Bolvormige opslagtanks

De meerwaarde van het specifiëren van de juiste isolatie

Opslagbollen en drukvaten worden vaak gebruikt voor het opslaan van een breed gamma aan producten, waaronder ammoniak, LNG, LPG, benzine, nafta, ethyleen, zuurstof, stikstof, etc. Deze worden meestal opgeslagen bij temperaturen onder de omgevingstemperatuur. Deze bolvormige tanks worden overal in de petrochemische industrie gebruikt omdat er verschillende voordelen verbonden zijn aan het gebruik van deze type opslagtanks.

Tekst: Jente Quintens

Het grootste voordeel is dat de spanningsconcentratie in een bolvormige constructie wordt verminderd bij het opslaan van producten onder druk, ook zal de spanning uniform zijn over het totale oppervlak van de tank. Hiernaast is er ook minder buitenoppervlak per volume dan bij een tank met een cilindrische geometrie.

Naast voordelen zijn er natuurlijk ook risico’s die de efficiënte en kosteneffectieve werking van opslagbollen en drukvaten op de proef stellen. Deze omvatten het binnendringen van vocht, wat de thermische prestaties zal verminderen en zelfs kan leiden tot mogelijke corrosie van het vat of de ondersteunende structuur. Het correct ontwerpen en installeren van isolatiesystemen die gebruik maken van ondoordringbare isolatie met gesloten cellen, zoals cellulaire glasisolatie, kan deze risico’s beperken.

Doel één: thermische prestaties beschermen

Warme lucht kan meer vocht bevatten dan koude lucht, dus wanneer warme, vochtige lucht koudere lucht ontmoet en afkoelt, voert de warme lucht vocht af door condensatie totdat een nieuw evenwicht of ‘dauwpunt’ is bereikt. Dus wanneer warme, vochtige lucht in wisselwerking staat met een geïsoleerd systeem onder de omgevingstemperatuur, wordt een dampdrukaandrijving gecreëerd, omdat de koude lucht nabij het geïsoleerde oppervlak de druk probeert te egaliseren door vocht naar koudere temperaturen in de isolatie te drijven. Het eindresultaat is oppervlaktecondensatie. Bij geïsoleerde opslagtanks zal deze condensatie dan aan de buitenrand van geïsoleerde systemen ontstaan ​​en bij absorberende isolatie kan dit tot vochtophoping in de isolatie leiden.

Vocht in isolatie vermindert de thermische prestaties en verhoogt de thermische geleidbaarheid. Omdat water warmte geleidt met een snelheid die ongeveer 20 keer hoger is dan de gemiddelde thermische isolatie is het belangrijk om het indringen van vocht te vermijden als de thermische prestaties op lange termijn willen behouden worden. Het laten binnendringen en achterblijven van vocht in de isolatie verhoogt de warmteoverdracht significant. Een toename van 1 procent van het vocht in de isolatie kan de geleidbaarheid met 23 procent verhogen (1). Vocht in de isolatie kan de isolatie ook fysiek beschadigen. Tijdens periodes van temperatuurwisselingen – zoals wanneer tanks gekoeld worden en daarna terugkeren naar omgevingstemperatuur – zullen bevriezings-/dooicycli plaatsvinden. Bevriezend vocht in de isolatie beschadigt de isolatie en verslechtert de thermische prestaties verder. Het ontwerpen van een dampdicht systeem bestaand uit een ondoordringbaar materiaal, zoals isolatie van cellulair glas, en het gebruik van isolatiediktes die zijn ontworpen om een ​​oppervlaktetemperatuur boven het dauwpunt te houden, kan het risico op schade aan de thermische prestatie door dampdruk helpen verminderen.

Tijdens de ontwerpfase moet er ook op worden gelet dat kleine veranderingen in de afmetingen van de tank mogelijk zijn. Isolatie wordt meestal geïnstalleerd op een bol of tank bij omgevingstemperatuur. Wanneer de tank gevuld wordt en in gebruik genomen wordt zal het staal krimpen wanneer de temperatuur daalt. Hierdoor zullen de afmetingen van de tank enigszins veranderen. Het isolatiesysteem moet worden ontworpen om rekening te houden met deze dimensionale verandering en eventuele temperatuurwisselingen tijdens processen zoals het legen en opnieuw vullen van de tank. De thermische uitzettingscoëfficiënt van cellulaire glasisolatie ligt dicht bij die van staal, en wanneer het materiaal volledig is verkleefd aan de tank met behulp van een flexibele lijm en sealant, blijft het isolatiesysteem stevig aan het oppervlak van de tank gehecht tijdens temperatuurschommelingen en normaal gebruik. Hierdoor blijft het isolatiesysteem afgedicht tegen het binnendringen van vocht en damp.

Het gebruik van cellulaire glasisolatie vermindert ook het risico op productverlies en verminderde systeemefficiëntie door de warmteoverdracht te beheersen en het binnendringen van vocht te voorkomen. Bovendien zorgt het gebruik van cellulair glas ervoor dat de isolatie bij lekkage geen ontvlambare vloeistoffen opneemt. Sommige isolaties met open cellen kunnen hiervoor gevoelig zijn, zelfs als het hydrofobe materialen zijn. Isolatie die doordrenkt is met ontvlambare vloeistoffen vormen een wezenlijk brandgevaar en kunnen zelfs spontaan ontbranden door een blootstelling met zuurstof.

