NO177812B

NO177812B - Flerlags brannbeskyttende belegg

Info

Publication number: NO177812B
Application number: NO924267A
Authority: NO
Inventors: Oeystein Hilden
Original assignee: Trelleborg Viking As; Viking Mjoendalen As
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1995-08-21
Also published as: EP0668978A1; DE69307539D1; NO924267D0; NO924267L; NO177812C; WO1994010497A1; EP0668978B1; US5562957A; ATE147843T1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår brannsikkerhetsbelegg for strukturer, særlig for tanker og ledningsrør av stål for hydrokarboner i offshore-virksomhet, eventuelt for rør av plastmaterialer til f.eks. brannslukningsanlegg i oljeindus-trien, men også som belegg for eksempelvis plane eller profi-lerte strukturer av plast (f.eks. fiberarmert), gummi (f.eks. kabel), metall (f.eks. vanlig stål, tital, aluminiums-legeringer etc.) eller andre materialer.

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 europeisk patentsøknad nr. 90.635 er f.eks. 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.

Fra norsk utlegningsskrift nr. 167.766 er kjent en brann-og korrosjonsbeskyttet gjenstand som omfatter en flerlagsbeskyttelse, hvori inngår f.eks. først et lag med brann-bestandig materiale av f.eks. flerlagsviklet tape eller av prefabrikerte, støpte rørelementer av en etylen-kopolymer. Utenpå dette finnes et lag av lett, termisk isolerende materiale, f.eks. av glassull, keramisk fiber eller mineralull, hvilket materiale ikke tåler branneksponering. Utenpå dette igjen finnes så et lag av samme type som det innerste laget. Dette brannbestandige materialet er slik at det ved høy temperatur gir en keramisk stabil brannbeskyttende fase, og kan bestå av en blanding av en termoplast, aluminiumhydroksid og kalsiumkarbonat/kalsiummagnesiumkarbonat. Beskyttelsen base-res her på at det brannbestandige materialet oppviser en faseovergang til en keramisk stabil fase, når den utsettes for høy temperatur. Vitsen er å sikre at det lette, termisk isolerende materialet skal beholde sine varmeisolasjonsegenskaper så lenge som mulig ved ikke å utsettes for ødeleggende høy temperatur for tidlig.

Fra norsk utlegningsskrift nr. 167.687 er kjent en videreutvikling av sistnevnte flerlagsbeskyttelse, hvor et indre (første) brannbeskyttende lag har lav varmeledningsevne i området 100-300°C. Dette laget er av glassfiberbånd eller av et skummet termisk isolerende materiale av en blanding av en termoplast, aluminiumhydroksid og CaC03/CaMgC03. Også i dette tilfellet er imidlertid den vesentligste effekt den at et eller flere lag går over til en keramisk stabil, brannbeskyttende fase ved påvirkning av høy temperatur.

Særlig ved offshore-anvendelser foreligger det imidlertid store krav til det beskyttende beleggets evne til å tåle mekaniske påkjenninger, og de materialer som benyttes i den ovennevnte kjente teknikk er neppe i stand til å oppvise den nødvendige styrke under de tildels ekstremt barske forhold som kan råde på fralandsplattformer.

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

Den ovennevnte effekt oppnås ved tilveiebringelse av et brannsikkerhetsbelegg av den type som angis i de vedføyde patentkravene. Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende ved hjelp av utførelseseksempler, og med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor

fig. 1 viser et snitt gjennom et plastrør med brannsikkerhetsbelegg ifølge det essensielle aspekt ved oppfinnelsen,

fig. 2 viser på tilsvarende måte et belagt stålrør, hvor et

ekstra lag er inkludert,

fig. 3 viser i detaljriss en utførelse hvor flere lag er tatt med for å gi ytterligere øket brannbeskyt-telse, og

fig. 4 viser i nærmere detalj utførelser av det flammestoppende laget.

I fig. 1 vises den utførelse av oppfinnelsen som innehol-der bare de viktigste trekkene: Et plastrør 1 som eksempelvis fører ikke vist væske 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 omfatter et uorganisk materiale. Fortrinnsvis består laget 4 av uorganiske fibre, eksempelvis glassfiberbånd, med et gummi- eller plast-lag påført på begge sider, viklet omkring innenforliggende lag og vulkanisert fast.

Innenfor laget 4 befinner det seg et lag 3 av meget godt termisk isolerende gummimateriale med stor mekanisk styrke. Dette laget 3 sørger for forsinkelse av varmetransport inn mot røret 1. Laget 3 består av en natur- eller syntetisk elastomer, dvs. f.eks. polyisopren, polychloropren eller lignende, videre er det tilsatt vulkaniseringskjemikalier, f.eks. svovel, thiuramer, mercaptaner eller tilsvarende stoffer. Videre inngår sinkoksyd, magnesiumoksyd eller eventuelt begge deler, og materialet omfatter også naturfibere. Sammensetnin-gen er som følger: Elastomeren forekommer i vektdeler 25-85, vulkaniseringskjemikaliene i vektdeler 0,2-35, sink- og/eller magnesiumoksyd i vektdeler 2-30 og naturfiber i vektdeler 10-40 av det totale materialet.

