طراحی دتکتور حرارتی خطی – ویژه مهندس طراح

مقدمه

سامانه‌های شناسایی گاز به طور گسترده‌ای در صنعت فرایندی برای شناسایی و کاهش اثرات نشت گاز و کمینه‌سازی پیامدهای احتمالی آن‌ها به کار گرفته شده‌اند. مکانیسم‌های شناسایی با توجه به نوع مواد شیمیایی متفاوت هستند و باید با دقت فناوری مناسب برای هر کاربرد انتخاب شود؛ همراه با ملاحظات عملی مربوط به نصب، راه‌اندازی و نگهداری. بیشتر کاربردهای کنونی هشدارهایی برای اپراتور ایجاد می‌کنند که بر اساس قرائت‌های بالا از دتکتورهای گازی فعال می‌شوند. با این حال، با فشار صنعت برای ادغام دتکتورهای ایمنی گاز در سامانه‌های توقف اضطراری، نیاز به طراحی، کالیبراسیون و راه‌اندازی صحیح این دتکتورها برای کاهش آلارم‌های کاذب، به‌طور فزاینده‌ای اهمیت یافته است.

 

فناوری‌های شناسایی گاز

دو دسته کلی برای دتکتورهای گازی وجود دارد: دتکتورهای نقطه‌ای و دتکتورهای ناحیه‌ای.

• دتکتورهای گازی نقطه‌ای دارای یک محل واحد برای دتکتور هستند که در آن ابر گازی باید مستقیماً با دتکتور تماس پیدا کند. انواع دتکتورهای نقطه‌ای شامل دتکتورهای کاتالیتیکی، الکتروشیمیایی، حالت جامد و مادون‌قرمز (IR) هستند. دتکتورهای کاتالیتیکی و IR به‌طور گسترده‌ای در صنعت استفاده می‌شوند و در این مقاله به‌طور مفصل بررسی شده‌اند.
• دتکتورهای ناحیه‌ای قادرند بدون نیاز به تماس مستقیم ابر گازی با دتکتور، رهایش گاز را شناسایی کنند. انواع دتکتورهای ناحیه‌ای شامل مسیر باز (خط دید – LOS) و صوتی هستند.

 

دتکتورهای گازی نقطه‌ای

دتکتورهای گازی کاتالیتیکی

دتکتورهای کاتالیتیکی (شکل ۱) از نوع دتکتورهای نقطه‌ای هستند که از یک مقاومت پلاتینی داغ پوشیده‌شده با کاتالیست برای واکنش با گازهای قابل احتراق استفاده می‌کنند. هنگامی‌که گاز قابل احتراق با این مقاومت تماس پیدا می‌کند، پوشش آن اکسید می‌شود و مقاومت پوشیده‌شده گرم می‌گردد. افزایش دما در این مقاومت در مقایسه با یک مقاومت کنترلی اندازه‌گیری می‌شود تا درصد حد پایین اشتعال (٪LFL) تعیین شود.

 

مزایا:

• عملکرد ساده
• مقاوم و آسان برای استفاده و کالیبراسیون
• دارای قابلیت اطمینان بالا
• به‌راحتی برای گازهای خاصی مانند هیدروژن کالیبره می‌شود

 

معایب:

• نیاز به کالیبراسیون مکرر به‌دلیل غیرفعال شدن یا آلودگی
• قرارگیری طولانی‌مدت در معرض گازهای قابل اشتعال باعث کاهش حساسیت می‌شود

 

ملاحظات عملی:

