Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia izolacji cieplnej, zwlaszcza wewnetrznej, sto¬ sowanej w pojemniku przeznaczonym do przecho¬ wywania w niskiej temperaturze skroplonych ga¬ zów lub innych cieczy.Zwykle do wytwarzania warstwy izolacji ciep¬ lnej w pojemniku do przechowywania cieczy w niskiej temperaturze stosuje sie sztywne pianki poliuretanowe ze wzgledu na ich dobre wlasnosci izolacyjne oraz mozliwosci obróbki w miejscu sto¬ sowania.Znanym jest fakt, ze sztywne pianki poliureta¬ nowe nie ulegaja erozji pod wplywem weglowodo¬ rów pochodzacych z ropy naftowej oraz nie sa dla nich przepuszczalne, chyba, ze powstanie w warstwie pianki szczelina lub pekniecie.Znane sa rózne sposoby izolowania cieplnego substancji o niskiej temperaturze polegajace na la¬ czeniu sposobu spieniania sztywnej pianki poliure¬ tanowej prowadzonego metoda natryskiwania, z substancja wzmacniajaca stosowana równiez do tworzenia drugiej warstwy.Jeden ze znanych sposobów przedstawionych w opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 3 757 982 i japonskim zgloszeniu patentowym nr 54 509/1973 polega na tym, ze warstwy izolacji cieplnej two¬ rzy sie przez polaczenie natryskiwanej sztywnej pianki poliuretanowej i substancji wzmacniajacej, przy czym jako substancje wzmacniajaca stosuje sie siatke druciana lub podobna. W celu uzyskania 2S odpowiednio skutecznej izolacji niezbedne jest w tym przypadku rozwazenie zlozonych zaleznosci wystepujacych pomiedzy wlasnosciami sztywnej pianki poliuretanowej, zwlaszcza jej zaleznoscia od temperatury, sposobem prowadzenia procesu spie¬ niania, wlasnosciami siatki, sposobem stosowania siatki itp. Zaleznosc taka nie zostala jednak znale¬ ziona.W opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr. 3 814 275 i 3 317 074 oraz japonskim zgloszeniu patentowym nr. 47 926/1974 przedstawiony jest sposób nakladania warstwy izolacji cieplnej na po¬ jemnik przeznaczony do przechowywania cieczy o niskiej temperaturze, polegajacy na tym, ze tworzywo porowate (pianka poliuretanowa) wzmoc¬ nione trójwymiarowa, zlozona substancja wlóknis¬ ta laczy sie z wkladka przepuszczalna. W tym przypadku niewystarczajace jest zbudowanie izola¬ cji cieplnej przeznaczonej do pracy w niskiej tem¬ peraturze wylacznie jako polaczenie porowatego tworzywa nie wzmocnionego wlóknem z lamino¬ wana wkladka z siatki szklanej.Znany jest równiez z opisu patentowego RFN Nr 1501710 sposób wytwarzania izolacji cieplnej przez nakladanie warstwy izolacyjnej ogólnie zna¬ nej pianki poliuretanowej wzmocnionej warstwa siatki z wlókien w celu otrzymania pojemnika dla skroplonych gazów odpornych na dzialanie niskich temperatur. 105 975105 3 Z izolowaniem cieplnym substancji o temperatu¬ rze ponizej .—80°C przy pomocy pianki z tworzy¬ wa wiaze sie wiele trudnych do pokonania proble¬ mów takich jak np. temperatura kruchosci uzy¬ tego tworzywa. Ponadto w przypadku wewnatrz- 3 nej izolacji cieplnej, której jedna strona znajduje sie w temperaturze otoczenia (pokojowej), a druga — w temperaturze duzo nizszej, po tej stronie izo¬ lacji, która znajduje sie w niskiej temperaturze wytwarza sie naprezenie cieplne, które moze spo- io wodowac pekniecie lub uszkodzenie izolacji nie tylko w stanie statycznym, lecz równiez przy ws¬ trzasie mechanicznym z zewnatrz lub ponownym zaladowaniu pojemnika.Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu 15 wytwarzania izolacji cieplnej, zwlaszcza wewnetrz¬ nej, o duzej niezawodnosci, stosunkowo prostej budowie i niezbyt kosztownej, która bylaby zabez¬ pieczona w trakcie pracy w niskiej temperaturze przed uszkodzeniem spowodowanym naprezeniem M cieplnym lub czynnikami zewnetrznymi, takimi jak powtórne ladowanie pojemnika lub wstrzasy me¬ chaniczne.Zadanie to zostalo spelnione wedlug wynalazku, gdzie sposób wytwarzania izolacji cieplnej, zwlasz- M cza wewnetrznej, charakteryzuje sie tym, ze stosuje sie pianke poliuretanowa o wspólczynniku bezpie¬ czenstwa nie mniejszym niz 1,5, przy czym wspól¬ czynnik bezpieczenstwa jest równy stosunkowi wytrzymalosci na rozciaganie w temperaturze M —192°C do naprezenia cieplnego wystepujacego podczas schladzania pianki od temperatury otocze¬ nia do temperatury —192°C. Jako material wzmac¬ niajacy stosuje sie siatke z wlókien o malym stop¬ niu rozciagania