Erkennen von Lecks in Erdgasleitungen aus sicherer Entfernung

Die Verwendung von Erdgas, dessen Hauptbestandteil Methan ist, nimmt weltweit zu. Es hat auch viele industrielle Verwendungszwecke, wie z. B. die Herstellung von Chemikalien wie Ammoniak, Methanol, Butan, Ethan, Propan und Essigsäure; es ist auch ein Bestandteil von so unterschiedlichen Produkten wie Düngemitteln, Frostschutzmitteln, Kunststoffen, Arzneimitteln und Textilien.

Erdgas wird auf verschiedene Weise transportiert: durch Pipelines in gasförmigem Zustand, als verflüssigtes Erdgas (LNG) oder komprimiertes Erdgas (CNG). LNG ist die übliche Methode für den Transport des Gases über sehr große Entfernungen, z. B. über Ozeane, während CNG in der Regel mit Tanklastwagen über kurze Entfernungen transportiert wird. Pipelines sind die bevorzugte Transportmethode für lange Strecken über Land (und manchmal auch offshore), wie z. B. zwischen Russland und Mitteleuropa. Lokale Verteilerunternehmen liefern Erdgas auch an gewerbliche und private Nutzer über Versorgungsnetze in Ländern, Regionen und Gemeinden.

Die regelmäßige Wartung von Gasverteilungssystemen ist unerlässlich. Das Aufspüren und Beseitigen von Gaslecks ist ebenfalls fester Bestandteil jedes Wartungsprogramms, aber in vielen städtischen und industriellen Umgebungen ist dies notorisch schwierig, da sich die Gasleitungen unterirdisch, überirdisch, in Decken, hinter Wänden und Schotten oder an anderweitig unzugänglichen Stellen wie verschlossenen Gebäuden befinden können. Bis vor kurzem konnte der Verdacht auf ein Leck in diesen Leitungen dazu führen, dass ganze Gebiete abgesperrt wurden, bis die Leckstelle gefunden war.

Gerade weil herkömmliche Gasdetektoren - wie z. B. solche mit katalytischer Verbrennung, Flammenionisation oder Halbleitertechnologie - nicht in der Lage sind, Gase aus der Ferne aufzuspüren und somit auch keine Gaslecks in schwer zugänglichen Pipelines aufzuspüren, wurde in jüngster Zeit viel über Möglichkeiten der Methan-Ferndetektion geforscht.

Ferndetektion

Inzwischen gibt es Spitzentechnologien, die eine punktgenaue Ferndetektion und -identifizierung von Lecks ermöglichen. Handgeräte können jetzt beispielsweise Methan in einer Entfernung von bis zu 100 Metern aufspüren, während in Flugzeugen montierte Systeme Lecks in einer Entfernung von einem halben Kilometer erkennen können. Diese neuen Technologien verändern die Art und Weise, wie Erdgaslecks aufgespürt und bekämpft werden.

Die Fernerkundung erfolgt mit Hilfe der Infrarot-Laserabsorptionsspektroskopie. Da Methan eine bestimmte Wellenlänge des Infrarotlichts absorbiert, senden diese Geräte Infrarotlaser aus. Der Laserstrahl wird auf die Stelle gerichtet, an der das Leck vermutet wird, z. B. auf eine Gasleitung oder eine Decke. Da ein Teil des Lichts vom Methan absorbiert wird, liefert das zurückgeworfene Licht ein Maß für die Absorption durch das Gas. Ein nützliches Merkmal dieser Systeme ist die Tatsache, dass der Laserstrahl transparente Oberflächen wie Glas oder Plexiglas durchdringen kann, so dass es möglich ist, einen geschlossenen Raum zu prüfen, bevor man ihn betritt. Die Detektoren messen die durchschnittliche Methangasdichte zwischen dem Detektor und dem Ziel. Die Messwerte auf den Handgeräten werden in ppm-m angegeben (ein Produkt aus der Konzentration der Methanwolke (ppm) und der Weglänge (m)). Auf diese Weise können Methanlecks schnell bestätigt werden, indem ein Laserstrahl z. B. auf das vermutete Leck oder entlang einer Vermessungslinie gerichtet wird.

