Det tekniske hjørne – Nye principper til gasdetektion

Skrevet af Morten B. Jensen, Manager, Instrumentation, KLINGER Danmark A/S

Industrielle processer benytter i stigende grad farlige stoffer, især giftige og brændbare gasser, i fremstillingsprocessen. Det er uundgåeligt at der i den forbindelse, lejlighedsvis, undslipper gas, der skaber en potentiel fare for anlægget, de ansatte eller mennesker, der bor i nærheden. For at reducere denne risiko er det essentielt at detektere udslip af forskellige gasarter, så eventuelle risici for skader kan minimeres, og derfor arbejdes der løbende på at udvikle nye metoder til at detektere gasudslip.

I denne artikel vil vi beskrive 2 af de nyeste principper til overvågning af større områder.

Ultralydsteknologi anvendt til gasdetektion

Undersøgelser har vist, at omkring 30% af alle gaslækager i udendørs installationer ikke bliver opdaget, fordi vind/vejr forholdene gør at gassen blæses væk fra det område, hvor konventionelle detektorer fungerer. Det betyder at der vil være risiko for brandfarlige gas skyer kan opbygges på steder, hvor der kan udløses hændelser, som kan skade både personale og materiel.

Ultralydssensorer lytter efter lækager

En ny teknologi har derfor gjort sit indtog på markedet for gasdetektion, hvor der benyttes en avanceret ultralydsteknologi til at lytte efter lækager i det ultrasoniske område. Det viser sig nemlig, at gasmolekyler, der undslipper fra et system under tryk, genererer et støjbillede både i det hørbare og i det ultrasoniske område. Man kan derfor med fordel anvende piezoelektriske sensorer, der ikke påvirkes af vejrforhold og baggrundsstøj, til at give en øjeblikkelig og pålidelig lækagepåvisning af gaslækager i frekvensområdet 18 til 70 kHz.

Støjen fra en gaslækage afhænger af en række parametre, som alle bør tages i ed hvis man skal have succes med den nye teknologi:

1. Lydstyrken reduceres jo længere man kommer væk fra kilden (lækagen)

2. Lydstyrken øges jo højere mere gas der siver ud fra lækagen (større hul eller højere tryk i røret)

3. Lydstyrken øges jo lettere gassen er (lavere molekylvægt)

Da den ultrasoniske baggrundsstøj sjældent forekommer i naturen, vil den støj, der forekommer i et industrielt anlæg, enten være relateret til maskiner i processen eller til lækager. Førstnævnte vil oftest være af et ”konstant” støjniveau, som en gasdetektor kan udnytte gennem algoritmer, der hele tiden sammenligner lydbilledet med det billede som blev optaget under normale omstændigheder, så den kun reagerer på den unikke ultralyds signatur, der er skabt af en højtrykslækage – typisk i et område mellem 70 og 80 dB. 

Hvordan vælges den bedste placering

Den optimale placering af sensoren opnår man lettest ved at tænke på hvordan øret ville opfatte lyden i den givne placering. Det betyder at enheden bør placeres højt over de områder, den skal overvåge (for at få det bedste ”overblik”), ligesom der ikke må være obstruktioner i lyttezonen.

En optimal installation er med sensoren hævet ca. 2 meter over det kritiske område, pegende direkte mod det sted hvor lækagen kan opstå. Men dette afhænger som tidligere nævnt af gastype, lækage størrelse og systemtrykket, og en sensor som Honeywell’ nye Searchzone Sonik kan detektere en lækage på 0,01 kg/sek. i et metan system i en afstand af 20m.

Alternativ til andre teknologier

En gasdetektor baseret på ultralyd er derfor ikke en ultimativ løsning, der løser alle opgaver, men derimod et supplement til infrarøde og ”sniffer” teknologier.

Enhver installation bør således vurderes individuelt, og muligheden for at kombinere de 3 måleprincipper giver blot brugerne endnu bedre muligheder for at sikre sig mod uheldige følger af en gaslækage – og dermed sikre både anlæg og omgivelser.

