Optische Gasdetektionskamera von FLIR verbessert den Umweltschutz und die Sicherheit bei Borealis Stenungsund

In vielen petrochemischen Anlagen werden unsichtbare Kohlenwasserstoffgase verarbeitet. Bei den meisten davon müssen bestimmte Sicherheitsaspekte beachtet werden. Einige davon sind giftig oder können Gesundheitsschäden verursachen, wenn man ihnen über längere Zeit hinweg ausgesetzt ist. Andere sind wiederum leicht entzündlich oder können sogar Explosionen verursachen, und die meisten davon sind umweltschädlich, wenn sie in größeren Mengen in die Atmosphäre gelangen. Deshalb ist eine präzise und rechtzeitige Leckerkennung in diesen petrochemischen Anlagen unerlässlich.

Ein Beispiel dafür ist das Borealis-Werk im schwedischen Stenungsund, in dem Polyethylen niederer Dichte (LDPE) im Hochdruckverfahren für die Kabel- und Leitungsindustrie hergestellt wird. Die jährliche Produktionskapazität der Anlage liegt bei 350.000 Tonnen. Den Hauptbestandteil des Endprodukts liefert die Crack-Anlage von Borealis: Ethylen, das durch einen Hochdruck-Polymerisationsprozess in Polyethylen umgewandelt wird.

Ethylen ist ein hoch entzündlicher Kohlenwasserstoff. Um die Sicherheit innerhalb der Anlage weiter zu verbessern und deren schädlichen Umweltauswirkungen zu verringern, hat Borealis eine optische Gasdetektionskamera von FLIR Systems angeschafft. Mit diesem Instrument zur Gasleckerkennung stellt Borealis sicher, dass die für den Prozess verantwortlichen Mitarbeiter kein Gasleck übersehen.

Eine optische Gasdetektionskamera ist ein schnelles und berührungsfreies Messinstrument, das Gaslecks in Echtzeit sichtbar machen kann. Wo viele andere Messinstrumente dem Inspektor nur einen Zahlenwert liefern, zeigen optische Gasdetektionskameras visuelle Informationen an, mit denen sich Lecks intuitiver erkennen lassen. Optische Gasdetektionskameras lassen sich auch in schwer zugänglichen Bereichen einsetzen, da sie kleine Lecks aus sicherer Entfernung erkennen können. „Als wir mit den Tests dieser relativ neuen Technologie begannen, war ich zunächst schon sehr skeptisch“, räumt LDPE-Schichtleiter Jan Åke Schiller ein. „Aber als ich diese optischen Gasdetektionskameras dann in Aktion sah, erkannte ich sofort ihr immenses Potenzial zum Aufspüren von Undichtigkeiten hier in der Polyethylen-Anlage sowie generell in petrochemischen Anlagen.“

Die Vorteile der optischen Gasdetektion

Vor dem Kauf einer optischen FLIR GF306 Gasdetektionskamera setzten Jan Åke Schiller und seine Kollegen sogenannte „Sniffer“-Detektoren ein. Diese Sensoren messen die Konzentration eines bestimmten Gases an einem einzelnen Standort und liefern dafür einen Messwert in Teilen pro Million (ppm). „Der entscheidende Vorteil der optischen Gasdetektionskamera ist, dass sich damit Gase visuell erkennen lassen“, erklärt Jan Åke Schiller. Während einem die „Sniffer“-Sensoren nur einen Zahlenwert liefern, kann man mit einer optische Gasdetektionskamera Gaslecks im gesamten Sichtfeld der Kamera entdecken. Dadurch lässt sich die Inspektionsdauer erheblich verkürzen. Seitdem wir die optische Gasdetektionskamera haben, führen wir bei jedem Hochfahren der Anlage eine Schnellinspektion durch. Damit können wir etwa 80 % der gesamten Anlage in circa 30 Minuten überprüfen. Um mit „Sniffer“-Sensoren ein vergleichbares Resultat zu erzielen, wäre ein zehnköpfiges Team zwei Tage lang beschäftigt.“

