NO175391B - Brann-, korrosjonsbeskyttet og mekanisk beskyttet gjenstand omfattende en indre struktur og et flerlags belegg med brannbeskyttende egenskaper - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en brann-, korrosjonsbeskyttet og mekanisk beskyttet gjenstand som omfatter en indre struktur og et flerlagsbelegg hvor et eller flere av lagene har brannbeskyttende egenskaper. Gjenstanden er fortrinnsvis en tank eller et rør, eksempelvis et hydrokarbon-ledningsrør, og den indre struktur er av et plastmateriale eller av metall, eksempelvis stål. Oppfinnelsen angår særlig ledningsrør av stål for hydrokarboner i offshore-virksomhet, eventuelt rør av plastmaterialer til f.eks. brannsluknings-anlegg i oljeindustrien, men også plane eller profilerte strukturer av stål eller andre materialer, påført flerlagsbelegget.

Ved katastrofeartede branner på olje/gass-installasjoner til havs er det viktig av hensyn til personellsikkerhet at det gis en rimelig tid for evakuering, fra det øyeblikk hvor brannen er et faktum. Det er svært viktig at stigerørene, som er fulle av hydrokarboner og er avstengt øverst som resultat av automatiske stengeprosedyrer, ikke blir oppvarmet for hurtig av f.eks. brennende olje på havoverflaten, for dersom disse stigerørene springer lekk på grunn av høy temperatur, vil ytterligere olje/gass strømme ut og øke brannomfanget i vesentlig og kanskje fatal grad.

Stigerørene det her er tale om, er av stål, og er ofte utstyrt med en påvulket kledning av gummi som korrosjons-beskyttelse og mekanisk beskyttelse i bølgesonen. For også å oppnå en høy grad av forsinkelse av temperaturstigning i tilfelle av en typisk omgivende temperatur på 1000-1100°C,

dvs. en hydro-karbonbrann, er det imidlertid nødvendig å foreta en ytterligere forfining av rørenes kledning.

Brannbeskyttende kombinasjonsbelegg, dvs. flerlagsbelegg, er i og for seg kjent fra før: Fra norsk utlegningsskrift nr. 167.766 er kjent en brann-og korrosjonsbeskyttet gjenstand med flerlagsbelegg. Rundt en plastgjenstand, eksempelvis et plastrør, befinner det seg i rekkefølge et lett, termisk isolerende materiale som normalt ikke tåler branneksponering, videre et brannbestandig materiale som ved høy temperatur gir en keramisk stabil, brannbeskyttende fase, og utenpå dette igjen en glassfibertape og et epoksybelegg ytterst. Også fra norsk utlegningsskrift nr. 167.687 er kjent en brannbeskyttet gjenstand med flerlagsbelegg, hvor et av lagene er av en type som ved høy temperatur omvandles til en keramisk stabil, brannbeskyttende fase.

Fra europeisk patentsøknad nr. 90.635 er kjent et trelags-materiale, hvor det ytre lag er varmereflekterende, eksempelvis et metallhylster, mellomlaget er et såkalt endo-termisk materiale (dvs. det absorberer varme i forbindelse med en faseovergang), eksempelvis aluminiumhydrat, og det indre laget er et termisk oppsvulmende og isolerende materiale. Disse tre lagene trer i virkning suksessivt, og vil gi markant utsettelse av temperaturstigning innenfor det innerste laget. Men denne type belegg innehar ikke den mekaniske styrke som er nødvendig i hardt påkjente omgivelser som f.eks. i bølgesonen under en oljeinstallasjon.

Videre er det fra europeisk patentsøknad nr. 283.385 kjent et trelags belegg, hvor det ytre lag er et kompositt-materiale med en mineral-matriks som omgir strukturelle forsterkningselementer. Det ytre laget er således gjerne uorganisk, idet mineral-matriksen kan være et keramikk-lignende materiale og forsterkningselementene er metallfibre eller mineralfibre. Det ytre lagets funksjon er her å tilvei-ebringe strukturell fasthet for belegget, samt å gi motstand mot flammer og "termiske sjokk". Et mellomlag består av en filt av ildfaste fibre, og dette laget er ment å utgjøre en brannhemmende skjerm for det innenforliggende materialet. Det innerste laget er et termisk isolerende lag med cellestruktur, fortrinnsvis av organisk type, dvs. kork eller harpiks av varmeherdbar eller termoplastisk type. Heller ikke en slik kledning er velegnet når det gjelder mekanisk styrke og korro-sjons-beskyttelse under harde omgivelser. Imidlertid er funksjonen for ytre og indre lag ifølge EP 283.385 tilsvarende de spesielle brannsikkerhets-funksjoner for indre og ytre lag ifølge foreliggende oppfinnelse i dens generelle form, selv om disse funksjoner fortrinnsvis oppnås ved bruk av andre typer materialer enn i EP 283.385.