w obu kierunkach, umieszczony 3* przynajmniej na powierzchni izolacji najdalej od powloki tworzacej zimna powierzchnie czolowa izo¬ lacji w celu wzmocnienia tej powierzchni. Siatka ta ma dostateczna wytrzymalosc na rozciaganie i wstrzasy w temperaturach skraplania gazów oraz 40 wysoki wspólczynnik bezpieczenstwa.Izolacje cieplna otrzymana wedlug wynalazku stosuje sie jako uklad bezposredniej izolacji ciep¬ lnej jak i uklad izolacji cieplnej zawierajacej dru¬ ga warstwe, polegajacy na zastosowaniu materialu i konstrukcji odpornej na dzialanie oleju i nie¬ przepuszczalnej dla cieczy.W wyniku badania zaleznosci pomiedzy wlas¬ nosciami sztywnej pianki poliuretanowej spienionej metoda natryskiwania a mozliwosciami konstruk¬ cyjnymi wykonanego z siatki materialu np. sieci stwierdzono, ze najbardziej skuteczne w przypadku wewnetrznej izolacji cieplnej, która moze spelniac powyzsze cele, jest wybranie odpowiedniej kombi- w nacji trzech czynników: odpornosci pianki na na¬ prezenia cieplne powstajace w niskiej temperatu¬ rze, powtarzalnosci procesu spieniania tj. uzyski¬ wania pianki o zblizonych, z góry zalozonych wlasnosciach, oraz koniecznosci niezbednego wz- M mocnienia konstrukcji.Stosowany w opisie termin „wewnetrzna izolacja cieplna" oznacza warstwe izolacji, której jedna strona — ta znajdujaca sie w temperaturze oto¬ czenia — jest przytwierdzona na stale, a druga — 65 4 znajdujaca sie w nizszej temperaturze — nie jest? praktycznie w zaden sposób ograniczona.Jako przyklad moze sluzyc izolacja cieplna na¬ kladana na wewnetrzna powierzchnie kadluba statku, wewnatrz której umieszczany jest pojemnik niskotemperaturowy . w postaci membrany lub urzadzenia umieszczonego swobodnie w izolacji.Tak wiec, do kategorii wewnetrznych warstw izo¬ lacji cieplnej naleza równiez takie uklady, w któ¬ rych warstwa izolacji cieplnej sluzy jako pojem¬ nik niskotemperaturowy stykajac sie bezposrednio z umieszczona wewnatrz nizej ciecza (uklad bez¬ posredniej izolacji cieplnej).Struktura izolacji cieplnej wedlug wynalazku obejmuje co najmniej jedna warstwe natryskiwa¬ nej w miejscu nanoszenia sztywnej pianki poliure¬ tanowej o wspólczynniku bezpieczenstwa wedlug ponizej podanej definicji, — nie mniejszym niz 1,5 oraz siatkowy material wlóknisty wzmacniajacy w sposób staly wewnetrzna powierzchnie pianki.Strukture izolacji cieplnej pojemnika niskotem¬ peraturowego wedlug wynalazku wytwarza sie przez zastosowanie co najmniej jednej warstwy sztywnej pianki poliuretanowej o wspólczynniku bezpieczen¬ stwa, nie mniejszym niz 1,5, która wytwarza sie metoda spieniania poprzez natryskiwanie, a nastep- c nie zwiazanie przy pomocy gumy lub spoiwa z two¬ rzywa sztucznego powierzchni wytworzonej war¬ stwy pianki z materialem siatkowym wytworzonym np. z wlókna szklanego, wlókien naturalnych lub syntetycznych.Pierwszym aspektem sposobu wedlug wynalazku jest zastosowanie procesu spieniania do pokrywa¬ nia obiektu warstwa izolacji cieplnej ze sztywnej pianki poliuretanowej. Proces spieniania polega tu na tym, ze przygotowana do spieniania mieszanine o stosunkowo duzej szybkosci spieniania natrysku¬ je sie bezposrednio na powierzchnie obiektu. Nano¬ szona pianka rosnie wiec (pieni sie) w sposób swo¬ bodny w kierunku prawie prostopadlym do po¬ wierzchni obiektu. Grubosc uzyskanej w ten spo¬ sób, w wyniku jednorazowego natryskiwania, war¬ stwy pianki jest stosunkowo niewielka i wynosi zwykle od 10 do 25 mm.W porównaniu do procesu spieniania metoda wtryskiwania, spienianie metoda natryskiwania powoduje mniejsze naprezenia szczatkowe. Ponad¬ to, metoda natryskiwania mozna pokryc pianka wielkie powierzchnie praktycznie bez szwów, dzie¬ ki czemu jakosc pianki wzdluz calej powierzchni jest prawie jednakowa, obie te wlasnosci sa szcze¬ gólnie korzystne w przypadku budowy izolacji cieplnej w pojemniku niskotemperaturowym, w którym w trakcie pracy wystepuja duze napreze¬ nia cieplne.Drugi aspekt sposobu wedlug wynalazku wiaze sie z wlasnosciami i skladem pianki poliuretano¬ wej. Istnieje szeroki wachlarz pianek uretanowych: od elastycznych do sztywnych — zalezy to glównie od skladu wyjsciowej mieszaniny. Termin „pianki poliuretanowe" obejmuje w niniejszym opisie pian¬ ki wytworzone z poliizocyjanianów tj. estrów kwasu- izocyjanuranowego, cyjanamidów itp. Nie zostalo calkowicie wyjasnione jaki rodzaj materialu spos-¦ / 1051 ród wyzej wymienionych nadaje sie najbardziej do tworzenia izolacji cieplnej w pojemniku prze¬ znaczonym do cieczy o bardzo niskich temperatu¬ rach, takich jak skroplony gaz ziemny.Jednakze wydaje sie, iz wlasnosci pianek poliu- 5 retainowych odgrywaja tu glówna role, a to ze wzgledu na fakt, iz podczas badania w niskich temperaturach izolacji cieplnych zbudowanych z róznych rodzajów pianek wytworzonych z róz¬ nych mieszanek, ilosc pojawiajacych sie w pian- ™ kach pekniec znacznie sie róznila w zaleznosci od skladu pianki.Uwaza sie powszechnie, ze odpornosc pianki po¬ liuretanowej na niska temperature mozna okreslic na podstawie jej wytrzymalosci na rozciaganie (TS), 15 wydluzenie po zerwaniu (EB), lub na podstawie obu tych parametrów (TS X EB) i ich zaleznosci od temperatury.W praktyce jednak zalozen tych nie potwierdza¬ ja wyniki przeprowadzonych eksperymentów. Wo- 20 bec tego, na podstawie prób i bledów wyprowa¬ dzony zostal zdefiniowany ponizej wspólczynnik, który w sposób rzeczywisty okresla wlasnosci pianki w niskich temperaturach: Wspólczynnik bezpieczenstwa = wytrzymalosc na rozciaganie (_L) pianki _ w niskiej temperaturze — naprezenie cieplne (J_) wystepujace podczas schladzania pianki od temperatury otoczenia do temperatury niskiej 30 gdzie znak (±) oznacza sile prostopadla do kie¬ runku spieniania.Przyczyna dla której we wspólczynniku bezpie¬ czenstwa umieszcza sie sile prostopadla do kierun¬ ku spieniania bierze sie stad, ze wiekszosc pekniec 35 wystepuje w kierunku prostopadlym do powierz¬ chni pianki oraz, ze wazny tu jest stosunek wy¬ trzymalosci na rozciaganie pianki do naprezenia cieplnego dzialajacego prostopadle do kierunku spieniania (równoleglego do powierzchni obiektu). 4d Stosunek taki nazwano „wspólczynnikiem bezpie¬ czenstwa".Wartosc naprezenia cieplnego uzyskuje sie na podstawie pomiaru wielkosci naprezenia skurczo¬ wego powstajacego w próbce pianki poddanej dzia- 45 laniu srodowiska o niskiej temperaturze, podczas gdy oba jej konce umieszczone sa w temperaturze otoczenia. Z drugiej strony, wartosc wytrzymalos¬ ci na rozciaganie w niskiej temperaturze uzyskuje sie na podstawie typowej próby na rozciaganie 60 prowadzonej w opisanym wyzej urzadzeniu. Fig. 1 przedstawia przykladowe urzadzenie do oznaczania zdefiniowanego ,w niniejszym wynalazku wspól¬ czynnika bezpieczenstwa. Jak pokazano na rysun¬ ku, próbka A o rozmiarach 10 (szerokosc) X 10 (gru- w bósc) X 100 (dlugosc) w kierunku (_L ) mm wycieta z uzyskanej metoda natryskiwania warstwy sztyw¬ nej pianki poliuretanowej, umieszczona jest w izo¬ lowanej cieplnie komorze R, przy czym oba jej konce: górny i dolny polaczone sa odpowiednio «0 z wodzikami z B i C, dzieki czemu próbka jest na tej osi ograniczona. D oznacza czujnik do po¬ miaru nacisku, a E i E' oznaczaja uchwyty do umocowania próbki. Nastepnie, wprowadzajac od¬ powiednie ilosci skroplonego azotu i powietrza ob- *$ I niza sie gwaltownie temperature wewnatrz komory R od temperatury otoczenia do temperatury; -192°C.Wywolane tym naprezenie cieplne w próbce A wykrywa sie przy pomocy czujnika do pomiaru nacisku D. Po okolo 15 minutach od uzyskania wewnatrz komory temperatury — 192°C naprezenie cieplne ustala sie. Wówczas luzuje sie uchwyt E w celu uwolnienia próbki A, po czym próbke po¬ nownie mocuje. Nastepnie próbke rozciaga sie opu¬ szczajac wodzik C w dól i mierzy wytrzymalosc na rozciaganie w temperaturze —192°C. Na pod¬ stawie uzyskanych danych oblicza sie wspólczynnik bezpieczenstwa: Wspólczynnik bezpieczenstwa — wytrzymalosc na rozciaganie (_L) w tempe- _ raturze -192°C (kg/cm2) — naprezenie cieplne (J_) wystepujace podczas schladzania pianki od temperatury otoczenia do temperatury —192°C (kg/cm2) Wybór temperatury — 192°C dla obliczania wspól¬ czynnika bezpieczenstwa wynika z faktu, iz tem¬ perature te mozna stosunkowo latwo uzyskac przy pomocy skroplonego azotu (temperatura skroplone¬ go azotu wynosi —196°C) oraz, ze temperatura ta jest nizsza od temperatury skroplonego gazu ziem¬ nego (LNG) wynoszacej —162°C i wiekszosc mie¬ szanin zamrazajacych. Wiekszosc zwyklych pianek o niewielkiej odpornosci na niska temperature pe¬ ka i rozpada sie wylacznie pod wplywem schlo¬ dzenia w opisany wyzej sposób do temperatury —192°C — ich wspóczynnik bezpieczenstwa bedzie wiec nizszy od 1.Próby powtarza sie wielokrotnie w niskiej tem¬ peraturze, w warunkach statycznych i gwaltownie dynamicznych, w celu znalezienia zaleznosci po¬ miedzy wspólczynnikiem bezpieczenstwa i odpor¬ noscia na niska temperature — tak jak pokazano to w opisanych nizej przykladach. W wyniku tych prób mozna stwierdzic, ze wartosc wspólczynnika nie moze byc nizsza niz 1,5, a korzystnie nie po¬ winna byc nizsza niz 2,0. Na powierzchni rozpylonej warstwy pianki tworzy sie zewnetrzna powloka o duzo wiekszej gestosci niz jej wnetrze.Powloka zewnetrzna posiada gestosc 2—10 razy wieksza od wnetrza warstwy, natomiast grubosc nie wieksza niz 0,3 mm, zwykle okolo 0,1 mm — przy grubosci wnetrza warstwy od 10 do 25 mm — jakkolwiek grubosc jej zalezy od warunków spie¬ niania. Ponadto powloka zewnetrzna jest oczywis¬ cie twardsza niz wnetrze warstwy i mniej podatna na wydluzenie. Jest wiec rzecza niezbedna rozwa¬ zajac wlasnosci pianki brac pod uwage zarówno jej powloke jak i wnetrze, zwlaszcza, ze w praktyce naklada sie na siebie kilka warstw natryskiwanej pianki. Podobnie w przypadku pomiaru wspól¬ czynnika bezpieczenstwa.Na fig. 1 linia falista w próbce A oznacza pow¬ loke zewnetrzna. Jest rzecza pozadana, by pianka stosowana do wewnetrznej izolacji cieplnej posia¬ dala odpowiednia wytrzymalosc na sciskanie, na ogól w granicach od 3 do 5 kg/cm2 i gestosc okolo 40 kg/cm3 lub wieksza. Uzyskanie pianki poliure¬ tanowej o powyzszych parametrach nie przedstawia na ogól trudnosci* jednak wiekszosc takich pianek7 wykazuje duze naprezenia cieplne. Z tego wiec wzgledu trudno jest uzyskac pozadany wspólczyn¬ nik bezpieczenstwa.Zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku sztywna jianka stosowana do izolacji powinna wykazywac w temperaturze otoczenia wydluzenie po zerwaniu prostopadle do kierunku spieniania nie mniejsze niz 8Vo, a korzystnie wieksze niz 10°/o (wydluzenie po zerwaniu dla zwyklych pianek wynosi 3—7 W celu uzyskania pozadanej pianki nalezy ustalic dobór odpowiednich skladników mieszaniny do spieniania. Zwykle sztywna pianke poliuretanowa wytwarza sie z zawierajacego wiele grup funkcyj¬ nych poliolu, dla którego wartosc OH (mg KOH/g) wynosi 300—800, posiadajacego nie mniej niz 3,5 grup funkcyjnych oraz aromatycznego poliizocyja- nianu, zmieszanych —w razie potrzeby — ze sta¬ bilizatorem piany, katalizatorem, czynnikiem pia¬ notwórczym, takim jak schlorowcowane weglowo¬ dory lub woda, z dodatkiem srodków ognioodpor¬ nych, plastyfikatorów itp., i poddanych obróbce metoda pólpolimeryzacji lub polimeryzacji w jed¬ nym przejsciu. Pianke do zastosowania w niskich temperaturach sposobem wedlug wynalazku mozna wytwarzac korzystnie z poliolu o niskiej wartos¬ ci OH (nie wiekszej niz 450) zawierajacego okolo 4 grup funkcyjnych i spolimeryzowanego izocyjania¬ nu.W tablicy 1 porównano wlasnosci fizyczne pianki o wysokim wspólczynniku bezpieczenstwa przezna¬ czonej do stosowania w niskich temperaturach oraz pianki zwyklej.Tablica 1 1 1 Gestosc Kg/m3) Wytrzymalosc na scis¬ kanie (II) w tempera¬ turze pokojowej (Kg/ cm2) Wydluzenie po zerwa¬ niu (_L) w tempera¬ turze pokojowej, 1% Wytrzymalosc na roz¬ ciaganie (X ) w tempe- raturze -192°C (Kg/ cm2 (X) Naprezenie cieplne podczas schladzania od temperatury poko¬ jowej do temp. -192°C (_L) (Kg/cm2) (Y) Wspólczynnik bezpie¬ czenstwa (X) (Y) Pianka zwykla 2 40—80 3—10 3—7 4,5—15 —15 nie wiekszy niz 1,0 Pianka we¬ dlug wyna¬ lazku do stosowania w niskich temperatu¬ rach 3 1 40—80 2—8 8—20 3,5—13 1,0—8,5 1,5—3,5 | Oznaczenia: (J_) — obciazenie prostopadle do kie- ~ runku spieniania (II) — obciazenie równolegle do kie¬ runku spieniania 8 Sposobem wedlug wynalazku mozna nadac izo¬ lacji wystarczajaca wytrzymalosc na niska tempe¬ rature wzmacniajac przynajmniej jedna z jej naj¬ bardziej wewnetrznych warstw. Mozna równiez * Wytwarzac pianke o znacznie wyzszym wspólczyn¬ niku bezpieczenstwa poprzez minimalizowanie jej wspólczynnika rozszerzalnosci cieplnej. Sposób ten moze polegac badz na osadzaniu w piance wlosko- watych wlókien szklanych, badz na wstepnym i° zmieszaniu (jeszcze przed wytworzeniem pianki) podobnych do proszku drobnych wlókienek z cie¬ klym skladnikiem pianki, gdyz naprezenie cieplne jest stosunkiem modulu