HFC-Erkennung Unter Verwendung Der Optischen Gasbilderkennung Eröht Die Sicherheit Und Effizienz Bei Bleichzeitiger Reduzierung Von Emissionen

Von Craig O’Neill,Teledyne FLIR
und Ryan A. Cochran, Chemours Company

Während die Öl- und Gasindustrie in hohem Maße vom Einsatz optischer Gasbilderkennungskameras (OGI) profitiert hat – diese verbessern die Sicherheit der Mitarbeiter und die Effizienz der Anlagen bei gleichzeitiger Reduzierung von Emissionen – hat sich die Technologie in der petrochemischen Industrie trotz ähnlicher Vorteile noch nicht durchsetzen können. Die Bequemlichkeit bestehender Gasbilderkennungsverfahren und die mangelnde Vertrautheit mit dem vollen Funktionsumfang von OGI-Kameras stellen oft ein Hindernis für deren Einsatz dar. Da jedoch kommerzielle Fluorkohlenwasserstoffe (HFC – Hydrofluorocarbon)-Gasemissionen nun von der US-Umweltschutzbehörde (EPA) und anderen globalen Regulierungsbehörden verstärkt unter die Lupe genommen werden, müssen HFC-Hersteller und industrielle HFC-Anwender verstärkt neue und aufkommende Technologien einsetzen, um die mechanische Integrität ihrer Prozesse und Anlagen zu gewährleisten.

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Viele gut vorbereitete Unternehmen verfügen bereits über Umwelt-, Sozialund Governance (ESG – Environmental, Social, Governance)-Programme zur Förderung der Nachhaltigkeit, einschließlich Initiativen zur Reduzierung von Emissionen. Die fortgesetzte Überwachung der Umgebungsluft mittels FourierTransformations-Infrarot (FTIR), ergänzt durch tragbare Leckdetektoren, ist jedoch nur eine Teillösung für den Bedarf an umfassenderer industrieller Überwachung – insbesondere da Regulierungsbehörden beginnen, selbst modernste Messgeräte einzusetzen.

Abbildung 1: Mit einer GF304 OGI-Kamera wurde ein Leck an einem Manometeranschluss identifiziert und damit visuell bestätigt, dass das Leck nicht, wie ursprünglich angenommen, von einem manuellen Dampfventil ausging

Dieses etablierte Leckerkennungssystem unterliegt mehreren Beschränkungen, die von industriellen Praktikern verstanden werden müssen. Die punktuelle Leckerkennung erfolgt im Allgemeinen entweder während der routinemäßigen Wartung oder wenn ein FTIR-Umgebungsüberwachungsalarm infolge eines möglichen Gaslecks ausgelöst wird. Ein Produktionsmitarbeiter mit geeigneter persönlicher Schutzausrüstung (PSA) muss dann in der Nähe einer undichten Stelle positioniert werden, um deren Vorhandensein mit einem tragbaren Kältemitteldetektor (auch toxischer Dampfanalysator, organischer Dampfanalysator oder „Schnüffler“ genannt) zu bestätigen.

Ein tragbarer Dampfanalysator ist unter Umständen nicht in der Lage, die undichte Komponente präzise zu identifizieren – ein entscheidender Faktor bei der Reparatur oder beim Verständnis der mit einer Leckage verbundenen Herausforderungen. Die Emissionsquelle kann sich auch an einer schwer zugänglichen Stelle befinden, sodass eine Bestätigung der Leckage mit einem Handdetektor schwierig oder sogar unmöglich ist.

OGI-Kameras sind in der Lage, Leckagen aus sicherer Entfernung aufzuspüren und Leckagen an Stellen oder in Mengen zu identifizieren, die ansonsten nicht entdeckt werden würden. Diese Kameras liefern eine sichtbare Bestätigung der Emissionen, im Gegensatz zu einem Dampfanalysator, dessen Messwerte je nach Umgebungsbedingungen von einer Minute zur nächsten schwanken können, selbst wenn die Probenahme an derselben Stelle erfolgt. Um der Nachfrage der Industrie nach einer präziseren und sichereren Erkennung von Kältemittellecks gerecht zu werden, bietet Teledyne FLIR OGI-Kameras an, die eine Reihe von Anwendungsszenarien abdecken, von der Lokalisierung schwer auffindbarer Leckagen bis zur Identifizierung verschiedener Gase mittels eines einzigen Gerätes.

Abbildung 2: Die gekühlte FLIR GF304 OGI-Kamera (L) und die ungekühlte GF77 OGI-Kamera (R), die zur Identifizierung von Komponenten mit HFC-Leckagen verwendet werden.

Die FLIR GF304 ist die einzige gekühlte OGI-Kamera der Branche, die speziell zur Erkennung von Fluorkohlenwasserstoffen gefiltert ist. Darüber hinaus ist die GF304 in der Lage, Kältemittellecks aus der Ferne genau zu visualisieren und Temperaturen exakt zu messen, sodass Anwender Temperaturunterschiede feststellen und den visuellen Kontrast für eine leichtere Erkennung von Gasfahnen verbessern können (Abb. 2).

