Umweltschutz mit einer optischen Gasdetektionskamera von FLIR

Einige industrielle, pharmazeutische und petrochemische Fertigungsanlagen stoßen Gase aus, die nicht nur die Umwelt, sondern auch die Gesundheit der Firmenmitarbeiter und umliegenden Anwohner schädigen können. Die Umweltschutzbehörden sind dafür verantwortlich, sicherzustellen, dass diese Emissionen stets im Rahmen der dafür erlassenen staatlichen und internationalen Bestimmungen, Gesetze und Richtlinien erfolgen. Um dieser Verpflichtung nachzukommen, können die Umweltschutzbehörden eine optische Gasdetektionskamera nutzen.
Zu den ersten europäischen Umweltschutzbehörden, die diese Technologie einsetzen, gehört die niederländische Environmental Protection Agency Rijnmond (DCMR). „Diese Technologie hilft uns dabei, die flüchtigen Emissionen, die von Unternehmen innerhalb unseres Zuständigkeitsbereichs ausgestoßen werden, in der Praxis deutlich zu erkennen“, erklärt Rob van Doorn, technischer Leiter der DCMR. „Sie ist wirklich ein großartiges Instrument für Behörden wie die DMCR, um Emissionskontrollrichtlinien aktiv und effizient umzusetzen.“

Die wohl wichtigste Aufgabe der DCMR ist, die ordnungsgemäße Umsetzung der für flüchtige Gasemissionen geltenden Bestimmungen sicherzustellen, da diese die Gesundheit und Lebensqualität der umliegenden Anwohner direkt beeinflussen. Laut Rob van Doorn war es jedoch äußerst schwierig, flüchtige Gasemissionen vor der Anschaffung der optischen Gasdetektionskamera aus der FLIR GF-Series zu überwachen. „Zwar gibt es Berechnungen und Modelle, mit denen sich ein theoretischer Wert für flüchtige Emissionen aus Lagertanks, Pipelines usw. ermitteln lässt, aber kürzlich ausgeführte internationale Studien haben gezeigt, dass die tatsächlichen Emissionen diesen rein formelbasierten Wert oftmals deutlich übersteigen. Diese Formeln berücksichtigen jedoch nicht die Möglichkeit, das Lagereinrichtungen defekte Einstiegsöffnungen aufweisen könnten, die sich unbemerkt von den Mitarbeitern nicht mehr richtig schließen lassen, oder sonstige Formen von bislang unerkannten Wartungsproblemen, die zusätzliche flüchtige Emissionen verursachen könnten.“

Zunächst beauftragte Van Doorn externe Berater damit, die flüchtigen Emissionen in der Realität zu messen und zu überwachen. „Wir mussten jedoch bald feststellen, dass diese Lösung langfristig gesehen für uns nicht effizient war. Die Berater berechnen für jede Inspektion gesalzene Honorare, die unser verfügbares Gesamtbudget bei der von uns angestrebten Inspektionshäufigkeit sehr schnell gesprengt hätten. Deshalb beschlossen wir, selbst ein geeignetes Überwachungsinstrument für flüchtige Gasemissionen anschaffen.“

FLIR GF-Series erfordert nur einen geringen bis keinen Schulungsaufwand

Nachdem Bob Van Doorn und seine Kollegen verschiedene Methoden miteinander verglichen hatten, beschlossen sie, eine optische Gasdetektionskamera FLIR GF320 anzuschaffen. „Die von uns beauftragten externen Berater setzten Erkennungsverfahren wie SOF (Solar Occultation Flux) und DIAL (Differential Absorption Light Detection And Ranging) ein. Obwohl diese Verfahren robust sind und Emissionen quantifizieren können, sind sie mit sehr hohen Anschaffungskosten verbunden, unhandlich und erfordern für den Transport der Ausrüstung große LKW. Zudem ist ihre Anwendung kompliziert und ein effizienter Einsatz erst nach einer umfangreichen Schulung möglich. Im Vergleich dazu ist die die GF-Series-Kamera die deutlich preisgünstigere Lösung. Außerdem ist sie kompakt, leicht, tragbar und lässt sich sehr einfach und ohne größeren Schulungsaufwand bedienen.“

Eine optische Gasdetektionskamera ist ein schnelles und berührungsfreies Messinstrument, mit dem sich der Benutzer einen unmittelbaren Überblick über die Situation verschaffen kann. Sie kann kleinere Gaslecks aus einigen Metern Entfernung und größere Lecks sogar aus mehreren hundert Metern Entfernung erkennen. Außerdem erkennt die Kamera Undichtigkeiten bei fahrenden Transportfahrzeugen wie Tanklastwagen, Binnenschiffen oder Eisenbahnwaggons.