Doel twee: risico op corrosie verminderen

Een tweede risico waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van het isolatiesysteem voor de tank is corrosie. Stalen tanks, opslagvaten en leidingen zijn kwetsbaar voor corrosie, wat kan leiden tot lekkages en andere ernstige gevolgen. Om corrosie te laten optreden, moet er echter vocht aanwezig zijn. Het gebruik van water- en dampdichte isolatie kan helpen het risico van atmosferisch water in vochtige omstandigheden of zoutnevel in faciliteiten dicht bij de kust of offshore te verminderen.

Als het isolatiesysteem niet volledig afgesloten is of absorberende isolatie wordt gebruikt, kan vocht worden vastgehouden en reageren met het onderliggende staal. Als vocht het onderliggende metaal van een tank bereikt, kan dit de ontwikkeling van corrosie onder isolatie (CUI) bevorderen. Omdat deze schade verborgen is, kan deze onopgemerkt blijven totdat er een lek optreedt. Deze lekken kunnen met name problematisch zijn wanneer de opgeslagen materialen onder druk staan, ontvlambaar zijn of beide. Onzichtbare corrosie, kan ook leiden tot schade aan het draagvermogen van constructieve elementen met mogelijke rampzalige gevolgen.

Correct ontworpen en geïnstalleerde isolatiesystemen, waarbij gebruik wordt gemaakt van waterdichte isolatie, kunnen helpen voorkomen dat vocht het isolatiesysteem binnendringt. Het selecteren van een isolatiemateriaal met gesloten cellen, dat ondoordringbaar is en geen absorberende eigenschappen heeft, biedt een laag van bescherming die voorkomt dat vocht in tanks of ondersteunende structuren binnendringt.

Doel drie: het risico op brandschade verminderen

Brand is een altijd aanwezig risico in faciliteiten die ontvlambare koolwaterstoffen en petrochemische producten opslaan. Er kunnen maatregelen worden genomen om deze risico’s te beperken en de veiligheid van de faciliteiten en medewerkers te verbeteren, mocht er een lekkage optreden. Naast het beperken van de warmteoverdracht voor opslagbollen en drukvaten, kunnen isolatiesystemen ook worden gebruikt om passieve brandbeveiliging te bieden aan de tank en ondersteunende constructies.

Het toepassen van onbrandbare, gesloten cel, cellulaire glasisolatie die niet brandt, de snelheid van warmteoverdracht tijdens een brand vermindert, niet bijdraagt ​​aan branduitbreiding of schadelijke rook genereert, helpt zowel de installaties als het personeel van de faciliteit te beschermen.

Koolwaterstofbranden kunnen zeer snel temperaturen van meer dan 1.000 °C bereiken, wat een gevaar is voor de integriteit van de tank en de constructieve stalen steunen die worden gebruikt om opslagtanks te ondersteunen. Constructiestaal kan tot 50 procent van zijn draagvermogen verliezen wanneer de temperatuur 500 °C bereikt. Verzwakte steunen vormen een risico voor het personeel ter plaatse en de stabiliteit van de opslagtanks.

Cellulaire glasisolatie kan worden gebruikt om de tijd te verlengen die nodig is voordat het staal kritieke temperaturen bereikt in geval van brand. Hierdoor zullen hulpverleners meer tijd hebben om de brand te bestrijden voordat de stalen draagconstructie die de tanks op hun plaats houdt het punt van falen bereikt. Brandtesten uitgevoerd door externe testcentra hebben aangetoond dat een dubbellaags isolatiesysteem van cellulair glas dat op constructiestaal wordt aangebracht, voorkomt dat het geïsoleerde metaal gedurende maximaal 180 minuten een temperatuur van 500 °C bereikt. Dit werd getest op basis van de UL 1709-norm voor koolwaterstofbranden met snelle temperatuurstijging voor beschermingsmaterialen van constructiestaal. Naast het vertragen van de snelheid van warmteoverdracht in het constructiestaal, brandt cellulaire glasisolatie niet, genereert het geen giftige rook en voorkomt de verdere vlamverspreiding.

Conclusie

De belangrijkste risicogebieden voor schade waarmee opslagbollen, drukvaten en de ondersteunende structuren in een industriële faciliteit worden geconfronteerd, zijn onder meer het beschermen van thermische prestaties, het verminderen van corrosie en het verbeteren van de brandveiligheid. Al deze gebieden kunnen worden aangepakt met een goed ontworpen en geïnstalleerd isolatiesysteem.

Het gebruik van isolatie met consistente thermische prestaties, die ongevoelig is voor vocht en warmtetoename voorkomt, zorgt voor efficiënte thermische prestaties. Een isolatiesysteem dat gebruik maakt van isolatie van cellulaire glas met gesloten cellen dat ondoordringbaar en niet-absorberend is, helpt beschermen tegen de ontwikkeling van corrosie en vermindert de kans dat brandbare vloeistoffen worden geabsorbeerd.

Hiernaast zal het gebruik van onbrandbare isolatie zorgen dat verdere verspreiding van vlammen voorkomen wordt, er geen giftige rook wordt gegenereerd en structurele elementen worden beschermt tegen schade door hitte. Dit helpt bij het aanpakken van brandveiligheid en structurele integriteit in een faciliteit. Hoewel de lijst met vereisten lang klinkt, kan FOAMGLAS® cellulaire glasisolatie met gesloten cellen al deze risicogebieden aanpakken zodat de veiligheid rondom opslagbollen, drukvaten en de bijbehorende ondersteunende structuren kan worden gegarandeerd.

Jente Quintens is werkzaam als verantwoordelijke voor marketing & communication voor industry business bij Owens Corning FOAMGLAS® isolatie.

Referenties:

1. GUSYACHKIN, A.M., et al., ‘Effects of moisture content on thermal conductivity of thermal insulation materials’, IOP Conference Series Materials Science and Engineering, (2019).