Die FLIR GF320 FLIR GF320 erfasst Kohlenwasserstoff- und flüchtige organische Verbindungen (VOC-Emissionen) bei der Erdgasproduktion und -nutzung. Mit dieser optischen Gasbilderkennungskamera können Inspektoren Tausende von Komponenten überprüfen und mögliche Gaslecks in Echtzeit erkennen. Die GF320 ist leicht, verfügt über Sucher und LCD-Monitor sowie einen direkten Zugriff auf Bedienelemente. Eingebundene GPS-Daten unterstützen die genaue Lokalisierung von Fehlern und Undichtigkeiten für schnellere Reparaturen.

Die FLIR GF77 ist eine ungekühlte OGI-Kamera mit austauschbaren Objektiven, die Fluorkohlenwasserstoffe, Methan, Schwefelhexafluorid (SF6) und andere Gasemissionen erfasst. Zwar ist die GF77 nicht so präzise wie die HFC-basierte GF304, sie bietet aber nach verschiedenen Arten von Gaslecks suchenden Anwendern ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis (Abb. 2).

Marktführer im Bereich der petrochemischen Industrie setzt auf neue Detektionstechnologie

Chemours, ein weltweit tätiger Hersteller fortschrittlicher Materialien für kritische Anwendungen wie die Halbleiterherstellung und sauberer Energie sowie von Wärmemanagement-Lösungen für Automobilindustrie, Kühlkette und Klimatisierung, wurde von einem europäischen Drittanbieter auf die OGITechnologie aufmerksam gemacht, der Standortuntersuchungen unter Einsatz der OGI-Technologie anbietet. 2019 nahm Chemours OGI als Bestandteil seiner Programme für mechanische Integrität und Zuverlässigkeit auf und erwarb das erste Kameraset – eine GF304 zur Erkennung von Fluorkohlenwasserstoffgas und eine GF320 zur Erkennung von Erdgaslecks.

Abbildung 3: Eine Überkopf-Leckage an einer Rohrbrücke wurde mit einer FLIR GF304 OGI-Kamera gefunden. Dieses Leck wäre mit herkömmlichen Lecksuchverfahren nicht entdeckt worden.

Aufbauend auf der erfolgreichen Einführung der OGI-Technologie in Europa nutzte Chemours die Kameras ab Anfang 2021 auch an seinen US-Standorten. Chemours – bestrebt, seine Lecksuchkapazitäten zu verbessern – organisierte eine Vorführung der FLIR GF304 in einer großen Produktionsanlage. Die technischen Mitarbeiter des gesamten Standorts versammelten sich zu der einstündigen Präsentation, bevor der Verkäufer die Kamera an Ryan Cochran, einen Process Analyzer Staff Engineer am Standort, übergab.

Bereits am ersten Tag bewährte sich die OGI-Technologie durch die präzise Lokalisierung von Wartungs- und Inspektionsmöglichkeiten, die zuvor nicht möglich waren. Dieser erste positive Versuch und die ebenso produktiven folgenden Überwachungen haben sowohl zur Akzeptanz der Technologie als auch zur Amortisierung der Investition in die Kamera geführt. Basierend auf dem Erfolg der Demonstration genehmigte der Werksleiter den Kaufantrag für die erste Kamera an diesem Standort, wo nun seit April 2021 eine GF304 im Einsatz ist.

Cochran entwickelte ein starkes Interesse an der OGI-Technologie und wurde schnell der Chemours-Experte in diesem Arbeitsbereich. Er ist bestrebt, den Standortbetreibern die bestmöglichen Hilfsmittel zur Inspektion und Wartung von Prozessanlagen an die Hand zu geben und auf auftretende Wartungsanzeichen zu reagieren. OGI bietet eindeutige und nachgewiesene Vorteile für diese Betreiber, darunter weniger falsch-positive Detektionen und eine genauere Lokalisierung von Problembereichen

Abbildung 4: Vergleich desselben Lecks im Normalmodus (oben) und im Hochempfindlichkeitsmodus oder HSM (unten). In Verbindung mit einer entsprechenden Schulung ermöglicht die HSM-Funktion einem OGI-Anwender das leichtere Inspizieren kleinerer Lecks.

Cochran wurde dann damit beauftragt, die Fähigkeiten der OGI-Kamera an anderen Standorten zu präsentieren. Er kombinierte reale Anwendungsbeispiele mit zusätzlichen Produktinformationen, die er an Chemours' unternehmensinterne Instrument Reliability Network-Gruppe weitergab (d. h. an ein organisationsübergreifendes Team, das neue Technologien bewertet – in einigen Unternehmen auch Innovationsabteilung genannt).

