Mit FLIR-Wärmebildkameras können Sie erkennen, was hinter den Flammen geschieht

Unternehmen aus vielen verschiedenen Branchen verlassen sich bei ihren Fertigungsprozessen auf Öfen und Boiler. Ofen- und Boilerausrüstung ist jedoch aufgrund einer Vielzahl an Mechanismen fehleranfällig. Diese umfassen Verkokung, die das Rohrinnere verstopft und den Produktdurchfluss behindert, das Bilden von Schlacke an der Rohraußenseite, Schäden an Klinkern, Unter- und Überhitzung, Flammenbeaufschlagung an Rohren aufgrund von Falschausrichtung von Brennern und Produktleckagen, die sich entzünden und gravierende Schäden an der Ausrüstung verursachen.

Diese Störungen stellen nicht nur Qualitätsprobleme dar, sondern können eine gesamte Verfahrenslinie stilllegen. FLIR-Wärmebildkameras können die meisten dieser Ausrüstungsprobleme während des Betriebs und bereits frühzeitig feststellen, sodass Ausfälle verhindert werden können. Dies ermöglicht die planmäßige Abschaltung und den Austausch der Komponenten, wodurch die Instandhaltungskosten und Produktionsausfälle reduziert werden.

Das französische Unternehmen Petroval war eines der ersten, das das Potenzial von Wärmebildtechnik für technische Inspektionen von Industrieanlagen erkannte. „Vor der Einführung von Wärmebildkameras gab es einfach keine vollständige Möglichkeit, während des Betriebs Probleme aufzudecken“, erklärt Jean-François Tournieux, Projektleiter bei Petroval. „Bei der Verwendung von FLIR-Wärmebildkameras handelt es sich um eine großartige, zerstörungsfreie Methode, solche Probleme zu finden – sogar während des Betriebs – und genau zu bestimmen, bei welcher Produktionsgeschwindigkeit der Betrieb noch sicher ist.“

Das in der Normandie, in Frankreich, ansässige Unternehmen ist Eigentum von TOTAL und Eurecat und wurde 1990 gegründet. Zusätzlich zum Hauptsitz in Le Havre verfügt Petroval seit 2003 auch über einen Firmensitz in Houston, Texas, und eröffnet 2011 einen Firmensitz in Singapur. Petroval bietet in mehr als 50 Ländern auf der ganzen Welt Dienstleistungen an. Mehr als 80 % seiner Arbeit wird außerhalb Frankreichs durchgeführt.

Gekühlt und ungekühlt

Derzeit verwendet Petroval drei Wärmebildkameras von FLIR; eine mit einem gekühlten Detektor und zwei mit ungekühltem Detektor. Bei der gekühlten Wärmebildkamera handelt es sich um die FLIR Agema 550 mit Hitzeschild und Flammenfilter. Diese Kamera wird Hauptsächlich für Inspektionen des Innenraums des Ofens genutzt. Bei den beiden ungekühlten Wärmebildkameras handelt es sich um eine FLIR ThermaCAM P50F, die ebenfalls einen Flammenfilter enthält und um eine FLIR P640, die hauptsächlich für Isolierungsinspektion von außen verwendet wird.

Laut Petrovals Technikern handelt es sich bei allen drei Kameras um großartige Tools für diesen Zweck. „Die FLIR Agema 550 ist sehr genau und nimmt auch kleine Unterschiede wahr. Die FLIR ThermaCAM P50F nimmt kleine Temperaturunterschiede nicht so gut wahr, ist jedoch aufgrund ihres ungekühlten Detektors wartungsfrei und benötigt weniger Zeit zum Hochfahren. Bei einer gekühlten Kamera muss üblicherweise das Kühlsystem circa fünf Minuten laufen, bevor sie verwendet werden kann. Und die dritte, die FLIR P640 ist das perfekte Tool sowohl für die Isolierungsinspektion als auch für das Feststellen von Mängeln an elektrischen Geräten.“

