Práctica de campo con el sistema de detección de fugas por imagen acústica

El sistema de detección de fugas por imagen acústica fue desarrollado por CRYSOUND y ya se ha desplegado en múltiples instalaciones de carbón químico, petroquímicas y de gas natural. Se utiliza para la monitorización en línea de fugas en áreas de alto riesgo. Este artículo ha sido redactado por el equipo del proyecto del sistema de detección de fugas por imagen acústica de CRYSOUND, basándose en la experiencia real de despliegue y operación. De forma directa y sencilla, explicaremos por qué se necesita un sistema de este tipo, cómo funciona en principio, qué cambia realmente tras su puesta en servicio en planta y qué puede y qué no puede hacer.

¿Por qué es tan difícil la inspección tradicional de fugas?

En plantas petroquímicas, estaciones de gas natural, complejos de carbón químico y patios de almacenamiento de productos químicos peligrosos, todos entienden lo sensible que es la palabra "fuga". Lo que realmente complica el trabajo es que muchos puntos críticos se encuentran a gran altura sobre el suelo, en racks de tuberías o en la parte superior de las torres.

En el pasado, localizar una pequeña fuga en altura solía implicar un proceso como este:

• Montar andamios o utilizar una plataforma elevadora y pasar horas subiendo y bajando;

• Trepar por los racks de tuberías con una solución jabonosa o instrumentos portátiles en la mano;

• En invierno, las manos se quedan entumecidas por el frío; en verano, la ropa queda empapada de sudor y, incluso después de completar una ronda de inspección, la gente sigue preocupada: "Hay tantas válvulas y bridas, ¿habremos pasado algo por alto?"

En resumen, la inspección tradicional de fugas en este tipo de instalaciones presenta varios puntos débiles persistentes:

• Ubicaciones elevadas: racks de tuberías a 20 metros o partes superiores de torres son difíciles de alcanzar. El acceso temporal con equipos es costoso y conlleva un alto riesgo.

• Fugas muy silenciosas: las señales ultrasónicas generadas por pequeñas fugas quedan ahogadas en el ruido de bombas y ventiladores y son prácticamente imposibles de oír para el oído humano.

• Fugas invisibles: en las primeras fases, el caudal de fuga es mínimo. La solución jabonosa no hace burbujas y el olor es tenue. Para cuando realmente se ven manchas o se huele gas, la fuga normalmente ya se ha propagado.

• Baja eficiencia: un único área de proceso puede tener fácilmente miles de puntos de monitorización. La inspección manual "arriba y abajo" es principalmente muestreo puntual y resulta muy difícil lograr una cobertura realmente continua y completa.

Los métodos tradicionales de detección electroquímica, por infrarrojos y por láser son, en esencia, monitorización puntual o lineal:

• Medir en un punto fijo para ver si la concentración supera un umbral;

• Vigilar a lo largo de una única trayectoria óptica para ver si algún gas la cruza.

Sin embargo, lo que realmente quieren los operadores no es solo saber si existe una fuga, sino también ver con claridad, en un área amplia, exactamente dónde se está produciendo la fuga.

Ese es precisamente el problema que el sistema de detección de fugas por imagen acústica ultrasónica (Acoustic Imaging Leak Detection System) está diseñado para resolver.

Sistema de detección de fugas por imagen acústica: convertir el "ruido de fuga inaudible" en un mapa sonoro en color en la pantalla

Principio básico: fuga de gas presurizado → señal ultrasónica → mapa sonoro en color sobre la imagen

Cuando el gas presurizado se escapa a través de holguras de válvulas, microgrietas en bridas o defectos de soldadura, interactúa con el aire circundante y produce una fuerte turbulencia, generando una clase de señales ultrasónicas con características muy definidas:

• Cuanto mayor es el caudal de fuga, más intensa es la señal ultrasónica;

• Cuanto mayor es la diferencia de presión, más pronunciadas son las características acústicas;

• Estas señales son bastante diferentes del ruido mecánico de baja frecuencia de motores y bombas, lo que hace posible distinguirlas del ruido de fondo.