Ein wichtiger Unterschied zwischen der neuen Technologie und herkömmlichen Methan-Detektoren besteht darin, dass die neuen Systeme die durchschnittliche Methankonzentration messen, anstatt Methan an einem einzelnen Punkt zu detektieren - dies gibt einen genaueren Hinweis auf den Schweregrad des Lecks.

Zu den Anwendungen für Handheld-Geräte gehören:

  • Pipeline-Erhebungen
  • Gaswerk
  • Besichtigungen von Industrie- und Gewerbeimmobilien
  • Notruf
  • Überwachung von Deponiegas
  • Untersuchung der Straßenoberfläche

Kommunale Verteilungsnetze

Die Vorteile der Fernüberwachungstechnologie für Pipelines in städtischen Gebieten werden jetzt erkannt.

Die Fähigkeit von Fernerkennungsgeräten, Gaslecks aus der Ferne zu überwachen, macht sie zu äußerst nützlichen Werkzeugen in Notfällen. Die Bediener können sich von potenziell gefährlichen Leckquellen fernhalten, wenn sie das Vorhandensein von Gas in geschlossenen Räumen oder beengten Verhältnissen überprüfen, da die Technologie es ihnen ermöglicht, die Situation zu überwachen, ohne tatsächlich Zugang zu erhalten. Dieses Verfahren ist nicht nur einfacher und schneller, sondern auch sicher. Außerdem wird es nicht durch andere in der Atmosphäre vorhandene Gase beeinträchtigt, da die Detektoren so kalibriert sind, dass sie nur Methan erkennen - daher besteht keine Gefahr von Fehlsignalen, was in Notfallsituationen wichtig ist.

Das Prinzip der Ferndetektion wird auch bei der Inspektion von Steigleitungen angewandt (oberirdische Leitungen, die Gas zu den Kunden führen und normalerweise an den Außenwänden des Gebäudes entlang verlaufen). In diesem Fall richten die Bediener das Gerät auf die Leitung und folgen ihrem Verlauf; sie können dies vom Boden aus tun, ohne Leitern benutzen oder die Grundstücke der Kunden betreten zu müssen.

Gefährdete Bereiche

Neben dem Aufspüren von Gaslecks in kommunalen Verteilungsnetzen können die explosionsgeschützten, ATEX-zugelassenen Geräte auch in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 1 eingesetzt werden, z. B. in petrochemischen Anlagen, Ölraffinerien, LNG-Terminals und Schiffen sowie in bestimmten Bergbauanwendungen.

Bei der Inspektion eines unterirdischen Flüssiggas-/LPG-Tanks wäre beispielsweise eine explosionssichere Vorrichtung in einem Umkreis von 7,5 Metern um den Tank selbst und in einem Meter um das Sicherheitsventil erforderlich. Die Betreiber müssen sich daher dieser Beschränkungen voll bewusst sein und mit der entsprechenden Ausrüstung ausgestattet sein.

GPS-Koordination

Einige Geräte ermöglichen es jetzt, Methanmessungen an verschiedenen Punkten eines Standorts - z. B. eines LNG-Terminals - vorzunehmen und die Messwerte und Standorte automatisch per GPS zu verfolgen. Dadurch werden Rückfahrten für zusätzliche Untersuchungen wesentlich effizienter, und es wird gleichzeitig eine authentische Aufzeichnung der bestätigten Inspektionstätigkeit erstellt - oft eine Voraussetzung für die Einhaltung von Vorschriften.

Detektion aus der Luft

Neben den tragbaren Geräten gibt es auch ferngesteuerte Methan-Detektoren, die in Flugzeuge eingebaut werden können und Lecks in Gaspipelines über Hunderte von Kilometern aufspüren. Diese Systeme können Methankonzentrationen von bis zu 0,5 ppm in einer Entfernung von bis zu 500 Metern aufspüren und zeigen die Gaskonzentrationen in Echtzeit auf einer beweglichen Karte an, während die Untersuchung durchgeführt wird.