FLIR P640: wartungsfrei und perfekt für vorbeugende Wartung

Die FLIR-P640-Wärmebildkamera verfügt über einen ungekühlten Mikrobolometer-Detektor, der Wärmebilder mit einer Auflösung von 640 x 480 Pixeln erzeugt. Die FLIR P640 verfügt über einige sehr nützliche integrierte Funktionen, die sie als ideal für vorbeugende Wartung charakterisieren, wie ein Laserpointer, Bild-in-Bild und FLIR Therma Fusion zum Zusammenfügen des optischen und des Wärmebilds. „Die FLIR-P640-Wärmebildkamera ist sehr rasch und einfach zu verwenden. Sie ist toll: Sogar aus einer Distanz von fünfzig bis hundert Metern kann man immer noch kleine heiße Stellen feststellen, die fehlende Isolierung anzeigen.“

FLIR GF309: neuester Stand

Sowohl bei der FLIR Agema 550 als auch bei der FLIR ThermaCAM P50F handelt es sich um „ältere“ Modelle, die derzeit von FLIR Systems nicht vertrieben werden. Die FLIR GF309 ist Spitzentechnologie, die derzeit für Ofeninspektionen verwendet wird. Außerdem handelt es sich bei diesem neuen Modell um eine Wärmebildkamera für den dualen Einsatz. Sie kann nicht nur bei industriellen Öfen mit hoher Temperatur eingesetzt werden, sondern auch für Wärmeinspektionen von mechanischen oder elektrischen Komponenten. Das macht diese Kameras ideal zur Überwachung von Öfen, Heizvorrichtungen und Boilern aller Art – insbesondere in der chemischen und petrochemischen Industrie und in der Energieerzeugungsbranche.

Die FLIR Agema 550 beinhaltet einen Platinsilicid (PtSi) Focal Plane Array (FPA) Detektor. Auf Platinsilicid als Detektormaterial wurde jedoch bei der FLIR GF309 verzichtet, da die PtSi-Detektoren weniger feinfühlig sind als Indium-Antimonid (InSb) Detektoren, die den Kern der neuen FLIR-GF309-Wärmebildkamera bilden. Diese Entscheidung hat es FLIR ebenfalls ermöglicht, Wärmebildkameras mit dualen Anwendungsmöglichkeiten mit besserer Leistung zu vermarkten, da InSb-Detektoren stabiler und feinfühliger als PtSi- oder BB-ungekühlte Mikrobolometer sind.

Der InSb-Detektor in der FLIR-GF309-Wärmebildkamera erzeugt Wärmebilder mit einer Auflösung von 320 x 240 Pixeln. Sowohl der Detektor als auch der Filter werden mit einem Stirling Cycle Kühler auf fast kryogene Temperaturen gekühlt, um die quantitative Empfindlichkeit zu verbessern. Sie wurde dafür gebaut, Temperaturen von über 300 °C standzuhalten, was Temperaturmessungen von bis zu 1500 °C ermöglicht sowie optische Inspektion von internen Ofen- und Boilerkomponenten, die andernfalls von Flammen, Verbrennungsgasen und Staub verschleiert wären. Die Kamera erzeugt Echtzeit-Videobilder, aber individuelle Videorahmen können als Einzelbilder erfasst werden. Die Bilder können über einen hochauflösenden Sucher betrachtet werden und auf einem 4,3-Zoll, 800 x 480 Pixel Farb-LCD-Display. Da die GF309 eigens dafür entwickelt wurde, um buchstäblich durch Flammen hindurch zu sehen, ist sie mit einem abnehmbaren Hitzeschild ausgestattet, das die Wärme von der Kamera und vom Benutzer weg reflektiert und dadurch für zusätzlichen Schutz sorgt.

