Thermografie für die Prozessüberwachung und Installationen

Häufig untersuchte Bauteile

• Feuerfeste Isolierung
• Tanks und Behälter
• Dampfsysteme/Abscheider
• Rohre und Ventile
• Heizungen/Öfen
• Fertigungsanlagen
• Kunststoffindustrie (Formgebung)
• Zellstoff- und Papier (Rollen, Fördertechnik usw.)
• Metallgießerei
• Heizkessel und Reaktoren
• Forschung und Entwicklung

Typische Gründe für Temperaturspitzen und Abweichungen

• Durch abgenutzte Rohe usw. beschädigte Strukturen
• Ungewöhnliche Wärmeströme/Temperaturgefälle
• Gas- oder Dampfaustritt

Petrochemie - Papierherstellung - Kunststoffspritzguss - Lebensmittelverarbeitung - Glasherstellung

Chemie und Petrochemie

Ofenuntersuchung – Wärmebildkameras erleichtern die Untersuchung von Heizungsrohren in Öfen auf Kohleablagerungen. Dieses auch als „Verkokung“ bekannte Phänomen kann mit der entsprechenden, für hohe Temperaturen geeigneten Thermografietechnik erkannt werden, da sich die Koksablagerungen als wärmere Bereiche im Vergleich zu anderen Bereichen der Rohroberfläche darstellen. Das zeigt, dass der Koks das Produkt von einer gleichmäßigen Aufnahme der Rohrwärme abhält. Weitere Nachteile einer Verkokung sind höhere Ofenbrennraten und eine verminderte Lebensdauer des Rohrs. Dadurch wächst der Anreiz für Instandhaltungsmitarbeiter, zum Schutz vor Verkokung regelmäßige thermische Untersuchungen durchzuführen. ∑ Untersuchungen von Kondensatorrohren – Gelegentlich können Kondensatorrohre in einer Raffinerie verstopfen, wodurch sich der Output erheblich verschlechtern und ein effizienter Betrieb der Raffinerie nachteilig beeinflusst werden kann. Wärmebilder dieser Rohre können verstopfte Rohrabschnitte aufzeigen und damit die Instandhaltungsmitarbeiter schon auf das Problem stoßen, bevor ernstere Folgen eintreten.

Hochtemperatur-Druckleitungen – Hochtemperatur-Druckleitungen werden in großem Maße in petrochemischen Anlagen eingesetzt. Gelegentlich können nach einer gewissen Zeit aufgrund von Korrosion, durch Schweißfehler oder Spannung entstehende Risse und aufgrund von Materialverschlechterung Undichtigkeiten und daraus resultierende Unfälle auftreten. Um einen sicheren Betrieb der Leitungen zu gewährleisten, muss man sich einen Überblick über die Unversehrtheit der Rohrwände beschaffen, um dann nur die ernsthaft beschädigten Leitungen auszutauschen. Da Infrarot-Thermografie kontaktlos und gefahrlos funktioniert und leicht einsetzbar ist, ist sie hervorragend zur Beobachtung von Unregelmäßigkeiten in den Wärmestrommustern geeignet, die aus Fehlern an den Rohrwänden von Hochtemperatur-Druckleitungen resultieren.

Validierung von Thermoelementen – Die Thermografieausrüstung bietet zudem ein großartiges kontaktloses Verfahren zur Validierung der Temperaturmessung bei Thermoelementen. Thermoelemente werden an verschiedenen Stellen eines Ofens installiert, um sehr genaue Rohrtemperaturen zu ermitteln. Bei einer Verkokung rings um das Thermoelement löst sich dieses entweder ab oder es liefert ungenaue Daten. Dies kann durch eine thermische Untersuchung verhindert werden, mit der die Genauigkeit der vom Thermoelement gemessenen Ofenrohrtemperatur schnell validiert werden kann. Das gewährleistet eine gute Produktausbeute.