Benutzerfreundlich und schnell einsetzbar

Der Kauf der FLIR GF320 beinhaltete auch einen dreitägigen Schulungskurs im Infrared Training Center (ITC) für die Inspektoren, die anschließend mit der optischen Gasdetektionskamera arbeiten sollten. Laut Rob van Doorn ist die optische Gasdetektionskamera FLIR GF320 äußerst benutzerfreundlich: „Ich war überrascht, dass wir so schnell und effizient mit der Kamera arbeiten und bereits unmittelbar nach der dreitägigen Schulung eine derartig hohe Genauigkeit erzielen konnten. Ehrlich gesagt hätte man diese Schulung wahrscheinlich sogar weglassen können, denn die Kamera lässt sich so einfach bedienen, dass man diese wahrscheinlich sogar ohne vorherige Schulung direkt zur Leckerkennung und -lokalisierung nutzen kann. Man kann also durchaus sagen, dass sich ihre Bedienung weitestgehend von selbst erklärt.“

Visualisierung der Gase durch Infrarot-Absorption

Die optische Gasdetektionskamera FLIR GF320 verfügt über einen gekühlten Indium-Antimonid-(InSb)-Infrarotdetektor, 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 Absorption elektromagnetischer Strahlung durch Gase im Infrarot-Wellenlängenspektrum. Die meisten Gase absorbieren die Infrarotstrahlung bei spezifischen Wellenlängen. Es gibt Wellenlängen im infraroten Spektralbereich, bei denen das Gas quasi undurchsichtig ist. Die optischen Gasdetektionskameras der FLIR GF-Series sind mit einem Spektralfilter, einem Focal Plane Array (FPA) und einem optischen System ausgestattet, die alle speziell auf diese sehr begrenzten Spektralbereiche abgestimmt sind, in denen bestimmte Gase die Infrarotstrahlung absorbieren. Da das Gas die Infrarotstrahlung absorbiert und effektiv die Strahlung von allen Gegenständen blockiert, die sich hinter dem Gas befinden, 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.

Die optische Gasdetektionskamera FLIR GF320 ist auf die elektromagnetischen Wellenlängen zwischen 3,2 und 3,4 μm abgestimmt – den Bereich des elektromagnetischen Spektrums, in dem die meisten Kohlenwasserstoffe Infrarotstrahlung absorbieren.

Obwohl die optische Gasdetektionskamera FLIR GF320 wahrscheinlich noch viele weitere unterschiedliche Gase erkennen kann, wurde sie im Labor auf 19 Gase getestet, die häufig in der petrochemischen Industrie vorkommen:

• Benzol
• Butan
• Ethan
• Ethylbenzol
• Ethylen
• Heptan
• Hexan
• Isopren
• Methylethylketon (MEK)
• Methan
• Methanol
• MIBK
• Oktan
• Pentan
• 1-Pentan
• Propan
• Propylen
• Toluol
• Xylol

Diese chemischen Verbindungen und Gase sind normalerweise für das bloße Auge unsichtbar, doch dank ihrer Infrarot-Absorptionseigenschaften kann ein Inspektor mit der optischen Gasdetektionskamera FLIR GF320 auf den im Sucher oder auf dem LCD-Display der Kamera angezeigten Echtzeit-Wärmebild-Videos Gaslecks als sich bewegende Rauchfahnen erkennen.