sprezystosci podluznej i wspólczynnika rozszerzalnosci cieplnej. Jednakze 1 sposób ten jest zbyt klopotliwy by mógl miec wiek¬ sze znaczenie praktyczne.Trzeci aspekt sposobu wedlug wynalazku dotyczy wzmacniania wewnetrznej powierzchni pianki ma¬ terialem siatkowym np. siecia. Przykladem mate- rialów siatkowych moga byc wymienione wczesniej wlókna naturalne, takie jak len, wlókna syntetycz¬ ne, takie jak rayon (sztuczny jedwab), nylon, poli¬ ester itp., lub wlókna nieorganiczne takie jak wlók¬ na szklane, azbestowe itp.W celu dobrania odpowiedniego materialu siat¬ kowego niezbedne jest by wybrany material posia¬ dal w niskiej temperaturze odpowiednia wytrzyma¬ losc na rozciaganie, uderzenie itp. Nie mniej wazne jest, by material taki posiadal niewielka rozciagli¬ wosc w kierunkach obu wymiarów (powierzchnia), byl mozliwie izotropowy, latwy do obróbki i stoso¬ wania. Typowym materialem spelniajacym powyz¬ sze warunki jest siatka szklana. Poniewaz napre- 3l zenia w schlodzonej warstwie wewnetrznej izolacji cieplnej dzialaja w kierunku zmniejszenia powierz¬ chni, material wzmacniajacy powinien posiadac równiez wysoki wspólczynnik bezpieczenstwa (wed¬ lug podanej poprzednio definicji) oraz duza wy- M trzymalosc. Ponadto jest rzecza korzystna, gdy ma¬ terial siatkowy jest elastyczny oraz odznacza sie chropowatoscia dobrze dopasowana do powierzchni pianki, gdyz powierzchnia natryskiwanej pianki nie zawsze jest gladka. Z tego powodu nie nadaje ^ sie do wzmacniania warstwy pianki twarda siec utworzona z jednego drutu. Ponadto jest rzecza wazna, by wybrany material byl latwo dostepny.W przypadku, gdy srednica oczek w materiale siatkowym jest zbyt wielka — wzmocnienie jest w nieodpowiednie, natomiast gdy jest zbyt mala — material siatkowy trudno dopasowac do chropowa¬ tosci powierzchni pianki. Z tego punktu widzenia preferowana jest siatka z wlókna szklanego o sred¬ nicy oczek od 2 do 8 mm. Dostepna w handlu 5i. siatka z wlókna szklanego jest tkanina szklana WG-250 wytwarzana przez firme Nitto Boseki Co., Japonia, posiadajaca oczka o srednicy okolo 3 mm i gestosc splotu 7/25 mm. Testure tej tkaniny tworzy splot plócienny o wzorze kwadratowym. io Jeden splot sklada sie z kilkuset skreconych razem wloskowatych wlókienek i posiada srednice pozor¬ na równa okolo 0,35 mm.Powloke zewnetrzna natryskiwanej w miejscu przeznaczenia pianki oraz siatke wiaze sie ze soba 65 przy pomocy lepiszcza typu rozpuszczalnika lub105 975 9 10 emulsji wybranych sposród substancji, takich jak kauczuki np. chloroprenowy, SBR (kauczuk sty- renowo-butadienowy), hypalon (chlorosulfonowany polietylen) lub tworzywa sztuczne np. poliuretan, zywica epoksydowa, poliester, mocznik, fenol itp. 5 Z uwagi na fakt, iz wewnetrzna izolacja cieplna styka sie bezposrednio z magazynowanymi substan¬ cjami, takimi jak skroplony gaz ziemny lub ciekly propan (uklad bezposredniej izolacji cieplnej) lub moze miec sposobnosc przypadkowego z nimi zet- 10 kniecia (druga warstwa ukladu izolacji), jako le¬ piszcze nalezy stosowac substancje nie ulegajaca zmianom lub rozkladowi w zetknieciu z takimi cieczami. Z tego punktu widzenia najkorzystniej¬ szym lepiszczem jest kauczuk chloroprenowy 1? w postaci roztworu.Operacje klejenia prowadzi sie w sposób naste¬ pujacy: powierzchnie pianki pokrywa sie cienka warstwa lepiszcza — i w momencie, gdy lepiszcze jest juz na wpól suche — kladzie na nie siatke, 20 po czym calosc na pewien czas przyciska jakim¬ kolwiek urzadzeniem mechanicznym, na przyklad klamra.Izolacja cieplna wytworzona sposobem wedlug wynalazku ma budowe pozwalajaca jej spelnic role M zarówno ukladu bezposredniej izolacji cieplnej, jak i warstwy nieprzepuszczalnej dla cieczy, przy czym wlasciwosc nieprzepuszczania cieczy przypisywana jest wylacznie warstwie pianki.Jak wyzej podano, siatka sluzy wylacznie do wzmocnienia powloki zewnetrznej warstwy pianki w celu zabezpieczenia jej przed peknieciem. W tym ukladzie od substancji klejacej wymaga sie by w polaczeniu z siatka nie tworzyla membrany nie¬ przepuszczalnej dla cieczy znajdujacej sie w po¬ jemniku.W przeciwnym wypadku istnieje mozliwosc, ze skroplony gaz dostanie sie przez jakis kanalik w szcze¬ line pomiedzy warstwe pianki a membrane, co spo- 40 woduje gwaltowne odparowanie skroplonego gazu w panujacej tam, nieco