NO329983B1 - System for termisk isolering av rorformede legemer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et system for termisk isolering av rørformede legemer, slik som for eksempel rør-ledninger for transport av kalde eller varme fluider.

Mange typer av termisk isolerende systemer er kjent. Spesielt er det kjent at for å danne kledningen av et legeme av en hvilken som helst form er det mulig å forsyne et slikt legeme med en dobbel yttervegg, der det i mellomrommet mellom disse kan plasseres et materiale som har lav termisk konduktivitet, slik som mineralull, glassull eller polyuretan.

De isolerende egenskapene for slike materialer er imidlertid ikke særlig høye, og i noen tilfeler er det nødvendig å bruke stor tykkelse av disse for å holde den indre temperaturen i legemet konstant. Dette er for eksempel tilfellet for undersjøiske rørledninger for transport av råolje, som generelt er dannet av to koaksiale rør av rustfritt stål der oljen strømmer i det indre røret, mens det ytre virker som en beskyttelse. For å tillate langdistanse rørtransport av olje der økning i dens viskositet unngås, må den holdes ved opphentingstemperaturen omfattende mellom omkring 60 og 90 °C, og derfor må det innplasseres en stor mengde isolerende materiale i mellomrommet mellom de to rørene. Dette krever bruk av et ytre rør av stor størrelse, følgelig øker det totale volumet og vekten for rørledningen merkbart, ettersom mengden stål som kreves for det ytre røret øker raskt som en funksjon av diameteren av denne. Kostnadene for produksjon av rørledningen øker også proporsjonalt.

Alternativt, så kan mellomrommet mellom de koaksiale rørene evakueres for å utnytte den lave termiske konduktiviteten av vakuum med henblikk på å oppnå isoleringen av rør-ledningen. I dette tilfellet blir imidlertid rørkonstruksjon-en mer kompleks, og det er nødvendig at det plasseres et gettermateriale i det samme mellomrommet som er i stand til å absorbere gassene som over tid kan utgasses fra stålet som danner begge rørene.

Det er videre velkjent evakuerte isolerende paneler dannet av en innhylling der det er et fyllmateriale under vakuum er til stede i denne. Innhyllingen tjener til å for-hindre (eller redusere i størst mulig grad) inntrengningen av atmosfæriske gasser inn i panelet, slik at det opprettholdes et vakuumnivå som er kompatibelt med den graden av termisk isolering som anvendelsen krever. For dette formålet er innhyllingen laget av såkalte "barriere"-folier, kjennetegnet av en gasspermeabilitet redusert i størst mulig grad, som kan dannes av en enkelt komponent, men mer vanlig er flere lag av forskjellige komponenter. For tilfellet av flere lag, er "barriere"-effekten gitt av ett av komponentlagene, mens de andre lagene vanligvis fungerer som mekanisk støtte og beskyttelse for barrierelaget. Motsatt, så har fyllmaterialet hovedsakelig funksjonen å holde de motsatte flater i innhyllingen romlig skilt når et vakuum dannes i panelet, og må ha en porøs eller ujevn intern struktur slik at porøsitetene eller rommene i dette derfor kan evakueres for å utføre den isolerende funksjonen. Dette materialet kan være uorganisk, slik som for eksempel silikapulver, glassfibere, aerogel, diatomejord, etc; eller polymer, slik som faste skum av polyuretan eller polystyren, begge i form av plater eller pulvere.

Takket være deres veldig lave termiske konduktivitet, er veldig tynne evakuerte paneler tilstrekkelige for å gjennom-føre en effektiv isolering av oljekanaler. Det er derfor mulig å redusere de interne dimensjonene for mellomrommet i slike kanaler, og overvinner derved de ovenfor nevnte problemene.

For eksempel beskriver PCT-publikasjonen WO01/38779 et evakuert isolerende panel som har rørlignende form og passer til å plasseres omkring en undersjøisk kanal for rørtransport av olje.

Imidlertid er en første ulempe ved slike paneler skjør-heten av deres innhylling som lett kan sprekke og derved kan tillate passering av gasser inn i panelet. En slik passering setter åpenbart på spill de isolerende egenskapene av panelet og, for tilfellet av undersjøiske rørledningslinjer, forårsaker det en ureparerbar skade fordi utskiftning av det skadede panelet ikke kan bli utført.

En annen ulempe ved evakuerte paneler er at de ikke gir en tilstrekkelig isolering i rørformede legemer. Faktisk har de vanligvis en plan form og må derfor bøyes opp for å stille motstående kanter side ved side, for å tilpasse dem til den rørlignende formen på det indre mellomrommet av oljekanaler.

Imidlertid tillater ikke et evakuert panel bøyd på denne måten å isolere perfekt det indre røret av rørledningen, og spesielt kan sonen som tilsvarer kantene som er stilt side ved side bli dårlig isolert. Spesielt i den sonen kan det opptre en avkjøling av det indre røret og følgelig blir også oljen som flyter i det indre røret kald, fortykkes derved og forårsaker en delvis hindring i rørledningen.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å til-veiebringe et isolerende system for rørformede legemer, som er uten slike ulemper. Nevnte formål oppnås ved hjelp av et isolerende system med hovedegenskaper som spesifisert i det første kravet, og ytterligere egenskaper er spesifisert i de påfølgende kravene.