Laut Jan Åke Schiller bedeutet dies jedoch nicht, dass man in der Anlage nun vollständig auf diese Geräte verzichten will. „Wir setzen die Sniffer-Sensoren parallel zur optischen Gasdetektionskamera ein. Mit der optischen Gasdetektionskamera lokalisieren wir das Leck, und mit dem Sniffer bestimmen wir anschließend quantitativ dessen Größe.“ Jan Åke Schiller überraschte es, wie hochempfindlich die optische Gasdetektionskamera FLIR GF306 auf Lecks reagierte. „Ich konnte damit Lecks erkennen, bei denen der Sniffer anschließend einen Messwert von unter 100 ppm anzeigte. Vor allem im High Sensitivity Mode besitzt diese Kamera eine erstaunliche Erkennungsempfindlichkeit, denn mit ihr lassen sich sogar kleinere Gaslecks aus etwa 70 Metern Entfernung erkennen. Dadurch kann der Benutzer solche Inspektionen aus sicherer Entfernung ausführen.“

High Sensitivity Mode (HSM)

Alle optischen Gasdetektionskameras der GF-Series sind serienmäßig mit dem High Sensitivity Mode (HSM) ausgestattet. Bei dieser speziellen Funktion handelt es sich um ein bildsubtraktionsbasiertes Videoverarbeitungsverfahren, das die thermische Empfindlichkeit der Kamera effektiv erhöht. Dabei wird ein bestimmter Anteil der einzelnen Pixelsignale von den im Videostream enthalten Einzelbildern von den nachfolgenden Bildern subtrahiert. Dadurch werden die Unterschiede zwischen den einzelnen Bildern verstärkt, sodass sich Lecks auf den daraus resultierenden Bildern deutlicher erkennen lassen.

Die Instandhaltungsteams werden über alle Gaslecks informiert, die repariert werden müssen. Auch bei diesem Teil des Prozesses bietet der Einsatz von optischen Gasdetektionskameras laut Jan Åke Schiller einen Vorteil gegenüber Sniffer-Sensoren. „Beim Einsatz von Sniffer-Sensoren muss man die exakte Position des Lecks mit Worten beschreiben, und das kann manchmal schwierig sein. Mit der optische Gasdetektionskamera können wir einfach eine Videodatei an den Arbeitsauftrag anhängen. Darin sieht das Instandhaltungsteam selbst, wo genau sich das Leck befindet. Dadurch muss ich weniger Zeit für die Leckberichterstellung aufwenden, sodass mir mehr Zeit zur Verfügung steht, die ich in der Anlage sinnvoller für die Lecksuche oder andere Aufgaben nutzen kann.“

Höhere Inspektionshäufigkeit

Da diese Inspektionen jetzt durch den Einsatz der optischen FLIR GF306 Gasdetektionskamera deutlich weniger Zeit in Anspruch nehmen, hat sich die Häufigkeit der Einsätze zum Aufspüren von Gasemissionen laut Jan Åke Schiller deutlich erhöht: „Als wir nur die Sniffer-Sensoren zur Verfügung hatten, führten wir lediglich jährliche Inspektionen durch. Um alle Rohrleitungen der Anlage zu überprüfen, die eine Gesamtlänge von über 100 Kilometern haben, ist ein Team mit Sniffer-Sensoren eine ganze Woche beschäftigt. Mit der optischen Gasdetektionskamera kann hingegen eine einzelne Person das Ganze an nur einem Tag erledigen. Seitdem wir diese Kamera haben, überprüfen wir die komplette Anlage zweimal pro Jahr und führen außerdem bei jedem Hochfahren der Anlage eine Schnellinspektion durch. Dadurch hat sich die Inspektionshäufigkeit deutlich erhöht.“

Ein Werkzeug, das bei Borealis in Stenungsund so oft wie die optische Gasdetektionskamera FLIR GF306 eingesetzt wird, muss so leicht, kompakt und ergonomisch konstruiert sein, damit es bei den Benutzern nicht zu Rückenschmerzen und Überlastungen der Armmuskulatur kommt. Alle optischen Gasdetektionskameras der FLIR GF-Series zeichnen sich durch ihr ergonomisches Design aus. Mit ihrem drehbaren Griff, ihren Direktzugriffstasten sowie ihrem neigbaren Sucher und LCD-Display wurde die optische Gasdetektionskamera FLIR GF306 speziell für die Anforderungen des Benutzers entwickelt. Zudem bietet sie eine hervorragende Ergonomie, um die Arbeitssicherheit zu verbessern. Mit ihrem Gewicht von 2,4 kg ist die optische Gasdetektionskamera FLIR GF306 außerdem relativ leicht und kompakt.

