Probleme stets im Blick

Einsatz von Wärmebildkameras zur Instandhaltung in der Petrochemie

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04.08.2008 Mineralölkonzerne und die petrochemische Industrie müssen die Produktion und den Transport des Rohöls ebenso optimieren wie den Raffinierungs- und Verarbeitungsprozess. Es gibt eine Reihe von täglichen Prozeduren, mit denen unter normalen Umständen dafür gesorgt werden kann, dass Ölplattformen, Raffinerien, Verarbeitungsfabriken, Pipelines und Pumpstationen mit optimaler oder zumindest „normaler“ Kapazität arbeiten.

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Entscheider-Facts Für Anwender



  • Tragbare Wärmebildkameras sind nützliche Hilfsmittel für die Durchführung regelmäßiger Inspektionen und vorausschauender Instandhaltungsarbeiten in der petrochemischen Industrie.
  • Sinnvoll sind Inspektionsrouten, die alle kritischen Anlagenteile enthalten. Regelmäßige Messungen zeigen Zustandsveränderungen im Laufe der Zeit.
  • Es müssen Prozeduren definiert werden, damit ein Problem frühzeitig erkannt wird und ein Ausfall der Anlage verhindert werden kann.
  • Die IR-Fusion-Technologie ermöglicht die pixelweise Kombination von Wärme- und Sichtbildern auf einem einzigen Display in Echtzeit.

Durch prädiktive (vorausschauende) Instandhaltungsmaßnahmen, mit denen der Betriebszustand von Anlagen überwacht wird, kann das Betriebs- und Instandhaltungspersonal die Zuverlässigkeit und damit die Laufzeiten der Produktionsanlagen optimieren. Ziel dieser Maßnahmen ist es, bevorstehende Ausfälle rechtzeitig zu erkennen und die Problemursachen zu beheben, um ungeplante – und teure – Stillstände zu vermeiden.

Viele Systemausfälle in der petrochemischen Produktion, ob hinsichtlich Schmierung, Ventilversagen, Verhalten von Abscheidern oder in Bezug auf die Elektrik, kündigen sich durch einen vom Sollzustand abweichenden Temperaturverlauf an. Eine unnormal heiße oder kalte Stelle an einer Prozessanlage weist oft auf ein Problem hin. Tragbare Wärmebildkameras, die zweidimensionale Bilder der scheinbaren Oberflächentemperaturen von Objekten erfassen, sind daher nützliche Hilfsmittel für die Durchführung regelmäßiger Inspektionen und vorausschauender Instandhaltungsarbeiten in der petrochemischen Industrie.

Was lässt sich prüfen?

In den Raffinerien und petrochemischen Fabriken, die bereits die Thermografie nutzen, werden mit diesem Verfahren hauptsächlich Prüfungen in der Elektrik durchgeführt, da sich elektrische Phänomene dem Blick entziehen und Temperaturmessungen in der laufenden Anlage durch hohe Spannungen oft aus Sicherheitsgründen nicht möglich sind. Es können potenzielle Problemursachen, wie lose oder korrodierte Verbindungen, Unsymmetrien in dreiphasigen Versorgungssystemen, defekte Transformatoren und Schaltanlagen sowie Fehler in Motorsteuerungen, lokalisiert werden. Weitere Anlagen, die mithilfe der Thermografie sinnvoll überwacht werden können, sind zum Beispiel Anlagen mit feuerfester Isolierung, Heizgeräte, Kessel, Öfen, Wärmeübertrager, Dampfleitungen und Kondensatabscheider, Prozess- und Sicherheitsventile, Dampfturbinen, Prozessleitungen, Motoren und deren Getriebe und mechanische rotierende Anlagen. Sehr gut eignet sich die Thermografie auch zum Kontrollieren von Füllständen bzw. zum Überprüfen von Tanks und anderen Behältern auf Verunreinigungen.