Papierherstellung

Trockenphase – Thermografie ist ein ausgezeichnetes Verfahren für die Überwachung des schwierigsten Abschnitts im Papierherstellungsprozess: die Trockenphase. Der kalte Streifen am letzten Ende der Papierrolle wird durch Verdampfungskühlung verursacht. Das entspricht den verschiedenen Feuchtigkeitszuständen, die aus ungleichmäßiger Trocknung resultieren. Änderungen im Trockenprozess, die das Problem beheben sollen, können an jedem Punkt der Produktion sofort überwacht werden.

Feuchte Streifen auf dem Papier – Zur Sauberhaltung des Pressabschnittgewebes werden Hochdruckduschen eingesetzt. Gelegentlich überträgt sich das Wasserstrommuster auf das Papiergewebe. Diese Muster können mithilfe von Thermografie erkannt werden. Ein derartiger Zustand kann zu Problemen im trockeneren Abschnitt führen. So können die Aufrollwalzen rosten, was zu frühzeitiger Abnutzung des trockeneren Gewebes führt. Papier mit nassen Streifen kann zudem eine nachteilige Wirkung auf die Qualität und Leistung des Papiers bei späteren Umwandlungs- und Druckvorgängen haben. Daher können Wärmebildkameras eine wesentliche Rolle beim Erkennen und Beseitigen der Ursache für diese Muster spielen, und zwar, noch bevor erhebliche Schäden auftreten.

Austretender Dampf – Wenn aus den Dampfspulen für das Belüftungssystem des Trockenabschnitts Dampf austritt, kann dieser während einer thermischen Untersuchung der Papiermaschine erkannt werden. Derartige Undichtigkeiten kann bei der Papiermaschine zu häufigen Papierbrüchen führen, was wiederum eine nachteilige Wirkung auf die Produktion hat. Mit einer einzigen Wärmebildkamera werden nicht nur zukünftige Unannehmlichkeiten verhindert, sondern die Papierfabrik bringt durch eine erhöhte Produktion Tausende von Euros mehr ein.

Elektrik – Wie bei anderen Anlagen auch, kann es bei Papierfabriken zu unerwarteten Ausfällen kommen, die sich auf defekte elektronische Bauteile, etwa elektrische Sammelschienen, Leitungsverbindungen, getrennte Schalter, Transformatoren, Stromkreisschalter und Verteilerplatten zurückführen lassen. Mit Thermografietechnik sind diese Ausfälle leicht im Voraus zu erkennen, sodass eine Problemlösung schon möglich ist, bevor ein Ausfall zum Produktionsstillstand führt.

Mechanisch – Wenn bei der Durchführung regelmäßiger thermischer Untersuchungen der mechanischen Systeme wie Motorwicklungen, Walzenlager und Getriebe "Hotspots" beobachtet werden, können Instandhaltungsarbeiten geplant werden.

Kunststoffspritzguss

Kerne und Hohlräume – Die Überwachung des thermischen Profils von Kernen und Hohlräumen kann Probleme voraussagen. Mit dem Wärmebild eines Kerns lässt sich bestimmen, ob er zu heiß wird. Eine Temperaturdifferenz von über 36 °C zwischen Kernen weist gewöhnlich auf ein instabiles System hin.

Kühlstrecken – Eine falsche Wärmeübertragung zur falschen Zeit am falschen Ort kann zu kurzen Einspritzschüssen, Kaltverschweißen, Ausdehnung, klemmenden Teilen, Materialverschlechterung und Versprödung führen. Ein Wechsel der Formen kann manchmal eine fehlerhafte Verbindung von Kühlleitungen zur Folge haben. Durch den Vergleich von Wärmebildern von Kunststoffteilen, wie sie in der Form vorkommen, lässt sich feststellen, ob die Kühlleitungen richtig angeschlossen sind und die richtige Wärmemenge übertragen.

Heizbänder – Die Temperatur des Füllschachts darf eine bestimmte Temperatur nicht überschreiten, da sonst eine Verstopfung droht. Die Temperatur der Heizbänder in der Nähe des Füllschachts kann mithilfe einer Wärmebildkamera leicht überwacht werden.