Infrarot-Absorption

Die optische Gasdetektionskamera FLIR GF306 verfügt über einen gekühlten Quantentopf-Infrarot-Fotodetektor (QWIP), der gestochen scharfe Wärmebilder mit einer Auflösung von 320 × 240 Pixeln bei einer thermischen Empfindlichkeit von 25 mK (0,025 °C) erzeugt. Die Gasvisualisierung mit den optischen Gasdetektionskameras der FLIR GF-Series beruht auf dem Prinzip der Infrarot-Absorption. Gase absorbieren elektromagnetische Strahlung in bestimmten Teilen des Spektrums. Die optischen Gasdetektionskameras der FLIR GF-Series sind mit einem Spektralfilter, einem Focal Plane Array (FPA) und Objektiven ausgestattet, die speziell auf einen dieser Bestandteile des Spektralbereichs abgestimmt sind. Da das Gas Infrarotstrahlung absorbiert, blockiert es die Strahlung von Gegenständen, die sich hinter dem Gas befinden. Dadurch werden Gaslecks – je nachdem, ob der Benutzer die Einstellung „white hot“ oder „black hot“ ausgewählt hat – entweder als schwarze oder weiße Rauchfahne auf dem Wärmebild sichtbar.

Aufzeichnen von Videobildern

Neben der Echtzeit-Visualisierung kann die optische Gasdetektionskamera FLIR GF306 sowohl visuelle als auch Wärmebild-Videos aufzeichnen. „Das ist äußerst wichtig, denn die sich bewegende Rauchfahne lässt sich auf einem Video wesentlich deutlicher als auf einem Standbild erkennen“, erläutert Jan Åke Schiller. „Zur Gasleck-Berichterstattung beginnen wir unsere Videoaufzeichnung normalerweise im visuellen Videoaufzeichnungsmodus, damit das Instandhaltungsteam genau erkennen kann, wo sich das Leck befindet. Dann wechseln wir in den Gasdetektionsmodus, um das Leck zu zeigen. Anschließend schalten wir nochmals in den visuellen Videoaufzeichnungsmodus, um die Position des Lecks zu bestätigen. Diese Vorgehensweise hat sich bei uns sehr gut bewährt.“

„Diese Anlage ist relativ neu – sie wurde vor einigen Jahren eingeweiht und ersetzt die alte Polyethylenanlage“, ergänzt Jan Åke Schiller. Zwar hatte die neue Produktionsstätte durchaus ein paar Kinderkrankheiten, doch mithilfe der optischen Gasdetektionskamera konnten wir aus ihr eine der leckdichtesten Polyethylenanlagen der Welt machen. Nur um Ihnen eine Vorstellung davon zu geben: Die neue Anlage produziert doppelt so viel Polyethylen wie die alte, aber die Menge der aus Lecks entweichenden flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) ist verglichen mit der alten Anlage zehn Mal geringer. Meiner Meinung nach hat die optische Gasdetektionskamera FLIR GF306 entscheidend dazu beigetragen, diese äußerst niedrige Leckrate zu erzielen.“

