Amalie Gunnarshaug er PhD-student og prøver i sitt studie å svare på om termisk isolasjon kan beskytte prosessutstyr i olje- og gassbranner.Foto: Privat
Nedbrytning av industriell termisk isolasjon ved branneksponering
Kan termisk isolasjon beskytte prosessutstyr i olje- og gassbranner? Eventuelt i hvilke tilfeller? Kan man utvikle matematiske modeller for nedbrytning av slik termisk isolasjon basert på ovnstester, branntester og detaljerte studier av materialene? Kan noe gjøres for å hjelpe isolasjonen til å overleve lenger under branner? Slike spørsmål skal det pågående PhD-studiet forsøke å besvare.
AmalieGunnarshaug,PhD-student, UiB og Q Rådgivning
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.
Figur 1.
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.
Figur 2.
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.
Figur 3.
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.