Termisk isolasjon som passiv brannbeskyttelse i olje- og gassindustrien ved endrede krav til beskyttelse mot korrosjon under isolasjon

In the oil- and gas industry, i.e. onshore facilities and offshore platforms, space is limited. The density of the equipment is often high. Hence, it may be challenging when the diameter of some equipment must increase due to new safety requirements. Process equipment shall now be isolated to avoid direct contact between the insulation and the metal surface by placing the insulation on a grating, approximately 25 mm from the metal surface. This will limit corrosion under insulation, CUI, a problem revealed through recent inspections. Typically, two layers of insulation are used, each 5 mm thick. The inner layer is thermal insulation to prevent heat loss. The outer layer protects the equipment in a fire situation (passive fire protection, PFP). Previous tests of the thermal insulation have shown that the insulation alone may give sufficient fire protection in some situations. In the PhD-project, starting now, shall investigate if and when it breaks down, and how long it may protect equipment during an oil- and gas fire. A combination of the thermal insulation and a thin layer of PFP will be tested. A numerical model will be developed, describing the breakdown of the thermal insulation. The model will be based on results from experimental testing of small-scale equipment exposed to jet fires and detailed studies of gradually heating of the insulation in an oven up to 1250 °C. In addition, close to microscopic test thermal insulation specimens will be tested in advanced instruments, measuring the mass loss and energy consumption by heating (TGA/DTG/DSC). The effect of the steel equipment behind the thermal insulation will also be studied and implemented in the numerical model for calculating fire resistance. After completion of the PhD-project the industry shall be able to calculate appropriate insulation and possibly good combinations of insulation layers on potentially fire exposed equipment.

Nye krav til termisk isolering av prosessutstyr krever en 25 mm luftspalte inn mot prosessutstyr for å hindre korrosjonsangrep som følge av vannfuktet termisk isolasjon. Denne løsningen reduserer korrosjon under isolasjon, men bygger mer, slik at det i eksisterende moduler ofte ikke er plass til påkrevd passiv brannbeskyttelse. Målet med prosjektet er å fremskaffe kunnskap om i hvilken grad brannbeskyttelsen ivaretas godt nok ved kun bruk at termisk isolasjon. Bedre kunnskap om egenskapene til termisk isolasjon under termisk nedbryting skal fremskaffes via Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Thermogravimetry (DTG) og Differential Scanning Calorimetry (DSC), tid/temperatur-tester i nyinnkjøpt muffelovn opp til 1250 °C, målinger av varmeledningsevne og branntester. Dette er ikke trivielt, da den termiske isolasjonen brytes ned under forsøk og testing. De fremskaffede data skal deretter benyttes for å lage matematiske modeller for å beskrive nedbrytning av den termiske isolasjonen, varmeledningsevne, etc. PhD-prosjektet skal utvikle, og forbedre, en matematisk modell for brannmotstand i aktuelle anvendelser og brannscenarier ettersom man får integrert nevnte måleresultater i modellene. Underveis i PhD-studiet skal det også vurderes hvorvidt kreative løsninger, der man kombinerer termisk isolasjon med tynne lag av varmebestandig isolasjon, kan være en farbar vei. I så fall skal dette sjekkes i branntester. Effekten av tykkelsen av stållaget på innsiden skal studeres for de forskjellige isolasjonskonseptene, og skal inngå i modellering av brannmotstand. Prosjektet er en oppfølging av arbeidene: Bjørge, J. S., Gunnarshaug, A., Log, T. & Metallinou, M.M. (2018). Study of industrial grade thermal insulation as passive fire protection up to 1200 °C. Safety, 4(3), 1-19. Bjørge, J. S., Metallinou, M.-M., Kraaijeveld, A. & Log, T. (2017). Small Scale Hydrocarbon Fire Test Concept. Technologies, 5(4), 72, 1-14. Gunnarshaug, A. (2018) Masteroppgave, HVL