Flammenfilter

Die FLIR-GF309-Wärmebildkamera verfügt über einen Flammenfilter, einen spektralen Wellenband-Filter, der es nur thermischer Strahlung mit einer gewissen Wellenlänge ermöglicht, zum Detektor vorzudringen. Flammen geben bei bestimmten Wellenlängen deutlich mehr thermische Strahlung ab als bei anderen Wellenlängen und bei bestimmten Punkten im Spektrum gibt eine Flamme fast überhaupt keine thermische Strahlung ab. Bei einem Flammenfilter handelt es sich um einen spektralen Wellenband-Filter, der nur die thermische Strahlung mit genau diesen bestimmten Wellenlängen durchlässt. Der im Design der FLIR GF309 integrierte Flammenfilter beschränkt die Spektralempfindlichkeit auf einen Bereich von 3,8 μm–4,05 μm.

Da alles andere ausgenommen dieser bestimmte Teil des Spektrums ausgefiltert wird, kann die Wärmebildkamera nun durch die Flamme sehen und direkt durch sogar außergewöhnlich heiße Flammen Temperaturmessungen durchführen. Dies macht mit so einem Filter ausgestattete Wärmebildkameras zum idealen Instrument für Ofeninspektionen.

Ausfallzeiten minimieren

Wärmebildkameras von FLIR stellen laut Tournieux ein großartiges Tool für vorbeugende Wartung bei Ofen- und Boilerinstallationen dar. „Wenn Sie Wärmebildkameras verwenden, wissen Sie bereits im Vorfeld über die Schwachpunkte Bescheid. Wenn zum Beispiel bestimmte Rohre Defekte aufweisen, können Sie die Ersatzrohre bereits im Vorfeld kaufen und die Ausfallzeit minimieren.“

Schnelles Auffinden der Mängel mit einer Wärmebildkamera

„Es gibt eine Vielzahl von Mängeln an Öfen, die Sie mit einer Wärmebildkamera feststellen können“, erklärt Tournieux. „Sie können sehen ob das Feuerfestmaterial beschädigt ist, ob die Flammen über die richtige Form verfügen und manchmal können Sie auch Staubablagerungen auf Rohren sehen, die die Ursache für schlechte Wärmeübertragung sind und üblicherweise die Temperatur des Produkts verringern. Feuerfestbereiche können fallen und Schaden an Brennern und Feuerrohren anrichten. Sie können auch Brenner sehen, die nicht in Betrieb sind oder Brenner, die Flammenbeaufschlagung an den Rohren verursachen. Wir suchen aber auch nach der Entwicklung der Oxidation. Oxidation ist ein schlechtes Zeichen, da die oxidierte Stelle schließlich abblättern wird und eine Schwachstelle zurücklässt. Temperaturmessungen mit FLIR-Wärmebildkameras tragen dazu bei, sicherzustellen, dass der gesamte Prozess so läuft, wie er sollte.“

„Temperaturmessungen zeigen auch Verkokung auf, die in den Rohren, üblicherweise aufgrund zu hoher Temperaturen, stattfindet sowie Stellen von Rohrverengungen oder vollständiger Verstopfung“, fährt Tournieux fort. „In manchen Fällen kann Überfeuerung zu Temperaturen führen, die die Entwicklungskriterien des Rohrmetalls übersteigen. In Kombination mit dem Druck in einem verstopften Rohr kann dies zu einem Riss oder Leck führen. Diese werden gemeinsam mit den tatsächlichen Temperaturen auf den Metalloberflächen in der Bildanzeige der Kamera angezeigt.“

FLIR-Wärmebildkameras bieten mehr

Laut den Technikern von Petroval liefern punktuelle Temperaturmessgeräte, wie zum Beispiel Thermoelemente, zu wenige Informationen darüber, was tatsächlich im Inneren des Ofens vor sich geht. „Inspektionsanschlüsse zeigen eine Sicht der internen Teile, aber Flammen, Verbrennungsgase und Staub verschleiern Rohre und Brenner während des Betriebs der Ausrüstung. Temperaturmessgeräte, wie Thermoelemente, können dabei helfen, einige Probleme aufzuspüren, aber sie messen nur an einem Punkt. Wärmebildkameras von FLIR machen mehr als nur die Temperatur an einem Punkt zu messen. Die Temperaturen können von jedem einzelnen Pixel im 320 x 240 oder 640 x 480 Pixel Wärmebild abgelesen werden.