Trockner – Trockenanlagen für die Beseitigung von Feuchtigkeit aus Trichtern muss auf die richtigen Temperaturen überwacht werden. Eine thermische Untersuchung ist eine schnelle Methode, einen richtig funktionierenden Trockenprozess zu gewährleisten.

Elektrik – Thermische Untersuchungen von Elektromotoren und Anschlüssen können frühzeitige Ausfälle und kostspielige Stillstandszeiten verhindern.

Lebensmittelverarbeitung

Die Grenzen von Sicherheit, Qualität und Wirtschaftlichkeit – ein Konkurrenzverhältnis
Sicherheit, Produktqualität und Wirtschaftlichkeit setzen den Prozessingenieuren ständig Grenzen, die untereinander konkurrieren. Sicherheit erfordert, dass alle Teile eines Lebensmittelprodukts über einen bestimmten Zeitraum oberhalb einer bestimmten Lagertemperatur aufbewahrt werden, um mögliche gefährliche Bakterien abzutöten. Ist die Temperatur jedoch zu hoch oder der Zeitraum zu lang, trocknet das Produkt aus oder es wird zerkocht, sodass die Produktqualität nicht mehr akzeptabel ist. Die Wirtschaftlichkeit der Produktion verlangt eine schnelle Bewegung des Fertigungsbands, um die anvisierten Mengen zu erzielen. Außerdem soll der Ofen bei der niedrigst möglichen Temperatur betrieben werden, um die Ausgaben für Brennstoffe zu reduzieren. Die Ersparnisse in der Produktion werden dadurch geschmälert, dass schon ein einziger Sicherheitsverstoß desaströse wirtschaftliche und immaterielle Folgen für das gesamte Unternehmen haben kann. Gleichermaßen kann ein kleiner Mangel bei der Produktqualität auf einem wettbewerbsbetonten Markt die Errungenschaften von Jahren zerstören.

Faktoren, die sich auf die Produkttemperaturen auswirken
Mit Thermografie sind die Messfunktionen gegeben, um auf wirtschaftliche und sichere Weise Produkte von hoher Qualität zu schaffen. Thermografie bietet die Fähigkeit einer konstanten Überwachung der Produkttemperaturen. Ausgefeilte Ofen- und Bandsteuerungen sind zwar wertvoll, aber entscheidend sind dennoch die Produkttemperaturen. Produkttemperaturen können aufgrund der folgenden Parameter erheblich variieren:

• Ofentemperatur
• Bandgeschwindigkeit
• Produktvolumen
• Produktzusammensetzung
• Bedingungen bei der Inbetriebnahme
• Produkttrennung oder -platzierung.

Temperaturverteilung
Beim Verlassen des Ofens weisen die Produkte in der Regel über deren gesamte Oberfläche und im gesamten Volumen verteilt verschiedene Temperaturen auf. Diese Temperaturverteilung wird von den zahlreichen oben aufgeführten Faktoren beeinflusst. Wer die „Temperatur“ (Singular) eines Produkts mit einem einzigen Thermometer messen will, ist möglicherweise überrascht über die im Wärmebild zu sehenden Temperaturunterschiede. Ein Wärmebild entspricht einer Anordnung von Tausenden über die gesamte Produktoberfläche platzierten Temperaturmessfühlern, wobei die sich ergebenden Daten in Form eines Bildes dargestellt sind. Anders als bei einer einzigen Produkttemperatur lässt sich eine Temperaturverteilung häufig beobachten, z. B. bei Keksen mit verbranntem Rand und noch fast flüssigem Teig in der Mitte. Da Sicherheit, Qualität und Wirtschaftlichkeit für alle Produktteile gelten, ist es wichtig, die Temperaturen im gesamten Produkt zu messen.

Sobald die Temperaturverteilungen gemessen sind kann der Prozess verwaltet und optimiert werden. Ist der Bereich der Temperaturverteilung zu groß, kann die Bandgeschwindigkeit eventuell geringfügig verringert werden, damit alle Produktteile die gewünschte Temperatur erreichen. Ist der Verteilungsbereich hingegen klein, kann die Bandgeschwindigkeit bei gleichbleibender Produktsicherheit und -qualität erhöht werden.