• دتکتورهای کاتالیتیکی معمولاً برای شناسایی گازهایی مانند هیدروژن مفید هستند، در حالی‌که دیگر دتکتورهای نقطه‌ای واکنش‌پذیری کمتری دارند.
• دانه‌های دتکتور ممکن است نیاز به تعویض داشته باشند یا کالیبراسیون دتکتورها باید به‌صورت مکرر انجام شود تا قابلیت اطمینان بالا حفظ گردد.
• کیت‌های کالیبراسیون از فروشندگان مختلف در دسترس هستند تا امکان کالیبراسیون از راه دور را فراهم کنند، زیرا دتکتورها ممکن است در ارتفاعاتی نصب شوند که دسترسی به آن‌ها آسان نباشد.
• نیاز توان مصرفی دتکتورهای کاتالیتیکی بالا نیست و معمولاً با توان حلقه‌ای از کنترلر تغذیه می‌شوند.
• دقت اندازه‌گیری بین ۳ تا ۵ درصد است که بستگی به بازه ٪LFL دارد.
• زمان پاسخ معمول برای رسیدن به ۵۰٪ LFL حدود ۱۰ ثانیه و برای رسیدن به ۹۰٪ LFL حدود ۳۰ ثانیه است. این زمان، مدت‌زمانی است که دتکتور برای تشخیص غلظت صحیح گاز و تولید سیگنال پس از تماس گاز با دتکتور نیاز دارد.
• قابلیت عملکرد در بازه دمایی گسترده از ۴۰- درجه سلسیوس تا ۷۵+ درجه سلسیوس را دارد.
• قابلیت اطمینان بسیار بالا در محیط‌هایی با دمای شدید، رطوبت بالا و ارتعاشات

 

 

دتکتورهای گازی مادون‌قرمز (InfraRed – IR)

دتکتورهای مادون‌قرمز از جذب مادون‌قرمز توسط گازهای هیدروکربنی در طول موج ۳.۴ میکرومتر برای شناسایی حضور گازهای قابل احتراق استفاده می‌کنند. این دتکتورها از یک فرستنده نور مادون‌قرمز استفاده می‌کنند که در طول موج گاز هدف و نیز برای کنترل طول موج عمل می‌کند. الگوریتم‌های پیچیده‌ای برای محاسبه ٪LFL بر اساس عبور اندازه‌گیری‌شده نور به‌کار گرفته می‌شود.

 

مزایا:

• رایج‌ترین سامانه شناسایی گاز
• تنوع بالای تأمین‌کنندگان و رقابت قیمتی مناسب
• نصب و راه‌اندازی و کالیبراسیون آسان
• کالیبراسیون به دفعات کمتری نسبت به دتکتورهای کاتالیتیکی مورد نیاز است
• ایمنی در برابر نویز و آلودگی‌ها
• عملکرد مداوم در حضور گازهای قابل اشتعال بدون افت عملکرد

 

معایب:

• هزینه اولیه خرید و نصب بالا است
• گاز باید در ناحیه مادون‌قرمز فعال باشد؛ مانند گازهای هیدروکربنی

• در شرایط دمایی شدید، رطوبت بالا یا محیط‌های با ارتعاش زیاد عملکرد مؤثری ندارد
• برای کاربردهای چندگازه مناسب نیست

 

ملاحظات عملی:

• دتکتورهای IR معمولاً برای شناسایی گازهای هیدروکربنی مفید هستند.
• نیاز توان مصرفی این دتکتورها بین ۵ تا ۲۰ وات است و معمولاً با توان حلقه‌ای از کنترلر تغذیه می‌شوند.
• دقت اندازه‌گیری بین ۱ تا ۵ درصد است که بستگی به بازه ‌٪LFL دارد.
• زمان پاسخ معمول برای رسیدن به ۵۰٪ LFL حدود ۵ ثانیه و برای رسیدن به ۹۰٪ LFL حدود ۱۰ ثانیه است.
• این دتکتورها می‌توانند در بازه دمایی وسیع بین ۴۰- درجه سلسیوس تا ۷۵+ درجه سلسیوس کار کنند.
• دتکتورهای IR برای گاز خاصی مانند متان یا پروپان کالیبره می‌شوند. اگر گازهای دیگر با همان دتکتور اندازه‌گیری شوند، فروشندگان باید منحنی‌های تصحیح برای تعیین غلظت ارائه دهند که دقت این اندازه‌گیری‌های تصحیح‌شده محدود خواهد بود.
• اگر دتکتور در اثر تماس با گاز «اشباع» شود، ممکن است مدت زمان زیادی برای بازگشت مقدار خوانده‌شده به سطح نرمال نیاز باشد. این مورد به‌ویژه در صورت استفاده از فیلتر آب‌گریز (hydrophobic) یا حفاظ هوا (weather baffle) صادق است.
• هرگونه انحراف در نصب دتکتور نسبت به زاویه توصیه‌شده توسط سازنده ممکن است منجر به خطاهای بزرگ در مقادیر غلظت اندازه‌گیری‌شده شود.

