Flytende naturgass (LNG)

Det er stort behov for naturgass (LNG) og gassfeltene ligger som oftest langt fra brukerne, noe som gjør transport av naturgass gjennom rørledninger er upraktiskt eller for kostbare til å bygge.

For å transportere LNG med bil, tog eller skip, må LNG avkjøles ned til minus 162 °C og dermed endrer den fra en gass til en væske som er 1/600 av det opprinnelige volumet. Denne voldsomme reduksjonen i volum, gjør at den kan sendes sikkert og effektivt på spesialdesignede LNG-skip. Etter å ha ankommet destinasjonen/havnen, blir LNG oppvarmet og går tilbake til gassform og leveres til naturgasskunder gjennom lokale rørledninger.

I omtale av naturgass brukes en rekke betegnelser som angir forskjellige gasstyper, for eksempel tørrgass, våtgass og LNG.

Naturgass er et samlebegrep for gass som er dannet ved nedbryting og omdanning av organisk materiale under jordens overflate. Gassen kan være sammensatt av en rekke kjemiske stoffer med ulike egenskaper. Størstedelen av stoffene er bygd opp av hydrogen- og karbon-atomer. Vi kaller dem derfor hydrokarboner.

Tørrgass

Tørrgass betegner gass som ved vanlig trykk og temperatur ikke inneholder flytende komponenter. Den består hovedsakelig av metan, men ofte også av en del etan og mindre mengder tyngre hydrokarboner og CO2. Slik gass kalles også salgsgass og transporteres i rør til kundene.

Våtgass

Våtgass inneholder både tørrgass og tyngre hydrokarbonforbindelser i væskefase. Det vil foruten noe etan si propan, butan og de tyngre hydrokarbonene. Under normalt trykk og temperatur vil våtgassen være delvis flytende, delvis i gassform. For å få tørrgass, separeres væskefasen fra og splittes og selges som rene komponenter (etan, propan, butan osv.)

LNG

LNG er en forkortelse for Liquefied Natural Gas, det vil si naturgass som er gjort flytende ved nedkjøling. LNG holder svært lav temperatur (-162 °C) og transporteres i skip til kundene.

På grunn av de spesielle egenskapene til anlegg med flytende naturgass (LNG), må det utvises spesiell forsiktighet når du arbeider med isolasjonssystemer for LNG-rør, tanker og utstyr. Følgende er viktige designfaktorer å ta hensyn til når du isolerer LNG-rør og utstyr.

Trykkfasthet

Det er viktig å velge et materiale med høy trykkfasthet, da det under bygging og vedlikehold av LNG tanker/rørsystem krever ofte at isolatører arbeider på og rundt isolasjonen. Fysisk skade på isolasjonssystemet kan unngås ved å bruke isolasjonsmaterialer med høy trykkfasthet, som absorbere punktbelastning/tråkk. I tillegg kreves det høye trykkfastheter for rørstøtter, da vektbelastningen kan skade isolasjonen på disse stedene.

Brennbarhet

Ofte er brannbeskyttelse et ekstra krav til LNG isolasjonsystemet. Dette krever bruk av brannklassifiserte materialer, inkludert mantling og strammebånd av rustfritt stål.

Valg av tilleggsmateriell

Det er også viktig å velge riktig tilbehørsmateriell som komplimenterer isolasjonen. Fordi LNG isolering er kritisk og svært kostbar, må også alt tillegsmateriell som benyttes være testet og dokumentert, slik at de møter de spesifiserte krav som stilles.

Vann-dampinntrenging

Ethvert isolasjonssystem må ha montert en dampsperre for å eliminere fuktinntrenging i isolasjons systemet. Å forhindre inntrenging av vann og vanndamp er avgjørende i LNG/kulde isolering. Hvis fuktighet eller vanndamp får komme inn i et kaldt isolasjonssystem, vil det fryse og isdannelsen vil ødelegge isolasjonssystemet. Et system for kuldeisolering har derfor krav til dampsperre når isolasjonsmaterialet ikke er diffusjonstett. Dampsperre er et materiale som har stor diffusjonsmotstand. Dampsperre skal monteres på den varme siden av isolasjonssystemet. Det er avgjørende betydning at diffusjonsperren er riktig montert, for at det skal fungere over tid. Dersom mineralull tilføres 1 volum % fuktighet, økes varmeledningsevnen med 20-20%, mens tilførsel av 5 volum % fuktighet til et materiale med lukkede celler, øker varmeledningsevnen med tilsvarende 5 vol.%.

Dette gjelder spesielt for isolasjonssystemer som skal installeres på rør som inneholder kryogen væsker. En kryogen væske er en væske avkjølt til lavere enn normalt kokepunkt under minus 90 °C. Argon, helium, hydrogen, nitrogen og oksygen er de vanligste industrigassene som transporteres og lagres i flytende tilstand ved kryogene temperaturer. Bruk av diffusjonstette materialer av type celleglass, plast- eller aluminiumsfolier er vanlig, men det er kvaliteten av det utførte arbeidet som har størst betydning.

Diffusjonsbrems består ofte av mastiker på plast- eller asfaltbasis. Plastlaminater og metallfolier blir også brukt. Noen isolasjonsmaterialer leveres med ferdig montert diffusjonsbrems fra fabrikk.

En innkapsling utenpå et diffusjonstett materiale behøver ikke alltid bety at fuktsperren er etablert, da bevegelser i mantlingen kan medføre at skjøtene raskt blir utette.

Cellegummi har en viss diffusjonsmotstand, og monteres ofte på kalde anlegg uten ekstra diffusjonsbrems.

Celleglass er diffusjonstett, men her er skjøtene det svake punktet.

Isdannelse

Fuktinntrenging og isdannelse i isolasjonssystemet vil redusere isolsjonsegenskapene og øke driftskostnadene. Isdannelse kan skyldes svikt i isolasjonssystemet (defekt dampsperre eller en har ikke tilstrekkelig isolasjonstykkelse.) Vekten av isdannelse kan føre til skade på utstyret hvis den overstiger lastekapasiteten til rørstøtter eller utstyr.

Rørbelastning ved støtter

Rørstøtter er kritiske siden de må å være godt isolert for å forhindre kuldebroer og dannelse av is og må kunne motstå systembevegelse når systemet tas i bruk og røret trekker seg sammen. En forholdsvis kort del av en LNG-linje kan trekke seg sammen opp til en 2-3 cm.

Brannfare

Risikoen for brann er alltid tilstede i et LNG-anlegg, spesielt for offshore-plattformer og flytende produksjons-, lagrings- og lossingsfartøy (FPSO). Det vil alltid være krav til at isolasjonssystemet tåler de brannbelastninger, som kan oppstå på slike anlegg.

Isolasjonssystemet må alltid ha en oppbygging at den ytterste delen av systemet, har de nødvendige brannegenskapene. Som mantling system benyttes rustfrie kvaliteter, som oftest i 0,7- 0,9 mm tykkelse.

LNG Tank Isolasjons materialer
Isolasjonsmaterialer for bruk på LNG anlegg bør ha følgende egenskaper:

• Lav varmeledningsevne.
• Evne til å bære last.
• Evne til å motstå mekaniske skader.
• Lett vekt.
• Ikke påvirket av damp/fuktighet

Materialer som benyttes

Nye system som også benyttes

• Cabot, aerogel beads (Nanogel®)
• Aspen Aerogels, aerogel blankets
• (Pyrogel® and Spaceloft®)
• Sordal, polyimide foams (SOLREX®)
• Inspec Foams, polyimide foams (SOLIMIDE®)
• TAI, pipe insulation panels
• NASA, Layered Composite Insulation (LCI)
• NO
• MARK III

For å illustrere typiske isolasjonsmaterialer og løsninger for et LNG anlegg, tar vi for de to mest brukte isolasjonssystemer.

De spesilelle kravene til isolering av LNG-systemer, er celleglass materialet et godt alternativ. Det er flere grunner til at celleglass isolering kan fungere godt på et LNG-system. Celleglass isolasjon er et «skum» av natriumsilikatglass og celleveggene til glasskummet er ugjennomtrengelige; dette er viktig når man vurderer risiko med vanndamp/fukt inntrenging i isolasjonssystemet.

Som nevnt tidligere vil rørene på i LNG-system trekke seg sammen når de tas i bruk. Siden koeffisienten for termisk ekspansjon (termisk ekspansjon oppstår når et materiale endrer volum, p.g.a. temperatur forandring) for cellglass isolasjon er nær den, som for stål, vil celleglass isolasjon trekke tilsvarende som stålrøret.

På bildet under legges Cellular Glass som «bunndekke» innvendig i en stor lagringstank.

En typiske oppbyggingen av en cellebaserte glassisolasjons tankbunn er 3 lag med 20 cm tykke bærende celleglass isolasjonsblokker med en bituminøs membran mellom isolasjonslagene, samt på toppen og bunnen av isolasjonssystemet. Etter at det siste laget med isolasjon er installert, påføres et lag med fin sand over isolasjonssystemet før installasjon av bunnplatene. Sanden beskytter isolasjonssystemet når bunnplatene sveises på plass.

