Die Investition rechnet sich

Kamera zur Gasvisualisierung verbessert Umweltschutz und Sicherheit

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

09.10.2012 In vielen petrochemischen Anlagen werden unsichtbare Kohlenwasserstoffgase verarbeitet. Der überwiegende Teil dieser Gase ist unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit bedenklich. Daher ist die Visualisierung von Gaslecks in diesen petrochemischen Anlagen überaus wichtig.

Anzeige

Entscheider-Facts Für Anwender

  • Eine Infrarotkamera zur Gasvisualisierung ist ein schnelles, berührungsfrei arbeitendes Messinstrument, das Gaslecks in Echtzeit bildhaft darstellen kann.
  • Wo Gasschnüffelgeräte nur einen Zahlenwert liefern, lassen sich mit einer derartigen Kamera Lecks überall im Sichtfeld der Kamera auch aus größerer Entfernung entdecken. Das beschleunigt die Inspektionen erheblich.
  • Mit herkömmlichen Schnüffelgeräten braucht ein Inspektionsteam bei Borealis in Stenung­sung für 100 km Rohrleitung eine ganze Woche. Mit der Gaserkennungskamera kann eine Person diese Arbeit an einem Tag erledigen.
  • Mit einer Gaserkennungskamera können Lecks auch an Stellen aufgespürt werden, deren Entdeckung mit einem Schnüffelgerät nahezu unmöglich gewesen ist.

Als Beispiel ist hier das Borealis-Werk in Stenungsund (Schweden) zu nennen, in dem Polyethylen niederer Dichte (LDPE) im Hochdruckverfahren für die Kabel- und Leitungsindustrie hergestellt wird. Die jährliche Produktionskapazität der Anlage liegt bei 350.000 t. Den Hauptbestandteil des Endprodukts liefert die Crack-Anlage von Borealis: Ethylen, das durch einen Hochdruck-Polymerisationsprozess zu Polyethylen wird.
Ethylen ist ein hoch entflammbares Kohlenwasserstoffgas. Um die Sicherheit innerhalb der Anlage weiter zu verbessern und die umweltschädlichen Auswirkungen zu verringern, setzt Borealis eine Infrarot-Gasvisualisierungskamera ein. Mit diesem Werkzeug zum Aufspüren von austretenden Gasen stellt Borealis sicher, dass die für den Prozess verantwortlichen Mitarbeiter kein Gasleck übersehen.
Eine Infrarotkamera für die Gasvisualisierung ist ein schnelles, berührungsfrei arbeitendes Messinstrument, das Gaslecks in Echtzeit darstellen kann. Wo viele andere Messinstrumente dem Prüfverantwortlichen nur einen Zahlenwert präsentieren, liefern Gaserkennungskameras bildhafte Informationen, durch die das Aufspüren von Undichtigkeiten intuitiver und schneller wird. Diese Kameras lassen sich auch in schwer zugänglichen Bereichen einsetzen, da sie kleine Lecks auch aus einer gewissen Entfernung lokalisieren können. „Als wir mit den Tests dieser neuen Technologie begannen, war ich zunächst skeptisch“, räumt Jan Åke Schiller, Schichtleiter LDPE, ein. „Aber als ich diese Gaserkennungskameras schließlich in Aktion sah, ist mir klar geworden, welches Potenzial in ihnen steckt, wenn es um das Aufspüren von Undichtigkeiten hier in der Polyethylen-Anlage bzw. in petrochemischen Anlagen im Allgemeinen geht.“

Vorteile der Gasvisualisierung
per Infrarotkameratechnik

Vor dem Kauf einer Gaserkennungskamera setzten Jan Åke Schiller und seine Kollegen so genannte „Schnüffelgeräte“ ein. Diese Geräte messen die Konzentration eines bestimmten Gases an einem einzigen Standort und liefern einen Messwert der Konzentration in ppm. „Der entscheidende Vorteil der Gasvisualisierungskamera ist, dass sie die Möglichkeit einer bildhaften Erkennung von Gasen bietet“ erklärt Jan Åke Schiller. „Wo Gasschnüffelgeräte nur einen Zahlenwert liefern, lassen sich mit einer derartigen Kamera Lecks überall im Sichtfeld der Kamera entdecken. Das beschleunigt die Inspektionen erheblich. Jetzt, wo wir die Gaserkennungskamera haben, führen wir bei jedem Einschalten eine Schnellinspektion durch. Damit decken wir etwa 80% der gesamten Anlage in nur 30 min ab. Um mit Schnüffelgeräten ein vergleichbares Ergebnis zu erzielen, müsste ein Team aus zehn Mitarbeitern zwei ganze Tage arbeiten.“
Laut Jan Åke Schiller bedeutet dies jedoch nicht, dass nun völlig auf diese Geräte verzichtet wird. „Neben der Gasvisulisierungskamera arbeiten wir auch weiterhin mit Schnüffelgeräten. Mit der Kamera spüren wir Undichtigkeiten auf und benutzen anschießend das Schnüffelgerät, um die Größe des Lecks quantitativ zu bestimmen.“ Jan Åke Schiller war überrascht, wie hochempfindlich die Kamera GF306 bei der Gaserkennung reagiert. „Ich entdeckte Lecks, bei denen das Schnüffelgerät einen Messwert von unter 100 ppm angab. Vor allem im Hochempfindlichkeits-Modus (HSM)ist diese Kamera erstaunlich empfindlich, mit ihr lassen sich sogar kleinere Gaslecks aus etwa 70 m Entfernung entdecken. Dadurch kann der Bediener solche Inspektionen aus sicherer Entfernung ausführen.“

High-Sensitivity-Modus steigert
thermische Empfindlichkeit

Der High-Sensitivity-Modus (HSM) ist eine spezielle Funktion, die in alle Gaserkennungskameras der GF-Serie integriert ist. Dabei handelt es sich um eine mit Bildsubtraktion arbeitende Videoverarbeitungsfunktion, die die thermische Empfindlichkeit der Kamera effektiv steigert. Die HSM-Funktion subtrahiert einen bestimmten Prozentsatz einzelner Pixelsignale der Bilder im Videostream von den darauf folgenden Aufnahmen und verstärkt so die Unterschiede zwischen den Bildern. Folglich treten mit diesem Verfahren Undichtigkeiten noch deutlicher hervor.
Informationen zu allen Gaslecks, die zu reparieren sind, werden den Instandhaltungsteams mitgeteilt. In diesem Teil des Prozesses bietet die Verwendung von Gasvisualisierungskameras laut Jan Åke Schiller ebenfalls einen Vorteil gegenüber Schnüffelgeräten. „Beim Einsatz von Schnüffelgeräten muss man die exakte Position des Lecks mit Worten beschreiben, und das kann gelegentlich schwierig sein. Mit der Gas­erkennungskamera können wir einfach eine Videodatei an den Arbeitsauftrag anhängen. Das Instandhaltungsteam sieht dann selbst, wo genau sich das Leck befindet. Dadurch muss ich weniger Zeit mit dem Erstellen von Berichten zu den Gaslecks verbringen, und mir steht mehr Zeit in der Anlage zur Verfügung, in der ich nach Undichtigkeiten suchen oder andere Aufgaben ausführen kann.“

Höhere Inspektionsfrequenz
Da diese Inspektionen jetzt durch den Einsatz der Gaserkennungskamera GF306 deutlich weniger Zeit in Anspruch nehmen, hat sich die Häufigkeit der Einsätze zum Aufspüren austretender Gase laut Jan Åke Schiller deutlich erhöht. „Als wir nur Schnüffelgeräte zur Verfügung hatten, führten wir einmal pro Jahr Inspektionen durch. Um alle Rohrleitungen in dieser Anlage abzudecken, die insgesamt eine Länge von mehr als 100 km haben, benötigt ein Team mit Schnüffelgeräten eine ganze Woche. Mit der Gaserkennungskamera kann eine Person das Ganze an einem Tag erledigen. Seitdem wir diese Kamera haben, untersuchen wir die komplette Anlage zweimal pro Jahr, und wir führen auch bei jedem Einschalten eine Schnellinspektion durch. Die Inspektionsfrequenz hat sich damit erheblich erhöht.“
Die Gaserkennungskamera GF306 besitzt einen gekühlten QWIP-Detektor (Quantentopf-Infrarot-Photodetektor), der Wärmebilder mit einer Auflösung von 320 x 240 Pixel und einer thermischen Empfindlichkeit von 25 mK (0,025 °C) erzeugt. Die Visualisierung der Gase mit der GF-Serie beruht auf dem Prinzip der Infrarotabsorption. Gase absorbieren elektromagnetische Strahlung in bestimmten Teilen des elektromagnetischen Spektrums. Die Gaserkennungskameras der GF-Serie besitzen einen Spektralfilter, ein Focal-plane-array-Detektor und Optiken, die auf gewisse Spektralbereiche abgestimmt sind. Da das Gas – sofern vorhanden – Infrarotstrahlung absorbiert, blockiert es die Strahlung von Gegenständen, die hinter dem Gas liegen. Dadurch erscheinen Gaslecks entweder als schwarze oder weiße Fahne im Wärmebild, je nachdem, ob der Anwender die Einstellung „weiß-heiß“ oder „schwarz-heiß“ gewählt hat.

