Využití termokamer pro detekci plynů

Termokamery mohou efektivně sloužit k detekci (vizualizaci) úniků plynů nebezpečných pro životní prostředí. Některé plyny, které se používají v průmyslu, poškozují životní prostředí a jejich úniky navíc společnosti stojí značné částky. V průběhu času byly vyvinuty speciální termokamery k detekci výskytu (úniku) mnoha plynů včetně SF6, což je plyn, který je 24 000krát více nebezpečný pro životní prostředí než CO2.

Emise unikajících plynů přispívají k celosvětovému růstu globálního oteplování a stojí průmysl miliardy dolarů na regulačních pokutách a škodách a představují smrtelné riziko jak pro lidi, kteří v okolí místa úniku pracují, tak také pro ty, kteří žijí v blízkosti poškozených zařízení. Detekce plynů prostřednictvím termokamery umožňuje zachycení úniku desítek těkavých organických sloučenin, včetně velmi nebezpečného skleníkového plynu hexafluoridu síry (SF6), což efektivně přispává k lepšímu životnímu prostředí.

Zkušenosti ukazují, že až k 84 procentům netěsností dochází v méně než v jednom procentu případů. To znamená, že až 99 procent nákladných a časově náročných kontrol pouze potvrdí správnou funkčnost systému.

Termokamery pro detekci úniků plynů

Dřívější metody detekce plynů vyžadovaly blízký kontakt s využitím “čichové” technologie a sondy. Omezení těchto metod spočívá v tom, že jsou časově náročné a vykazují riziko nedetekovaného úniky plynu. Pracovníky inspekce mohou vystavit neviditelné a potenciálně škodlivé chemikálii a znemožňují kontrolu při větru a dalších výkyvech počasí, které mohou způsobit nepřesné měření. Starší metody také mohou podat informaci o identifikovaných testovacích bodech pouze z bezprostřední blízkosti.

Termovizní kamery (termokamery) pro detekci plynu jsou infračervené kamery, které jsou schopné vizualizovat plyn na fyzikálním principu. Termokamera poskytuje úplný obraz snímané oblasti. Netěsnosti, kterými dochází k úniku se v obraze projeví jako „kouř“, viditelný v hledáčku kamery nebo na LCD displeji. Obraz je zobrazen v reálném čase a pro snadnou archivaci je také uložen na paměťové médium termokamery.

 

Termokamera pro detekci plynů je rychlý, bezdotykový měřící nástroj, který lze použít i v těžko dostupných místech. Termokamera může detekovat malé úniky vzdálené několik metrů, stejně jako velké úniky vzdálené stovky metrů.

V současné době je nejčastější nasazení MWIR termokamer, byť je v některých případech možné nasazovat i LWIR modely. MWIR termokamera pro detekci plynů má odezvu detektoru 3-5 μm, ten je dále spektrálně přizpůsoben přibližně na 3,3 μm pomocí chlazeného filtru. Toto je základní vlastnost, která umožňuje kameře detekci plynů, které se běžně vyskytují v petrochemickém průmyslu. Termoamera může detekovat mnoho plynů, ale nejčastěji je používána pro kontrolu úniku těchto plynů:

Benzen, Butan, Ethan, Etylbenzen, Etylen, Heptan, Hexan, Izopren, MEK, Metan, Metanol, MIBK, Octan, Pentan, 1-Pentan, Propan, Propylen, Toluen, Xylen

Fyzikální princip

Pokud je kamera nasměrována na scénu bez úniku plynu, objekty v zorném poli budou vyzařovat a odrážet infračervené záření objektivu a filtru kamery. Filtr umožňuje vstup do detektoru pouze některým vlnovým délkám záření, ze kterých pak kamera generuje nekompenzovaný obraz radiační intenzity. Pokud se mezi objektem a kamerou vyskytuje nějaký plyn, bude pohlcovat záření v rozsahu pásma propustnosti filtru a množství záření, procházející plynem, které dopadne na detektor tak bude nižší

Aby byl oblak plynu viditelný ve vztahu k pozadí, musí být zřejmý zářivý kontrast mezi oblakem a pozadím. To znamená, že množství radiace opouštějící oblak nesmí být stejné, jako množství záření, které do něj vstupuje.

Ve skutečnosti je množství záření odrážející se od molekul v oblaku plynu velmi malé a může být ignorováno. Klíč k viditelnosti plynu je rozdílnost jeho teploty oproti teplotě pozadí.