wyzszej temperaturze.Stwarza to niebezpieczenstwo silnego uszkodzenia wzmocnionej warstwy pianki przez cisnienie wsteczne. Lepiszcza stosowane zgodnie ze sposo- 45 bem wedlug wynalazku musza byc substancjami nie tworzacymi nieprzepuszczalnych blon w niskiej temperaturze i dzieki temu umozliwiajacymi latwe wydostanie sie odparowujacego gazu.W rzeczywistosci wybranie odpowiedniej substan- 50 cji klejacej spelniajacej powyzsze wymagania nie jest rzecza zbyt trudna, gdyz niektóre z substancji klejacych same tworza w niskich temperaturach nieprzepuszczalne blony np. w temperaturze —162°C, tj. w temperaturze skroplonego gazu 55 ziemnego. Wiele lepiszcz w niskiej temperaturze zwieksza znacznie swa wytrzymalosc, o ile styka sie z wlóknem szklanym.Testowanie lepiszcz np. lepiszcza polichloropre- nowego lub poliuretanowego w niskiej tempera- 60 turze prowadzi sie przy uzyciu skroplonego azotu.Uzyskane wyniki wskazuja, ze wiazanie pomiedzy wzmocnionym ukladem skladajacym sie z siatki z wlókna szklanego, lepiszcza polichloroprenówego lub poliuretanowego i pianki jest wówczas dobre, w gdy w dolnej cienkiej warstwie lepiszcza pomie¬ dzy oczkami siatki mozna zaobserwowac wiele ma¬ lych pekniec.Uklad wzmacniajacy nie tworzy membrany, lecz jedynie wzmacnia warstwe pianki.Przed operacja klejenia dobrze jest zeszlifowac najbardziej nierówne fragmenty powierzchni pian¬ ki.Wewnetrzna izolacje cieplna wytworzona sposo¬ bem wedlug wynalazku korzystnie jest stosowac np. w swobodnie stojacych zbiornikach typu pryz¬ matycznego znajdujacych sie na statkach do prze¬ wozu skroplonego gazu ziemnego, takich jak sys¬ temy typu „koncha", w których jako warstwy izo¬ lacji cieplnej stosowane sa równiez plyty z drzewa balsa.Wynalazek zostal przedstawiony na podstawie przykladu wykonania na rysunkach, - na których fig. 1 przedstawia schemat przykladowego urzadze¬ nia do oznaczania wspólczynnika bezpieczenstwa, fig. 2 — fragment przekroju jednego z przykladów izolacji cieplnej nalozonej sposobem wedlug wyna¬ lazku, fig. 3 — powiekszony widok powierzchni wewnetrznej izolacji pokazanej na fig. 2, fig. 4 przedstawia fragment przekroju innego przykladu izolacji cieplnej nalozonej sposobem wedlug wyna¬ lazku, fig. 5 — fragment przekroju jednego z zasto¬ sowan niniejszego wynalazku, w którym izolacja cieplna nalozona sposobem wedlug wynalazku zastosowana jest równiez jako druga warstwa, fig. 6 — fragment przekroju innego zastosowania niniejszego wynalazku, w którym izolacja cieplna nalozona sposobem wedlug wynalazku styka sie z membrana typu zbiornik, fig. 7 — fragment prze¬ kroju kolejnego zastosowania niniejszego wynalaz¬ ku, w którym izolacja cieplna nalozona sposobem wedlug wynalazku stanowi uklad bezposredniej izolacji cieplnej, fig. 8 — fragment przekroju ko¬ lejnego zastosowania niniejszego wynalazku beda¬ cego modyfikacja sposobu przedstawionego na fig. 5.Na fig. 2 i 3 oznaczenie 1 okresla zewnetrzna sciane zbiornika wykonana np. z metalu lub beto¬ nu, która odpowiada kadlubowi statku lub powloce zewnetrznej naziemnego lub podziemnego zbiornika o budowie dwupowlokowej. Powierzchnia zewne¬ trzna tej sciany (na rysunku powierzchnia dolna) styka sie z powietrzem, woda morska lub ziemia, tj. z medium o temperaturze otoczenia. Powierz¬ chnie wewnetrzna sciany zewnetrznej korzystnie jest przed natryskiwaniem pieniaca sie mieszanina pokryc odpowiednim podkladem zapewniajacym dobre przyleganie pianki do sciany. Jako podklad korzystny jest zastosowac np. kauczuk chloropre¬ nowy.Oznaczenia 2, 4, 5, 6 i 7 okreslaja natryskiwane i nakladane na siebie warstwy izolacyjne ze sztywnej pianki poliuretanowej o wspólczynniku bezpieczenstwa nie mniejszym niz 1,5. W tym przy¬ padku grubosc jednej warstwy pianki wynosi prze¬ cietnie 20 mm, a grubosc calej izolacji skladajacej sie z pieciu warstw pianki wynosi 100 mm.Na podstawie doswiadczalnej stwierdzono, ze korzystna grubosc warstwy pianki wynosi okolo105 975 11 12 —25 mm:, natomiast grubosc izolacji mozna re¬ gulowac w zaleznosci od potrzeby — iloscia wars¬ tw pianki. Na powierzchni warstwy pianki poliu¬ retanowej 2 znajduje sie stosunkowo twarda po¬ wloka zewnetrzna 3. Powloki takie znajduja sie na powierzchni kazdej z warstw pianki poliureta¬ nowej. Powloka 3 warstwy 2 zaznaczona jest dla przykladu.Oznaczenie 