Når celleglas isolering brukes på LNG anlegg, er en typisk løsning å benytte 2-lag med celleglass og det er viktig at oppbygging og monteringen er i.h.t kuldeisolering. Dampsperren må monteres og sikres slik at den ikke punkteres ved montering av kapsling (p.g.a. skruer eller popnagler)
Dette løses vanligvis med et ekstra lag med isolasjon mellom dampsperren og mantlingen. Det skal ikke monteres drenering i LNG systemer p.g.a. kuldebro og dermed dannelse av is.

Oppbyggingen av et 2-lagssystem skal monteres slik at alle skjøter i lag 2, forskyves i forhold til første lag.

Riktig montering av fuktsperre er svært viktig. Er den ikke tett vil det dannes kondens som blir til is og isen vil ødelegge isolasjonen.

Rørstøtter er et annet kritisk område i rørsystemer.

Detaljer ved montering av et lag isolasjon på rør
Isolering av rør og tanker på et LNG anlegg eller ved kuldeisolering generelt, er det særdeles viktig å påse at all isolering er tett og at dampsperren er riktig montert.

Med temperaturer ned til -167 °C kan problemer med isolasjon i et LNG-anlegg både være kostbare og farlige. Under monteringsarbeidet må en være svært nøye og den minste feilen kan forårsake store problemer etter oppstart, og det er ikke lett å stenge ned et LNG-anlegg for reparasjonsarbeid.

I dag er det vanlig at det meste av rør og tank isoleringen skjer på andre steder enn på selve LNG - anlegget. Dette gjøres hovedsakelig på grunn av lavere byggekostnader. Imidlertid er det en risiko for dårlige utført isolasjonarbeid, fordi isolasjonsentreprenøren kan ha manglende kompetanse for denne type isolasjonsarbeid. Derfor er det svært viktig at kunden utfører hyppige inspeksjoner ved montering av isolasjon på LNG systemer.
På de neste bildene under vises noen typiske feil/defekter som ble avdekket under inspeksjonen.

Åpninger mellom røret og isolasjon må unngås

Spalte åpning gjennom isolasjonen. Her vil det bli en kuldebro. (is)

Punktering av dampsperren (skrue) og dermed vil det her dannes en kuldebro (is)

Store hull i isolasjon

Stor åpning i isolasjonen

Konklusjon

Daglig inspeksjon og oppfølging på byggeplass av en uavhengig (f.eks. en Frosio inspektør) vil bidra til å forhindre mange problemer og føre til betydelige kostnadsbesparelser.

Cryogel® Z er en fleksibel materiale og gir svært god termisk beskyttelse med minimal vekt og tykkelser. Den er et meget godt isolasjonssytem på LNG anlegg. Den er tilgjengelig i to tykkelser og har en integrert dampsperre som hindrer fuktinntrenging.

Den fleksive og ekstremt lave varmeledningsevnen til Cryogel Z eliminerer behovet for komplekse og kostbare ekspansjonsfuger og forenkler monteringsarbeidet. I tillegg til å være et godt alternativ for kuldeisolering, gir også Cryogel Z en god innskudd støydemping og har også svært gode branntekniske egenskaper.

Prosesstemperatur: -162 °C
Isolasjon system: 2 lag (20mm) Cryogel-Z over PIR

Internasjonale standarder som benyttes ved isolering av LNG systemer

ASTM Standards

• ASTM C552 Standard Specification for Cellular Glass Thermal Insulation
• ASTM C795 Standard Specification for Thermal Insulation for Use in Contact with Austenitic Stainless Steel
• ASTM C1639 Standard Specification for Fabrication of Cellular Glass Pipe insulation
• ASTM C1729 Standard Specification for Aluminum Jacketing for Insulation
• ASTM C1767 Standard Specification for Stainless Steel Jacketing for Insulation
• ASTM E136 Standard Test Method for Behavior of Materials in a Vertical Tube Furnace at 750 °C

EN Standards

• EN 1473 Installation and equipment for liquefied natural Design of onshore installations
• EN 13468, Thermal insulating products for building equipment and industrial installations
• EN 14305, Thermal insulation products for building, equipment and industrial installations. Factory made cellular glass (CG)
• EN ISO 1182, Reaction to fire tests for building products — Non-combustibility test

International Organization for Standardization (ISO)

• ISO 9001: Quality management systems — Requirements
• ISO 9002: Quality systems. Modelled for quality assurance in production, installation, and service

United States Coast Guard International Maritime Organization

• Coast Guard Approval Number: 109/55/0

British Standards (BS)

• BS 4370-1-4 Method of test for rigid cellular materials

German Standards (DIN)

• DIN 4102-1 Fire Behavior of Building Materials and Building Components.