Mellom-laget ifølge EP 283.385 lider imidlertid av den vesentlige mangel at oksygen kan finne veien gjennom dette, og derved føre til oksydering av det indre laget, med derav følgende endring av egenskaper i ugunstig retning, dvs. den termiske isolasjonsevnen for innerlaget kan da forringes vesentlig.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en gjenstand med et belegg hvor manglene ved den kjente teknikk med hensyn på mekanisk styrke, korrosjonshindrende virkning og oksygenbar-riere-virkning er avhjulpet.

Den ovennevnte effekt oppnås ved tilveiebringelse av en gjenstand med flerlags beskyttende belegg av den type som angis i de vedføyde patentkravene. Oppfinnelsen skal beskri-ves nærmere i det følgende ved hjelp av utførelseseksempler, og med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor fig. 1 viser et snitt gjennom et stålrør med brannsikkerhetsbelegg ifølge det essensielle aspekt ved oppfinnelsen, og

fig. 2 viser en tilsvarende figur av en utførelse hvor flere lag er tatt med for å gi ytterligere øket brann beskyttelse.

I fig. 1 vises den utførelse av oppfinnelsen som innehol-der bare de viktigste trekkene: Stålrøret 1 som fører ikke viste hydrokarboner i midten, skal beskyttes. Ytterst finnes et lag 5 av naturgummi, syntetisk gummi eller plast som utgjør et mekanisk beskyttelseslag. Et innenforliggende lag 4 er anordnet for å stoppe flammeangrep, og er av uorganisk type. Fortrinnsvis består laget 4 av uorganiske fibre, eksempelvis omviklede glassfiberbånd.

Innenfor laget 4 befinner det seg et lag 3 av meget godt termisk isolerende materiale, fortrinnsvis av gummi eller plast, og med stor mekanisk styrke. Dette laget 3 sørger for forsinkelse av varmetransport inn mot stålrøret 1. Innerst mot stålrøret 1 finnes et korrosjonshindrende lag 2 av gummi eller plast, som eventuelt også kan ha gode varmeisolasjons-egenskaper. Fortrinnsvis kan en særskilt utviklet neoprengummi utgjøre dette spesielt korrosjonshindrende og mekanisk

sterke laget 2 som vulkaniseres direkte på stålrøret 1.

Det termisk isolerende laget 3 har spesielle egenskaper i forbindelse med brann. I første stadium av en brann fungerer dette materialet, som fortrinnsvis er en spesiell gummiblan-ding omfattende en neoprengummi, som varmeisolator. Når dette laget 3 oppvarmes på grunn av brannen, utvikler laget reaktive gasser som trekker utover og reagerer med de utenforliggende lagene 4 og 5, og omdanner disse til et hardt skall i løpet av brannen. Det overskudd som deretter er igjen av gassene, er brennbart, og gir opphav til en motbrann på den ytre overfla-ten av lag 5, mot den egentlige brannen.

På grunn av overtrykket fra de dannede gassene, eller egentlig på grunn av gassenes utovervandring, vil oksygen ikke kunne trenge inn utenfra for å gi forbrenning av selve mellom-laget 3. Imidlertid vil mellomlaget 3 hele tiden være utsatt for pyrolyse, dvs. nedbrytning uten oksygentilførsel. Denne pyrolysen fører til dannelse av en ny materialstruktur i laget 3, men denne nye strukturen er også meget godt varme-isolerende, og sørger for å holde varmen fra brannen unna den underliggende strukturen 1 som skal beskyttes.

Som ovenfor nevnt, fungerer det uorganiske laget 4 som et flamme-skjold, da det består av et ikke brennbart materiale, som således hindrer flammene i å nå den underliggende gummi eller plast. I tillegg til den mekaniske beskyttelsen som lag 5 utgjør, skal materialet i lag 5 også være et gummi- eller plastmateriale som er ugjennomtrengelig for vann, og dertil beskytter de øvrige materialer fra degradering på grunn av påvirkning fra solen eller kjemiske stoffer som eksempelvis ozon.

I fig. 2 vises de samme fire lag 2, 3, 4 og 5 omkring et stålrør 1, men ytterligere lag er tilføyd. Innerst finnes de tidligere omtalte brannsikkerhetslagene 2, 3, 4 og 5, og for ytterligere å øke tiden til ødeleggelse av stålrøret 1 kan skje, er lag av type 4 og 5 repetert som lag nr. 6 og 7, henholdsvis 8 og 9. (Selvfølgelig kan også flere lag enn dette benyttes, men økning i beskyttelsesgrad må her bare veies mot økende kostnader.) Lag 9 er således et mekanisk beskyttende lag, gjerne av Chloropren-gummi, lag 8 er et uorganisk flammehemmende/flammestopppende lag, fortrinnsvis av uorganiske fibere, lag 7 et nytt mekanisk beskyttelseslag av Chloropren-gummi og lag 6 et uorganisk fiberlag.

Gass-barrieren som dannes, sørger således for at ikke uønsket oksydasjon skjer med det isolerende mellomlaget 3, som således beholder sine gunstige egenskaper lenge under en brann.

Det skal generelt bemerkes at alle de her forekommende gummilag 2, 3, 5, 7 og 9 oppviser stor mekanisk styrke og er velegnet til bruk i vanskelige omgivelser. Også fiberlagene 4, 6 og 8 er svært sterke. Totalt sett oppnås således, eventuelt bare med den firelags-beskyttelse som utgjør essensen av oppfinnelsen, et brannsikkerhetsbelegg som har svært gode brannegenskaper og dertil er velegnet som belegg mot mekanisk slitasje og korrosjon under vanskelige normalforhold.

Det skal nevnes at utførte branntester viser at belegget ifølge oppfinnelsen er meget effektivt. Stålrør med beleggs-tykkelse 3 mm for lag 2, 31 mm for lag 3, og totalt 16 mm for lag 4-9 viser seg å motstå en brann med temperatur 1100°C uten at den indre temperatur overstiger 120°C i løpet av en tid på ca. 2 timer, hvilket tilfredsstiller internasjonale sikkerhetskrav med god margin.

Bemerk endelig at belegget ikke på noen måte bare er tenkt anvendt for beskyttelse av rør, men også av andre kon-struksjoner som befinner seg i barske klimatiske forhold, eksempelvis konstruksjonsdeler, profiler og vegger.

Claims (2)

1. Brann-, korrosjonsbeskyttet og mekanisk beskyttet gjenstand, fortrinnsvis en tank eller et rør, eksempelvis et hydrokarbon-ledningsrør, omfattende en indre struktur (1) og et flerlagsbelegg, hvor ett eller flere av lagene (2-5) har brannbeskyttende egenskaper, hvor den indre struktur (1) er av et plastmateriale eller av metall, eksempelvis stål, og det indre lag (2) i flerlagsbelegget består av et termisk isolerende, korrosjonsbeskyttende gummi- eller plastmateriale, og et utvendig beliggende lag (5) av flerlagsbelegget utgjøres av et mekanisk beskyttelseslag av gummi eller plast som er ugjennomtrengelig for vann og dertil sol- og ozon-bestandig, samt et lag (4) umiddelbart innenfor nevnte utvendige lag (5) som er et uorganisk flammestoppende lag, karakterisert ved et umiddelbart utenpå det strukturnære laget (2) anordnet termisk isolerende mellomlag (3), som allerede i et tidlig stadium av en brann utvikler reaktive gasser som reagerer med de utenforliggende lag (4,

5), spesielt et mellomlag (3) bestående av en neoprengummi, idet de utenforliggende lag (4-5) er slik tilpasset at de ved nevnte reaksjon omdannes til et hardt skall, idet overskuddet av gasser etter de nevnte reaksjoner er brennbart, og derved gir en motbrann utvendig på flerlagsbelegget, og idet de gassene som utvikles, danner et overtrykk innenfor de utenforliggende lagene (4, 5) og derved hindrer oksygen i å trenge inn til mellomlaget (3), slik at oksydasjon av dette unngås, og idet mellomlaget (3) har den egenskap at det i løpet av brannen gjennomgår en pyrolyse som omdanner den opprinnelig termisk isolerende materialstrukturen til en ny termisk isole rende struktur.

2. Brann-, korrosjonsbeskyttet og mekanisk beskyttet gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at det uorganiske, flammestoppende laget (4) og det utvendige mekaniske beskyttelses-laget (5) befinner seg innenfor minst ett ytterligere par av tilsvarende lag (6, 7; 8, 9; ....)•