Nedbrytning av industriell termisk isolasjon ved branneksponering

Olje- og gassindustrien behandler svært brennbare stoffer med potensiale for branner med høye varmelaster. Slike branner kan spre seg videre til trykksatt prosessutstyr. For å redusere eskaleringsrisiko, påføres ofte passiv brannbeskyttelse på tanker, rør og struktur.

For å forebygge mulig korrosjon under isolasjon (KUI) skal prosessutstyr i dag isoleres slik at isolasjonen ikke kommer i direkte kontakt med metallflaten, men plasseres på gitter ca. 2.5 cm fra selve metallveggen. På eksisterende installasjoner står utstyret ofte tett. Der skaper 5 cm økning i diameter utfordring med hensyn på plassbehov. Det benyttes gjerne termisk isolasjon innerst for å unngå varmetap med et ytre lag passiv brannbeskyttelse for beskyttelse i en brannsituasjon. Typisk oppbyggelse av isolasjonsløsningen rundt et rør er vist i Fig. 1. Tidligere småskala tester viser imidlertid at den termiske isolasjonen alene i enkelte tilfeller kan gi tilstrekkelig brannbeskyttelse.

Hvor mye tåles?

I doktorgradsprosjektet undersøkes det hvor mye den termiske isolasjonen tåler, om og når den brytes ned, og hvor lenge den vil kunne beskytte under brann. Det utvikles også en numerisk modell som beskriver nedbrytningen av den termiske isolasjonen. Denne er blant annet basert på resultater fra eksperimentell testing i en småskala testrigg eksponert for en brann og detaljstudier av gradvis oppvarming av isolasjonen i en ovn til 1250°C. Isolasjonsprøvene etter oppvarming er vist i Fig. 2. Ved økende temperatur begynner isolasjonen gradvis å sintre, krympe og bryte sammen og går fra å være porøst og luftig, til å en mer steinaktig konsistens. Betydelig mer varme slippes da inn til stålet som skal beskyttes.

Milligramprøver av termisk isolasjon testes også i avanserte instrumenter (TGA/DTG/DSC) for å måle massetap og energiforbruk ved oppvarming. Eksempler fra disse målingene er vist i Fig. 3, hvor en ser noen topper og bunner som angir ved hvilken temperatur det skjer en endring/reaksjon i isolasjonsmaterialet. Testing ved forskjellig oppvarmingsrate gir grunnlag for vurdering av involvert kinetikk.

Målt krymping/oppsprekking, resultater utledet fra TGA/DTG/DSC, målt varmeledningsevne og andre termiske data inngår som delementer i den avanserte numeriske modellen som utvikles.

Kan gi bedre beskyttelse

Som vist i Fig. 2 brytes den termiske isolasjonen mye ned rundt 1100 - 1160 °C. Men, dersom temperaturen i isolasjonen kan holdes under 1100 °C, vil den ha en svært god brannbeskyttende effekt også ved eksponering for intense branner med temperaturer over 1200 °C. Et tynt lag med passiv brannbeskyttelse i kombinasjon med termisk isolasjon virker interessant. Testing i den numeriske modellen gir indikasjoner på at temperaturen i laget med termisk isolasjon i så fall lenge kan holdes under 1100 °C ved branneksponering og dermed gi betydelig bedre beskyttelse av brannutsatt utstyr.

Litt om student og studiet:

Amalie jobber i Q rådgivning og har støtte fra Gassco og Norges Forskningsråd (NFR) gjennom NFRs Nærings-PhD-program. Hun er tilknyttet Inst. for fysikk og teknologi, Universitetet i Bergen mens forsøkene gjennomføres ved brannutdanningen ved Høgskolen på Vestlandet (HVL) i Haugesund. Nærings-PhD, og tilsvarende program for offentlig sektor, er meget gunstige ordninger under Norges Forskningsråd for kandidater med jobb i næringsliv eller offentlig forvaltning. Dette er andre gang HVL og UiB samarbeider med industrien for et brannfaglig PhD-prosjekt.

Hovedveileder: Førsteamanuensis Monika Metallinou (HVL)

Biveileder: Førsteamanuensis Trygve Skjold (UiB) og professor Torgrim Log (HVL/Gassco).