چگونه یک دتکتور شعله انتخاب کنیم؟

ساسان مرعشی، مدیرعامل شرکت کاموران

s.marashi@kamvaran.com

 

چگونه یک دتکتور شعله انتخاب کنیم؟

مهندسان فرآیند در صنایع نفت و گاز و سایر صنایعی که با فرآیندهای تولیدی خطرناک مواجه هستند، نیاز به پایش مستمر شعله جهت پیشگیری از بروز حریق دارند. به منظور انتخاب دتکتور مناسب برای کشف شعله، کاربران باید با اصول کشف شعله و انواع دتکتورهای موجود در بازار آشنایی کامل داشته باشند. مجهزشدن به این دانش، آنها را قادر خواهد ساخت تا مناسب‌ترین دتکتور را برای فرآیند و نیازهای عملیاتی خود انتخاب نموده و خطراتی را که دتکتور مربوطه برای آن طراحی شده است را به حداقل برسانند.

 

انواع خطرات شعله

دامنه خطرات بالقوه اشتعال روز به روز در حال افزایش است. چرا که مواد و فرآیندها هر روز پیچیده‌تر می‌شوند. به همین منظور فناوری‌های پیچیده و هوشمند تشخیص شعله‌ای موردنیاز است تا بتوان سوخت‌های صنعتی بیشتری را کشف و اعلان کرد. برخی از عمده‌ترین این سوخت‌ها به شرح زیر می‌باشد:

الکل، دیزل، گازوییل، سوخت جت، اتیلن، هیدروژن، سولفور، گاز مایع شامل LNG و LPG

 

روش‌های تشخیص شعله

بیشتر دتکتورهای شعله، آن‌را به وسیله روش‌های نوری همچون ماورا بنفش (UV) ، مادون قرمز (IR) و تصویرسازی شعله (VFD) آشکار می‌کنند. برای مثال شعله‌ها در یک پالایشگاه به وسیله سوخت‌های هیدروکربنی به وجود می‌آیند. این سوخت‌ها وقتی که در مجاورت اکسیژن و منبع احتراق قرار می‌گیرند، تولید حرارت، دی‌اکسید کربن و سایر منابع اشتعال می‌نمایند. این واکنش شدید توسط انتشار اشعه‌های قابل رویت، ماورا بنفش و مادون قرمز مشخص می‌شوند. دتکتورهای شعله برای کشف جذب نور در یک طول موج مشخص، طراحی شده‌اند و قابلیت تمیز دادن شعله و آلارم‌های کاذب را دارند.

 

فناوری‌های تشخیص شعله

امروزه چهار روش تشخیص شعله اپتیک وجود دارد:

۱- ماورا بنفش (UV)

۲- ماورا بنفش/ مادون قرمز (UV/IR)

۳- چندطیفی مادون قرمز (MSIR)

۴- تصویرسازی شعله

تمامی این روش‌ها بر اساس کشف خطی اشعه منتشر شده در باندهای طیفی UV، IR و قابل رویت توسط شعله هستند.

تصویر ۰۱

– دتکتور شعله UV

این دتکتورها به اشعه در طیف فرکانسی بین ۱۸۰ تا ۲۶۰ نانومتر پاسخ می‌دهند. آنها پاسخ زمانی سریع و حساسیت خوبی در فاصله‌های کوتاه (۰ تا  ۱۵ متر) دارند. از آنجایی که این دتکتورها به جوشکاری، لامپ‌های هالوژن و نورهای الکتریکی حساس هستند، باید در محیط سربسته استفاده شوند. دودهای سیاه و غلیظ نیز می‌تواند بر عملکرد این دتکتورها اثر گذاشته و باعث بروز خطا شود.

 

– دتکتور شعله/IR  UV

زمانی که یک دتکتور به سنسورهای UV و  IRمجهز می‌شود، یک دتکتور دو باندی ایجاد می‌شود که به اشعه‌های UV و  IRمنتشر شده از شعله حساس خواهد بود. این دتکتور ترکیبی ایمنی بیشتری نسبت به دتکتورهای UV که دارای پاسخ سرعت متوسطی هستند، دارند و برای فضاهای سربسته و روباز مورد استفاده قرار می‌گیرند. تنها نکته این است که محدوده آشکارسازی سنسور UV با دودهای غلیظ کاهش می یابد.

 

– دتکتورهای شعله IR چند طیفی

این دتکتورها طیف مادون قرمز چندگانه‌ای را استفاده می‌کنند تا بتوانند تمایز منابع شعله را از اشعه پس زمینه غیر شعله، بهبود ببخشند. این دتکتورها به ویژه برای مکان‌هایی که منابع احتراق، حریق‌های دودی تولید می‌کنند، مناسب هستند. آنها در سرعت‌های متوسط با فاصله‌ای تا ۲۰۰ فوت از منبع شعله عمل می‌کنند و برای فضاهای سربسته و روباز مورد استفاده قرار می‌گیرند. این تجهیزات، ایمنی بسیار بالایی در برابر اشعه‌های مادون قرمز منتشر شده از جوشکاری، روشنایی، نور خورشید و سایر اشیاء داغ دارند.