10 okresla jeden ze splotów siatki wzmacniajacej o srednicy oczka 2—8 mm (poka¬ zany dla latwiejszego zrozumienia na rysunku 3) polaczonej z powloka zewnetrzna 8 najbardziej wewnetrznej warstwy 7 przy pomocy lepiszcza 9.Przestrzen znajdujaca sie na zewnatrz izolacji ciep¬ lnej jest przestrzenia o niskiej temperaturze 11.Istnieja rózne sposoby wykorzystania przestrzeni o niskiej temperaturze: w przestrzeni 11 mozna umiescic zbiornik jednostojacy cieczy o niskiej temperaturze (fig. 5), zbiornik membranowy styka¬ jacy sie z izolacja cieplna (fig. 6) lub przestrzen 11 moze sama sluzyc jako zbiornik do magazynowania cieczy o niskich temperaturach (fig. 7).SpG^ób budowy izolacji cieplnej przedstawionej na (fig. 4) jest wariantem sposobu pokazanego na (fig. 2). Na (fig. 2) dwie najbardziej wewnetrzne warstwy pianki 6 i 7 wzmocnione sa siatkami i 10* umieszczonymi na ich powlokach zewne¬ trznych 8 i 8\ Fig. 5 przedstawia jeden ze sposobów zastosowa¬ nia izolacji cieplnej-wytworzonej wedlug wynalaz¬ ku. Oznaczenie 21 okresla wolnostojacy zbiornik cieczy o niskiej temperaturze, natomiast oznacze¬ nie 23 okresla przestrzen pomiedzy scianka zbiorni¬ ka a izolacja.Fig. 6 przedstawia inne zastosowanie sposobu wedlug wynalazku. Oznaczenie 22 okresla zbiornik typu membranowego stykajacy sie z izolacja ciep¬ lna.Na fig. 7 izolacja nalozona jest w taki sposób, ze tworzy uklad bezposredniej izolacji cieplnej, w którym wewnetrzna powierzchnia izolacji styka sie bezposrednio z ciecza wypelniajaca zbiornik.Fig. 8 podaje inny wariant zastosowania sposobu wedlug wynalazku pokazany na fig. 5. Jest to tzw. uklad izolacji typu „koncha" stosowany na statkach przewozacych skroplony gaz ziemny. Izo¬ lacja zawiera równiez plyty 24 z drzewa balsa.Poza przestrzenia 23 znajduje sie wolnostojacy zbiornik 21. Mozna wytwarzac wg wynalazku izo¬ lacje w róznych wariantach. I tak, powierzchnie wewnetrzna warstwy wzmocnionej mozna pokryc cienka warstewka sztywnej pianki poliuretanowej w celu ladnego jej wykonczenia lub tez pokryc substancja, obojetna z punktu widzenia izolacji cieplnej, lecz dajaca gladkie wykonczenie powierz¬ chni, bardzo, istotne w przypadku zastosowania zbiornika membranowego.Warstwe wzmocniona mozna polozyc nie tylko na najbardziej wewnetrznej warstwie pianki, lecz równiez na warstwe 2 lub 3 (liczac od strony wew¬ netrznej), tak jak pokazano na fig. 4. Daje to pew¬ ne zwiekszenie bezpieczenstwa w warunkach nis¬ kiej temperatury* Jednakze dobranie pianki poliu¬ retanowej o podanym wyzej, odpowiednim wspól¬ czynniku bezpieczenstwa powoduje, ze nie ma po¬ trzeby stosowania takich wzmocnien. Równiez i z ekonomicznego punktu widzenia preferowana jest mozliwie prosta struktura izolacji.Sposób wedlug wynalazku objasnia dokladniej opisany nizej przyklad.Przyklad. Pojemniki do testowania wytwarza sie w sposób nastepujacy: cztery kawalki sklejki o wymiarach 10 (grubosc) X 100 (wysokosc) mm umieszcza sie w ramie przy czterech bokach sta¬ lowej plytki o wymiarach 1 200 X 1 200 X 5 (grubo¬ sc) mm calosc pokrywa spieniajaca sie przy natrys¬ kiwaniu 15 mm warstwe sztywnej pianki poliure¬ tanowej o wlasnosciach podanych w zamieszczonej nizej tabeli. Nastepnie na te warstwe naklada sie dalsze cztery warstwy pianki tak, aby calkowita ich grubosc wynosila 75 mm. Górna powierzchnie pianki pokrywa sie wspomniana wczesniej siatka z wlókna szklanego (WG 250) o srednicy oczka 3 mm, przymocowana z brzegu do ramy. W opi¬ sany sposób wytwarza sie 90 egzemplarzy próbek (9 rodzajów X 10 egzemplarzy 1 rodzaju) i poddaje badaniom w celu porównania ich wlasnosci.Próby schladzania prowadzi sie w nastepujacy sposób: do próbek (a) do (e) nalewa sie bezposred¬ nio skroplonego azotu o temperaturze —196UC, napelniajac je do wysokosci ponad 25 mm, nato¬ miast próbki (a5) — (d5) napelnia sie suchym lo¬ dem o temperaturze okolo —70°C. Wszystkie prób¬ ki odstawia sie na co najmniej 2 godziny.Próbe udarnosci prowadzi sie opuszczajac w dól z wysokosci 1 m na powierzchnie próbki pokrytej izolacja cieplna stalowy pret o wadze 600 g i o wy¬ miarach 8 (srednica) X okolo 1300 (dlugosc) mm zaopatrzonej na koncu w klin o szerokosci 7 mm.Próbe prowadzi sie w obecnosci cieklego azotu lub bezposrednio po usunieciu suchego lodu. W przy¬ padku próbki wzmocnionej siatka z wlókna szkla¬ nego, klin umieszczony na precie przebija sie przez siatke na glebokosc okolo 20 mm.W tablicy 2 porównywano wyniki uzyskane dla róznych próbek.Jak zostalo stwierdzone doswiadczalnie, na tylnej powierzchni stalowych plytek w próbkach (d) i (c) nie pojawily sie zadne plamki zimna (miejsca chlodniejsze na powierzchni plytki) — nawet po próbie udarnosci. Wskazywalo to na doskonala cieczoszczelnosc izolacji, co potwierdzila próba po¬ lerowania zwierciadlanego przeprowadzona po pod¬ wyzszeniu temperatury.Próby wielokrotnego obciazania dynamicznego w niskiej temperaturze prowadzi sie na modelu (3,5 X3,5 m) pokrytym izolacja cieplna typu (d).Stosuje sie obciazenie cykliczne odpowiadajace obciazeniom dzialajacym na statek w ciagu 20 lat.Uzyskane wyniki potwierdzaja, ze izolacja cieplna o takiej budowie nie ulega uszkodzeniu nawet pod wplywem drgan, wobec czego moze byc stosowana na statkach.Z zamieszczonych wyzej rezultatów wynika, ze w przypadku, gdy izolacja cieplna wykonana jest wylacznie z warstwy pianki o wspólczynniku bez¬ pieczenstwa 2— tak jak w przykladzie (c) — wów¬ czas jej wlasnosci w warunkach niskiej tempera- 40 45 50 95 60*3 105 975 14 Tablica 2 Wlasciwosci fizyczne pianki Oziebianie skroplonym azotem Oziebianie suchym lodem Ciezar wlasciwy (wnetrze wars¬ twy) kg/m3 Wspólczynnik bezpieczenstwa Wytrzymalosc na sciskanie (tern. pokojowa kg/cm2 Wydluzenie po zerwaniu (P/o) temp. pokojowa) 1 II _L ii _L Wzmocnienie siatka Próbka nr.Próbka styczna Próba udarnosci metoda spadajacego klina Próbka nr Próba statyczna Próbka udarnosci metoda spadajacego klina Pianka zwykla (Soflan RSP38) * 1 50 nie wiekszy niz 1,0 4,5 3,8 3 brak (a) wiele pekniec natychmiast po schlodze¬ niu (a5) brak pekniec Pekniecie na calej szero¬ kosci od szczytu klina najwyzsza warstwa * 2 szklo (b) 2-3 pekniecia po uplywie minut pekniecie na calej szerokos¬ ci od szczytu klina (b') brak pekniec pekniecie od szczytu klina lecz krótkie Pianka wedlug wynalazku do pracy w niskiej temperaturze (Soflan R SP 82) *1 50 2,5 3,8 ,0 7 (O sposród 10 eg¬ zemplarzy 6 szt. bez pekniec, 3 szt. — 1—2 pek¬ niecia po uply¬ wie 30 minut, 1 szt. trudna do oszacowania tak samo jak w (b) (C) brak pekniec podobnie jak w (a') najwyzsza warstwa *2 szklo (d) bez pek¬ niec brak pek¬ niec (d}) brak pek¬ niec 1 brak pek¬ niec najwyzsza warstwa szklo +pianka o grubosci 10 mm 1 (e) brak pekniec pekniecie na mm wy¬ lacznie w warstwie wy¬ kanczajacej Uwagi: *1 — sztywna pianka poliuretanowa z firmy Niham Soflan Co., Japonia *2 — „warstwa najwyzsza" oznacza polozenie warstwy w stosunku do calej próbki i odpowiada najbardziej wewnetrznej warstwie izolacji cieplnej. tury tj. w obecnosci skroplonego azotu o tempera¬ turze — 196°C nie sa zadawalajace. Natomiast w przypadku, gdy izolacja cieplna wzmocniona jest siatka w sposób jak w przykladzie (d) — wówczas dobrze znosi zarówno próbe udarnosciowa, jak i próbe statyczna prowadzona w niskiej tempera¬ turze. I na odwrót: nawet w przypadku wzmóc- 65 nienia pianki o wspólczyniku bezpieczenstwa nie wiekszym niz 1,0 siatke jak w przypadku (b) nie uzyskuje sie takiej jakosci izolacji jak w przypad¬ ku wykonania sposobem wedlug wynalazku.Z porównania wyników uzyskanych dla próbek (b') (c') i (d') widac jasno, ze podstawowym warun¬ kiem uzyskania izolacji wytrzymujacej dynamiczna105 975 16 próbe udarnosci nawet w stosunkowo niskiej tem¬ peraturze jest polaczenie pianki przeznaczonej do pracy w niskiej temperaturze z siatka.Pianka spieniana metoda wtryskiwania latwiej paka w niskiej temperaturze niz ta sama pianka, lecz spieniana metoda natryskiwania wedlug wyna¬ lazku, co powoduje, ze nie nadaje sie ona do uzyt¬ ku jako warstwa cieczoszczelna. Tak wiec, przed¬ miotem wynalazku jest sposób wytwarzania pros¬ tej, tanszej i bardziej niezawodnej izolacji cieplnej na drodze skutecznego polaczenia substancji daja¬ cej sztywna pianke poliuretanowa, procesu spienia¬ nia i operacji mechanicznego wzmacniania, dzieki czemu izolacja taka moze byc korzystnie stosowana jako wewnetrzna izolacja cieplna w zbiornikach sluzacych do magazynowania i transportu skrop¬ lonych gazów pochodzenia naftowego, takich jak gaz plynny o temperaturze — 42°C skroplony gaz ziemny o temperaturze — 162°C itp. PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL