Od momentu powstania przemysłu świat wykorzystywał surowce naturalne do produkcji i wytwarzania dóbr. Wykorzystywanie chemikaliów, z których powstawały gazy, i samych gazów było kluczowym czynnikiem w tej ewolucji. Niestety, większość z gazów stosowanych przez przemysł absorbuje promieniowanie podczerwone – innymi słowy są one gazami cieplarnianymi.
Kamery na podczerwień umożliwiają użytkownikom wykrycie i zaobserwowanie gazów w otoczeniu. Dzięki obrazowi w podczerwieni można dostrzec, gdzie powstaje wyciek gazu, a także, w którą stronę chmura gazu się przemieszcza. Stosowanie tego urządzenia w oczywisty sposób podnosi bezpieczeństwo i higienę pracy, a także ma pozytywny wpływ na środowisko. Korzyści wynikające z wdrożenia tej techniki są ogromne – od pierwszej detekcji do uszczelnienia wycieku gazu, a nawet do przeprowadzenia pełnej naprawy.
Kamery na podczerwień ułatwiają wykrycie największych przecieków gazu w rafineriach ropy naftowej wytwarzającej LPG. Niewidzialne dla ludzkiego oka gazy są widoczne na kamerach jako dym.
15 grudnia 2008 r. EPA (Environmental Protection Agnency – Agencja Ochrony Środowiska w Stanach Zjednoczonych) wydała ostateczną poprawkę do wymagań dotyczących wykrywania i uszczelniania przecieków. „Poprawka dopuszcza stosowanie optycznych technologii wykrywania przecieków gazu. Źródła przecieków są wyświetlane na ekranie urządzenia w sposób zbliżony do systemów night vision, w których obraz przedmiotów i obiektów generowany jest na podstawie ciepła, jakie wytwarzają. Poprawka ta wprowadza wymagania dotyczące korzystania z nowych technologii, jakkolwiek nadal dopuszcza wykorzystywanie obecnie stosowanych praktyk i sposobów wykrywania przecieków” – stwierdza EPA w swoim oświadczeniu.
Jak to działa?
Gazy cieplarniane absorbują promieniowanie podczerwone, zapobiegają lub ograniczają wydostawanie się promieniowania podczerwonego z ziemi, pochłaniając je i oddając do atmosfery, w wyniku czego następuje zwiększenie temperatury powietrza, które uniemożliwia skuteczne ochłodzenie się ziemi.
Optyczne obrazowanie gazów wywodzi się z aplikacji militarnych. Obecnie stosowanie kamer na podczerwień do wykrywania gazów przeniknęło do zastosowań komercyjnych. Kamery na podczerwień stały się wyposażeniem niezbędnym ze względu na oszczędność kosztów, bezpieczeństwo i korzyści, jakie przynosi ich użytkowanie, niezależnie od tego, czy dotyczy to określenia odpowiedniej temperatury podgrzewanych potraw, czy bezpieczeństwa związanego z utrzymywaniem fabryki lub elektrowni.
Obserwowane gazy
Kamery na podczerwień zaprojektowane do wykrywania gazów są wykorzystywane przez rząd, a także pracowników przemysłowych zajmujących się bezpieczeństwem i konserwacją. Wiele nieszczelnych elementów i mechanizmów nie znajduje się jednak na liście potencjalnych źródeł przecieków, chociaż występują w rzeczywistości.
Sprawdzenia wymagają trzy rodziny gazów cieplarnianych, do których zaliczamy: metan (CH4), sześciofluorek siarki (SF6), hydrofluorowęglan (HFCs) i tlenek węgla (CO).
Metan to gaz, który występuje w środowisku naturalnym i powstaje przez rozkład biomasy. Stężenie metanu wzrosło o 150% od początków ewolucji przemysłowej. Emisja metanu w USA pochodzi głównie z wysypisk śmieci i systemów dystrybucji gazu – co daje około 45% emisji dokonanej przez człowieka – zgodnie ze stwierdzeniem EPA. W 2002 r. EPA oszacowała, że około 2% metanu, który został wydobyty z szybów w USA, ulotnił się niewykorzystany przez końcowego użytkownika do atmosfery. Amerykański związek gazowy oszacował, że w 2006 roku straty metanu osiągnęły wartość około 3 mld USD.
Sześciofluorek siarki ma najwyższą wartość GWP (Global Warming Potential – potencjał tworzenia efektu cieplarnianego), która wynosi 23 900 według Międzyrządowego Panelu Zmiany Klimatu (Intergovernmental Panel on Climate Change). Oznacza to, że potrzeba 23 900 gramów dwutlenku węgla, aby uzyskać ten sam wpływ na efekt cieplarniany co 1 gram sześciofluorku siarki. Sześciofluorek siarki jest wykorzystywany głównie w energetyce (w hermetycznie zabudowanych rozdzielniach wysokiego napięcia) i produkcji półprzewodników, chociaż według raportu EPA większość tego gazu emitowana jest do atmosfery. Emisja sześciofluorku siarki na podstawie wartości GWP jest porównywalna do emisji dwutlenku węgla przez 34 mln pojazdów w ciągu całego roku. Emisja różnych typów hydrofluorowęglanów nie jest uregulowana; to samo dotyczy sześciofluorku siarki.
Tlenek węgla to pośredni gaz cieplarniany, który jest toksyczny i łatwopalny. Cechuje się wysokim poziomem zagrożenia dla zdrowia i bezpieczeństwa. Technologia kamer na podczerwień pozwala na wykrycie emisji tlenku węgla, którego stężenie wynosi niecałe 90 pap – co jest wartością znacznie niższą od progu zapalania. Obecnie wykorzystywane są urządzenia monitorujące występowanie tlenku węgla w powietrzu – jednak tylko przy wlocie do urządzenia. W przypadku gdy urządzenie monitorujące nie znajduje się w chmurze tlenku węgla, nie jest w stanie wykryć obecności gazu.
Praktyczna technologia
Obrazowanie za pomocą podczerwieni jest najlepszym rozwiązaniem, biorąc pod uwagę inne metody wykrywania emisji gazów. Wcześniejsze metody i technologie polegały głównie na stosowaniu czujnika kontaktu punktowego, który „wyczuwał” gazy w powietrzu przepływającym w pobliżu urządzenia. Natomiast kamera na podczerwień obrazuje rzeczywisty obraz ulatniającego się gazu i umożliwia wykwalifikowanemu personelowi podjęcie natychmiastowej reakcji i analizę wielkości wyemitowanego gazu.
Adaptacja i wprowadzenie obowiązku korzystania z technologii podczerwieni przyczyni się z pewnością do pozytywnych zmian wpływających na środowisko. Eliminacja śladu węglowego, który odpowiada zanieczyszczeniu, jakie generują 34 miliony pojazdów w ciągu roku, może być zakończona sukcesem poprzez wprowadzenie regulacji poziomu emisji sześciofluorku siarki, a także nakaz wykonywania badań nieszczelności instalacji gazowych za pomocą technologii IR – sugeruje raport EPA. Redukcja emisji metanu w nieszczelnych systemach dystrybucji o 3 mld dol. rocznie może wzmocnić firmy, które zajmują się serwisowaniem w tym sektorze przemysłowym. Redukcja ta może również pomóc w obniżeniu stale rosnącego poziomu zużycia metanu.
R.G. Benson jest badaczem naukowym, a także menedżerem ds. technicznego obrazowania gazów w firmie Flir System.
Artykuł pod redakcją Michała Piłata
Autor: R. G. Benson
