Pergam Suisse AG 
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Das sogenannte „Optical Gas Imaging“ führt ein neues Zeitalter für die Gasdetektion ein. Gaslecks zuverlässig zu finden ist ein komplexes Thema und erforderte bis heute Schnüffelgeräte mit deren Sonde jede potentielle Leckstelle abgetastet werden musste. Seit einigen Jahren sind Kameras für die Gasvisualiserung erhältlich, die für das menschliche Auge unsichtbare Gase sichtbar werden lassen. Allerdings kann man erst bei der neuen Gerätegeneration von einem Konzept sprechen, das die Bedürfnisse der Anwender trifft.
Experten aus dem Bereich der Gasgewinnung, des Gastransports und -verteilung kennen die Notwendigkeit der Leckdetektion und die damit verbundenen Unzulänglichkeiten. Eine regelkonforme und dennoch wirtschaftliche Lösung verspricht das „Optical Gas Imaging“. Die Anwendung ist denkbar einfach – mit einer modifizierten Infrarotkamera werden alle Komponenten betrachtet und eventuelle Gasaustritte sind als Rauchfahne wahrzunehmen. Der grosse Vorteil liegt in der Prüfgeschwindigkeit und dem berührungslosen Detektieren. So kann auf Steighilfen oftmals verzichtet werden und bei grösseren Gaslecks befindet sich der Operator nicht in der unmittelbaren, gefährlichen Nähe des Gases. Zu Dokumentationszwecken kann das Audit bildlich, inklusive der GPS-Koordinaten mit Datum- / Zeitstempel in einem üblichen Datenformat (jpg / wmv) abgespeichert werden. Neben dem Wärmebildkanal mit den eventuellen Gasaustritten hilft eine Digitalkamera bei der späteren Wiedererkennung der geprüften Komponenten, die sowohl das Abspeichern von Einzelbildern wie auch Videosequenzen zulässt. Bei Bedarf sogar mit einem eingeblendeten Laserpunkt auf dem betreffenden Bauteil!
Anwendung
Verglichen mit den klassischen Messinstrumenten ist eine Optical Gas Imaging Kamera sehr einfach zu bedienen und schnell einsatzbereit. Das komplette System ist batteriebetrieben und nach dem Einschalten in ca. 8 Minuten bereit. Diese Zeit wird benötigt, um den Sensor auf Betriebstemperatur zu kühlen. Für optimale Ergebnisse sollte der vorherrschende Temperaturbereich gewählt werden und je nach persönlicher Vorliebe des Operators kann eine von fünf Farbpaletten benutzt werden. Erfahrungsgemäss ist die schwarz/weiss Palette durch die höheren Kontrastwerte am besten geeignet. Während der Inspektion ist dann nur der Fokus der Kamera nachzuführen, wahlweise per Hand oder per Joystick inklusive Autofokus. Ist ein Leck gefunden, wird dieses auf einer SD-Karte mit Video, Digitalbild und GPS Position gespeichert. Für die Verbesserung der Empfindlichkeit steht der High Sensitive Mode (HSM) zur Verfügung. Durch Herabsetzen der Frequenz, der Mittelung mehrerer Bilder sowie einer digitalen Kontrastverbesserung können phänomenale Ergebnisse selbst bei kleinsten Lecks erzielt werden. Nach der Inspektion hilft eine benutzerfreundliche Software bei der Berichterstellung. Aus den gespeicherten Daten lässt sich ohne grosse Vorkenntnisse in der Videobearbeitung ein aussagekräftiger, professioneller Bericht erstellen. Videoclips zeigen den Gasaustritt deutlicher als Einzelbilder, die sich zwecks einfacherer Dokumentation aber nebenbei verwenden lassen.
Bild links: der Gasaustritt ist im Bild deutlich sichtbar. Bild rechts: Durch den High Sensitive Mode kann die Empfindlichkeit deutlich erhöht werden
Auf welchem Prinzip beruht dieses Verfahren?
Fälschlicherweise wird oft angenommen, dass lediglich der Temperaturunterschied des Gases visualisiert werden kann. Tatsächlich ist es allerdings die Absorption der Hintergrundstrahlung durch das Gas. Betrachtet man die spektrale Absorptionskurve von Methan fällt auf, dass dieses Gas bei ca. 3,3 µm einen sehr hohen Wert aufweist. Die Kamera (FLIR GF320) verfügt über einen Sensor im Spektralbereich von 3-5 µm mit einem zusätzlichen, sehr schmalbandigen Filter im Bereich von ca. 3,3 µm. Ist nun Gas vorhanden, wird die Hintergrundstrahlung absorbiert und die Gaswolke ist gegenüber dem Hintergrund ohne Gas sichtbar. An diesem Punkt mag erwähnt sein, dass jederzeit eine Hintergrundstrahlung existiert. Auch verfügt z.B. der kalte Himmel über genügend Wärmestrahlung für diese Methode. Einige weitere flüchtige Kohlenwasserstoffe (wie z.B. Butan, Propan, Ethylen, Methanol, …) haben ein ähnliches Absorptionsverhalten wie Methan und können daher mit derselben Kamera gefunden werden. Auch bei einem Gasmix, bei dem eines der detektierbaren Gase enthalten ist, findet die Methode Anwendung.