I fig. 2 vises en variant hvor det er et hydrokarbon-førende stålrør, eller mer generelt et rør av korrosjonsutsatt metall, som skal beskyttes. Oppbygningen av flerlagsbelegget er da nøyaktig som anvist ovenfor, men nærmest inn mot selve stålrøret 1 finnes da et korrosjonshindrende lag 2 av gummi eller plast, som eventuelt også kan ha gode varmeisolasjonsegenskaper. Fortrinnsvis kan en særskilt utviklet neopren-gummi 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 har sammensetning som anvist ovenfor, som varmeisolator. Når dette laget 3 oppvarmes på grunn av brannen, utvikler laget under en pyrolyseprosess, se nedenfor, reaktive gasser som trekker utover og reagerer med det utenfor-liggende laget 4, og omdanner dette 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 over-flaten 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 det termisk isolerende laget 3. Det dannes således en gass-barriere som sørger for at ikke uønsket oksydasjon skjer med dette laget 3, som derfor beholder sine gunstige egenskaper lenge under en brann. Imidlertid vil det termisk isolerende laget 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 varmeisolerende, 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 omfatter et ikke brennbart materiale, som således hindrer flammene i å nå den underliggende gummi. 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. 3 vises et "nærbilde" av de samme tre lag 3,4 og 5 utenfor en struktur som beskyttes, men ytterligere lag er tilføyd. For ytterligere å øke tiden til ødeleggelse av strukturen kan skje, er lag av type 4 og 5 repetert som lag nr. 4' og 5'. (Selvfølgelig kan også flere lag enn dette benyttes, men økning i beskyttelsesgrad må her bare veies mot økende kostnader.) Lag 5' er således et mekanisk beskyttende lag, gjerne av chloropren-gummi, og lag 4' er et uorganisk flammehemmende/flammestopppende lag, av samme type som lag 4.

I fig. 4 er vist to detaljbilder vedrørende utførelses-former av det flammestoppende laget 4. Slik det fremgår av fig. 4a, utgjøres laget 4 av eksempelvis et glassfiberbånd 40 som på begge sine sider er belagt med et gummi- eller plastmateriale 400, og dette belagte glassfiberbåndet er så viklet på det underliggende materialet og festet til dette ved vulkanisering. I fig. 4b fremgår at to slike belagte glassfiberbånd kan være viklet over hverandre, slik at ved vulkanisering vil det totale lag 4 bestå av eksempelvis gummi 4 00 ytterst og innerst, samt i midten, og to glassfiberbelegg 40 derimellom. Det gummi- eller plastmateriale 400 som benyttes, har den egenskap at det reagerer med de pyrolysegasser som trekker utover fra det termisk isolerende laget 3, og det foregår da en reaksjon hvor gummi- eller plastmaterialet 400 omdannes til et hardt skall som også er flammebestandig.

Det skal generelt bemerkes at alle de her forekommende gummilag 2, 3, 5' og 5 oppviser stor mekanisk styrke og er velegnet til bruk i vanskelige omgivelser. Også fiberlagene 4' og 4 er svært sterke. Totalt sett oppnås således, eventuelt bare med den trelags-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' - 5 viser seg å motstå en brann med temperatur 1100°C uten at den indre temperatur overstiger 12 0°C i løpet av en tid på ca. 2 timer, hvilket tilfredsstiller internasjonale sikkerhetskrav med god margin.

Claims

1. Brannbeskyttende, korrosjonsbeskyttende og mekanisk beskyttende flerlagsbelegg for en struktur (1), fortrinnsvis en tank, et rør eller en kabel av gummi, plast (f.eks. fiberarmert) eller metall (f.eks. vanlig stål, titan, aluminiums-legeringer etc), eksempelvis et hydrokarbon-førende rør, hvor et eller flere av lagene (3-5) har brannbeskyttende egenskaper, 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 umiddelbart innenfor nevnte utvendige lag (5) et flammestoppende lag (4) som omfatter et uorganisk materiale, karakterisert ved at det mellom strukturen (1) og det flammestoppende laget (4) befinner seg et termisk isolerende lag (3) som omfatter en natur- eller syntetisk elastomer, f.eks. polyisopren, polychloropren eller lignende, i vektdel 25-85, vulkaniseringskjemikalier, f.eks. svovel, thiuramer, mercaptaner eller lignende, i vektdel 0,2-35, sink-og/eller magnesiumoksyd i vektdel 2-30 og naturfiber i vektdel 10-40, og ved at det flammestoppende laget (4) omfatter en "sand-wich" bestående av minst ett lag flammebestandig uorganisk materiale (40), f.eks. glassfiberbånd, med et påført gummi-eller plastmateriale (400) på begge sider, hvilket flammestoppende lag (4) er vulkanisert fast til det termisk isolerende laget (3) og hvis påførte gummi- eller plastmateriale (400) i en brann vil reagere med pyrolysegasser utviklet ved oppvar-ming av det termisk isolerende laget (3), til et hardt og flammebestandig skall.

2. Beskyttende flerlagsbelegg som angitt i krav 1, spesielt for en struktur (1) av korrosjonsutsatt metall, eksempelvis stål, karakterisert ved et korrosjonsbeskyttende og varmeisolerende lag (2) av gummi- eller plastmateriale pålagt direkte på strukturen (1) innenfor det termisk isolerende laget (3), som så er vulkanisert fast dertil.

3. Beskyttende flerlagsbelegg som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det lagpar som utgjøres av det flammestoppende laget (4) og det utvendig beliggende lag (5), direkte innenfor seg har minst ett tilsvarende lagpar (4', 5') for ytterligere forsterket mekanisk og flammestoppende beskyttelse.