Lo que hace el sistema de detección de fugas por imagen acústica es convertir de forma inteligente este "sonido inaudible" en "imágenes visibles":

• Se utiliza una matriz de sensores ultrasónicos multicanal para adquirir simultáneamente señales ultrasónicas desde múltiples direcciones;

• En el extremo frontal se realizan amplificación, filtrado y eliminación de ruido para eliminar en la medida de lo posible la interferencia electromagnética y el ruido de fondo de baja frecuencia;

• Se analizan las diferencias de fase y amplitud entre canales para estimar la distribución espacial de la energía sonora e inferir desde qué dirección y qué zona procede el ruido de fuga;

• La distribución de energía sonora se representa en un "mapa de calor" bidimensional y se superpone sobre la imagen de vídeo en directo del campo.

Al final, la ubicación con la señal de fuga más intensa aparece como una "nube" roja‑amarilla‑verde en la pantalla. Para los operadores, el efecto es muy intuitivo: donde aparezca una nube en la imagen, es donde algo resulta sospechoso.

Parámetros de ingeniería: ¿a qué distancia y qué tamaño puede detectar?

Con base en pruebas de campo y en resultados de calibración conjunta de múltiples proyectos en línea, el sistema de detección de fugas por imagen acústica muestra las siguientes capacidades típicas en aplicaciones de ingeniería:

Distancia de detección recomendada: 0,5-50 m.

Dentro de aproximadamente 1-30 m, el sistema alcanza una mejor relación señal‑ruido y un mejor rendimiento de imagen para fugas pequeñas.

Rango de frecuencia de funcionamiento:

El sistema de detección de fugas por imagen acústica funciona en la banda de ultrasonidos (por encima de 20 kHz). Se utiliza un filtro de banda para seleccionar la banda característica de fuga (normalmente 20-40 kHz), suprimiendo eficazmente el ruido mecánico audible y de baja frecuencia.

Caudal mínimo de fuga / tamaño de orificio detectables (en condiciones típicas):

Con una diferencia de presión mínima de unos 0,6 MPa, el sistema de detección de fugas por imagen acústica puede proporcionar detección visual de fugas incipientes del orden de 0,1 mm en holguras de válvulas y microgrietas de bridas. La sensibilidad real varía en función del tipo de gas, la presión, el ruido de fondo y la ubicación de los sensores.

Precisión de localización:

Dentro de la distancia de detección recomendada, el sistema de detección de fugas por imagen acústica puede localizar fugas con una precisión aproximada del orden de centímetros. Combinado con la imagen de vídeo, puede señalar de forma eficaz en la pantalla un equipo o un área de bridas específicos.

Estos valores no son límites rígidos e inmutables, sino más bien prestaciones típicas a nivel de ingeniería verificadas en múltiples proyectos reales.

Grado de protección:

El sistema de detección de fugas por imagen acústica ha superado la certificación a prueba de explosión Ex ib IIC T4 Gb y los ensayos de protección IP66, lo que lo hace adecuado para un despliegue prolongado en áreas peligrosas típicas.

Arquitectura del sistema: más que un simple sensor: es un sistema completo en línea

El sistema de detección de fugas por imagen acústica no es solo un "sensor inteligente". Es un sistema completo de monitorización en línea que, de forma aproximada, puede desglosarse en tres capas:

Capa de sensado de front‑end:

En el emplazamiento se despliegan detectores de fugas por imagen ultrasónica con giro e inclinación. Estos "escuchan" las fugas, capturan la imagen de vídeo y generan la imagen acústica en color. La unidad pan‑tilt puede girar e inclinarse para escanear un área amplia.

Capa intermedia de almacenamiento:

Los NVR y otros equipos de almacenamiento reciben datos de los dispositivos de front‑end y almacenan íntegramente el vídeo, las imágenes acústicas y los registros de alarmas para su reproducción posterior y análisis de incidentes.

Capa de gestión de back‑end:

Los VMS y otras plataformas de gestión se conectan a múltiples dispositivos de front‑end, realizan la gestión unificada de dispositivos, el control de detección, la visualización de alarmas y la generación de informes, y presentan todos los datos de forma centralizada en el videowall de la sala de control.

En resumen:

• El front‑end "ve" el punto de fuga;

• La capa intermedia "recuerda" el proceso;

• El back‑end "gestiona toda la planta en una sola pantalla".

Un emplazamiento típico: de trepar por los racks de tuberías a observar nubes de colores

Tomemos como ejemplo una unidad típica de carbón químico en Ningxia. En esta instalación se han instalado 11 unidades del sistema de detección de fugas por imagen acústica, que cubren gasificadores, calentadores, parques de tanques y racks de tuberías. Podemos analizar cómo ha cambiado el trabajo diario tras la introducción del sistema de detección de fugas por imagen acústica.

Antes de la modernización: seis personas trepando medio día y aun así sin estar seguras

En un área típica de gasificadores hay muchas tuberías, válvulas y bridas de alta temperatura y alta presión dentro de la unidad. Muchos puntos clave se encuentran a unos 20 metros sobre el nivel del suelo. Los medios son en su mayoría gases inflamables o tóxicos, de modo que cualquier fuga no solo desperdicia materia prima, sino que también supone riesgos para la seguridad del personal y la estabilidad de la planta.

Anteriormente, la inspección se realizaba aproximadamente de la siguiente manera:

• Se asignaba a varios inspectores y técnicos de mantenimiento, se preparaban andamios o plataformas de acceso y luego subían a los racks de tuberías;

• Con solución jabonosa y detectores portátiles en la mano, recorrían los racks y las plataformas, revisando una por una cada brida y válvula;

• Una sola ronda podía fácilmente llevar medio día. Durante las paradas mayores o campañas especiales, tenían que repetir este trabajo varios días seguidos.

El personal de primera línea describía este modo con tres palabras: "cansado, lento y preocupante".

Cansado: subir y bajar repetidamente a gran altura y adoptar posturas incómodas para mirar y escuchar cerca del equipo;

Lento: en un área con decenas o cientos de puntos, revisar uno por uno lleva mucho tiempo;

Preocupante: con un alto ruido de fondo y muchos puntos, siempre queda la sensación de que solo con los ojos y los oídos pueden pasarse por alto problemas sutiles.

Durante la modernización: dejar que la unidad pan‑tilt "peine el área" todos los días

Tras evaluar los riesgos de fuga y la carga de inspección, trabajamos con el cliente para desplegar varios detectores de fugas por imagen ultrasónica con pan‑tilt a diferentes alturas de plataformas y conectarlos al sistema de detección de fugas por imagen acústica:

• Las unidades de alto nivel cubren áreas clave como las cabezas de los gasificadores y las líneas de carbón pulverizado;

• Las unidades de nivel intermedio cubren los lock hoppers, las líneas con trazado térmico y los racimos densos de bridas y válvulas;

• Las unidades de nivel bajo cubren los tanques de alimentación y las tuberías a nivel de suelo.

Configuración de rutas y preajustes de patrulla

Para cada unidad pan‑tilt se configuran varias vistas preestablecidas-for ejemplo, a lo largo de un rack de tuberías concreto, un grupo de bridas o una zona específica de plataforma. Los ciclos de patrulla se ajustan según las secciones de proceso y los niveles de riesgo, escaneando con mayor frecuencia las áreas de mayor riesgo.

Conexión al sistema de control central

Todas las imágenes acústicas y la información de alarmas de los dispositivos de front‑end se envían a la plataforma de gestión del sistema de detección de fugas por imagen acústica. En el videowall de la sala de control, los operadores pueden ver al mismo tiempo una vista general de la unidad, las imágenes de nubes de colores y la lista de alarmas.