Beginnen Sie beim Überprüfen mit den sicherheitskritischen Anlagen – denjenigen Systemen, deren Ausfall für Menschen gefährlich werden kann oder Sachschäden zur Folge hat. Wenn Sie festgelegt haben, welche Anlagen besonders wichtig sind, ermitteln Sie, durch welche Zustände diese Anlagen besonders beansprucht werden, und überprüfen Sie diese Anlagen entsprechend häufiger. Schlamm, Lösemittel und Partikel stellen zum Beispiel eine zusätzliche Belastung für Motoren dar und beeinträchtigen die Funktion von Lagern, Wicklungen und Isolierungen. Beanspruchung, Verschmutzung und Verschleiß äußern sich oft in Form von Wärme, die mithilfe einer Wärmebildkamera erkannt werden kann. Besonders beanspruchte Motoren sollten öfter überprüft werden als andere. Bei den ersten Einsätzen von Wärmebildkameras werden Sie sicherlich zu viele Bilder aufnehmen und dokumentieren. Das hilft aber dabei, Erfahrungen zu sammeln und auf diese Weise ein besseres Gefühl dafür zu bekommen, wo Anomalien auftreten und wie sie zu finden sind. Mit diesen Erkenntnissen können Sie später den Aufwand reduzieren und sich auf die kritischen oder anfälligen Anlagenteile konzentrieren.

Sicherheitskritische Bereichebesonders beachten

Wärmebildkameras können eingesetzt werden, um heiße oder kalte Stellen oder andere Abweichungen aufzuspüren. Achten Sie vor allem auf Anlagen ähnlicher Art, die unter ähnlichen Bedingungen arbeiten, aber andere Temperaturverläufe zeigen. Starke Abweichungen oder auffällige Wärmenester (Hot Spots) weisen oft auf Probleme hin.

Wärmebildkameras sind auch zur ergänzenden Überprüfung von Systemen geeignet, die mit Thermoelementen überwacht werden. Mit einem Wärme-Scan können diese Bereiche schnell kontrolliert werden, vor allem wenn eine Messstelle eine auffallende Temperaturänderung meldet, was einerseits an einer Anomalie in der Anlage, andererseits aber ebenso an einem fehlerhaften Thermoelement liegen kann.
Eine gute Lösung besteht darin, Inspektionsrouten zu erstellen, die sämtliche kritischen Anlagenteile enthalten. Speichern Sie bei jeder Messung ein Wärmebild des gemessenen Objekts sowie die dazugehörigen Daten im Computer und verfolgen Sie die Zustandsveränderungen im Laufe der Zeit. Sie verfügen bei dieser Vorgehensweise immer über Basisdaten, die Sie zu Vergleichszwecken heranziehen können, um festzustellen, ob eine erkannte heiße oder kalte Stelle unüblich ist. Außerdem können Sie anhand dieser Daten kontrollieren, wie erfolgreich eine Reparatur war.
Bedingungen, die ein Sicherheitsrisiko darstellen, sollten bei Reparaturen höchste Priorität haben. Der drohende Ausfall einer entscheidenden Anlage bedeutet Alarmstufe Rot. Für die Quantifizierung von Warn- und Alarmstufen für diese Anlagen sollten die gleichen Personen hinzugezogen werden, die auch für die Bedienung, Wartung und Sicherheit zuständig sind und festlegen, welche Produktionsmittel von entscheidender Bedeutung sind.

Hohe Ausfallkosten undFolgeaktionen

Welche Kosten genau mit einem Ausfall verbunden sind, lässt sich in der Mineralölbranche und dem petrochemischen Sektor jedoch nur schwer feststellen. Im Jahr 2000 wurde in einer Quelle ein Betrag von mehr als 700000,-Euro/h für den Ausfall in einer chemischen Großanlage genannt. Diese Zahl berücksichtigt natürlich nicht die jüngsten scharfen Preisanstiege für Rohöl, die resultierenden Kosten für die Herstellung mineralölbasierender Produkte sowie das gestiegene Bruttoeinkommen aus dem Verkauf dieser Produkte.

Wichtig sind auch die Folgeaktionen nach dem Erkennen eines Problems. Das Problem muss analysiert werden, und es müssen Prozeduren definiert werden, damit ein Problem frühzeitig erkannt werden und ein Ausfall während des Betriebs vermieden werden kann. Wird mit der Wärmebildkamera ein Problem erkannt, können die Erkenntnisse mithilfe der zugehörigen Software in einem Bericht dokumentiert werden, der ein Digitalfoto und ein Wärmebild der Anlage enthält. Hiermit können die aufgespürten Probleme am besten kommuniziert werden, sodass geeignete Abhilfemaßnahmen ergriffen werden können. Scheint ein Ausfall bevorzustehen, muss die Anlage entweder außer Betrieb genommen oder – wenn möglich – während des Betriebs repariert werden.

Funktionsweise der Thermografie

Thermografie basiert auf dem Verfahren der Abstrahlung langwelligen Infrarotlichtes jedes Körpers oberhalb von 0K. Die empfangene Strahlungsintensität wird in ein Falschfarbenbild übersetzt, das vom Anwender leicht interpretiert werden kann. Die Übersetzung der Wärmestrahlung kann in verschiedene Farbpaletten erfolgen: Rot – Blau etwa zeigt kleine Unterschiede sehr differenziert an, „glühendes Eisen“ gestattet eine instinktive Erfassung heißer Stellen, diese zeigen sich nämlich als orange bis weißgelb auf graublauem Hintergrund. Dies ist ideal für Neueinsteiger, weil kritische Stellen regelrecht ins Auge springen.

Die Stärke einer Thermokamera macht auch die Bildanalyse aus. So muss sich die Temperatur dedizierter Bildpunkte ermitteln lassen. Einstellungen für Temperaturspanne und -bereich ermöglichen eine feine Auflösung von kleinen Temperaturunterschieden, zum Beispiel bei der Untersuchung von großflächigen Bereichen mit geringen Temperaturunterschieden.
Für den Anwender stellt sich die Bedienung dieses innovativen Werkzeugs ganz einfach dar: Er braucht die Kamera nur auf die gewünschte Stelle richten und scharf stellen. Der Temperaturbereich wird automatisch so eingestellt, dass ein aussagekräftiges, zweidimensionales Bild der Temperaturverteilung entsteht. Das erforderliche Know-how darf allerdings nicht unterschätzt werden, denn nur mit Wissen über reflektierte und emittierte Strahlung und die unterschiedliche Emissivität von Materialoberflächen kann man die Thermografie so einsetzen, dass man auch mit den richtigen Messwerten arbeitet.

IR-Fusion: Sichtbild und Wärmebild in einem

Der Wunsch, eine Kamera zu haben, die ein Bild erstellen kann, das den Detailreichtum eines Sichtbilds und die Temperaturmessung eines Wärmebilds zeigt, hat zur Entwicklung von Wärmebildkameras geführt, die Wärmebild und Sichtbild in einem Bild vereinen. Die IR-Fusion-Technologie ermöglicht die pixelweise Kombination von Wärme- und Sichtbildern auf einem einzigen Display in Echtzeit. Sie bietet Anwendern von Wärmebildkameras viele Vorteile, da sie die Temperaturmessung eines Wärmebilds und die Klarheit und räumliche Auflösung eines Sichtbilds vereint.