Det isolerende systemet ifølge oppfinnelsen kan lett konstrueres og omfatter minst to tynne, evakuerte paneler som er gjensidig anbrakt over hverandre og plassert slik at de perfekt isolerer et rørformet legeme, der minst ett av de evakuerte panelene i det isolerende systemet omfatter et polymermateriale som fyllmateriale, mens minst ett annet panel bruker som fyllmateriale et pulver av et inert materiale som fortrinnsvis har en midlere partikkelstørrelse på mindre enn 100 nanometer (nm) og fortrinnsvis omfatter mellom omkring 2 og 20 nm. Takket være koblingen av to fyllmaterialer som har forskjellige egenskaper, er det isolerende systemet ifølge en slik utførelsesform av oppfinnelsen spesielt

egnet til å isolere et rørformet legeme som har en temperatur

som er veldig forskjellig fra de i omgivelsesmiljøet, for eksempel en rørledning hvor en olje strømmer ved opphentingstemperaturen og som er nedsenket i vann ved en vanndybde.

Panelene som omfatter nevnte inerte pulvere motstår faktisk de høye temperaturene bedre enn de som omfatter fyllmaterialer av polymerer og kan derfor bli anbrakt som en bskyttelse av disse siste, hvor de isolerende egenskapene til disse ville endres på en uforutsigbar måte dersom de over lengre tid er utsatt for høye temperaturer, med merkbare aldringsfenomener.

I tillegg gjennomgår panelene basert på inerte pulvere mindre endringer i termiske isoleringsegenskaper ved tilfellet av sprekker. Faktisk endrer den termiske konduktiviteten til paneler som omfatter inerte pulvere seg bare litt under inntrengning av luft, og forblir derved under omkring 8 mW/mK for interne trykk opp til noen titalls mbar, og når en maksimumsverdi på omkring 20 mW/mK for tilfellet der det interne trykket når 1 bar. På motsatt vis øker den termiske konduktiviteten i paneler basert på polymerisk skum raskt fra omkring 10 mW/mK når det interne trykket er omkring 1 mbar, opp til omkring 35 mW/mK ved atmosfærisk trykk. Av denne grunn er det for de første panelene nødvendig å benytte innhyllinger som inneholder aluminiumfolier, mens for de andre kan de mer motstandsdyktige innhyllingene av flere lag av plast benyttes.

Ytterligere fordeler og trekk ved det isolerende systemet ifølge foreliggende oppfinnelse vil være åpenbare for de med ferdigheter på fagområdet ved å lese den følgende detal-jerte beskrivelsen av en utførelsesform av denne med henvis-ning til de vedføyde tegningene, der: - Figur 1 viser et tverrsnitt av en dobbeltvegget kanal, der det i mellomrommet i denne er innplassert det isolerende systemet ifølge nevnte utførelsesform av oppfinnelsen; og - Figur 2 viser en langsgående seksjon av kanalen i Fig.

Det vises så til figur 1, der det er vist at røret der det isolerende systemet ifølge foreliggende oppfinnelse er installert, er dannet på en kjent måte av et indre rør 1 og et ytre rør 2, som er koaksialt med det indre rør 1 og har en slik diameter at det er et mellomrom 3 mellom nevnte rør. Inne i rør 1 lar man fluidet som skal isoleres, for eksempel olje, flyte. Rørene 1 og 2 kan lages av et hvilket som helst passende materiale, for eksempel rustfritt stål for tilfellet med undersjøiske rørledninger for transport av olje.

I mellomrommet 3 er det anbrakt to evakuerte paneler 4 og 4<1>, der hver av disse er opprullet slik at de stiller sine to motstående kanter 5 og 5', som er parallelle med rulleaksen, side ved side. De to andre kantene, som er perpendikulære med hensyn på rulleaksen, danner derved endekantene 6 og 6<1>av de opprullede panelene 4 og 4<1>. På en slik måte inntar de evakuerte panelene 4 og 4<1>en rørlignende arrangement og passer til den rørlignende formen av mellomrommet. I et tilfelle så kan nevnte motstående kanter 5 og 5<1>bli gjensidig forseglet ved hjelp av et hvilket som helst kjent middel, for eksempel ved varmeforsegling.

De to panelene 4 og 4<1>som er opprullet slik blir innplassert omvendt, på en slik måte at kantene 5 av panelet 4 er forskjøvet med hensyn til kantene 5' av panelet 4', og er fortrinnsvis anbrakt i en posisjon diametralt motsatt med hensyn til nevnte kanter 5'.

Ifølge en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er også endekantene 6 av det opprullede panelet 4 forskjøvet med hensyn til kantene 6' av det opprullede panel 4', slik det fremtrer på figur 2.