- Bild: Infrarotspektrum von Methan. Bei 3.3 µm befindet sich ein Piek, d.h. ein Grossteil der Strahlung wird absorbiert. Der rote Balken markiert die Bandbreite des Filters der Kamera. Quelle: NIST Chemistry WebBook
Für das in elektrischen Schaltanlagen eingesetzte Schwefelhexafluorid (SF6) ist eine weitere Kamera erhältlich. Diese beruht auf dem gleichen Funktionsprinzip, der Sensor samt dem Filter ist allerdings in einem anderen Spektralbereich empfindlich / durchlässig. Da sich die Sensoren in einem komplett anderen Spektralbereich befinden, ist der Austausch der Filter für die Anpassung der Kamera an verschiedenen Gasen nicht möglich. Auch ist der Filter fest mit dem gekühlten Sensor verbunden um Reflektionen zwischen Sensor und Filter zu vermeiden.
Aus derselben Geräteserie ist das Modell FLIR GF 309 für Raffinerien äusserst interessant. So kann die Temperatur von Bauteiloberflächen hinter Flammen während des vollen Brennerbetriebes gemessen werden. Die typische Anwendung ist die Kontrolle der Wärmetauscherrohre und der Ofenwandungen.
Welche Leckrate sieht die Kamera?
Ein wichtiger Punkt ist die Frage nach der kleinsten detektierbaren Leckmenge. Ein Wert in ppm, wie von quantifizierenden Messgeräten gewohnt, lässt sich nicht angeben, da es sich um ein rein optisches Verfahren handelt. Laborversuche des Herstellers haben ergeben, dass bei Methan ein Leck von 0.8 Gramm / Stunde erkennbar ist. In der Praxis nehmen Faktoren wie die Windstärke, der Abstand und die Hintergrundstrahlung Einfluss auf die tatsächlich detektierbare Mindestleckrate. An diesem Punkt sei jedoch erwähnt, dass die Kameras tagtäglich auf windigen Offshore Plattformen oder auch in der Kälte von Sibirien unter widrigsten Bedingungen eingesetzt werden und gute Dienste leisten. In den doch gemässigten Bedingungen der Schweiz steht dem Einsatz nichts im Wege.
Den grössten Vorteil bietet die Leckortung mittels Kamera bei Prüfung von einer Vielzahl von Komponenten sowie bei schlecht oder nur mit grossem Aufwand zugänglichen Prüfobjekten. Neben Raffinerien sind Gasverteil- und Pumpstationen mit den für Lecks anfälligen Kompressoren ein gutes Anwendungsfeld. In den letzten Monaten hat die Biogasbranche das Optical Gas Imaging entdeckt. Die Prozessleitungen mit den ganzen Ventilen und Flanschen samt der Hülle kann innerhalb von kurzer Zeit inspiziert und dokumentiert werden.
In der bekannten US amerikanischen Norm „Method 21“ (Determination of Volatile Organic Compound Leaks) ist bereits empfohlen, das Optical Gas Imaging bei allen Prüfpositionen einzusetzen, bei denen eine Steighilfe zur Dichtigkeitsprüfung erforderlich wäre.
Als Nachteil beim Optical Gas Imaging ist die fehlende Möglichkeit der Quantifizierung zu erwähnen. Zwar kann ein gefundenes Leck in die Klassen „klein“, „mittel“ oder „gross“ eingestuft werden, eine genauere Quantifizierung ist jedoch nicht möglich. Hierzu benutzen einige Anwender zusätzlich ein klassisches Handgerät, das bei der Leckortung problemlos mitgeführt werden kann.
Revolution
Letztendlich handelt es sich bei dem „Optical Gas Imaging“ um eine tatsächliche Revolution in der Gasdetektion. Der hochempfindliche, kalibrierte Sensor, der sonst nur aus teuren F&E oder Militärkameras bekannt ist, bietet ungeahnte Möglichkeiten auch ausserhalb der Gasdetektion. Die Vielzahl der Anwendungen macht das System trotz des recht hohen Preises auch für Dienstleistungsunternehmen interessant.
Kontaktieren Sie uns für nähere Informationen und eine Gerätedemo vor Ort. Neben dem Vertrieb bieten wir auch Schulungen, Mietsysteme und Dienstleistungen an.