise eine Dicke von etwa 2,54 bis 15,24 cm aus. In der Regel sollte mit zunehmendem Temperaturgefälle zwischen der Rohrleitung und dem Boden die Isolierung dicker gemacht werden. In der Regel benötigen bei Tieftemperaturen arbeitende Industriebetriebe normalerweise 7,6 bis 15,25 cm dicke Polyurethanschaumstoffschichten, da größere Temperaturgefälle herrschen. Bei Heißölleitungen beträgt das Temperaturgefälle in der Regel 55,5° bis 89° C. Bei Heißölpipelines sollte die Dicke normalerweise 2,54 bis 6,4 cm betragen. Eine Rohrleitung für geschmolzenen Schwefel sollte eine 6,3 bis 7,65 cm dicke geschäumte Isolierung aufweisen, wobei die innere Schicht 12 bzw. 20 auf eine höhere Wärmebeständigkeit (bis zu Temperaturen von 149°C) ausgelegt sein soll. Rohrleitungen für heißes Öl, die in den Boden eingegraben werden, erfordern in der Regel eine Schaumstoffdicke von 5,1 cm oder weniger. Polyurethanschaum be- sitzt einen extrem niedrigen K-Faktor in der Größenordnung von etwa 6,94 χ 10~⁶ g-cal/cm²/s/°C/cm im Gegensatz zu dem dreifachen Wert bei Glasschaum. Ein Polyurethanschaum einer scheinbaren Dichte von 0,048 g/cm³ in Form einer 5,1 cm dicken Schicht auf einem Rohr eines Durchmessers von 15,24 cm, das bei einem Temperaturgefälle von 69,4°C arbeitet, bedingt einen Wärmeverlust bzw. -gewinn von etwa 43,7 χ 10~⁶ g-cal/s/cm².

Mit Hilfe der folgenden Rezeptur läßt sich ein akzeptabler Hartschaumstoff herstellen:

	Gewichtsteile
Roh-MDI	115
Polyol A	100 t
Siliconöl	1
Triäthylendiamin	0,5
Dibutylzinndilaurat	0,1
Trichlormonofluormethan	35
Tris-(2-chloräthyl)-phosphat	10

Sämtliche Bestandteile mit Ausnahme des Diisocyanats werden vorgemischt und das Diisocyanat wird unmittelbar vor dem Verschäumen zugemischt, worauf das Ganze in einer üblichen Vorrichtung zur Herstellung von Hartschaumstoffen einer scheinbaren Dichte von 0,029 g/cm³ versprüht wird. Eine Verringerung der Menge an Trichlormonofluormethan-Treibmittel führt zu einer Erhöhung der Dichte. Eine Erhöhung des Feststoffgehalts der angegebenen Rezeptur, z. B. durch Zusatz von 30 Teilen Methylcellulose, ohne Erhöhen der Treibmittelmenge führt ebenfalls zu einer Erhöhung der scheinbaren Dichte. Eine erhöhte Wärmebeständigkeit des Schaums erreicht man nach üblichen Rezepturmaßnahmen und durch übliche Wahl der Bestandteile, beispielsweise durch Umsetzen aromatischer aminhaltiger Verbindungen mit den restlichen Bestandteilen (vgl. US-PS 39 09 465). Eine verbesserte Beständigkeit gegen Brösligwerden, die insbesondere für die äußere Schaumstoffschicht wünschenswert ist, erreicht man durch geeignete Wahl der Polyolbestandteile (vgl. US-PS 39 28 257 und 39 28 258).

Auf die äußere geschäumte Isolierschicht können beliebige äußere Schichten oder Überzüge appliziert werden. So kann beispielsweise die äußere geschäumte Isolierschicht mit einer gewickelten oder extrudieren Schutzschicht oder Feuchtigkeitssperrschicht aus Papier oder Kunststoff, z. B. Polyäthylen oder Polypropylen, einer Hülle oder einer gewickelten Schicht aus einem wärmeschrumpfbaren Kunststoff, der an Ort und Stelle in Anpassung an die geschäumte Isolierung geschrumpft wird, einem Überzug aus einem flüssigen Epoxyharz, das an Ort und Stelle gehärtet wird, oder einem Überzug aus einem bituminösen Kitt, oder einer Schicht aus einem beliebigen sonstigen Schutzmaterial versehen werden. Wegen der der äußersten Schicht aus geschäumtem Polyurethankunststoff eigenen zähen, bruchbeständigen und abriebbeständigen Natur brauchen zusätzliche äußere Schichten in den meisten Fällen lediglich eine Sperrschicht gegen Stiche und das Eindringen von Feuchtigkeit zu liefern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffisolierüberzugs aus Schaumstoff auf einem Metallrohr durch Aufbringen von flüssigen schäumbaren Kunststoffschichten mit einer zur Gesamttiefe der Kunststoffschichten unterschiedlichen Dichteverteilung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine innere Kunststoffschicht (12) und eine äußere Kunststoffschicht (14) nacheinander auf das Rohr (10) aufgebracht und unterschiedlich dicht verschäumt werden, wobei sich die Dicke sowie die Dichte der äußeren Schicht ohne äußere Begrenzung selbständig einstellt, und wobei die innere Schicht (12) eine Dichte von 0,024—0,096 g/cm³ und die äußere Schicht (14) eine Dichte von mindestens 25% größer als die der inneren Schicht (12) erfährt und die Dicke der äußeren Schicht (14) 5—30% der Gesamtdicke beider Kunststoffschichten (12,14) zusammen beträgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als verschäumbare Kunststoffmasse Polyurethanmassen verwendet

3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine innerste Schicht aus geschäumter Kunststoffisolierung, die bis zu Temperaturen von 177 Grad Celsius stabil ist, und (eine) äußere Schicht(en), die lediglich bis zu Temperaturen von 93,5 Grad Celsius stabil (ist) sind, herstellt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als innerste Schicht eine halbstarre Schicht vorsieht.

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