Le termocamere FLIR rivelano cosa si nasconde dietro le fiamme

Un'ampia gamma di aziende fa affidamento su forni e caldaie per i processi produttivi. Ma le attrezzature di forni e caldaie sono soggette a guasti per una serie di cause. Questi includono la formazione di carbone che penetra nei tubi ed impedisce il flusso del prodotto, la formazione di incrostazioni sull'esterno dei tubi, danni al clinker, sovra- e sotto-riscaldamento, contatto delle fiamme con i tubi dovuto ad un cattivo allineamento dei bruciatori e perdite di contenuto che possono causare incendi e gravi danni all'attrezzatura.

Questi guasti possono causare non solo problemi di qualità, ma possono anche comportare la chiusura di un'intera linea di produzione. Le termocamere FLIR sono in grado di rilevare la maggior parte di questi problemi alle apparecchiature durante il funzionamento, e in una fase precoce, in modo da prevenire guasti. Questo permette un arresto programmato e la sostituzione dei componenti, riducendo così i costi di manutenzione e le perdite di produzione.

La società francese Petroval è stata tra le prime a riconoscere il potenziale della termografia per le ispezioni tecniche degli impianti industriali. "Prima dell'introduzione delle termocamere, semplicemente non c'era modo di trovare guasti durante il funzionamento", spiega Jean-François Tournieux, capo progetto di Petroval. "L'utilizzo delle termocamere FLIR è un ottimo metodo non distruttivo per individuare tali guasti, anche durante il funzionamento, e determinare con precisione a quale velocità di produzione è ancora sicuro operare".

La società con sede in Normandia, Francia, è di proprietà di TOTAL e Eurecat ed è stata fondata nel 1990. Oltre alla sede centrale di Le Havre, Petroval ha anche un ufficio a Houston, Texas, dal 2003, e aprirà un ufficio a Singapore nel 2011. Petroval fornisce servizi in oltre 50 paesi in tutto il mondo, infatti oltre l'80% del lavoro viene svolto al di fuori della Francia.

Raffreddate e non raffreddate

Attualmente Petroval utilizza tre termocamere FLIR, una con un sensore raffreddato e due con un sensore non raffreddato. La termocamera raffreddata è la FLIR Agema 550 con schermo termico e filtro di fiamma. La termocamera viene utilizzata principalmente per ispezioni dell'interno del forno. Le due termocamere non raffreddate sono la FLIR ThermaCAM P50F, che include anche un filtro di fiamma, e la FLIR P640, che viene utilizzata principalmente per il controllo dell'isolamento dall'esterno.

Secondo i tecnici di Petroval tutte e tre le telecamere sono ottimi strumenti per gli scopi in questione. "La FLIR Agema 550 è molto accurata e sensibile. La FLIR ThermaCAM P50F non è così sensibile a piccole differenze di temperatura, ma poiché è dotata di un sensore non raffreddato non richiede manutenzione e richiede meno tempo per l'avvio, visto che una termocamera raffreddata di solito deve far funzionare il sistema di raffreddamento per circa cinque minuti prima di poter essere utilizzata. La terza, la FLIR P640, è lo strumento perfetto sia per il controllo dell'isolamento che per l'individuazione di guasti nelle apparecchiature elettriche".

FLIR P640: non richiede manutenzione ed è perfetta per la manutenzione predittiva

La termocamera FLIR P640 utilizza un microbolometro non raffreddato, che produce immagini termiche a 640 × 480 pixel. La FLIR P640 ha alcune caratteristiche molto utili che la rendono ideale per la manutenzione predittiva, come un puntatore laser, la funzione picture in picture e la FLIR Thermal Fusion che unisce l'immagine visiva e quella termica. "La termocamera FLIR P640 è molto veloce e facile da usare. È fantastica: anche da cinquanta o cento metri è possibile rilevare piccoli punti caldi che indicano un guasto all'isolamento".

FLIR GF309: stato dell'arte

La FLIR Agema 550 e la FLIR ThermaCAM P50F sono entrambe modelli "vecchi" che non vengono attualmente commercializzate da FLIR Systems. Oggi, la FLIR GF309 racchiude la tecnologia più avanzata attualmente utilizzata per le ispezioni dei forni. Inoltre, questo nuovo modello è una termocamera a doppio uso che può essere utilizzata non solo per applicazioni in forni industriali ad alta temperatura, ma anche per ispezioni termiche di componenti meccanici o elettrici. Ciò rende queste termocamere ideali per il monitoraggio di ogni genere di forni, riscaldatori e caldaie, particolarmente nelle industrie chimiche e petrolchimiche e nelle utility.

La FLIR Agema 550 utilizza un sensore focal plane array (FPA) raffreddato al siliciuro di platino (PtSi). Il siliciuro di platino è sorpassato come materiale per sensori in quanto i sensori PtSi sono meno sensibili di quelli all'antimoniuro di indio (InSb), che costituiscono il cuore della nuova termocamera FLIR GF309. Questa scelta ha anche permesso a FLIR di commercializzare termocamere a doppio uso con prestazioni migliori, perché i sensori InSb sono più stabili e sensibili rispetto ai microbolometri non raffreddati PtSi o BB.

Il sensore InSb della termocamera FLIR GF309 produce immagini con una risoluzione di 320 × 240 pixel. Sia il sensore che il filtro vengono raffreddati con un piccolo raffreddatore a ciclo Stirling a temperature prossime a quelle criogeniche per migliorare la sensibilità quantitativa. È progettata per resistere a temperature superiori ai 300 °C, che consente di misurare temperature fino a 1500 °C, ed effettuare l'ispezione visiva dei componenti interni di forni e caldaie che altrimenti sarebbero oscurati da fiamme, gas di combustione e polveri. La termocamera produce immagini video in tempo reale, ma i singoli fotogrammi possono essere catturati come immagini fisse. Le immagini possono essere osservate attraverso un oculare ad alta risoluzione e su un display LCD a colori da 4,3", a 800 × 480 pixel. Costruita specificamente per vedere attraverso le fiamme, la GF309 dispone anche di uno schermo termico rimovibile progettato per riflettere il calore dalla termocamera e dall'operatore, fornendo una maggiore protezione.

Filtro di fiamma

La termocamera FLIR GF309 è dotata di un filtro di fiamma, un filtro spettrale che consente il passaggio al sensore solo delle radiazioni termiche con una determinata lunghezza d'onda. Le fiamme emettono molte più radiazioni termiche a certe lunghezze d'onda piuttosto che ad altre, e a certi punti dello spettro le fiamme non emettono praticamente alcuna radiazione termica. Un filtro di fiamma è un filtro spettrale che consente il passaggio solo della radiazione termica a quelle specifiche lunghezze d'onda. Il filtro di fiamma incorporato nella FLIR GF309 limita la sensibilità spettrale a una gamma tra 3,8 e 4,05 μm.

Poiché viene filtrato tutto tranne quella parte specifica dello spettro, la termocamera può così vedere attraverso la fiamma ed effettuare misurazioni di temperatura direttamente attraverso fiamme anche eccezionalmente calde. Ciò rende le termocamere dotate di tale filtro ideali per le ispezioni nei forni.

Riduzione al minimo dei tempi di inattività

Secondo Tournieux, le termocamere FLIR sono un ottimo strumento per la manutenzione predittiva di forni e caldaie. "Con l’uso di termocamere si possono scoprire in anticipo i punti deboli. Se, ad esempio, certi tubi presentano difetti, è possibile acquistarne le sostituzioni in anticipo e ridurre al minimo i tempi di inattività".

Rilevare rapidamente i guasti con una termocamera

Tournieux spiega che sono tantissimi i guasti ai forni che è possibile rilevare con una termocamera. "Si può vedere se il refrattario è danneggiato, se le fiamme hanno la forma giusta, e a volte si possono vedere depositi di polvere sui tubi, che causano uno scarso trasferimento di calore e tipicamente abbassano la temperatura del prodotto. I blocchi di materiale refrattario possono cadere, danneggiando i bruciatori e i tubi di fiamma. Si possono anche vedere bruciatori spenti o bruciatori che causano contatto delle fiamme sui tubi. Ma osserviamo anche lo sviluppo dell'ossidazione. L'ossidazione è un brutto segno, perché prima o poi l'ossidazione si staccherà, lasciando un punto indebolito. Le misurazioni di temperatura con le termocamere FLIR aiutano a garantire il corretto funzionamento dell'intero processo".

"Le misurazioni di temperatura rivelano anche la formazione di carbone all'interno dei tubi, solitamente dovuta a temperature eccessive, e in punti dove ci sono restrizioni o intasamenti", continua Tournieux. "In alcuni casi una conduzione eccessiva può causare temperature che superano i criteri di progettazione del metallo dei tubi, e insieme alla pressione all'interno di un tubo ostruito può causare una rottura e una perdita. Questi fenomeni sono visibili sul display della telecamera, insieme alle temperature effettive delle superfici metalliche".

Le termocamere FLIR fanno di più

Secondo i tecnici di Petroval, i dispositivi di temperatura puntuale, come le termocoppie, forniscono informazioni troppo scarse su ciò che sta effettivamente accadendo all'interno di un forno. "Le finestre di ispezione offrono una vista delle parti interne, ma le fiamme, i gas di combustione e la polvere rendono difficile l’osservazione di tubi di fiamma e bruciatori mentre il forno è in funzione. Dispositivi di misurazione di temperatura come le termocoppie possono aiutare a scoprire alcuni problemi, ma misurano solo un unico punto. Le termocamere FLIR non si limitano a misurare la temperatura in un solo punto. È possibile leggere la temperatura di ogni singolo pixel dell’immagine termica a 320 × 240 o 640 × 480 pixel.

"Utilizzando il software FLIR Reporter possiamo analizzare i dati termografici registrati per rilevare i più piccoli dettagli termici", continua Tournieux.

Termocoppie imprecise

Secondo Tournieux, uno degli obiettivi più importanti delle ispezioni dei forni e delle caldaie è la convalida delle letture di temperatura delle termocoppie. "I dispositivi di misurazione a contatto a termocoppia o le saldature che li mantengono in posizione possono deteriorarsi nel tempo e i dati di misura diventano meno precisi. In molti casi le raffinerie potrebbero operare con una capacità di produzione molto più elevata, ma a causa dell'imprecisione delle letture delle termocoppie la produzione viene mantenuta entro un margine sicuro. Utilizzando le nostre termocamere FLIR è possibile verificare se le letture di temperatura della termocoppia sono corrette. Dopo che abbiamo convalidato le letture delle termocoppie, le raffinerie sono solitamente in grado di aumentare la produzione in sicurezza".

"Prima che avessimo le termocamere FLIR non c'era modo di convalidare le misure di temperatura delle termocoppie", continua Tournieux. "Non sapevamo se fosse sicuro migliorare la resa. Ora possiamo dire con molta precisione se è sicuro o meno farlo. Molte delle raffinerie che visitiamo, ad esempio, producono 30.000 tonnellate al giorno e, grazie alla nostra ispezione, scoprono che anche una produzione di 32.000 tonnellate sarebbe sicura".

Anni di esperienza

Ma chiunque pensasse che eseguire ispezioni sui forni sia solo una questione di puntare e cliccare rimarrebbe deluso, secondo Tournieux. "Per quanto possa essere importante disporre della termocamera giusta, c'è molto di più. Gli operatori della Petroval hanno molti anni di esperienza nell'esecuzione di ispezioni termografiche e nell'analisi dei dati, ma anche con impianti di forni e caldaie industriali."

"Per fare un esempio: utilizziamo sonde speciali che abbiamo realizzato noi stessi per garantire l'accuratezza della termocamera. Inseriamo la sonda nel forno e la teniamo accanto al tubo da analizzare. All'interno della sonda una termocoppia che sappiamo essere accurata ci indica la temperatura esatta in quella posizione. A quel punto modifichiamo le impostazioni di emissività in modo da allineare la temperatura misurata dalla termocamera con quella misurata nella sonda. Poiché l'emissività è diversa per ogni materiale utilizzato, abbiamo realizzato una sonda per praticamente tutti i tipi di tubo utilizzati nei forni industriali".

Termocamere FLIR: il metodo migliore per l'ispezione dei forni

"Ma se avete l'esperienza necessaria e la giusta attrezzatura, l'utilizzo di queste termocamere FLIR è davvero il metodo migliore per l'ispezione dei forni", conclude Tournieux. "È un ottimo modo per raccogliere informazioni sia qualitative che quantitative, senza contatto e in modo non distruttivo, che può aiutare a prevenire o a minimizzare i tempi di inattività."

Fonte delle immagini: Fototeca Petroval