Spektral billeddannelse anvendt til gasdetektion

Et andet princip baseres p det faktum at alle gasser har en unik emission/absorptionssignatur, hvilket gør det muligt at differentiere gasser v.hj.a. spektral billedgenkendelse. Teknologien kombinerer de seneste fremskridt inden for datalogi, optisk fysik og kunstig intelligens, til en overvågning i realtid hvor hver pixel af et billede analyseres med en hastighed på 60 gange i sekundet for at identificere gasser i området som overvåges.

Kameraet fanger gaslækagen i form af en visuel sky (på video), og analysen kan derfor også vise størrelsen på gasskyen, samt den retning skyen bevæger sig.

Hvordan fungerer systemet

Et spektrum er opdelingen af stråling efter bølgelængde, energi eller frekvens. Vores øje kan kun se en lille del af spektret, nemlig den del, vi kalder for synligt lys. Ved lavere energier findes radio- og mikrobølger, hvorimod røntgen- og gamma-stråler har højere energi end synligt lys.

Forskellige grundstoffer fjerner lyset ved forskellige energier, så der kommer mørke linjer i spektret, og en spektral analyse kan derfor benyttes til at identificere hvilke stoffer der er til stede i prøven.

Spektral billeddannelse er en teknik, hvor et kamera benyttes til at give information om en prøves sammensætning – ud det som observatøren kan se på det synlige spektrum. I processen benyttes enheder, der er i stand til at detektere og registrere stråling uden for det synlige spektrum, til at hente information fra prøven, og returnere det i en form, der er meningsfuld for operatøren, som et billede af prøvens kemiske signaturer.

Opbygning af systemet

Et komplet system består således af 3 grundenheder:

  1. Hardwaredelen

Overvågningsenheden der placeres i området, består af et GCI-kamera med en hyperspektral billeddannelsesteknologi, der benyttes til at fange både synligt og infrarødt spektrum på en video. Videoen benyttes til overvågning lækager, samt kvantificering af over 50 typer gasser.

Kameraets panorerings, vippe og zoom funktion, muliggør dækning af et stort, forprogrammeret område – med mulighed for hurtigt at fokusere på ethvert interesseområde. Kameraer er typisk 100 gange mere præcise end traditionel hardware, så ekstra udstyr til gasdetektion er ikke nødvendigt.

Kameraerne er selvkalibrerende for at kunne fungere 24/7, under alle vejrforhold.

  • Software

Bag hardwaredelen ligger en software, der administrerer analysedata via sin egen brugergrænseflade hvor videooptagelser vises i realtid.

Operatører kan overvåge input fra kameraet og justerer kamerabevægelsen efter behov gennem en DCS. Operatører behøver selvfølgelig ikke at overvåge kameraerne løbende, da en kombineret analyse / alarmopsætning er indbygget i softwaren Installationen.

  • Analysedelen

Analysedelen er den viden der ligger bag tolkningen af resultaterne. Der er en kombination af de seneste fremskridt inden for datalogi, optisk fysik og kunstig intelligens, benyttes til overvågning i realtid, så avancerede analyser kan benyttes til at levere smartere, hurtigere og mere præcise Informationer.

Analysedelen er oftest udformet som neurale netværk, så resultatet af detektionsalgoritmerne løbende kan forbedres over tid, efterhånden som der indsamles flere data.

En sikker løsning

Spektral billeddannelse giver en rettidig og klar visuel indikation gasskyer der tidligere var ”usynlige”. Systemet giver øjeblikkelig typen af gaslækage, placering og størrelse, og giver derfor operatøren mulighed for at reagere hurtigt og med en effektiv, målrettet plan.

Med en tidlig indsats kan yderligere risici forhindres i at eskalere.

Fremtidige muligheder

I artiklen beskrives 2 nye teknologier til gasdetektion, ultralydsteknologien er i dag implementeret og levers som et færdigt produkt, mens spektral analysen endnu ikke har passeret de afsluttende fieldtest.

Du kan læse mere om principper og systemer til gasdetektion her

Se Leverandører af Gasdetektorer her

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *