DE69231277T2

DE69231277T2 - Rohr

Info

Publication number: DE69231277T2
Application number: DE69231277T
Authority: DE
Inventors: Jan Ageheim; Thomas Andersson
Original assignee: Petrotechnik Ltd; KUNGSOERS PLAST KUNGSOER AB
Current assignee: Petrotechnik Ltd; KUNGSOERS PLAST KUNGSOER AB
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1992-11-23
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2012-11-24
Also published as: BR9206801A; RO113541B1; SK58994A3; WO1993009948A1; FI108530B; FI942347A; DK0613419T3; HU9401534D0; SE9103472L; CA2124089A1; NO941908L; HUT73590A; NO941908D0; SK280169B6; CZ125494A3; SE9103472D0; BG98782A; EP0613419B1; NO300881B1; FI942347A0

Description

Die Erfindung betrifft Rohre und Behälter für den Transport und die Lagerung von Benzin und Kohlenwasserstoffen von ähnlicher Art wie Benzin, die typischerweise bei Tankstellenanlagen und anderen gleichen Anlagen benutzt werden, in denen Benzin oder andere Kohlenwasserstoffe wie unter anderem Kerosin, Dieselkraftstoff, Heizöl, natürliches Gas, LPG oder ähnliche in Tanks gelagert werden und von dort z. B. den Pumpen in der Zapfanlage zugeführt werden. Unter den Verwendungsgebieten für diese Rohre können die folgenden erwähnt werden: Rohre zur Belüftung und Rückführung von Gasen und andere Verteilungsaufgaben.
Bei Anlagen der oben genannten Art ist es üblich gewesen, galvanisierte Rohre zu verwenden, die jeweils eine Länge von 6 Metern haben, was bedeutet, dass die Rohre miteinander verbunden werden müssen. Eine Verbindung steht immer für die Gefahr einer Leckage. Diese Gefahr wird durch die Tatsache vergrößert, dass die Wetteränderungen während der Jahreszeiten Wirkungen durch Bodenbewegungen hervorrufen, wobei diese Wirkungen nicht gänzlich vermieden werden können. Es muss natürlich betont werden, dass auch wenn die Rohre in Form eines kontinuierlichen Schlauchs aus einem Kunststoffmaterial, das für die Anwendung geeignet ist, verlegt werden, die Kräfte durch die Bodenbewegungen verbleiben, aber aufgrund der inhärenten Eigenschaften des Materials die Resultate der bestehenden Kräfte im wesentlichen eliminiert werden können. Die Gefahr von Leckagen der Kohlenwasserstoffe durch Diffusion verbleibt jedoch.
Die Leckage aus Rohren, die im allgemeinen für diesen Zweck eingesetzt werden, kann etwa mit 0,4 g/Meter und Monat das heißt 2,5 l/Meter und Jahr geschätzt werden. Diese Schätzung bezieht sich auf Polyethenrohre der üblichen Arten. Zusätzlich zu Polyethenrohren werden auch Rohre aus Glasfaser verstärktem Kunststoffmaterial verwendet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, Rohre oder Behälter zum Transport und/oder zur Lagerung von Benzin oder Kohlenwasserstoffen mit ähnlichen Eigenschaften bereitzustellen, wobei die Rohre aus einem Material hergestellt werden, das genannte Material mit den genannten Kohlenwasserstoffen chemisch kompatibel ist und das genannte Material eine verminderte Absorption der transportierten oder gelagerten Kohlenwasserstoffe aufweist. Darüber hinaus sind die Rohre in einem solchem Maße gegen Diffusion beständig, dass sie mit einem höheren Grad an Sicherheit als die bis jetzt existierenden Rohre im Boden installiert werden können.
Allgemein gesagt können die meisten Polyolefine für den Transport von Benzin benutzt werden, wenn man bedenkt, dass die meisten Polyolefine in größerem oder kleinerem Ausmaß eine Beständigkeit gegen Benzin zeigen. Zu diesen gehören Polyethen und Polypropylen, welche als Materialien chemisch inert sind und auch vorteilhafte Eigenschaften zeigen, wenn sie in Verbindung mit Kohlenwasserstoffen verwendet werden. Die am meisten verbreitete Verwendung in diesem Zusammenhang ist die für Treibstofftanks zum Einkau in Fahrzeuge, wobei besagte Tanks seit mehr als zehn Jahren aus Polyethen hergestellt worden sind.
Die Polyethen-Matrix (d. h. das molekulare Netzwerk des Materials) gehört jedoch nicht zu den diffusionsbeständigsten Kunststoffen, da durch dieses Material eine bestimmte Menge Lösemittel, zum Beispiel Benzin, hindurch diffundiert und von dem Material absorbiert wird. Die Dicke der hergestellten Güter ist von essentieller Bedeutung ebenso wie die Wetterbedingungen der Umgebung, insbesondere die Temperatur, wenn das Rohr über dem Boden installiert ist und wenn das Rohr im Boden installiert ist, sind die wirksamen Faktoren im wesentlichen dieselben. Dass verschiedene Arten von Rohstoffen verschiedene Durchlässigkeits-Faktoren zeigen ist in der Technik gut bekannt und diese Tatsache wird bei verschiedenen Anwendungen genutzt.
Es ist in anderen Anwendungsgebieten bekannt, Rohre auf der Außenseite zu beschichten, um die Diffusion gasförmiger Elemente oder Verbindungen von der Außenseite in das Rohr zu vermindern, zum Beispiel die Beschichtung auf der Außenseite von Wasserrohren, um den Zutritt von Sauerstoff zu dem in den Heizungskreisläufen zirkulierenden heißen Wasser zu verhindern.
Es ist auch bekannt, das Innere von Treibstofftanks in Fahrzeugen durch Lackieren zu versiegeln, um die Diffusion von Benzindämpfen zu stoppen. Diese Art von Behandlung kann aus natürlichen Gründen nicht auf kontinuierliche Rohre angewendet werden.
Ein Gas-diffusionsbeständiger Gegenstand ist aus der EP A2 0030091 bekannt, der drei Lagen umfasst, von denen eine die Zwischenlage ist und so gewählt wird, dass sie für beide Lagen ein Klebstoff ist und so, dass die genannte Lage auch die relativen Koeffizienten der linearen Ausdehnung zwischen der Zwischenlage und ihren benachbarten Lagen ausgleicht. Diese Rohre können durch Coextrusion hergestellt werden. Dieses Rohr ist für Zentralheizungssysteme bestimmt und sie müssen daher in der Lage sein, einer großen Vielzahl von Temperaturen standzuhalten, viel größer als der Temperaturbereich für die Rohre gemäß der Erfindung.
Eine Anzahl von Dokumenten, die Beispiele des Standes der Technik in dem relevanten Gebiet zeigen, sind die folgenden JP A 2035290, JP A 3197034, JP A 3224735.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Verwendung des Rohres gemäß der Erfindung gelöst.
Wir haben die oben beschriebenen Probleme durch Ausstattung der Innenseite eines Polyethenrohres gelöst, wobei das besagte Rohr von herkömmlicher Art für diesen Zweck ist und das Rohr aus Polyethen vom Typ MD-PE (Polyethen mittlerer Dichte) ist, eine Sperrschicht aufweist, die sowohl mit dem Polyethen als auch mit den Kohlenwasserstoffen kompatibel ist, die darin transportiert oder gelagert werden sollen. Als Sperrschicht können Polyethen oder Polypropylen verwendet werden. Diese Schicht enthält auch eine zweite Substanz, die ausgewählt ist unter Polyamid, Polyester und Butylkautschuk, welche geeignete Substanzen für diesen Zweck zu sein scheinen. Ethylenalkohol und Vinylalkohol wie z. B. EVOH und EVAL sind auch für diesen Zweck geeignet. Diese zweite Substanz wird entweder in das Polyethen vom Typ MD-PE (Polyethen mittlerer Dichte) gemischt oder in das Polyethen pfropfcopolymerisiert.
Ein Beispiel einer Sperrschicht gemäß der Erfindung kann verwendet werden. Die gewählte Sperrschicht kann z. B. HD-Polyethen sein, das Butylkautschuk enthält, mit einer Zusammensetzung bei der die Butylkautschuk-Komponente zwischen 5 Gew.-% und 50 Gew.-% variiert und eine bevorzugte Menge etwa 30 Gew.-% ist, und der Rest im wesentlichen HD-Polyethen, das vernetzt sein kann. Wir haben gefunden, dass bei der Verwendung von Prozentanteilen über 50% Verarbeitbarkeitsprobleme auftreten und bei Verwendung von geringen Zusätzen die Wirkungen des Butylkautschuks vermindert sind und bei Zusatz von weniger als 5% keine zufriedenstellende Wirkung erreicht wird. Es wurde gezeigt, dass bei den anderen oben genannten Substanzen als oben genannte zweite Substanz dieselben Verhältnisse anwendbar sind.
Ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung ist, dass keine Notwendigkeit besteht, irgendeine Form von Zusatzschicht oder irgendeine Art von Klebstoff zwischen den zwei Lagen, d. h. der Hauptschicht und der Sperrschicht, vorzusehen. Die beiden Schichten können einfach coextrudiert werden, da sie miteinander kompatibel sind.
Die Sperrschicht ist ein teures Material, was bedeutet, dass die Verwendung des Materials auf die Menge beschränkt ist, die notwendig ist, um die gesetzten Ziele zu erreichen. Unserer Meinung nach vermindert die Verwendung einer Sperrschicht mit einer Dicke von 10-15% des Gesamtmaterials die Diffusion auf ein Zehntel des Wertes, den die verwendeten Materialien üblicherweise heute aufweisen. Wir fanden heraus, dass es aus praktischen Gründen schwierig ist, die Sperrschicht dünner als 0,3 mm zu machen, eine bevorzugte Dicke der Schicht ist 1 bis 2 mm. Die Herstellung einer dickeren Schicht fügt den Eigenschaften der Sperrschicht nichts hinzu und ein solches Vorgehen würde auch den verfügbaren Raum in dem Rohr verringern. Die verhältnismäßig dünne innere Schicht wird den Preis nicht drastisch verändern und die bei der Verwendung von Polyethen in diesem Zusammenhang vorhandenen vorteilhaften Erfahrungen auf lange Sicht ändern sich nicht, da wir das Material des Polyethenrohres nicht ändern, sondern eine kleine Menge Material auf seiner Innenseite zufügen. Wenn wir uns stattdessen entschieden hätten, eine Schicht auf der Außenseite des Rohres anzubringen, hätten alle mechanischen Eigenschaften wie unter anderem die Zugfestigkeit der Rohrverbindungen über lange Zeit getestet und re-evaluiert werden müssen. Durch das oben beschriebene Vorgehen sind wir in der Lage, ohne weitere Untersuchungen und Entwicklung die Verbinder und Ähnliches zu verwenden und darüber hinaus sicher zu sein, dass alle Standardwerte der Eigenschaften des Polyethen als Druckrohr verbleiben.
Der Transport von Fluiden und Flüssigkeiten durch Rohre verursacht statische Aufladung, die stets abgeleitet werden muss. Im Stand der Technik ist es gut bekannt, dem Kunststoffmaterial Ruß zuzusetzen, um das Kunststoffmaterial leitfähig zu machen. Die zugesetzte Menge hängt von der Qualität des Rußes und dem beabsichtigten Anwendungsgebiet ab, d. h. dem Grad der Leitfähigkeit, die zum Erreichen der gewünschten Ergebnisse erforderlich ist. Ein geeigneter Wert für den Widerstand, um statische Aufladung zu vermeiden, scheint im Bereich von 5 bis 500 Ohm/cm zu liegen. Diese Komponente kann der Hauptschicht zugefügt werden.
Um die Sicherheit in Zusammenhang mit dieser Art von Rohranlagen weiter zu verbessern, kann eine Art Leckage Detektor als Schmalband in Form einer leitfähigen Schicht, die es erlaubt den Wert des Widerstands in dem Band auf dem Fachmann geläufige Art und Weise zu messen, auf dem Rohr in Längsrichtung angeordnet werden. Der dahinter stehende Mechanismus besteht darin, dass das Kunststoffmaterial bei der Absorption von Lösemittel quillt und der Abstand zwischen den Rußpartikeln ansteigt und als Folge davon der Widerstand in dem Band, was eine klare Anzeige dafür ist, dass Lösemittel aus dem Rohr lecken.
Es ist extrem praktisch, dieses Band bei der Herstellung des Rohrs zu coextrudieren, da die Anlage dann aus nur einem Rohr besteht anstelle eines zusätzlichen Rohres in der Nähe des ersten wie heute.
Vergleichende Untersuchungen wurden mit drei Arten von Polyethenrohren mit Durchmessern von 66 mm durchgeführt. Die Rohre bestehen aus einem Standardrohr (1) von der Art SA 1-1-2305-5, einem Rohr (2) mit einer Sperrschicht aus Butyl gepfropftem HD Polyethen und einem Rohr (3) mit einer Sperrschicht enthaltend HD Polyethen gemischt mit einem thermoplastischen Polyester.
Die Rohre wurden mit synthetischem Benzin gemäß AB Svenska Anläggningsprovnings Technical Instruction TA 14-01 gefüllt. Das Benzin bestand aus iso-Oktan 50%, Toluol 30% und ortho-Xylol 20%, alle Prozentangaben beziehen sich auf das Volumen.
Die Rohre wurden gewogen und in einem mit Kies gefüllten Kasten untergebracht, ausgenommen das Standardrohr. Der Kasten hatte Abmessungen von 30 · 30 · 200 mm. Der Rest der Rohre, drei, wurde an der Luft aufbewahrt. Alle Versuchsobjekte wurden bei Zimmertemperatur aufbewahrt. Nach 30 Tagen wurden folgende Ergebnisse aufgezeichnet:
Die Rohre mit einer Sperrschicht aus Butyl gepfropftem HD-PE wurden ebenfalls auf ihre Druckfestigkeit und Beständigkeit in Bezug auf Chemikalien untersucht. Die untersuchten Rohre hatten einen Durchmesser von 66 mm und eine Wanddicke von 5 mm für die äußere Schicht und 1,3 mm für die Sperrschicht.
Bei der Druckuntersuchung (80ºC, 170 Stunden gemäß SS 3362.7 und .8) der Rohre mit einer Länge von 400 mm wurden die folgenden Ergebnisse aufgezeichnet.
Der Untersuchungsdruck (P) wird für eine Wanddicke von 5,00 mm berechnet, die sich auf den Teil der Wanddicke des Rohres bezieht, der nicht die Sperrschicht ist.
Die axiale Deformation wurde an 3 Proben gemessen und die folgenden Ergebnisse wurden aufgezeichnet. Axiale Deformation
Ein Zugversuch wurde ebenfalls an 3 Proben durchgeführt.
Zugversuch + 23ºC
Zuggeschwindigkeit 25 mm/min

Probe kN

1 9,9
2 9,7
Ein Zugversuch wurde ebenfalls an Stücken des Rohrmaterials durchgeführt, die bei einer Temperatur von +80ºC aufbewahrt worden waren. Die Stücke wurden auf eine Dicke von 1 mm gewalzt, wobei das Innere des Rohrs unverletzt blieb.
Probekörper wurden als Teststäbe gemäß DIN 53455 geschnitten, Vier Körper wurden 14 Tage bei +23ºC in einer Flüssigkeit aus einem Teil synthetischem Benzin (siehe unten) und einem Teil Methanol aufbewahrt.
Das synthetische Benzin bestand aus:
60 Teilen iso-Oktan
5 Teilen Benzol
20 Teilen Toluol
15 Teilen o-Xylol
Die Körper wurden unmittelbar vor und nach der obigen Prozedur gewogen.

Druckuntersuchung

Ein Rohr wurde mit Verbindern versehen und dann bei +20ºC in ein Wasserbad platziert und mit einem Druck von 25 bar beaufschlagt. Nach einer Stunde wurde die Untersuchung unterbrochen und das Rohr war nicht geborsten
Das oben beschriebene Rohr war durch Coextrusion von zwei Schichten hergestellt worden. Es ist natürlich nicht völlig unmöglich, die Sperrschicht auf der Innenseite des Rohres anzubringen, nachdem das Rohr extrudiert worden ist. Aber da die Rohre in Form von kontinuierlichen Rohren hergestellt werden sollen, erscheint Coextrusion als am besten geeignete Art der Herstellung.
Bei der Herstellung von Behältern zur Lagerung oder von Teilen mit größeren Abmessungen als den hier beschriebenen Rohren kann die Sperrschicht natürlich an den fertigen Gegenständen angebracht werden.
Die Erfindung ist mit Bezug zu Untersuchungsproben beschrieben worden. Es ist natürlich möglich, die Erfindung innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche abzuwandeln.

Claims

1. Rohr aus Schichtmaterial zur Verwendung beim Transport und der Lagerung von Kohlenwasserstoffen wie Benzin, Kerosin, Dieselkraftstoff, Heizöl, natürliches Gas, LPG und dergleichen Kohlenwasserstoffe, die ähnliche chemische und physikalische Eigenschaften hinsichtlich der Diffusion durch Kunststoffmaterialien aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus einer Hauptschicht und einer Sperrschicht besteht und die Hauptschicht im wesentlichen aus Polyethylen oder Polypropylen besteht und die Sperrschicht aus Polyethylen oder Polypropylen in Kombination mit einer der folgenden Komponenten Butylkautschuk, Polyamid und Polyester, wobei Hauptschicht und Sperrschicht miteinander kompatibel sind und die Hauptschicht die äußere und die Sperrschicht die innere Schicht darstellen.

2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht eine Dicke von 1 bis 2 mm besitzt.

3. Rohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht aus einer Mischung von Polyethylen oder Polypropylen mit einer der genannten Komponenten besteht.

4. Rohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht aus Polyethylen oder Polypropylen besteht, auf die eine der genannten Komponenten pfropfcopolymerisiert ist.

5. Rohr nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Haupt- und Sperrschicht coextrudiert sind.

6. Rohr nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht eine Mischung aus Polyethylen oder Polypropylen mit einer der genannten Komponenten aufweist, wobei die zugesetzte Menge der Komponenten von 5 bis 50 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Polyethylens oder Polypropylens variiert werden kann.

7. Rohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht eine Mischung von Polyethylen oder Polypropylen mit Butylkautschuk aufweist, wobei die zugefügte Menge an Butylkautschuk von 5 bis 50 Gew.-% bezogen auf das Gemisch an Polyethylen oder Polypropylen variiert werden kann.

8. Rohr nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zugefügte Menge an Butylkautschuk 30 Gew.-% beträgt.

9. Rohr nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschicht eine geeignete Menge an elektrisch leitender Substanz, vorzugsweise Ruß zugesetzt ist.

10. Rohr nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht eine Dicke von 10 bis 15% der Gesamtdicke des Rohrs aufweist.

11. Rohr nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitendes Schmalband aus Kunststoff längs der Gesamtlänge des Rohrs angeordnet und als Ganzes durch Coextrusion des Rohres mitgeformt ist.