Lecks visualisieren

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Thermografie - Die Wartung von wasserstoffgekühlten Generatoren ist eine entscheidende Voraussetzung für den sicheren und effizienten Betrieb eines Kraftwerks. Mit der Gasdetektionskamera GF343 von Flir lassen sich Lecks lokalisieren und visualisieren.

23. September 2015
Die GF343 ist eine Gasdetektionskamera, mit der sich Wasserstofflecks schnell, einfach und aus sicherer Entfernung lokalisieren und visualisieren lassen. Quelle: Flir
Bild 1: Lecks visualisieren (Die GF343 ist eine Gasdetektionskamera, mit der sich Wasserstofflecks schnell, einfach und aus sicherer Entfernung lokalisieren und visualisieren lassen. Quelle: Flir)

Seit einigen Jahren werden Wärmebildkameras auch für die optische Gasdetektion (Optical Gas Imaging/OGI) mit SF6 als Tracergas effizient eingesetzt. Jedoch haben einige Versorger hinsichtlich der Verwendung von SF6 als Tracergas Bedenken. Hauptsächlich wegen der Kosten und des hohen Treibhauspotenzials (GWP-Wert von 23000) sowie der zusätzlichen Einschränkungen, die in einigen Fällen für die erweiterte Nutzung von SF6 gelten.

Deshalb hat Flir Systems in enger Zusammenarbeit mit der Industrie eine neue Generation von Gasdetektionskameras entwickelt, die ein unbedenkliches Tracergas verwendet. Die neue Flir-GF343-Gasdetektionskamera nutzt CO2 als Tracergas, das an jeder Generatorstation vorhanden ist. CO2 kostet weniger, hat einen deutlich geringeren GWP-Wert und ist im Vergleich zu SF6 auch mit weniger Nutzungsbeschränkungen behaftet. Daraus resultieren umfangreichere Anwendungsmöglichkeiten für Gasdetektionskameras bei der Lecksuche.

Da dem Wasserstoff nur eine sehr geringe CO2-Konzentration (in der Regel drei bis fünf Prozent) als Tracergas beigemengt werden muss, damit die Gasdetektionskamera potenzielle Lecks erkennen kann, lässt sich nicht nur die Reinheit des Wasserstoffs in der Turbine, sondern auch der normale Generatorbetrieb unterbrechungsfrei gewährleisten. Mit der Flir GF343 steht den Ingenieuren ein neues Messinstrument zur Verfügung, mit dem sie Lecks schnell, einfach und genau lokalisieren und visualisieren können.

Erkennung von CO2 als Tracergas

Wenn man dem Wasserstoff CO2 in einer geringen Konzentration (<5 Prozent) als Tracergas beimengt, bleibt der sichere und effiziente Betrieb des Generators gewährleistet. Dadurch können der Betreiber und die Wartungsteams die Anlage während des normalen Betriebs auf potenzielle Wasserstofflecks überwachen und überprüfen.

Tests in den USA und Italien haben ergeben, dass sich mit der Flir GF343 bei einem Leck im System bereits sehr geringe CO2-Konzentrationen (~2,5 Prozent) als Tracergas nachweisen lassen. Dadurch können die Wartungsteams Lecks erkennen, genau lokalisieren und markieren. Bei der nächsten geplanten Stillstandszeit oder bei größeren Lecks können diese umgehend repariert werden.

Einer der Vorteile, den die GF343 gegenüber anderen Erkennungstechnologien bietet, ist, dass sich die Leckerkennung jetzt auch während des normalen Betriebs durchführen lässt. Das spart viel Zeit und Geld und vermeidet unnötige Stillstandszeiten. Die Stillstandszeiten lassen sich um zwei oder sogar drei Tage verkürzen. Wenn man bedenkt, dass jeder Stillstandstag (je nach Generatortyp und -größe) Kosten in Höhe von rund 80.000 bis 100.000 Euro verursacht, machen sich die Verwendung von CO2 als Tracergas und die Anschaffung einer Flir GF343 CO2 binnen kürzester Zeit bezahlt.

Kleine Lecks treten leider nicht nur sehr häufig auf, sondern können sich auch rasch zu größeren Lecks ausdehnen. Mit der Flir GF343 können die Wartungsteams die Wasserstoffkonzentration in der Umgebungsatmosphäre rechtzeitig eindämmen, um Brände und Explosionen zu vermeiden.

Funktionsweise der Flir GF343

Die Flir-GF343-Kamera verwendet einen ›Focal Plane Array (FPA) Indiumantimonid-(InSb)-Detektor‹, der bei einer Wellenlänge von 3 bis 5 µ arbeitet. Durch Einsatz eines speziellen Filters (Kaltfilter), der bei 4,3 µ liegt, wird die hohe Sensitivität für die CO2-Detektion realisiert. Die Kühlung des Detektors erfolgt mittels Stirlingmotor, der den Quantendetektor auf kryogene Temperaturen (203 °C) herunterkühlt. Diese Spektraltuning- bzw. Kaltfilterungsmethode spielt für die Gasdetektionstechnik eine entscheidende Rolle und macht die Flir GF343 insbesondere für die Infrarot-Absorption von CO2-Gas empfindlich, sodass sie diese besonders schnell erkennen und darstellen kann.

Dabei wird praktisch die Hintergrundenergie – beispielsweise vom Himmel oder anderen Quellen, die sich im Blickfeld der Kamera befinden – vom Gas absorbiert. Die Kamera macht diese Energieabsorption mit dem Wärmekontrast im Bild sichtbar. Da die Kamera dabei nicht nur die spektrale Absorption, sondern auch die Bewegung des Gases sichtbar macht, ist das ausströmende Gas quasi als Rauchwolke zu erkennen.

Darüber hinaus ist die GF343 mit einer speziellen Bildsubtraktionstechnik ausgestattet, die die Gasbewegung verstärkt. Der High Sensitivity Mode (HSM) ist eine entscheidende Voraussetzung, um selbst kleinste Lecks aufzuspüren. Durch den HSM-Modus ergibt sich auch eine Verbesserung der thermischen Empfindlichkeit der Kamera. Dabei wird ein bestimmter Anteil der einzelnen Pixelsignale von den im Videostream enthalten Einzelbildern von den nachfolgenden Bildern subtrahiert. Das verstärkt die Gasbewegung, verbessert die allgemeine praktische Empfindlichkeit der Kamera und ihre Fähigkeit, auch ohne Verwendung eines Stativs selbst kleinste CO2-Gaslecks zuverlässig zu erkennen und präzise darzustellen.

Erschienen in Ausgabe: 02/2015