Stärken der Thermografie für Anwendungen bei der Lebensmittelverarbeitung
Die Technologie der Thermografie bietet in ihrer elementaren Form die Fähigkeit, Oberflächentemperaturen genau zu messen. Sie ist hervorragend zur Temperaturmessung bei Produkten wie Chips oder Schinken geeignet, da diese Produkte ein dünnes Profil haben. Die kalibrierten Bilder einer radiometrischen Wärmebildkamera können ohne weitere Verarbeitung gut eingesetzt werden.

Bei Produkten von wesentlicher Dicke können die Oberflächentemperaturen als Input für ein mathematisches Modell dienen, das die thermischen Eigenschaften des Produkts beschreibt. Mit einem derartigen Modell lassen sich thermische Eigenschaften in Bezug auf das Volumen und statistische Analysen auf viele weitere Produkte ausweiten. Mit ausreichender Nachbearbeitung können diese Messungen in Echtzeit vorgenommen werden.

Glasherstellung

Temperatur des Glaspostens – Glas wird in einem Fließkanal vom Ofen in die Form befördert. Am Ende des Kanals wird das Glas von einem Kolben in Kugelform („Glasposten“) in Kanäle gedrückt, die zur Formmaschine führen. Die Überwachung der Temperatur der Glasposten ist äußerst wichtig, da sie Gewicht und Viskosität des Glases sowie die Bildung des Hohlraums in der Form steuert. Daher kann die Qualität des Endprodukts durch praktische, berührungslose thermische Untersuchungen der Glasposten beim Verlassen des Kolbens gewährleistet werden.

Bandtemperatur – Glasbehälter werden auf einem Edelstahlförderband von der Formmaschine in den Kühlofen transportiert. Damit die Glasbehälterböden nicht ungleichmäßig durch das Förderband abgekühlt werden und es dadurch zum Bruch kommt, wird das Band mithilfe von Gasflammen aufgeheizt, bevor die Abfüllmaschinen erreicht werden. Die Temperatur des Förderbands muss in regelmäßigen Abständen gemessen werden. So wird Bruch verhindert, und es werden Erlöse erzielt, die die Rentabilität in einer wettbewerbsbetonten Branche aufrechterhalten kann. Eine Wärmebildkamera ist für derartige Anwendungen hervorragend geeignet.

Glasform – Es ist wichtig, dass Hersteller von Glasbehältern die Temperatur der Glasform genau überwachen, da sie sich auf die Qualität der Behälter auswirkt. Kühlt die Form nicht richtig, verformt sich der Behälter nach dem Verlassen der Form. Ist die Form zu kühl, kann der Behälter nicht wie gewünscht geformt werden. Daher ist der Einsatz von Thermografietechnik für Hersteller von Glasbehältern vorteilhaft. Sie können damit regelmäßig die Formtemperaturen messen und so sicherstellen, dass die Abkühlung bei der richtigen Temperatur erfolgt.

Ofenüberwachung – Das Schmelzen von Rohmaterialien zu Glas auf sparsame Weise erfordert eine permanente Überwachung und Beobachtung. Je nach Größe können Glasöfen täglich zwischen 50 und 600 Tonnen Glas produzieren. Die meisten Öfen werden durch Zufuhr von Erdgas über die Seitenöffnungen betrieben. Die Schmelztemperatur liegt bei ca. 1200 °C. Das geschmolzene Glas fließt schließlich aus dem Ofen durch die Zufuhrkanäle in die an den Ofen angeschlossenen Formmaschinen. Zustand und Sicherheit der feuerfesten Struktur des gesamten Ofens und des Veredlers sind äußerst wichtig. Eine Wärmebildkamera für hohe Temperaturen kann sehr leicht für Prüfungen eingesetzt werden, um die Möglichkeit von Glasbruch oder Versagen des feuerfesten Materials zu minimieren.