Die Funktionsweise dieser Systeme ist relativ einfach. Ein ferngesteuerter Detektor wird unter dem Rumpf des Flugzeugs (normalerweise ein Hubschrauber) angebracht. Wie beim Handgerät erzeugt das Gerät ein Infrarot-Lasersignal, das durch ein Methanleck in seinem Weg abgelenkt wird; höhere Methanwerte führen zu einer stärkeren Strahlablenkung. Diese Systeme arbeiten ebenfalls mit GPS, so dass der Pilot einer Echtzeit-GPS-Routenanzeige der Pipeline folgen kann, auf der der Weg des Flugzeugs, die Gaslecks und die Konzentration (in ppm) jederzeit in Echtzeit angezeigt werden. Bei einer bestimmten Gaskonzentration kann ein akustischer Alarm ausgelöst werden, der es dem Piloten ermöglicht, sich zur näheren Untersuchung zu nähern.

Schlussfolgerung

Das Angebot an Methan-Fernerkennungssystemen nimmt rapide zu, und es werden ständig neue Technologien entwickelt. Alle diese Geräte, ob handgehalten oder an Flugzeugen angebracht, ermöglichen eine schnelle, sichere und sehr gezielte Identifizierung von Lecks - ob unter dem Bürgersteig, in einer Stadt oder über Hunderte von Kilometern in der Tundra Alaskas. Dies trägt nicht nur dazu bei, verschwenderische und kostspielige Emissionen zu vermeiden, sondern stellt auch sicher, dass das Personal, das an oder in der Nähe der Pipelines arbeitet, nicht unnötigen Gefahren ausgesetzt wird.

Da die Nutzung von Erdgas weltweit zunimmt, erwarten wir rasche technologische Fortschritte bei der Gasferndetektion in so unterschiedlichen Bereichen wie Lecküberwachung, Integrität von Leitungen, Anlagen- und Gebäudemanagement, Landwirtschaft und Abfallwirtschaft sowie verfahrenstechnische Anwendungen wie Koks- und Stahlproduktion. In jedem dieser Bereiche gibt es Situationen, in denen der Zugang schwierig sein kann und der Schutz des Personals an erster Stelle steht. Die Möglichkeiten für ferngesteuerte Methan-Detektoren werden daher immer größer.

 

Überwachung und Analyse von Deponiegasen

Mit der zunehmenden Verbreitung des Recyclings geht die Nutzung von Deponien zurück, aber sie ist immer noch ein wichtiges Mittel der Abfallentsorgung. So zeigen die Zahlen des Defra (Ministerium für Umwelt, Ernährung und ländliche Angelegenheiten) für 2012-13 für England, dass 8,51 Millionen Tonnen oder 33,9 % der von den lokalen Behörden gesammelten Abfälle auf Deponien verbracht wurden.

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Kreuzkalibrierung von Pellistor-Sensoren (katalytische Flamme)‡

Nachdem es letzte Woche vergleichsweise heiter zuging, befasse ich mich diese Woche mit einem etwas ernsteren Thema.

Wenn es um die Erkennung von Kohlenwasserstoffen geht, haben wir oft keinen Zylinder mit dem Zielgas zur Verfügung, um eine direkte Kalibrierung durchzuführen, also verwenden wir ein Ersatzgas und führen eine Kreuzkalibrierung durch. Dies ist ein Problem, weil Pellistoren auf verschiedene brennbare Gase mit unterschiedlichen Werten relativ stark reagieren. So ist ein Pellistor bei einem kleinen Gasmolekül wie Methan empfindlicher und zeigt einen höheren Wert an als bei einem schweren Kohlenwasserstoff wie Kerosin.

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Wie studiert man am besten Kuh-Rülpser?

Wir haben in den letzten Wochen einige ernste Themen behandelt, daher dachte ich, dass ich dieses Mal über etwas etwas Unbeschwerteres sprechen würde, zumindest auf den ersten Blick.

Im Januar dieses Jahres gab es Berichte aus Deutschland über eine Explosion - eine Kuhherde riss wegen der Menge an Methan, die sie freisetzte, fast das Dach ihres Stalls ab, als eine statische elektrische Ladung ihn zur Explosion brachte. Die Explosion beschädigte das Dach des Stalls, und eine Kuh (von etwa 90) erlitt leichte Verbrennungen.

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