 

دتکتورهای ناحیه‌ای (Area Detectors)

دتکتورهای مسیر باز (Open Path)

دتکتورهای ناحیه‌ای مسیر باز به دو نوع تقسیم می‌شوند: مادون‌قرمز (IR) و طیف‌سنجی لیزری.
دتکتور مادون‌قرمز مسیر باز از همان فناوری دتکتورهای نقطه‌ای مادون‌قرمز استفاده می‌کند. در این نوع، فاصله بین فرستنده و گیرنده مادون‌قرمز بسته به قابلیت دتکتور می‌تواند از ۱۵ فوت تا ۶۵۰ فوت متغیر باشد.
در نوع طیف‌سنجی لیزری، چندین طول موج مختلف برای شناسایی غلظت خاصی از گاز اندازه‌گیری می‌شود.
در این مقاله، تمرکز بر دتکتورهای مسیر باز مادون‌قرمز است، زیرا این نوع در صنعت به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مزایا:

• به‌طور گسترده در سکوهای فراساحلی (Offshore) و تأسیسات خشکی (On-shore) برای شناسایی نشت گاز در یک ناحیه وسیع استفاده می‌شوند.
• هم به‌عنوان آژیر هشدار اولیه و هم برای فعال‌سازی فرآیند تخلیه (Evacuation) کاربرد دارند.
• در صورتی که هدف صرفاً تشخیص نشت گاز و نه اندازه‌گیری غلظت آن باشد، نسبت به دتکتورهای نقطه‌ای به تجهیزات نصب‌شده کمتری نیاز دارند.

 

معایب:

• دتکتورهای مسیر باز بسیار حساس به حفظ خط دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده هستند.
  این موضوع، راه‌اندازی اولیه (راه‌اندازی و کالیبراسیون) را بسیار دشوار و زمان‌بر می‌کند.
• نسبت به موانع موقتی مانند واگن‌های ریلی، داربست‌ها، تجهیزات یا وسایل نقلیه دیگر بسیار آسیب‌پذیر هستند.
• میزان هشدارهای اشتباه (False alarms) یا تریپ‌های ناخواسته در آن‌ها بسیار زیاد است و این ویژگی آن‌ها را بدنام کرده است.

 

معایب دتکتورهای مسیر باز:

• این دستگاه مقدار درصد حد انفجار پایین (LFL) را گزارش نمی‌دهد، بلکه مقدار LFL-متر را نشان می‌دهد.
• هزینه اولیه خرید و نصب این تجهیزات به‌طور قابل توجهی از دتکتورهای نقطه‌ای IR بیشتر است.
• لرزش‌ها ممکن است باعث عدم‌ترازی بین فرستنده و گیرنده شوند.

 

ملاحظات کاربردی:

• سنسورهای مسیر باز عمدتاً برای تشخیص گازهای هیدروکربنی مفید هستند. با این حال، تعداد کمی دتکتور مسیر باز برای گازهای سمی در بازار موجود است.
• مصرف برق این دتکتورها بین ۲۰ تا ۵۰ وات متغیر است. برخی مدل‌ها در صورت عدم نیاز به تنظیمات دقیق برای حفظ خط دید، توان بالاتری مصرف می‌کنند تا به‌طور مداوم پرتو IR را در ناحیه گسترده‌تری ارسال کنند. در صورت عدم محدودیت در توان مصرفی، استفاده از این مدل‌ها می‌تواند زمان کالیبراسیون را کاهش دهد.
• دقت عملکرد حدود ۱٪ است، بسته به محدوده اندازه‌گیری LFL-m.
• زمان پاسخ به ۹۰٪ LFL در حدود ۵ ثانیه است.
• این دتکتورها در بازه دمایی ۵۰– تا ۵۰+ درجه سانتی‌گراد قابل‌استفاده هستند.
• این دتکتورها به یک گاز خاص کالیبره نمی‌شوند، بنابراین قادر به ارائه مقادیر LFL-m برای طیفی از گازهای هیدروکربنی هستند. اما در مدل‌های سمی، مانند تشخیص سولفید هیدروژن یا آمونیاک، فقط باید برای همان گاز طراحی‌شده استفاده شوند.
• ترازی دقیق بین منبع و گیرنده زمان‌بر و دشوار است، و ممکن است به دلیل لرزش، شرایط آب‌وهوایی یا برخوردهای ناخواسته از بین برود.
• با وجود اینکه این دتکتورها نیازی به تماس مستقیم گاز با سنسور ندارند، قرارگیری صحیح آن‌ها برای عملکرد مؤثر بسیار حیاتی است. گاز باید با پرتو IR برخورد داشته باشد تا آلارم فعال شود.

