Fackelanlagen übernehmen in Raffinerien, Förderanlagen und petrochemischen Betrieben eine sicherheitskritische Aufgabe. Sie verbrennen überschüssige oder bei einer Druckentlastung freigesetzte Kohlenwasserstoffe kontrolliert. Erlischt die Haupt- oder Zündflamme unbemerkt, können unverbrannte Gase in die Atmosphäre gelangen. Gleichzeitig führen eine instabile Verbrennung oder eine ungeeignete Luft- beziehungsweise Dampfunterstützung zu Rauch, höheren Emissionen und unnötigen Betriebskosten.
Die thermische Überwachung von Fackelanlagen macht die Wärmesignatur der Flamme auch dann sichtbar, wenn ihre Beurteilung mit einer normalen Videokamera schwierig ist. Stationäre Wärmebildkameras kontrollieren Haupt- und Pilotflamme berührungslos, liefern kontinuierliche Temperaturdaten und ermöglichen automatisierte Meldungen an den Leitstand.
Warum eine zuverlässige Fackelüberwachung anspruchsvoll ist
Eine Fackelflamme verändert sich mit Menge und Zusammensetzung des zugeführten Gases. Bei geringem Gasstrom kann sie klein und mit bloßem Auge kaum erkennbar sein. Bei größeren Entlastungsvorgängen entstehen dagegen hohe Flammen, starke Wärmestrahlung und je nach Verbrennungszustand sichtbarer Rauch.
Zusätzlich erschweren große Messentfernungen, wechselndes Wetter, Luftfeuchtigkeit und Rauch die Überwachung. Manche Sensoren müssen direkt am Prozess installiert werden und sind dort Hitze, Verschleiß und aggressiven Bedingungen ausgesetzt. Andere Verfahren reagieren empfindlich auf eingeschränkte Sicht oder liefern nur eine punktuelle Aussage.
Die verschiedenen Technologien besitzen deshalb unterschiedliche Stärken und Grenzen:
| Verfahren | Stärke | Typische Einschränkung |
|---|---|---|
| Sichtkamera | liefert ein unmittelbar verständliches Bild der Anlage | kleine Flammen, Dunkelheit, Rauch und Gegenlicht erschweren die Erkennung |
| UV-Flammendetektor | schnelle Flammenerkennung in geeigneten Anwendungen | Rauch und atmosphärische Bedingungen können das Signal beeinflussen |
| Kontaktfühler | direkte Messung an einer festgelegten Position | thermische und mechanische Belastung kann Wartung oder Austausch erfordern |
| Stationäre Wärmebildkamera | berührungslose und flächige Erfassung der Wärmesignatur | benötigt geeignete Sichtlinie, Optik und anwendungsspezifische Auswertung |
In der Praxis können sich mehrere Verfahren ergänzen. Die Wärmebildkamera erweitert das System um eine räumliche Darstellung der Flamme und um radiometrische Daten, die sich automatisiert auswerten lassen.
Die Flamme hebt sich thermisch vom Himmel ab
Eine sichtbare Kamera bewertet reflektiertes oder ausgestrahltes Licht. Die Wärmebildkamera erfasst dagegen Infrarotstrahlung. Dadurch kann sie die heiße Flamme deutlich vom meist wesentlich kühleren Hintergrund aus Himmel oder Wolken unterscheiden.
Dieser Temperaturkontrast ist besonders hilfreich, wenn die Flamme aufgrund eines geringen Gasstroms klein erscheint oder ihre sichtbare Kontur durch Rauch eingeschränkt wird. Wie gut die Erkennung unter Rauch funktioniert, hängt jedoch von dessen Dichte, Zusammensetzung und den atmosphärischen Bedingungen ab. Eine pauschale Durchsicht durch jede Rauchschicht kann daher nicht vorausgesetzt werden.
Das Wärmebild liefert zwei Arten von Informationen:
- eine räumliche Darstellung von Lage, Größe und Form der Flamme
- messbare Temperaturwerte innerhalb definierter Auswertebereiche
Damit kann das System nicht nur prüfen, ob ein heißer Bereich vorhanden ist. Es kann auch Veränderungen gegenüber dem erwarteten Betriebszustand erkennen.
Hauptflamme und Pilotflamme getrennt überwachen
Die Pilot- oder Zündflamme stellt sicher, dass austretendes Gas zuverlässig entzündet wird. Ein unerkannter Ausfall dieser Flamme ist besonders kritisch, weil das Gas dann möglicherweise unverbrannt entweicht. Die Kamera muss deshalb so positioniert und optisch ausgelegt werden, dass sowohl die Hauptflamme als auch der relevante Bereich der Zündflamme ausreichend detailliert abgebildet werden.
In der Auswertesoftware werden dafür getrennte Messbereiche eingerichtet. Je nach Anlagenkonzept können unterschiedliche Zustände erkannt werden:
| Überwachungsziel | Thermisches Kriterium | Mögliche Systemreaktion |
|---|---|---|
| Pilotflamme vorhanden | erwartete Wärmesignatur im Bereich der Zündung | Normalzustand dokumentieren |
| Verlust der Pilotflamme | Temperatur oder heiße Fläche unterschreitet den festgelegten Wert | sofortige Meldung an Leitstand oder Sicherheitssystem |
| Hauptflamme vorhanden | definierter Flammenbereich zeigt ausreichende thermische Aktivität | Verbrennung bestätigen |
| Flamme verändert sich auffällig | Größe, Lage oder Temperatur weicht vom Referenzzustand ab | Warnung auslösen und Prozesszustand prüfen |
| Kritischer Zustand | anwendungsspezifischer Grenzwert wird überschritten oder unterschritten | festgelegte betriebliche Reaktion einleiten |
Grenzwerte und Verzögerungszeiten müssen so gewählt werden, dass normale Flammenbewegungen nicht ständig zu Alarmen führen. Gleichzeitig darf ein echter Flammenverlust nicht durch eine zu träge Auswertung verdeckt werden. Die Parametrierung gehört deshalb in die anlagenspezifische Sicherheits- und Funktionsprüfung.
Vom Wärmebild zur automatischen Alarmierung
Bei einer kontinuierlichen Lösung liefert die stationäre Kamera rund um die Uhr radiometrische Bilder. Die Analyse kann direkt in der Kamera oder in einer zentralen Software erfolgen. Aus den Messwerten entstehen Alarme, Trendkurven und gespeicherte Ereignisbilder.
Mögliche Übertragungswege und Reaktionen sind:
- digitale Schaltausgänge an eine übergeordnete Steuerung
- Meldungen über industrielle Netzwerkprotokolle
- Anzeige von Wärmebild und Alarmstatus im Leitstand
- Speicherung eines Bilds oder einer Sequenz zum Alarmzeitpunkt
- Weiterleitung an definierte Arbeitsplätze oder Bereitschaftsdienste
Eine zusätzliche Sichtkamera erleichtert die Orientierung und zeigt beispielsweise die sichtbare Rauchentwicklung. Das thermische und das visuelle Bild erfüllen dabei unterschiedliche Aufgaben und sollten gemeinsam bewertet werden.
Verbrennungsunterstützung bedarfsgerechter regeln
Fackelsysteme arbeiten häufig mit zusätzlicher Luft oder zusätzlichem Dampf, um die Vermischung und Verbrennung zu verbessern. Ist die Unterstützung zu gering, kann verstärkte Rauchbildung auftreten. Eine überhöhte Dampfzufuhr verbraucht dagegen unnötig Energie und Betriebsmittel und kann den Prozess ebenfalls ungünstig beeinflussen.
Temperatur, Größe und zeitliches Verhalten der Flamme können als Eingangsgrößen für eine optimierte Regelung dienen. Die Steuerung passt die Luft- oder Dampfmenge dann an den aktuellen Abgasstrom und Flammenzustand an. Dadurch lassen sich Rauchereignisse reduzieren und ein übermäßiger Dampfverbrauch vermeiden.
Die Wärmebildkamera übernimmt dabei die Messung, nicht die alleinige sicherheitstechnische Entscheidung. Eine automatische Regelung erfordert eine validierte Steuerungslogik, geeignete Rückfallebenen und eine Abstimmung mit dem gesamten Brenner- und Sicherheitssystem.
Geeignete stationäre FLIR Wärmebildkameras
Für die automatisierte Fackelüberwachung kommen je nach Systemarchitektur verschiedene Kameravarianten infrage. Modelle der FLIR Axxx-Serie lassen sich für radiometrisches Streaming oder kamerainterne Analyse einsetzen. Für dauerhaft installierte Außenanwendungen stehen unter anderem die geschützten Modelle FLIR A500f und FLIR A700f zur Verfügung.
Welche Ausführung geeignet ist, hängt nicht nur von der gewünschten Auflösung ab. Entscheidend sind auch Messentfernung, Größe der Pilotflamme, benötigtes Sichtfeld, Temperaturbereich, Fokus, Alarmfunktionen und die vorgesehene Integration in das Leitsystem.
Worauf es bei der Systemauslegung ankommt
Eine Flamme kann nur zuverlässig beurteilt werden, wenn die gesamte Messkette zur Anlage passt. Bei der Planung sollten insbesondere folgende Punkte geprüft werden:
- freie Sichtlinie auf Haupt- und Pilotflamme
- Messentfernung und Größe der kleinsten zu erkennenden Flamme
- geeignetes Objektiv und ausreichende Detektorpixel auf dem Ziel
- erwartete Temperatur- und Größenbereiche bei Normalbetrieb und Entlastung
- typischer Hintergrund aus Himmel, Wolken oder Anlagenteilen
- mögliche Beeinflussung durch Rauch, Wasserdampf, Regen und Luftfeuchtigkeit
- stabile Montage ohne relevante Schwingungen oder Lageänderungen
- Schutz gegen Wetter, Verschmutzung, Korrosion und Sonneneinstrahlung
- Zugänglichkeit für Wartung, Reinigung und Funktionsprüfung
- Lage von Ex-Bereichen und geltende Anforderungen an Installation und Betriebsmittel
- sichere Netzwerkverbindung und Einbindung in Leit- oder Sicherheitssysteme
- Alarmgrenzen, Zeitverzögerungen, Plausibilitätsregeln und dokumentierte Reaktionen
Eine große Flamme im Normalbetrieb lässt sich vergleichsweise leicht erkennen. Die anspruchsvollere Auslegungsgröße ist häufig die kleine Pilotflamme über eine große Entfernung. Sie sollte deshalb den Ausgangspunkt für Objektivwahl und geometrische Prüfung bilden.
Was Thermografie nicht ersetzt
Die Wärmebildkamera zeigt das thermische Verhalten der Fackel und kann das Vorhandensein sowie Veränderungen der Flamme überwachen. Sie misst jedoch nicht automatisch Art und Konzentration der freigesetzten Gase oder sämtliche relevanten Emissionen.
Vorgeschriebene Emissionsmessungen, Gasanalysen, sicherheitsgerichtete Funktionen und regelmäßige Prüfungen bleiben eigenständige Bestandteile des Anlagenkonzepts. Die thermische Überwachung ergänzt diese Verfahren durch kontinuierliche, berührungslose Zustandsinformationen.
Flammenzustand kontinuierlich im Blick behalten
Die thermische Überwachung von Fackelanlagen ermöglicht eine zuverlässige Beurteilung von Haupt- und Pilotflamme aus sicherer Entfernung. Temperaturdaten, definierte Messbereiche und automatische Alarme machen einen Flammenverlust oder auffällige Veränderungen frühzeitig erkennbar. Gleichzeitig können thermische Trends die bedarfsgerechte Regelung von Luft oder Dampf unterstützen.
Richtig ausgelegt verbessert das System die Transparenz des Fackelbetriebs, reduziert manuelle Kontrollaufwände und liefert eine belastbare Datengrundlage für Betrieb, Instandhaltung und Prozessoptimierung.
TOPA unterstützt Sie bei der Auswahl von Kamera, Objektiv und Schutzkonzept sowie bei der technischen Auslegung der Messstelle. Weitere stationäre Lösungen finden Sie unter Wärmebildkameras für Automation und kontinuierliche Überwachung. Für eine konkrete Fackelanwendung können Sie direkt eine Beratung bei TOPA anfragen.
Häufige Fragen zur thermischen Überwachung von Fackelanlagen
Ja, sofern Messabstand, Objektiv, Kameraauflösung und Ausrichtung so gewählt sind, dass die Pilotflamme ausreichend groß auf dem Detektor abgebildet wird. Die konkrete Erkennbarkeit muss für die Messstelle geprüft werden.
Thermografie kann bei eingeschränkter sichtbarer Kontur einen deutlichen Vorteil bieten, weil sie die Wärmesignatur bewertet. Dichte, Zusammensetzung und Temperatur des Rauchs sowie Feuchtigkeit und Messweg beeinflussen jedoch auch die Infrarotmessung.
Typische Kriterien sind der Verlust der Pilot- oder Hauptflamme, eine zu kleine heiße Fläche, ungewöhnliche Temperaturwerte oder deutliche Veränderungen von Flammenlage und Flammengröße. Die Kriterien werden anlagenspezifisch festgelegt.
Die thermischen Messwerte können als Eingang für eine automatische Regelung verwendet werden. Die eigentliche Steuerung und alle sicherheitsgerichteten Entscheidungen müssen durch eine geprüfte Anlagenlogik erfolgen.
Nein. Sie überwacht die thermische Flammensignatur und unterstützt die Beurteilung des Verbrennungszustands. Konzentrationen und Stoffmengen von Emissionen werden damit nicht automatisch bestimmt.