A partir de entonces, los equipos básicamente siguen la estrategia configurada y "peinan el área" de forma automática cada día:

• Cada unidad pan‑tilt gira e inclina siguiendo su ruta preestablecida, escaneando las áreas clave a cada altura;

• En cuanto aparecen señales características de fuga ultrasónica en un determinado punto, surge una nube en la posición correspondiente de la pantalla;

• Cuando los operadores de la sala de control ven una nube anómala, pueden avisar de inmediato al mantenimiento, que acude directamente a la válvula o brida indicada para verificar y resolver el problema.

Después de la modernización: de "personas buscando problemas" a "problemas que se muestran por sí solos"

Tras un periodo de operación, los comentarios de la planta se han centrado principalmente en tres aspectos:

Menos trabajos en altura

Donde antes se necesitaban 2-3 rondas integrales de inspección en altura al mes, ahora se han reducido a campañas estacionales más revisiones bajo demanda cuando aparecen nubes anómalas. El trabajo en altura está mucho más enfocado en problemas concretos y la frecuencia global ha disminuido claramente.

Los problemas se detectan antes y a menor escala

En el pasado, muchas pequeñas fugas solo se advertían cuando alguien percibía un olor o veía indicios visibles. Ahora, tan pronto como una fuga alcanza el umbral detectable, pueden aparecer anomalías de forma anticipada en la imagen de nubes, lo que permite adoptar medidas correctivas antes.

El mantenimiento es más eficiente

Antes, cuando alguien informaba de que "huele a gas en esa zona", los equipos de mantenimiento tenían que revisar una por una decenas de bridas y válvulas. Ahora, el sistema de detección de fugas por imagen acústica marca directamente en la pantalla qué equipo presenta una anomalía acústica intensa, de modo que los técnicos pueden tomar sus órdenes de trabajo e ir directamente a la región objetivo.

El personal de primera línea resumió la situación con una imagen muy gráfica:

"Antes, recorríamos la planta buscando problemas;

ahora, los problemas aparecen solos en la pantalla".

En esencia, este es el cambio de trepar por los racks de tuberías a observar nubes de colores.

¿Qué puede hacer el sistema de detección de fugas por imagen acústica y qué no puede hacer?

Desde el punto de vista de la seguridad y de la ingeniería, comprender los límites del sistema es muy importante: es ser responsable tanto con la planta como con el propio sistema.

En qué es especialmente bueno el sistema de detección de fugas por imagen acústica

Monitorización en línea de áreas extensas, elevadas y de alto riesgo

Al combinar unidades pan‑tilt con matrices de sensores, el sistema de detección de fugas por imagen acústica puede realizar barridos de cobertura de áreas dentro de aproximadamente 0,5-50 m, por lo que es especialmente adecuado para racks de tuberías a 20 m, partes superiores de torres y otros lugares donde el acceso manual frecuente es difícil.

Localización visual

El sistema de detección de fugas por imagen acústica no solo indica que "hay una fuga", sino que también muestra directamente en la imagen una nube que señala dónde está. Con una precisión de localización a nivel de centímetros, puede acotar rápidamente un equipo o una zona de bridas concretos.

Monitorización ininterrumpida

El sistema de detección de fugas por imagen acústica puede funcionar en línea 24/7, reduciendo en gran medida la dependencia de que "alguien pase por ese punto" en el momento oportuno.

En comparación con los métodos que dependen de la acumulación de concentración de gas, el sistema de detección de fugas por imagen acústica se ve menos afectado por el viento que dispersa el gas, porque se centra en la señal ultrasónica generada por el propio chorro, en lugar de en las lecturas de concentración en un único punto.

Reducción del trabajo en altura y de las inspecciones repetitivas

Al pasar de "inspecciones frecuentes en altura" a "subir solo cuando aparece una nube anómala", el sistema de detección de fugas por imagen acústica ayuda a reducir la carga de trabajo y el riesgo del trabajo en altura, al tiempo que mejora la eficiencia global de las inspecciones.