„Unter Verwendung der FLIR-Reporter-Software können wir die aufgezeichneten Wärmebilddaten analysieren und die kleinsten Details bezüglich Wärme ausmachen“, fährt Tournieux fort.

Ungenaue Thermoelemente

Eines der wichtigsten Ziele von Ofen- und Boilerinspektionen ist laut Tournieux das Überprüfen der Temperaturmessungen von Thermoelementen. „Die Kontaktmessgeräte von Thermoelementen oder die Schweißverbindungen, die sie fixieren, können mit der Zeit schlechter werden und die Messdaten werden ungenauer. In vielen Fällen könnten Raffinerien mit einer viel größeren Produktionskapazität arbeiten. Aufgrund der ungenauen Messungen von Thermoelementen wird die Produktion jedoch innerhalb einer sicheren Spanne gehalten. Unter Verwendung unserer FLIR-Wärmebildkameras können wir herausfinden, ob die Temperaturmessungen des Thermoelements korrekt sind. Wenn wir die Thermoelement-Messungen überprüft haben können Raffinieren üblicherweise ihre Produktion gefahrlos steigern.“

„Bevor wir Wärmebildkameras von FLIR nutzten, stand uns keine Möglichkeit zur Überprüfung der Temperaturmessungen der Thermoelemente zur Verfügung“, fährt Tournieux fort. „Wir wussten nicht, ob es sicher wäre, die Produktion zu verbessern. Jetzt können wir sehr genau sagen, ob dies sicher oder nicht sicher ist. Viele der Raffinerien, die wir besuchen, produzieren 30.000 Tonnen pro Tag, zum Beispiel, und können aufgrund unserer Inspektion herausfinden, dass eine Produktion von 32.000 auch sicher wäre.“

Jahre an Erfahrung

Aber jeder, der denkt, dass die Durchführung von Ofeninspektionen nur eine Sache des Zeigens und Klickens ist, wird laut Tournieux enttäuscht sein. „Wie wichtig es auch sein mag, die richtige Wärmebildkamera zu haben, es gibt noch viele andere Dinge zu berücksichtigen. Die Betreiber hier bei Petroval verfügen über viele Jahre an Erfahrung in der Durchführung von Wärmebild-Inspektionen und in der Analyse der Daten, aber auch in Hinblick auf die Installation von industriellen Öfen und Boilern.“

„Um nur ein Beispiel zu geben: Wir verwenden spezielle Sensoren, die wir selbst hergestellt haben, um sicherzustellen, dass die Wärmebildkamera genau ist. Wir führen den Sensor in den Ofen ein und halten ihn neben das Rohr, das wir uns ansehen möchten. Im Sensor gibt uns ein Thermoelement, von dem wir wissen, dass es genau ist, die exakte Temperatur an dieser Stelle aus. Wir ändern dann die Emissionsgrad-Einstellungen, um zu erreichen, das die von der Wärmebildkamera gemessene Temperatur der im Sensor gemessenen Temperatur entspricht. Da der Emissionsgrad für jedes verwendete Material unterschiedlich ist, haben wir für nahezu jede Rohrart, die bei industriellen Ofenanlagen verwendet wird, einen Sensor erstellt.“

FLIR-Wärmebildkameras: die beste Methode für die Ofeninspektion

„Wenn Sie jedoch über die Expertise und die richtige Ausrüstung verfügen, ist die Verwendung dieser Wärmebildkameras von FLIR die beste Methode für die Ofeninspektion“, schließt Tournieux. „Es handelt sich um eine tolle, berührungslose und zerstörungsfreie Methode, um sowohl qualitative als auch quantitative Informationen zu erfassen, mit denen Sie Stillstandszeiten verhindern oder minimieren können.“

Quelle der Bilder: Petroval Fotoarchiv.