Wartungsvorhersage inbegriffen

Temperaturüberwachung durch Wärmebildkameras in einer italienischen Vergasungsanlage

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

07.06.2019 Die Vergasung von schwerflüchtigen Rückstandsölen aus Destillationsprozessen in Ölraffinerien erfolgt bei Temperaturen über 500 °C und hohem Druck in speziellen Stahlbehältern beziehungsweise Reaktoren. Deren Außenwandtemperatur muss kontinuierlich überwacht werden, weil noch höhere Prozesstemperaturen zu einer Verformung der Reaktorwand führen können.

Anzeige

Entscheider-Facts für Betreiber

  • Ein speziell entwickeltes Temperatur-Überwachungssystem mit Wärmebildkameras ermöglicht einen sicheren Betrieb von heißen Vergasungsreaktoren, die zudem unter hohem Druck stehen.
  • Im Unterschied zu punktuell angebrachten Temperatursensoren erfassen die Wärmebildkameras weitläufige Oberflächenbereiche der Reaktoren.
  • Überhitzungen des Reaktors – aber auch zu kühle Reaktorbereiche – werden geometrisch besser und präziser erkannt als mit einzeln angebrachten Temperatursensoren.

Zwischenablage01

Zwölf Wärmebildkameras Modell A310 überwachen kontinuierlich die Oberflächentemperatur der Reaktorwände der Rückstandsvergasungsanlage an den wichtigsten Analysepunkten. Bilder: Flir

Zudem wird bei diesem Prozess ein leicht brennbares und an der Luft explosionsfähiges Gasgemisch – Kohlenmonoxid und Wasserstoff – gebildet. Dieses Gasgemisch eignet sich natürlich zur Verbrennung und damit letztlich Stromerzeugung. So betreibt der Energieerzeuger Isab Energy nahe bei Priolo auf Sizilien zwei Vergasungsreaktoren für den Betrieb seiner Dampferzeuger/Dampfturbinen. Allerdings überwacht er die Reaktoren nicht mehr mit punktuell angebrachten Temperatursensoren, sondern mit Wärmebildkameras. Sie ermöglichen einen sicheren Anlagenbetrieb und die Vorhersage von Reparatur- beziehungsweise Wartungsmaßnahmen.

Rückstandsvergasung und Temperaturüberwachung

Der Isab-Raffinerie-Komplex besteht aus zwei Raffinerien mit einer jährlichen Gesamtkapazität von 16 Mio. Tonnen Rohöl. Das Kraftwerk von Isab Energy – es hat eine Leistung von 512 MW – ist direkt zur Raffinerie benachbart. Die Vergasung solcher Destillationsrückstände beziehungsweise Kohle ist im Prinzip eine chemische Reaktion, die seit mehr als 100 Jahren großtechnisch umgesetzt wird; neuerdings stößt sie wieder stärker auf Interesse.

Flir_Bild 4_IRSYM3

Ohne Alarme speichert das Überwachungssystem die Thermogramme alle 60 s. Wird jedoch ein Temperaturgrenzwert überschritten, löst es innerhalb von 5 s einen Alarm aus.

In den Vergasungsreaktoren von Isab Energy wird das Rückstandsöl mit Sauerstoff und Wasserdampf vermischt und zur Reaktion gebracht. Die Reaktion findet bei hohen Temperaturen und hohem Druck statt. Die Temperaturen von über 500 °C, die dabei erreicht werden, müssen unter Kontrolle gehalten werden, um die Stabilität des Reaktionsprozesses und die Betriebssicherheit der Anlage zu gewährleisten.

Um die Außenhauttemperatur der Reaktoren kontinuierlich zu überwachen, beauftragte der Energieerzeuger den technischen Dienstleister IMC Service. Dieses Unternehmen ist auf Wärmebildtechnik spezialisiert. Es entwickelte dafür ein eigenes, zentrales Kontroll- und Überwachungssystem namens IR-Sym. Dieses System nutzt 24 Wärmebildkameras von Flir Systems, Modell A310, und zwar je 12 Kameras pro Reaktor. Außerdem ermöglicht das System die kontinuierliche und gleichzeitige Steuerung aller 24 Kameras.

Flir_Bild 6_IRSYM5

Das Wärmebild-Überwachungssystem sorgt für eine kontinuierliche und präzise Kontrolle der Außenhauttemperatur der Vergasungsreaktoren.

Das Wärmebild-Überwachungssystem wurde so konfiguriert, dass es automatisch auf zu hohe Temperaturwerte reagiert, indem es Alarme auslöst, die abhängig von der Erwärmungskurve mit verschiedenen Reaktionszeiten festgelegt sind. Das System liefert eine vollständige Übersicht zu den erfassten Daten:

  • Änderungen im Temperaturdiagramm,
  • Echtzeit-Aktualisierung von Thermogrammen und
  • Temperaturhistorie im radiometrischen Format und absoluten Wert.