Der Hauptvorteil dieser Kombination liegt darin, dass Problemstellen, die im Wärmebild dargestellt sind, in einem Bild im sichtbaren Bereich besser lokalisiert und genau bestimmt werden können. Instandhalter und Servicetechniker haben dadurch einen direkten Zusammenhang zwischen dem Sichtbild und einer im Wärmebild gefundenen Problemstelle.
Bilder mit Licht im sichtbaren Bereich sind schärfer, klarer und haben eine höhere räumliche Auflösung als Wärmebilder, weil sie in den gleichen Farben, Formen und Intensitäten dargestellt werden können, wie die vom menschlichen Auge gesehenen. Daher lassen sich Struktur und Beschaffenheit des Messobjekts in Sichtbildern einfacher interpretieren. Die unsichtbaren Intensitäten von Wärmebildern werden in verfälschten Farben gezeigt und erschweren damit zuweilen die Interpretation.
IR-Fusion erleichtert das Erkennen von Details und potenziellen Problemen und verbessert die Effizienz bei der Fehlerfindung und die Klarheit der Berichterstellung erheblich.
Bei den Wärmebildkameras mit IR-Fusion ermöglichen fünf verschiedene Betrachtungsmodi mehr Klarheit, Genauigkeit und das Hinzufügen eines nützlichen Referenzrahmens für Wärmebilder. Bilder können direkt auf dem Kameradisplay oder per Software bearbeitet werden. Auf diese Weise wird eine neue Detaildimension geschaffen, die Zeit und Geld spart und optimale Infrarot-Informationen über die jeweiligen Anwendungen und Umgebungen liefert. Folgende Betrachtungsmodi stehen zur Verfügung:

  • reines Wärmebild: Wärmebilder mit hoher Auflösung;
  • vollständiges Sichtbild (dieser Modus steht bei einigen Modellen nur per Software zur Verfügung): ein Sichtbild wie mit einer Digitalkamera aufgenommen;
  • Bild-im-Bild: ein im Sichtbild eingeblendetes Wärmebild, das zu Referenzzwecken von einem Sichtbildrahmen umgeben ist;
  • automatisches Überblenden (bei einigen Modellen nur per Software): Kombination von Wärme- und Sichtbildern als Überblendung, deren Intensitäten vom Benutzer zur optimalen Darstellung eingestellt werden;
  • Alarm-Wärme-/Sichtbild (bei einigen Modellen nur per Software): zeigt nur die Bildbereiche als Wärmebild an, die über, unter oder zwischen einem benutzerdefinierten Temperaturbereich liegen. Der Rest des Bildes ist vollständig sichtbar.

Neue Wärmebildkameras problemlos zu bedienen

Bei Wärmebildkameras schreitet die Entwicklung mit rasender Geschwindigkeit voran, gleichzeitig hat sich das Preis-Leistungs-Verhältnis in den letzten Jahren stetig verbessert. Die neuen Wärmebildkameras Ti25 und Ti10 sind für den Praxiseinsatz unter rauen industriellen Umgebungsbedingungen konzipiert. Sie sind staubdicht und spritzwassergeschützt gemäß IP54 und überstehen nachweislich einen Fall aus 2m Höhe. Beide Modelle sind mit der IR-Fusion-Technologie ausgestattet und durch ein Dreitastenmenü für die intuitive Bedienung und Navigation per Daumendruck besonders einfach und sicher bedienbar. Auf dem Farb-LCD im Widescreen-Format werden Wärmebilder mit einer Auflösung von 160×120 Pixeln dargestellt.

Eine bei Inspektionen sehr nützliche Funktion des Modells Ti25 ist das Aufzeichnen und Speichern von Sprachnotizen für jedes einzelne Bild. Auf der 2-GB-SD-Speicherkarte der Wärmebildkameras können mindestens 3000 Standard-Wärmebilder bzw. 1200 vollständig radiometrische Wärme- und verknüpfte Sichtbilder gespeichert werden, bei der Ti25 können jeweils Sprachnotizen von 60s Länge hinzugefügt werden. Die Software Smartview dient zur Anzeige, Kommentierung, Bearbeitung und Analyse von Wärmebildern und unterstützt die IR-Fusion-Technologie vollständig. Sie ermöglicht das Bearbeiten von Bildern in allen fünf Betrachtungsmodi und das Erstellen benutzerdefinierter und professionell gestalteter Berichte in nur wenigen Arbeitsschritten.

Heftausgabe: August 2008

Über den Autor

Dieter Kühne , Market Communication Manager Fluke Deutschland
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