Příklady nasazení

Ropné rafinerie

Typická rafinerie se skládá ze dvou typů procesu, separace a konverze. Separační procesy dělí ropu na užitečnou frakci, která je prodávána jako palivo nebo připravena pro další zpracování. Procesy konverze modifikují molekuly tak, aby výsledné produkty měly vhodné vlastnosti směsí do hotových paliv.

Petrochemie

Jedná se o průmysl, který vyrábí uhlovodíkové látky s použitím základních surovin z procesů rafinace ropy buď konverzí nebo další separací, která není normálně prováděna na ropné rafinérii. Většina chemikálií používané nebo vyrobená v těchto odvětvích je dobře viditelná prostřednictvím MWIR detekční kamery.

Chemická výroba

Zahrnuje výrobu anorganických chemikálií ze základních surovin. Často se jedná o kontinuální procesy, kdy je vyžadována vysoká čistota výsledných produktů. MWIR detekční kamera dobře reaguje na některé chemické látky produkované v tomto odvětví průmyslu.

Výroba elektřiny

Plynem poháněné stanice pro výrobu elektrické energie často využívají zemní plyn jako palivo. MWIR termokamera je proto velmi vhodná pro detekce úniků v tomto odvětví.

Zemní plyn – výroba, skladování, přeprava a distribuci zemního plynu

Zemní plyn je tvořen převážně metanem a ethanem, přičemž oba plyny jsou dobře detekovatelné MWIR kamerou. Plyn je možné detekovat od jeho výroby přímo přes distribuční síť až ke konečnému spotřebiteli.

Poskytovatelé služeb

Stále více společností vyhledává služby pro zjišťování netěsností a opravu (LDAR). V současné době poskytovatelé služeb LDAR, kteří do nedávna využívali metody pro detekci plynu bez vizualizace, postupně přecházejí na detekce plynu s pomocí detekční kamery, z důvodu zřejmého dramatického zlepšení v produktivitě a spolehlivosti.

Regulátory

Vynucování statutárních nařízení vládními agenturami, spíše než potřebami průmyslu, je v mnoha zemích běžné. Kamera detekující plyn umožňuje těmto agenturám monitorovat průmysl a ověřovat tak dodržování předpisů, stejně jako vypracovávat audity o snahách v oblasti redukce emisí.

Energetika

Velké množství zařízení používaných při distribuci vysokého napětí elektrické energie využívá jako izolační plyn hexafluorid síry (SF6). Toto zařízení umožňuje být kompaktnější a chráněné od prvků uvnitř rozvodny. LWIR detekční kamera je na SF6 extrémně citlivá.

Nejčastější místa úniku

Kamera může být v petrochemickém průmyslu použita k detekci plynu unikajícího z mnoha různých zdrojů. Nejběžnější cesty úniku ale jsou:

• Příruby
• Uzávěry
• Spojky
• Otvory
• Odtokové potrubí
• Uzávěry ventilů
• Strojní zařízení
• Těsnění čerpadel
• Průchozí ventily
• Přípoje přístrojů

Specifická aplikace – detekce plynu SF6

Plyn SF6 je často používán v elektroenergetickém průmyslu jako vysoce izolační plyn na rozvaděčích napětí a transformátorech. Je to silný skleníkový plyn s “potenciálem globálního oteplování” (= GWP) o hodnotě 23 900 a atmosférické životnosti 3200 let.

GWP vyjadřuje fakt, že uvolnění 1 kg SF6 do atmosféry má stejný dopad jako uvolnění 23 900 kg (tedy 23,9 tuny) CO2. Z pohledu ztrát celé společnosti znamená, že je třeba dokoupit 1 tunu SF6 za rok na doplnění, jelikož přes netěsnosti stejné množství za rok unikne. Pro srovnání, aby došlo ke vzniku stejného množství CO2, bylo by třeba řídit průměrné vozidlo na vzdálenost přesahující 239 milionů km.

 

Statistiky uvádějí, že společnost, která snižuje emise SF6 do atmosféry pomocí termokamery, lokalizuje a opravuje netěsnosti, zlepšuje životní prostředí stejně tak, jako kdyby došlo k vyřazení 11 950 průměrných automobilů mimo provoz.

Únikových míst, nalezených na elektrických rozvodných zařízeních, je však méně než v procesních odvětvích. K netěsnosti může obvykle dojít špatnou instalací, poruchou během plánované údržby nebo narušením těsnících dílů v důsledku prostého užívání.