Gázszivárgás detektálás eszközei és módszerei

A gázszivárgás érzékelés érintés mentes módszerei közül felsorolandó a gáz vegyi érzékelése, az ultrahangos szivárgáskeresés és a termográfiai (termovíziós) eszközökkel végzett szivárgás- és gázérzékelés. Az utóbbi két technológiáról a következőkben röviden beszámolunk.

Az ultrahangos szivárgáskeresés mindenféle gáz és gőz szivárgásának kimutatására alkalmas, minél nagyobb nyomás alatt van a kiáramló közeg, annál megbízhatóbb és érzékenyebb ez a technológia. Alapja a repedésen kiáramló gáz turbulenciája révén keletkező ultrahang érzékelése, mely ezután a frekvenciatartományának letranszformálása révén emberi fül részére hallhatóvá tehető vagy számszerűen ill. akár spektrum formában értékelhető. Eme technológia előnyei közül kiemelhető, hogy nagyon gazdaságos, egyszerűen kezelhető és szinte majdnem teljesen időjárás-független (télen-nyáron, éjjel-nappal alkalmazható). Hátrányos viszont, hogy nagyobb távolságokból nem alkalmazható, több szivárgás egyidejű jelenléte esetén nehézzé válhat a hibahelyek pontos lokalizálása. Az is figyelembe veendő, hogy a detektált ultrahang-erősség sok esetben nem áll arányban a szivárgás nagyságával (mennyiségi becslésekre tehát ez a módszer alkalmatlan. Ezzel szemben a termográfiai eszközökön alapuló szivárgáskereső technológiák több hibahely esetén (akár nagyobb távolságból) is a szivárgási helyek egzakt kimutatására képesek. Az ilyen célra alkalmazható termográfiai eszközök (hőkamerák, infrakamerák) mérési hullámhossz-tartományuk alapján viszont csak egy-egy specifikus gáz (vagy abszorpciós tulajdonsága alapján „hasonló” gázok érzékelésére) használhatók, ezért univerzális termográfiai szivárgáskereső nincs. További nehézség, hogy a méréshez szigorú környezeti feltételek betartása szükséges: száraz, széltől és napsugárzástól mentes időjárás szükséges. Attól függően, hogy milyen elvű termográfiai vizsgálatot szeretnénk elvégezni, eltérő mérőeszközök és környezeti feltételek szükségesek. Amennyiben azt a fizikai tényt kívánunk kihasználni, hogy a kiáramló nagynyomású gáz a szivárgás helyén dekomprimálódik (ezáltal lehűl) és így hűti a szivárgás helyét, minél jobb termikus (30mK vagy jobb) és minél nagyobb geometriai felbontású (320x240 vagy nagyobb) hosszúhullámú (8 ... 12μm) hőkamera szükséges, de a környezeti körülményekre nézve is sok minden betartandó: száraz, szélmentes időjárás, napsütésmentes napszak (éjjel). A mérés leginkább tavasztól őszig végezhető el kellően meleg időjárású esti órákban. Amennyiben viszont kihasználjuk, hogy minden gáz bizonyos hullámhosszú sugárzást (elektromágneses hullámokat) képes elnyelni (abszorbeálni) ill. kibocsájtani (emittálni), a gáz abszorpciós/emissziós tulajdonságainak megfelelő hullámhosszú hőkamerát kell kiválasztanunk. Ha pl. ammóniumot szeretnénk detektálni, akkor leginkább 10 ... 11 μm sávszélességű infraszűrővel felszerelt hosszúhullámú hőkamerák alkalmasak, amennyiben min. 35 ... 50 mK termikus felbontással rendelkeznek. Földgáz esetén pedig a domináló gázösszetevő a metán, melynek abszorpciós sávjai a 1 ... 2,5 μm tartományban találhatók. Sajnos ez a hullámhossz-tartomány éppen csak súrolja a rövidhullámú atmoszferikus ablak szélét, ezért - és mivel a rövidhullámú sugárzás kibocsájtása csak magas hőmérsékletű testek esetén várható (Planck féle törvény), olyan rövidhullámú hőkamera választandó, melynek érzékelési hullámhossz-tartománya már 1 ... 1,5 μm-től kezdődik (a szokásos 2 μm helyett) és szokatlan jó termikus felbontással bír (35 mK vagy jobb).

Ábra: metán abszorpciós sávjai az ultrarövid infrasugárzás tartományában (forrás: Koichi Ichimura: Fiber optic methane gas detection system)

A gáz abszorpciós (ill. emissziós) tulajdonságán alapuló mérésnél viszont tudomásul kell venni, hogy ez a mérés csak akkor szolgáltat megbízható eredményt, ha a következő környezeti körülmények teljesülnek:

verzió „A”:

kellően egyenletesen - lehetőleg rövidhullámú tartományban is - sugárzó háttér áll rendelkezésre - ilyenkor a kiáramló gáz abszorpciója használható föl és a gáz hűvös felhőnek látszik a háttér előtt 

verzió „B”:

a kiáramló gáz lényegesen eltérő hőmérsékletű a környezeti gázhoz (levegőhöz) képest - ilyenkor a kiáramló gáz emissziója használható ki és a gáz melegebbnek ill. hidegebbnek tűnik a környezeténél

A „B” verzióként említett mérés a nagynyomású gázvezetékek szivárgásainak felmérésére várhatóan csak a nyári hónapokban alkalmazható, ugyanis a kb. 5°C hőmérséklettel szállított gáz a kiáramlás során bekövetkező dekomprimálás miatt tovább lehűl, így a környezeti levegőnél lényegesen hidegebb lesz (nyáron), télen pedig (éjjeli mérést feltételezve) a hőmérséklet-különbség a levegőhöz képest túl kicsi lesz.

 

Ábra: gyakori (tipikus) termográfiai alkalmazás: lánghőmérséklet érzékelése középhullámú hőkamerával, 4.25 µm NBP spektrális szűrővel (forrás: Infratec GmbH)

További megjegyzés: kültéri termográfiai mérések esetén kerülendő a közvetlen napsugárzás jelenléte (>6000°C-os hősugárzó!), mivel a mérések kiértékelése a mérendő tárgyakon fellépő erős reflexió miatt gyakorlatilag lehetetlen. Ezen kívül el kell távolítani mindenféle burkolatot a mérendő tárgyakról (ugyanis az infrasugarzás nem hatol át a legtöbb anyagon). A legtöbb esetben termográfiai eszközökkel nem vizsgálható meg, hogy gázelzáró szelepek jól zárnak-e, ugyanis a kis mennyiségű szivárgó gáz dekomprimálása olyan csekély lehűlést okoz, hogy a szelep ill. cső külső burkolaton annak hővezető-képességének és hőkapacitásának köszönhetően NEM jelenik meg semmilyen mérhető ill. értékelhető hőmérséklet-eltérés. Ilyen esetekben az ultrahang-detektáláson alapuló szivárgáskereső alkalmazása ajánlott.

 

Ábra: beltéri termográfiai alkalmazás: szivárgó gáz (CO2) érzékelése rövidhullámú hőkamerával, 4.25 µm NBP spektrális szűrővel (forrás: Infratec GmbH)

Összefoglalva megállapítandó, hogy a gázszivárgás keresése (főleg szabadtéri alkalmazásoknál) leginkább a gázok kémiai érzékelésén alapuló szivárgás-detektáló (ill. gázkoncentrációs mérő) eszközökkel valósítható meg. Kiegészítésképpen elképzelhető az ultrahang-detektálás szivárgáskeresés alkalmazása. Hőkamerás módszerek a nagy beruházási költségek (az előbbi technológiákkal összehasonlítva akár több 100-szoros költség) és a nagyon korlátozott felhasználhatósága révén nem javasolható (gazdaságtalan).

Rahne Eric (PIM Kft.) pim-kft.hu, termokamera.hu  

Kapcsolatfelvétel

A publikáció tartalmát szerzői jogok védik, ennek (akár csak részben történő) felhasználása, elektronikus vagy nyomtatott tovább-publikálása csak a forrás és a szerző nevének feltüntetése mellett, valamint a szerző előzetes írásos engedélyének megléte esetén megengedett. A szerzői jogok (Copyright) megsértése jogi következményekkel jár.