Lo que el sistema de detección de fugas por imagen acústica no puede hacer: limitaciones que debemos reconocer con honestidad

No puede "ver" fugas que estén completamente bloqueadas

La señal de fuga ultrasónica solo puede detectarse e imaginarse de forma eficaz cuando puede propagarse hasta la matriz de sensores ultrasónicos. Si la fuente de la fuga está completamente bloqueada por elementos estructurales o envolventes de paredes gruesas a lo largo de la trayectoria, la matriz recibirá una señal de fuga mucho más débil o incluso ninguna señal.

En estas áreas es necesario compensar mediante una ubicación adecuada de los sensores, cobertura desde múltiples ángulos u otros métodos de detección complementarios.

Las fuentes de fuerte interferencia ultrasónica requieren un diseño especial

Ejemplos de ello son los puntos de venteo de proceso, las purgas de vapor abiertas durante largos periodos y los dispositivos neumáticos de alta frecuencia, todos los cuales pueden generar firmas ultrasónicas similares a las fugas. Para estos puntos, normalmente se realiza un análisis in situ del espectro de ruido durante el diseño del proyecto y se introducen medidas como el enmascaramiento regional o el filtrado lógico.

El sistema de detección de fugas por imagen acústica no es un sustituto universal, sino un complemento potente

En algunos escenarios en los que es imprescindible monitorizar la propia concentración de gas-como las alarmas de gases tóxicos en áreas ocupadas-los sensores electroquímicos, por infrarrojos y por láser siguen siendo necesarios. El sistema de detección de fugas por imagen acústica se adapta mejor a la construcción de una "red de radar sónico" que haga visibles en pantalla los riesgos de fuga lo antes posible.

Si pensamos en todo el sistema de monitorización de fugas como en un equipo:

• Los sensores de concentración son responsables de "defender la línea de fondo" (si la concentración supera el límite);

• El sistema de detección de fugas por imagen acústica actúa como un "explorador temprano", indicando dónde pueden producirse chorros sospechosos y recordando que hay que realizar una inspección más cercana.

Conclusión: dejar que el sistema vea primero el problema para que las personas lo resuelvan con mayor seguridad

Con un sistema de detección de fugas por imagen ultrasónica como el sistema de detección de fugas por imagen acústica, la forma de trabajar puede cambiar de manera fundamental:

• El sistema escanea la unidad cada día siguiendo rutas preestablecidas;

• En cuanto aparece una nube de color en la pantalla, el personal toma sus órdenes de trabajo y sube de forma dirigida para ocuparse del problema;

• El trabajo en altura se vuelve más focalizado y menos frecuente, y muchas fugas pueden resolverse antes de que causen un impacto perceptible.

Para industrias como la petroquímica, el gas natural y el carbón químico, el sistema de detección de fugas por imagen acústica no es un artilugio llamativo, sino una forma de identificar fugas antes, organizar las inspecciones con mayor seguridad y gestionar el riesgo de manera más sistemática.

Es importante recalcar que el sistema de detección de fugas por imagen acústica no sustituye a todas las técnicas de detección tradicionales, sino que es una pieza importante del conjunto. En los proyectos reales, normalmente combinamos el sistema de detección de fugas por imagen acústica con la detección de concentración, los enclavamientos de proceso y las inspecciones manuales, utilizando un enfoque de defensa en capas para mejorar la capacidad global de control de fugas.

Si en su planta se enfrenta a problemas como numerosos puntos en altura con andamiaje frecuente, detección tardía y resolución lenta de pequeñas fugas, o una fuerte presión de inspección por la noche y con mal tiempo, puede plantearse desplegar un sistema de detección de fugas por imagen ultrasónica como el sistema de detección de fugas por imagen acústica, permitiendo que los problemas aparezcan primero con claridad en la pantalla para que las personas puedan afrontarlos con mayor calma y seguridad. Para analizar su caso de aplicación o comprobar si el sistema de detección de fugas por imagen acústica se ajusta a sus necesidades, póngase en contacto con nosotros a través de nuestro formulario Get in Touch.