Zu den Schulungsbeispielen zur Einführung von OGI bei seinen ChemoursKollegen gehörten verschiedene Arten von Leckagen:

• Leck in der Rohrbrücke – Dieses „stecknadelkopfgroße“ Leck wurde in einer Rohrleitung (nicht an der Anschlussstelle) entdeckt, über die das fertige Produkt in einen Lagertank geleitet wird und die während der regelmäßigen Stilllegung für Wartungsarbeiten genutzt wird. Das Leck wäre mit einem Raumluftmessgerät oder einem tragbaren Analysator nicht gefunden worden (Abb. 3). Durch die Entdeckung und anschließende Reparatur wurden Sicherheitsrisiken, nicht konforme Emissionen und direkte Gewinnverluste beseitigt. Einer der Vorteile von OGI ist die Möglichkeit, die mechanische Integrität nach einem standortweiten Wartungsstillstand schnell zu überprüfen. Die Empfindlichkeit, die Präzision und die Mobilität der Kamera ermöglichen eine Reihe sehr effizienter Inspektionen, wobei die Zeitersparnis erheblich ist.
• Leckagen bei der LKW-Beladung – Leckagen, die beim Anschluss von Schläuchen an LKWs beim Transport von Produkten entstehen, werden in der Regel nicht erkannt oder gemessen, was zu unkalkulierbaren Verlusten führt, wenn die von einem Unternehmen hergestellte Produktmenge nicht mit der tatsächlich verladenen und versendeten Menge übereinstimmt. OGI-Kameras unterstützen Unternehmen dabei, die Sicherheit der Mitarbeiter beim Verladen zu verbessern und gleichzeitig Produktverluste besser zu verstehen, sowie bei der Steigerung der Investitionsrendite.
• Falsch aufgezeichnete Leckagen – eine mit einem tragbaren Analysegerät identifizierte Leckage sollte mit einer OGI-Kamera bestätigt werden. Der Kamerabediener stellte fest, dass das tragbare Analysegerät die Leckstelle falsch diagnostiziert hatte. Bei einer falsch gekennzeichneten Leckage hätte die Reparatur mehr als 5.000 US-Dollar gekostet – wodurch der Anhänger unnötigerweise entladen und die falsche Komponente ersetzt worden wäre. Dank OGI wurde die undichte Stelle korrekt gekennzeichnet und die richtigen Komponenten ausgetauscht, sodass der Anhänger nicht entladen werden musste und sicherere Arbeitsbedingungen herrschten.

Cochran sagte, dass er mehrere Chemours-Standorte mit der GF304 und der GF77 besucht hat. An jedem Standort machte er den Werksleiter mit der Kamera vertraut, führte eine rudimentäre Schulung durch und überzeugte ihn von den Fähigkeiten der Geräte. Der Nachweis der Wirksamkeit der OGI-Kameras führt zu einer raschen Übernahme durch lokale Teams für mechanische Integrität.

Um die Aktualität der Schulungen und die Konsistenz bei der Nutzung der Technologie zu gewährleisten, wird ein OGI-Verantwortlicher am Standort bestimmt. Diese lokale Ressource arbeitet eng mit Cochran zusammen, um OGI als globales Programm zu erhalten, das an allen Standorten standardisiert ist. Zusätzlich wird ein Team von 4-6 internen Technikern bestimmt, die die Kameras für geplante Wartungsarbeiten im Hinblick auf die Vermeidung von Leckagen einsetzen. Dieser Ansatz und diese Teamstruktur verbessern die mechanische Integrität, die Zuverlässigkeit und die Programme zur Lecksuche und -reparatur, da sie proaktiver und zeitnaher sind.

Mehrere Bediener pro Schicht werden im Umgang mit der GF77 geschult, sodass sie ein effektiveres Mittel zum Auffinden von Leckagen zur Verfügung haben, deren allgemeine Lage aufgrund eines FTIR-Alarms bekannt ist. OGI bietet Sicherheit bei dieser Untersuchung, wohingegen die Verwendung eines tragbaren Analysegeräts mehr Zeit in Anspruch nimmt und dennoch keine lokalen Leckagequellen ermitteln kann. Darüber hinaus bietet die GF77 die Möglichkeit, Erdgaslecks (z. B. von Öfen vor Ort) zu finden.

Abschließende Gedanken

Obwohl OGI-Kameras für die petrochemische Industrie eine leistungsstarke Ergänzung des Werkzeugkastens zur Lecksuche in Unternehmen darstellen, erfordert ihr effektiver Einsatz eine angemessene Schulung. Viele verschiedene Variablen können die Messung beeinflussen, von der Umgebungstemperatur hinter der Leckage und dem Messwinkel bis hin zur verwendeten Farbpalette und zu den Entfernungen, aus denen Sie messen. Letztendlich ist die Erfahrung der beste Lehrer. Der Nutzen einer Investition in OGI-Kameras kann jedoch kaum überschätzt werden. Die Sicherheit der Arbeiter wird verbessert, indem Vertrauen in die vorausschauende Wartung, proaktive Inspektionen und die Validierung von Reparaturen geschaffen wird. Auch Fertigungsbetriebe können darauf vertrauen, dass sie die ESG-Ziele ihres Unternehmens erreichen werden.