Ergonomisches Design und Benutzersicherheit

Neben der Echtzeit-Visualisierung kann die optische Gasdetektionskamera FLIR GF320 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“, erklärt Rob Van Doorn. „Deshalb ist die Möglichkeit, für die Gasleck-Berichterstattung Videos aufzeichnen zu können, eine entscheidende Voraussetzung.“

Während einer Inspektion nimmt der Benutzer oftmals viele Videos auf. Dadurch fallen im Laufe der Zeit unzählige Videos an, sodass es eine enorme Herausforderung darstellen kann, in dem daraus resultierenden Archiv langfristig den Überblick zu behalten. Zur leichteren Bewältigung dieser Aufgabe versieht die optische Gasdetektionskamera FLIR GF320 die Videoaufnahmen automatisch mit GPS-Standortdaten. Da sie so neben dem Datum und der Uhrzeit auch die GPS-Daten in die Metadaten des Videos einbettet, wird es deutlich einfacher, den Überblick im Videoarchiv zu behalten.

Alle optischen Gasdetektionskameras der FLIR GF-Series zeichnen sich durch ihr ergonomisches Design aus. Dazu gehören unter anderem ein drehbarer Griff, praktische Direktzugriffstasten sowie ein Sucher und ein LCD-Display, die sich neigen lassen. Mit ihrem Gewicht von 2,4 kg ist die optische Gasdetektionskamera FLIR GF320 außerdem im Vergleich zu anderen Gasdetektionsinstrumenten relativ leicht und kompakt. Mit ihrer hervorragenden Ergonomie wurde die optische Gasdetektionskamera FLIR GF320 speziell für die Anforderungen des Benutzers entwickelt. Damit verbessert sie nicht nur die Arbeitssicherheit und individuelle Leistung des Benutzers, sondern reduziert auch die Gefahr von Rückenschmerzen und Überlastungen der Armmuskulatur.

Nachdem er die optische Gasdetektionskamera FLIR GF320 einige Monate lang genutzt hatte, war Rob Van Doorn positiv überrascht, wie präzise er damit Lecks erkennen konnte. „Die Kamera reagiert deutlich empfindlicher auf Gaslecks, als wir erwartet hatten – vor allem im High Sensitivity Mode“, sagt Van Doorn. „Wir waren verblüfft, wie deutlich wir selbst kleinste Lecks mit der Kamera erkennen konnten, selbst wenn wir die Inspektion aus einer gewissen Entfernung zum Zielbereich durchführten.“
High Sensitivity Mode (HSM)

Der High Sensitivity Mode (HSM) ist eine zusätzliche Spezialfunktion, mit der alle optischen Gasdetektionskameras der GF-Series serienmäßig ausgestattet sind. Dabei 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.

Künftige Emissionen vermeiden

„Wir arbeiten jetzt schon seit einiger Zeit mit der FLIR GF320 und konnten dank ihrer Hilfe Lecks entdecken und Übertretungen von Vorschriften feststellen, die ohne die Kamera unentdeckt geblieben wären. Beispielsweise erkannten wir damit bei Lagerbehältern, von denen wir bislang stets annahmen, dass diese einen guten Betriebs- und Wartungszustand aufwiesen, mehrere undichte Stellen mit zum Teil erheblichen Gasemissionen. Dadurch konnten wir sofort entsprechende Maßnahmen ergreifen, um weitere Emissionen zu verhindern. Ich kann also definitiv sagen, dass sich die Anschaffung dieser optischen Gasdetektionskamera in jeder Hinsicht für uns gelohnt hat.“

DCMR – Environmental Protection Agency Rijnmond

Die niederländische Umweltschutzbehörde DCMR ist für Rijnmond, den Einzugsbereich rund um den Rotterdamer Hafen, zuständig. Europas größter Seehafen hat dort zur Ansiedlung zahlreicher Unternehmen der Schwerindustrie geführt: Hier findet man Raffinerien, Müllverbrennungsanlagen, mehrere Mülldeponien, zahlreiche chemische Großanlagen sowie metallverarbeitende Betriebe. Bei allen diesen Anlagen herrscht ein hohes potenzielles Umweltverschmutzungsrisiko. Daher wurde im Jahr 1972 die DCMR gegründet, um in der Region Rotterdam-Rijnmond für einen besseren Umweltweltschutz zu sorgen. Die Behörde überwacht und steuert Säuberungsprogramme, um die Auswirkungen der Bodenverschmutzung, Abfallentsorgung und des damit verbundenen Lärms zu minimieren.