Et slikt forskjøvet arrangement gjør det mulig å oppnå en i hovedsak jevn termisk isolasjon, idet passasjen av varme mellom det ytre miljøet og legemet som skal isoleres, noe som kunne opptre gjennom den dårlig isolerte sonen ved et panels kanter, forhindres takket være tilstedeværelsen av det andre panelet. I tillegg, dersom ett av de to panelene sprekker under eller følgende sammenstillingen, så sikres den varme-beholdende kvaliteten ved tilstedeværelsen av det andre panelet.

Det isolerende systemet kan også omfatte mer enn to paneler, for eksempel tre eller fire. Slike kanaler kan alle være av den samme typen eller av forskjellig type, og spesielt så kan de omfatte en konvensjonell innhylling, for eksempel en flerlagstype, og en uorganisk eller polymer, diskontinuerlig eller porøst, fyllmateriale.

I følge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er de evakuerte panelene av to typer, minst et panel omfatter et polymer fyllmateriale, for eksempel polyuretan, mens minst et annet panel benytter som fyllmateriale et inert pulver som har en midlere partikkeldimensjon under omkring 100 nm og fortrinnsvis mellom omkring 2 og 20 nm. Nevnte pulver er fortrinnsvis silika. En silika som har de ønskede dimensjons-messige egenskaper kan frembringes ved avsetninger fra alkali-løsninger av silikater, denne typen silika produseres og selges for eksempel av det engelske selskapet Microtherm International Ltd., under navnene Microtherm G, Microtherm Super G eller Waterproof Microtherm Super G. Alternativt, så er det mulig å benytte pyrogent silika, en form av silika som fremskaffes ved å brenne SiCl4i et spesialkammer med oksygen, ifølge reaksjonen:

Silikaet som produseres i denne reaksjonen er i en form av partikler som har dimensjoner omfattende mellom noen få nanometer og noen titalls nanometer, som muligens kan være sammmenbundet for å danne partikler som har større dimensjoner. Et pyrogent silika produseres og selges for eksempel av USA-selskapet CABOT Corp. under navnet Nanogel® eller av det tyske selskapet Wacker GmbH.

Silikaet kan muligvis være blandet med mineralfibre, for eksempel glassfibre, slik at den lett kan gis fast form for å danne blokker med en tykkelse på bare noen millimetre, der blokkene kan bli innpakket, evakuert og deretter opprullet forholdsvis enkelt.

Ettersom slike inertmaterialer vanligvis godt motstår høye temperaturer, er panelene som inneholder dem arrangert i kontakt med det ene av det omkringliggende miljø og legemet som skal isoleres som har den høyeste temperaturen. Disse panelene er derfor, for tilfellet med kanaler for transport av olje, fortrinnsvis arrangert i direkte kontakt med det indre rør 1 slik at det beskytter panelet som omfatter polymerfyllmaterialet fra mulige skader på grunn av en utstrakt eksponering for de høye temperaturene til råolje som strømmer i indre rør 1. For tilfellet på Figur 1, omfatter panel 4 fortrinnsvis et inert fyllmateriale, mens panel 4' er basert på et polymerfyllmateriale.

Selv om foreliggende oppfinnelse vedrører isoleringen av en kanal for rørtransport av olje, kan isloeringssysternet ifølge foreliggende oppfinnelse benyttes for å isolere et hvilket som helst annet legeme som har rørlignende form, for eksempel en kjel eller en rørledning for transport av et kryogenisk fluid slik som flytende nitrogen eller oksygen.

Claims (7)

1. Varmeisoleren.de system for rørformede legemer, omfattende minst to evakuerte paneler (4, 4'), som hver i hovedsak er dannet av en evakuert innhylling laget med barrierefolier, som i seg inneholder et uorganisk eller polymerisk, diskontinuerlig eller porøst fyllmateriale, og er opprullet på seg selv på en slik måte at to av dens motsatte kanter (5, 5'), som er parallelle med rulleaksen, er stilt side ved side, og de andre to kantene som er perpendikulære med rulleaksen danner endekanter (6, 6') av det opprullede evakuerte panelet, der nevnte opprullede evakuerte paneler (4, 4') er arrangert koaksialt med kantene (5) av et annet evakuert panel (4), forskjøvet med hensyn til kantene (5') av et annet evakuert panel (4') karakterisert vedat minst ett av nevnte evkuerte paneler omfatter et polymer fyllmateriale og at minst ett annet evakuert panel bruker som fyllmateriale et pulver av et inert materiale som har midlere partikkeldimensjoner under 100 nanometer.

2. Varmeisolerende system ifølge krav 1,karakterisert vedat nevnte polymer fyllmateriale er polyuretan.

3. Varmeisolerende system ifølge krav 1,karakterisert vedat nevnte pulver av inert materiale har midlere partikkeldimensjoner omfattende mellom omkring 2 og 20 nanometer.

4. Varmeisolerende system ifølge krav 3,karakterisert vedat pulveret av inert materiale er blandet med mineralfibre.

5. Varmeisolernede system ifølge krav 4,karakterisert vedat nevnte mineralfibre er glassfibre.

6. Varmeisolerende system ifølge krav 4,karakterisert vedat inertmaterialet er silika.

7.Varmeisolerende system ifølge krav 6,karakterisert vedat silikaen er pyrogent silika.