Leckerkennung an unerwarteten Stellen

Laut Jan Åke Schiller besteht einer der Vorteile der optischen Gasdetektionskameras darin, dass man damit mit höherer Wahrscheinlichkeit auch Undichtigkeiten an Stellen entdecken kann, an denen man diese sonst überhaupt nicht vermuten würde. „Gaslecks können wirklich an den unglaublichsten Stellen entstehen. Wir hatten hier einen Fall, bei dem ein Trägerrohr auf eine Biegung der Rohrleitung aufgeschweißt war. Der Schweißer schoss jedoch bei seiner Arbeit ein wenig über das Ziel hinaus, sodass seine Schweißnaht an der Verbindungsstelle zwischen Rohrleitung und Trägerrohr ein Leck verursachte. Mit der optische Gasdetektionskamera konnten wir das aus dem Trägerrohr entweichende Gas problemlos lokalisieren, da es auf dem Wärmebild sehr deutlich erkennbar war. Mit einem Sniffer-Sensor hätte es jedoch vermutlich ewig gedauert, das Leck zu lokalisieren, wenn wir es denn überhaupt damit gefunden hätten, denn wer sucht schon in einem Trägerrohr nach Gaslecks?“

„Ein weiteres Beispiel für ein Leck an einer unerwarteten Stelle war, als ich Gasemissionen aus einem Dämmstoff entdeckte. Durch eine undichte Verbindung am anderen Ende strömte Gas hinter die Dämmung und trat erst in einiger Entfernung von dieser Stelle aus. Und das ist nur ein Fall von vielen, bei denen wir Lecks mit der optischen Gasdetektionskamera aufspüren konnten, die wir wahrscheinlich mit einem Sniffer-Sensor niemals entdeckt hätten. Ein Sniffer-Sensor muss exakt an die richtige Stelle gehalten werden, damit er ein Gasleck erkennen kann. Daher wird der Inspektor ihn nur an den Stellen einsetzen, an denen er mit Undichtigkeiten rechnet. Mit einer optischen Gasdetektionskamera erkennt man hingegen alle Lecks, die in ihrem Sichtfeld liegen. Damit lassen sich Undichtigkeiten schnell und einfach lokalisieren und gründlichere Inspektionen ausführen.“

Eine lohnende Investition

„Einige Unternehmen entscheiden sich möglicherweise aufgrund des Preises nicht für den Kauf einer optischen Gasdetektionskamera. Das ist nachvollziehbar, denn ein Sniffer-Sensor ist zunächst deutlich günstiger“, fährt Jan Åke Schiller fort. „Aber man darf hierbei nicht nur die Anschaffungskosten sehen. Einerseits ist eine Inspektion mit Sniffer-Sensoren deutlich zeitaufwendiger, und Arbeitsstunden sind zumindest hier in Europa alles andere als billig. Andererseits lassen sich Lecks an unerwarteten Stellen mit Sniffer-Sensoren nur sehr schwer erkennen und werden damit leicht übersehen. Da sich mit optischen Gasdetektionskameras auch die Sicherheit der Mitarbeiter und der Bewohner im Umfeld der Anlage gewährleisten lässt, lohnt sich ihre Anschaffung aus meiner Sicht allein schon aus diesen Gründen. Außerdem erhöht die Nutzung einer optische Gaserkennungskamera das Sicherheitsgefühl bei den Mitarbeitern der Anlage. Sie fühlen sich sicher in dem Wissen, dass mir mit der optischen Gasdetektionskamera FLIR GF306 kein Gasleck entgeht.“

„Nicht zuletzt hilft der Einsatz einer optischen Gasdetektionskamera beim Reduzieren der Gasemissionen, die aus unerkannten Lecks in die Atmosphäre gelangen“, führt Jan Åke Schiller weiter aus. „Da diese Gase unser Grundstoff sind, wäre es außerdem Verschwendung, sie über unerkannte Lecks zu verlieren. Sie lassen sich wesentlich sinnvoller zur Kunststoffherstellung nutzen, wofür sie bei uns schließlich auch gedacht sind. Gasemissionen sind daher für uns nichts anderes als reine Geldverschwendung. Deshalb macht sich eine optische Gasdetektionskamera für uns allein schon durch die daraus resultierende Reduzierung von Gaslecks bezahlt. Unter dem Strich würde ich also definitiv sagen, dass sich die Anschaffung einer optischen Gasdetektionskamera in jeder Hinsicht lohnt.“