 

– دتکتورهای شعله تصویر سازی بصری

این دتکتور از سنسورهای تصویری که در دوربین‌های مداربسته استفاده می‌شوند، بهره می‌گیرد و الگوریتم‌های تشخیص شعله را برای کشف حریق استفاده می‌کند. این الگوریتم‌ها تصویر ویدیویی زنده‌ای از شعله را مورد بررسی قرار می‌دهند و براساس شکل و حرکت تصویر، قادر به تمیزدادن شعله از سایر حریق‌ها می‌باشد. برخلاف دتکتورهای UV و  IR، این دتکتور وابستگی به انتشار دی اکسید کربن، آب و سایر منابع احتراق ندارند. به علاوه حساسیتی به شدت نور آتش نیز ندارند. در نتیجه این دتکتورها در مکان‌هایی استفاده می‌شوند که دتکتور شعله باید حریق فرآیندی را از سایر حریق‌های موجود در سایت تشخیص داده و آشکار کند. در کنار این مزایا، این دتکتور امکان کشف شعله‌هایی که توسط چشم غیرمسلح قابل رویت نیستند، مانند: شعله ناشی از سوختن هیدروژن را ندارد و دودهای غلیظ نیز باعث اختلال در عملکرد این دتکتورها می‌شود. چرا که اشعه قابل رویت ناشی از حریق، فلسفه عملکردی این نوع از دتکتورهاست.

 

نیازمندی‌های طراحی دتکتور شعله

برای انتخاب و طراحی جانمایی دتکتور شعله مناسب از لحاظ فناوری و کاربری، پارامترهای زیر دارای اهمیت هستند:

• ایمنی در برابر آلارم های کاذب False Alarm Immunity
• محدوده (فاصله) آشکارسازی Detection Range
• پاسخ زمانی Response Time
• میدان دید Field of View
• عیب‌یابی خودکار Self-Diagnostic

 

• ایمنی در برابر آلارم های کاذب False Alarm Immunity

ایمنی در برابر آلارم‌های کاذب یکی از مهم‌ترین پارامترهای انتخاب دتکتور شعله می‌باشد. چرا که آلارم‌های کاذب تنها یک مزاحمت نیستند. آنها بر روی بهره‌وری و هزینه تاثیر مستقیم دارند. در نتیجه بسیار مهم است که دتکتور انتخاب شده امکان تفاوت گذاشتن بین شعله واقعی و اشعه‌های منتشر شده از نور خورشید، روشنایی، جوشکاری و سایر منابعی که در حقیقت شعله نیستند را داشته باشد.

 

• محدوده (فاصله) آشکارسازی Detection Range و پاسخ زمانی Response Time

پایه‌ای‌ترین پارامترهای عملکردی هر دتکتور شعله، محدوه آشکارسازی و پاسخ زمانی هستند. باتوجه به محیط کاربردی هر کارخانه، هر یک از فناوری‌های تشخیص شعله، آن را در یک محدوده مشخص و با یک پاسخ زمانی معین آشکار می‌نماید. بدیهی است هر چه محدوده آشکارسازی بزرگ‌تر و پاسخ زمانی کوتاه‌تر باشد، فرآیند آشکارسازی شعله موثرتر انجام خواهد شد.

 

• میدان دید Field of View

محدوده آشکارسازی و میدان دید، سطح پوشش هر تجهیز را نشان می‌دهند. همانند لنزهای زاویه باز، یک دتکتور شعله با میدان دید وسیع‌تر، می‌تواند محدوده وسیع‌تری را پوشش دهد و این امر می‌تواند تعداد دتکتورهای موردنیاز برای یک کاربرد مشخص را کمتر کند. بیشتر دتکتورهای شعله موجود در بازار، میدان دید ۹۰ یا ۱۲۰ درجه دارند.

 

• عیب‌یابی خودکار Self-Diagnostic

برای رعایت استانداردهای قابلیت اطمینان، پایش مسیر نوری مستمر (COPM) درون دتکتورهای شعله پیش‌بینی شده است. فرآیند خودارزیابی برای این طراحی شده است که این اطمینان حاصل شود که مسیر نوری شفاف است، دتکتورها کار می‌کنند و مدارات الکترونیکی به درستی عمل می‌کنند. فرآیند خودارزیابی در مدار کنترلی دتکتور به گونه‌ای برنامه‌ریزی شده است که هر دقیقه فعال می‌شود. اگر یک خطای مشابه دو بار تکرار شود، این خطا توسط خروجی ۲۰-۰ میلی آمپر، رله خروجی و یا پروتکل‌های ارتباطی نظیر HART و MODBUS نشان داده می‌شود.

 

جمع‌بندی

پس از ارائه تصویر بهتری از خطرات بالقوه شعله، روش‌های تشخیص و آشکارسازی شعله و انواع فناوری‌های موجود در بازار، کاربران در موقعیت بهتری برای انتخاب درست دتکتور هستند. تعریف نیازمندی‌ها برای یک کاربرد خاص نیز بسیار حائز اهمیت است. این پارامترها شامل نوع سوخت، کمینه اندازه آتش که باید کشف شود و پیکربندی فضایی که دتکتور در آن عمل می‌کند، می‌شود. در انتها، بهتر است برای هر فرآیند و کاربرد، جدولی مقایسه‌ای از پارامترهای مورد بحث در این مقاله تهیه و دو یا سه دتکتور مناسب برای آن کاربرد را مشخص نمود.