Aufzeichnen von Videoaufnahmen
Neben der Visualisierung in Echtzeit kann die Kamera sowohl Tageslicht- als auch Wärmebild-Videoaufnahmen aufzeichnen. „Das ist äußerst wichtig, denn der sich wie eine Fahne bewegende Rauch ist auf einem Video viel deutlicher als in einem Standbild zu erkennen“, erläutert Jan Åke Schiller. „Für Berichte zu Gaslecks beginnen wir unsere Videoaufzeichnung normalerweise im Tageslichtmodus, damit das Instandhaltungsteam den Ort und die Position sieht. Dann wechseln wir in den Gaserkennungsmodus, um das Leck zu zeigen. Anschließend schalten wir nochmals zurück in den Tageslichtmodus, um die Position der Undichtigkeit zu verifizieren. Diese Vorgehensweise hat sich bei uns bewährt.“
„Diese Anlage ist relativ neu, sie wurde erst vor einigen Jahren eingeweiht und ersetzt unsere alte Polyethylenanlage“, ergänzt Jan Åke Schiller. „Die neue Produktionsstätte hatte ein paar Kinderkrankheiten, aber mit Hilfe der Gaserkennungskamera konnten wir sie zu einer der leckdichtesten Polyethylenanlagen weltweit machen. Diese neue Anlage produziert doppelt so viel Polyethylen wie die alte Anlage, aber die Menge der durch Lecks entweichenden flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) ist um den Faktor 10 geringer.“

Aufspüren von Lecks an unerwarteten Stellen
Laut Jan Åke Schiller ist einer der Vorteile von Gaserkennungskameras die Tatsache, dass es wahrscheinlicher wird, Undichtigkeiten an Stellen zu entdecken, an denen man nicht damit rechnete. „Gaslecks können wirklich an den seltsamsten Punkten auftreten. Es gab einen Fall, bei dem ein Trägerrohr auf eine Biegung der Rohrleitung aufgeschweißt war. Der Schweißer war jedoch übermotiviert, und seine Schweißnaht hatte ein Leck von der Leitung in das Trägerrohr verursacht. Mit der Gas­erkennungskamera konnte man das aus dem Trägerrohr entweichende Gas problemlos lokalisieren, da es auf dem Wärmebild sehr deutlich erkennbar war. Mit einem Schnüffelgerät hätte es jedoch Jahre gedauert, das Leck zu orten, wenn wir es überhaupt gefunden hätten. Denn wer sucht schon in einem Trägerrohr nach Undichtigkeiten?“
„Ein weiteres Beispiel für ein Leck an einer unerwarteten Stelle war meine Entdeckung, dass Gas aus einem Dämmstoff entwich. Durch eine Undichtigkeit in einer Verbindung am anderen Ende strömte Gas hinter die Dämmung und trat erst in einiger Entfernung von dieser Stelle aus. Eine Gasvisualisierungskamera muss exakt an die richtige Position gehalten werden, um ein Gasleck zu entdecken. Daher wird es ein Prüfer nur an Stellen einsetzen, an denen mit Undichtigkeiten zu rechnen ist. Mit einer Gase visualisierenden Kamera sieht man alle Lecks im Sichtfeld der Kamera. Mit ihrer Hilfe entdeckt man Undichtigkeiten schnell und kann umfassendere Inspektionen durchführen.“

Nicht am falschen Ende sparen
„Einige Unternehmen entscheiden sich unter Umständen aufgrund des Preises nicht für den Kauf einer Gaserkennungskamera. Das ist nachvollziehbar, denn ein Schnüffelgerät ist deutlich günstiger“, fährt Jan Åke Schiller fort. „Aber der Unterschied in den Anschaffungskosten ist trügerisch. Zum einen ist die Inspektion mit Schnüffelgeräten deutlich aufwendiger, und Arbeitsstunden sind nicht preiswert. Zum anderen sind Lecks an unerwarteten Stellen schwierig zu finden und können mit Schnüffelgeräten leicht übersehen werden. Mit Gase visualisierenden Kameras lässt sich daher die Sicherheit der Mitarbeiter und der Bewohner im Umfeld der Anlage gewährleisten, und meiner Meinung nach ist eine Investition in höhere Sicherheit in jedem Fall positiv zu bewerten. Der Einsatz einer Gaserkennungskamera verstärkt auch die Sensibilisierung für die Sicherheit der Arbeiter auf der Anlage. Sie fühlen sich sicher in dem Wissen, dass mit der GF306 und ihrer Aufmerksamkeit kein Gasleck entgeht.“
„Durch den Einsatz von Gase visualisierenden Kameras wird nicht zuletzt diejenige Menge der Gase reduziert, die in die Atmosphäre entweichen“, führt Jan Åke Schiller weiter aus. „Da diese Gase unser Grundwerkstoff sind, wäre es eine Verschwendung, sie durch Undichtigkeiten zu verlieren. Sinnvoller wäre es, sie für die Kunststoffherstellung zu benutzen. Entweichende Gase sind daher nichts anderes als Geldverschwendung.“

 

Heftausgabe: Oktober 2012

Über den Autor

Frank Liebelt
Loader-Icon