 

دتکتورهای صوتی (Acoustic Gas Detectors)

دتکتورهای صوتی با تشخیص امواج فراصوت تولید شده توسط نشت گازهای فشرده عمل می‌کنند. زمانی که نشت در یک سامانه تحت فشار رخ می‌دهد، امواج صوتی تولیدی به محدوده مافوق‌صوت (بالاتر از ۲۰ کیلوهرتز) وارد می‌شوند. شدت صدا به عواملی مانند فشار، دبی نشت، ویسکوزیته گاز و فاصله از منبع نشت بستگی دارد.

مزایا:

• زمان پاسخ تقریباً صفر است.
• تشخیص مستقل از نوع گاز انجام می‌شود.
• بسیاری از دتکتورهای صوتی می‌توانند الگوهای نشت خاص را بر اساس داده‌های تاریخی یاد بگیرند و این امر به افزایش دقت کمک می‌کند.

معایب:

• در صورت تنظیم نادرست، به دلیل حساسیت به هر نوع نشت، ممکن است دچار آلارم‌ها یا تریپ‌های اشتباه (Nuisance Alarm/Trip) شود؛ مثلاً نشت نیتروژن یا هوای ابزار می‌تواند باعث فعال‌سازی هشدار شود.

 

ملاحظات کاربردی:

• فناوری صوتی در تشخیص نشت گاز طی سال‌های اخیر پیشرفت زیادی داشته، اما همچنان تحقیقات برای کاهش هشدارهای اشتباه ادامه دارد.
• بهتر است از دتکتورهای صوتی به عنوان آلارم اولیه استفاده شود، در حالی که دتکتورهای نقطه‌ای یا مسیر باز برای فعال‌سازی فرمان‌های قطع استفاده شوند.
• اکثر این دتکتورها باتری‌خور و کم‌مصرف (۱ تا ۲ وات) هستند.
• نصب ساده و هزینه بسیار کمتر نسبت به دتکتورهای گازی دارند.
• جانمایی دقیق آن‌ها مانند دتکتورهای گازی حیاتی نیست، زیرا نیاز به تماس مستقیم با گاز ندارند.
• در بازه دمایی ۵۰– تا ۷۵+ درجه سانتی‌گراد قابل‌استفاده هستند.

 

جانمایی دتکتورهای گازی (Placement of Gas Detectors)

تاریخچه:

تشخیص گاز ابتدا با استفاده از قناری‌ها در معادن آغاز شد و با پیشرفت فناوری به وضعیت کنونی رسیده است.
در سال ۱۹۹۱، مؤسسه نفت آمریکا (API) مستند API 2031 را منتشر کرد تا راهنمایی‌هایی برای جانمایی دتکتورهای گازی ارائه دهد، اما این مستند به دلیل نگرانی‌هایی به‌زودی از انتشار خارج شد.

در حال حاضر استاندارد مشخص و جهانی برای محل نصب دتکتورهای گاز در نواحی فرایندی وجود ندارد، و بیشتر شرکت‌ها از استانداردهای داخلی خود استفاده می‌کنند.

مطالعات سنتی محل نصب دتکتورها بر پایه تجربه مهندسین انجام می‌شود. استفاده از مدل‌سازی CFD (دینامیک سیالات محاسباتی) نیز رایج است، اما بسیار پرهزینه است.
گزارش HSE بریتانیا از ۸ سال داده‌های سکوهای فراساحلی نشان داده که تنها ۶۰٪ از نشت‌های شناخته‌شده توسط دتکتورها شناسایی شده‌اند.

 

طراحی کمی تشخیص گاز (Quantitative Detection Design)

پوشش جغرافیایی (Geographic Coverage)

طبق استاندارد ISA84 TR7، پوشش جغرافیایی عبارت است از:

«بخشی از ناحیه هندسی (در یک ارتفاع مشخص از ناحیه تحت پایش) که اگر نشت در آن رخ دهد، توسط تجهیزات شناسایی گاز (با در نظر گرفتن آرایش رأی‌گیری سیستم) شناسایی خواهد شد.»

در این روش، دتکتورها دارای حجم مؤثر در ناحیه خطر تعریف‌شده هستند. سپس تحلیل‌هایی برای تعیین ضریب پوشش سناریویی (درصد ناحیه‌ای که توسط دتکتورها پوشش داده می‌شود) انجام می‌شود.

معایب دتکتورهای مسیر باز (Open Path):

• این دستگاه مقدار درصد LFL را گزارش نمی‌دهد، بلکه مقدار LFL-m را ارائه می‌دهد.
• هزینه اولیه ابزار و نصب آن به‌طور قابل‌توجهی بیشتر از دتکتورهای نقطه‌ای مادون‌قرمز است.
• لرزش‌ها می‌توانند موجب برهم‌خوردن هم‌راستایی منبع و گیرنده شوند.

 

ملاحظات عملیاتی:

• دتکتورهای دارای خط دید (Line of Sight) عمدتاً برای شناسایی هیدروکربن‌ها مفید هستند، اما نسخه‌های سمی این دتکتورها بسیار محدود هستند.
• مصرف توان حسگرهای IR مسیر باز بین ۲۰ تا ۵۰ وات است. برخی مدل‌ها که نیاز به تنظیم دقیق ندارند، مصرف توان بالاتری دارند زیرا پرتوهای مادون‌قرمز را به‌طور مداوم در ناحیه‌ای وسیع ارسال می‌کنند؛ اگر تأمین توان مشکلی نداشته باشد، این نوع از دتکتورها به دلیل کاهش زمان کالیبراسیون مناسب‌اند.
• دقت عملکرد این دتکتورها در حدود ۱٪ (وابسته به بازه LFL-m) است.
• زمان پاسخ معمول تا ۹۰٪ LFL حدود ۵ ثانیه است.
• بازه دمایی عملکرد این دتکتورها از ۵۰– درجه سانتی‌گراد تا ۵۰+ درجه است.
• دتکتورهای ناحیه‌ای به گاز خاصی کالیبره نمی‌شوند، لذا می‌توانند مقدار %LFL-m را برای طیفی از گازهای هیدروکربنی ارائه دهند. اما دتکتورهای سمی فقط باید برای گاز خاص کالیبره‌شده مانند سولفید هیدروژن یا آمونیاک استفاده شوند.
• تنظیم و تراز کردن فرستنده و گیرنده بسیار زمان‌بر است و ممکن است به‌دلیل لرزش، شرایط آب‌وهوایی یا برخوردهای ناخواسته، دچار عدم هم‌راستایی شوند.
• با اینکه گاز نیاز ندارد مستقیماً با حسگر تماس داشته باشد، اما محل نصب صحیح همچنان حیاتی است تا ابر گاز با پرتوی IR برخورد کند و هشدار فعال شود.

 

دتکتورهای آکوستیک (Acoustic Detectors):

دتکتورهای گاز آکوستیک امواج فراصوتی ناشی از نشت گاز تحت فشار را شناسایی می‌کنند. هنگامی‌که نشت تحت فشار رخ می‌دهد، صدای تولیدشده شامل فرکانس‌هایی فراتر از حد شنوایی انسان (بالاتر از ۲۰ کیلوهرتز) است.

