Das Advanced Discovery System von GTE Industrieelektronik GmbH

GTE Industrieelektronik GmbH
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Technologie

Frühzeitige und zugleich zuverlässige Erkennung von Bränden
– eine anspruchsvolle Aufgabe in industrieller Umgebung

Zur Branddetektion können verschiedene Brandkenngrößen herangezogen werden. Die bekannteste Methode ist die Detektion von Rauch mit Hilfe von Rauchmeldern nach dem optischen Prinzip der Lichtstreuung oder Lichtschwächung. Dies ist in der Regel die Methode der Wahl, da einfach und erprobt, solange nicht besondere Umgebungsbedingungen den Einsatz optischer Rauchmelder verhindern. Sind Staub, Feuchtigkeit oder andere Arten von Dämpfen oder Störeffekten vorhanden, liefern Rauchmelder Fehlalarme, Störmeldungen und haben zudem noch stark verkürzte Lebensdauer. Kurz – sie sind nicht sinnvoll einsetzbar.

Für diese Fälle sind alternative Detektionsmethoden zu wählen. Dabei sind die folgenden Aspekte zu bedenken:

  • Art der Störgrößen und der Brandkenngrößen
    (Rauch, Gase, Infrarot-Wärmestrahlung (10µm), Infrarot-Licht (1-4 µm), Wärme (Heißgase))
  • Art des Übertragungsweges der Brandkenngrößen
    (Ausbreitung über Luftströmung oder übder den direkten optischen Pfad)
  • Art der Aufgabenstellung
    (Branderkennung und Meldung im Gebäude, Anlagenüberwachung, Prozessüberwachung, Erkennung von Anlagenschäden im Vorfeld eines möglichen Brandes)

Die GTE bietet hierfür unterschiedliche Detektionstechnologien an:

  • Brandgasdetektion mit Halbleitergassensoren
  • Lineare Gasdetektion mit Laserspektroskopie
  • Glutnest- und Hitzedetektion mit Infrarot-Detektorarrays
  • Weitere Sondertechnologien werden Applikations- und Kundenspezifisch entwickelt.

Brandgasdetektion

Bei Schwelbränden werden neben Rauch (-Aerosolen) verschiedene Gase freigesetzt. Dazu gehören neben CO2 und H2O die charakteristischen Schwelgase CO (Kohlenmonoxid), H2 (Wasserstoff) und ein breiter Cocktail diverser Kohlenwasserstoffe. Je nach Material können auch HCl, H2S, HCN, NOX und weitere Komponenten entstehen.
Die Zusammensetzung der Brandgase ermöglicht einen Rückschluss auf die Brandart und das Material. Weiterhin wird somit eine Unterscheidbarkeit zwischen Brand- und nicht-Band oder „Nutz-Brand“ Situationen ermöglicht.

Um diese Möglichkeiten zu nutzen, wird ein Detektor angeboten, der mit Hilfe von 3 unterschiedlichen Gassensoren auf die Gase H2, CO und KW (Kohlenwasserstoffe) sowie qualitativ auf NOX anspricht.

Die Detektionsempfindlichkeit liegt im Bereich weniger ppm.

Es werden Halbleitergassensoren eingesetzt. Die Lebensdauer dieser Sessnoren ist signifikant größer als die vieler anderer Sensorprizipien (z. B. amperometrischer, sog. elektrochemischer Sensoren). Diese Sensoren basieren auf einer Halbleiterschicht, die auf einem geheitzten Trägersubstrat aufgebracht ist. Das Sensorsignal wird aus dem elektrischen Leitwert dieser Schicht gewonnen. Je nach Zielgas kann die optimale Arbeitstemperatur bis zu 450°C betragen.

Der Melder mit seinen Sensoren ist in ein Alu-Druckgussgehäuse integriert; die Gase gelangen durch einen Sintermetall-Filter über Diffusion zu den Sensorelementen. Somit wird eine robuste und staubdichte Bauart erreicht.

Für den Staub-Explosions-gefährdeten Bereich steht eine baumustergeprüfte Gehäusevariante zur Verfügung. Obwohl die Gassensoren prinzipiell schon nicht auf Stäube reagieren, wird somit eine zusätzliche Immunität gegenüber Stäuben erreicht1.

Folgende Tabelle gibt eine vereinfachte Übersicht über Brandarten und ihre Gasemissionen:
 

  H2 CO KW NOX
Schwelbrand von Kohle + ++ +  
Schwelbrand von Holz + + ++  
Flammenbrand   +   +
Flammenbrand von PU + ++ + ++
Düngemittelbrand +     ++

Störquellen
 

  H2 CO KW NOx
Abgase + +   +
kalte Oxidation von Kohle (+) +    
Gärung ++   ++  

Ursprünglich wurde dieser Meldertyp zusammen mit der RWE Energie AG für den Einsatz zur frühzeitigen Detektion von Kohleglimmbränden auf den Förderanlagen innerhalb von Kraftwerken entwickelt.
Deshalb orientiert sich die Standard-Empfindlichkeitseinstellung an den Kraftwerksanforderungen.

Die Melder können parametriert werden. Damit lassen sich die Melder an viele weitere Anwendungsanforderungen optimal anpassen.
Die Parametrierung erfolgt über eine Service-Software, mittels der von einem PC über den Service-Bus („M-Bus“) die Melderdaten erfasst, dargestellt, analysiert und entsprechend angepasst werden können.


Infrarot-Detektionstechnologie

In vielen Fällen ist nicht sicherzustellen, dass der Rauch bzw. die Rauchgase von Ort des Brandes zuverlässig zum Ort des Detektors gelangen. Oft reicht ein offenes Fenster oder Tor oder eine starke Lüftungsanlage, um eine Raucherkennung zu verhindern. Hier bietet sich als Alternative eine optische Detektionstechnologie an: Bei freier Sicht auf die zu überwachenden Objekte kann mit Hilfe eines Wärmebildes unmittelbar eine erwärmte, überhitzte oder brennende Stelle erkannt werden. Und das mit einer Detektionsgeschwindigkeit, die bis im zehntel Sekunden Bereich liegt, also „sofort“. Damit werden auch bewegte Objekte überwachbar, so z. B. Glutnester auf einem Förderband.

Der Detektor basiert auf einem Thermopile-Array mit einer Pixelzahl (Ortsauflösung) von 4 x 4 bis hin zu 64 x 62 Bildpunkten je nach Detektorausführung. Mit Hilfe einer Infrarot-Optik wird die Oberfläche des zu überwachenden Bereiches auf das Array abgebildet. In der Folge erhält man ein mehr oder weniger grob gerastertes Wärmebild der Überwachungsfläche. Durch geeignete Auswertung des Arrays von Temperaturmesswerten kann nun eine Alarmierung erfolgen. Hierfür vergleicht man entweder jeden Messwert oder eine Gruppe von Messwerten mit Absolut-Temperaturgrenzwerten oder es wird eine Differenzen-Auswertung z. B. zwischen Nachbarfeldern oder zwischen anderen, frei parametrierbaren Feldern angewendet.

Je nach Applikation kann daher überwacht werden auf:

  • Heißlaufende Aggregate, Motoren, Rollen, Getriebe etc.
  • Glimmnester im Lagergut oder auf einem Transportband
  • Selbstentzündungsprozesse bei gelagerter Biomasse
  • etc.

Fussnoten
(1) Zu beachten sind hier lediglich Stäube, die ihrerseits Gase freisetzen.

 

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