Ohne Alarme speichert das Überwachungssystem die Thermogramme alle 60 s. Wird jedoch ein Temperaturgrenzwert überschritten, löst es innerhalb von 5 s einen Alarm aus. Der Zugriff auf die Systemsteuerungsoberfläche kann über das lokale Netzwerk oder per VPN-Fernzugriff erfolgen. Dafür muss keine Software installiert werden. Dadurch können die Techniker den Prozess jederzeit und von jedem Ort überwachen, an dem eine Netzwerkverbindung zur Verfügung steht. Die Wärmebildkameras lassen sich auch über die Web-Oberfläche konfigurieren.

Zuverlässige Temperaturmessung unter schwierigen Bedingungen

„In der Vergangenheit wurden bei den Vergasungsreaktoren andere Temperaturmessverfahren wie thermoelektrische Elemente genutzt, die jedoch alle nicht sonderlich effizient waren“, berichtet Giovanni Distef

Flir_Bild 3_IRSYM

Bildschirmanzeige der Messwerte des Überwachungssystems und Platzierung der Kameras/Messstellen.

ano, Geschäftsführer von IMC Service. „Dann entdeckten wir Wärmebildkameras.“ Nachdem das Unternehmen Kameras von mehreren Herstellern näher geprüft und in der Praxis getestet hatte, erwies sich die Wärmebildkamera A310 von Flir mit Abstand als das zuverlässigste Modell. Zudem hatte IMC Service bereits bei anderen Projekten zur Umgebungsüberwachung mit dem Kamerahersteller zusammengearbeitet. Dabei konnte IMC Service verschiedene Flir-Kameras eingehend testen und prüfen. „Deshalb war uns klar, dass sich die Flir A310 für die Anforderungen dieses Projekts am besten eignen würde“, erklärt Distefano.

Weil das Überwachungssystem in der Nähe der Vergasungsreaktoren aufgestellt ist, sind alle Komponenten des Überwachungssystems, also auch die Kameras, für den Einsatz in potenziell explosionsgefährdeten Gefahrenbereichen zertifiziert. Zudem herrschen in der Nähe der heißen Reaktoren, vor allem im Sommer, Temperaturen von mehr als 60 °C. Deshalb musste IMC Service ein Kühlsystem und -gehäuse für die Wärmebildkameras entwickeln, damit das Überwachungssystems auch unter diesen kritischen Umgebungsbedingungen zuverlässig funktioniert.

Kameratechnik und Vorteile der Wärmebild-Überwachung

Die Wärmebildkameras, mit denen das Überwachungssystem ausgerüstet ist, sind mit einem ungekühlten Mikrobolometer ausgestattet. Dieser Detektor für Infrarot-Strahlung erzeugt Wärmebilder mit einer Auflösung von 320 × 240 Pixeln bei einer thermischen Empfindlichkeit von 50 mK (0,05 °C). Die eingesetzte Kamera-Baureihe A300/A310 ist zudem für Sicherheits- und Automatisierungsanwendungen entwickelt, bei denen es auf die Netzwerkfähigkeit beziehungsweise die Kompatibilität mit den Netzwerkprotokollen ankommt. Die Kameras lassen sich fast überall installieren

Flir_Bild 5_enclosure

Kühlsystem und Kühlgehäuse für die Wärmebildkameras, weil sie auch Umgebungstemperaturen von mehr als 60 °C – vor allem im Sommer – ausgesetzt sind.

und eignen sich für alle Anwendungen, in denen der Brandschutz, die Überwachung kritischer Reaktoren oder Behälter und eine fest installierte, vorbeugende Anlagenwartung eine wichtige Rolle spielen. „Wärmebildkameras haben bei dieser Anwendung den großen Vorteil, dass sie im Gegensatz zu thermoelektrischen Elementen weitläufige Oberflächenbereiche präzise überwachen können“, erklärt Distefano. „Dadurch lassen sich nicht nur Überhitzungen geometrisch und präziser erkennen, sondern auch Wartungsmaßnahmen beurteilen und planen, die sofort ausgeführt werden müssen.“ Außerdem schätzt Distefano die eingesetzte Kamera „nicht nur als eine preisgünstige Lösung, sondern auch als eine besonders zuverlässige Kamera“. Das spielt, so Distefano weiter, in der potenziell explosionsgefährdeten Hochtemperatur-Umgebung der Vergasungsreaktoren „eine besonders wichtige Rolle“.

www.flir.de

Heftausgabe: Juni/2019

Über den Autor

Frank Liebelt, freier Journalist; Markus Moltkau, Sales Manager Automation Central & Northern Europe, Flir Systems
Loader-Icon