به نقل از [Det-Tronics, 2014]، شدت صدای نشتی به عواملی مانند فشار، نرخ نشت، ویسکوزیته گاز و فاصله از منبع نشت بستگی دارد.

 

مزایا:

• زمان پاسخ بسیار ناچیز است.
• نسبت به نوع گاز مستقل است و می‌تواند هر نوع نشت گازی را شناسایی کند

• اغلب مدل‌ها قابلیت یادگیری الگوهای خاص نشتی گاز را با استفاده از داده‌های تاریخی دارند که باعث بهبود دقت اندازه‌گیری می‌شود.

 

معایب:

• اگر به‌درستی پیکربندی نشده باشد، هشدارها یا تریپ‌های ناخواسته ایجاد می‌کند؛ به‌عنوان مثال، نشت نیتروژن یا هوای ابزار نیز ممکن است آلارم فعال کند.

 

ملاحظات عملیاتی:

• فناوری آکوستیک در سال‌های اخیر پیشرفت قابل‌توجهی داشته، اما همچنان تحقیقات برای کاهش هشدارهای اشتباه ادامه دارد.
• بهترین کاربرد این دتکتورها به‌عنوان آلارم اولیه است، در حالی‌که دتکتورهای نقطه‌ای یا ناحیه‌ای برای توقف فرآیند به‌صورت خودکار یا توسط اپراتور استفاده می‌شوند
• .
• اغلب دتکتورهای آکوستیک با باتری کار می‌کنند و مصرف توان آن‌ها ۱ تا ۲ وات است.
• نصب آن‌ها بسیار ساده و کم‌هزینه‌تر از سایر دتکتورهاست. همچنین، محل نصب نسبت به دتکتورهای گاز حساسیت کمتری دارد.
• بازه دمایی عملکرد آن‌ها از ۵۰– تا ۷۵+ درجه سانتی‌گراد است.

 

جانمایی دتکتورهای گاز (Placement of Gas Detectors)

در گذشته، از قناری در قفس به‌عنوان سیستم هشدار نشت گاز استفاده می‌شد! با پیشرفت فناوری، صنعت پتروشیمی به‌تدریج از فناوری‌های نوین بهره‌مند شده است.

در سال ۱۹۹۱، مؤسسه نفت آمریکا (API) استاندارد API 2031 را منتشر کرد که مربوط به جانمایی دتکتورهای گاز بود، اما به‌زودی برای جلوگیری از مشکلات صنعتی از انتشار خارج شد

.

در حال حاضر هیچ استاندارد حاکم و رسمی جهانی برای محل نصب دتکتورهای گاز در مناطق فرآیندی وجود ندارد، ولی اکثر شرکت‌ها استاندارد داخلی برای این منظور دارند.

 

طراحی مبتنی بر پوشش کمی (Quantitative Detection Design)

پوشش جغرافیایی (Geographic Coverage):

طبق ISA 84 TR7:
«پوشش جغرافیایی، درصدی از سطح هندسی یک ناحیه فرآیندی تعریف‌شده در یک ارتفاع خاص است که اگر نشتی گاز در آن ناحیه رخ دهد، توسط دتکتورها شناسایی می‌شود (با در نظر گرفتن طرح رأی‌گیری).»

در این روش:

• دتکتورها دارای حجم مؤثر در منطقه خطر تعریف‌شده هستند.
• با انجام تحلیل، درصد ناحیه‌ای که توسط دتکتورها تحت پوشش قرار گرفته محاسبه می‌شود

معایب این روش:

• نیازی به مدلسازی اضافی ندارد.
• اما اثربخشی دتکتورها باید فرض شود که این فرض برای دتکتورهای نقطه‌ای و مسیر باز ممکن است خوش‌بینانه (Non-conservative) باشد، زیرا ابر گاز باید حتماً با دتکتور تماس مستقیم داشته باشد تا تشخیص انجام شود.

 

پوشش سناریو (Scenario Coverage):

طبق ISA 84 TR7:
پوشش سناریو، درصدی از سناریوهای نشت است که ناشی از شکست در تجهیزات ناحیه فرآیندی تعریف‌شده بوده و می‌تواند توسط دتکتورها شناسایی شود (با در نظر گرفتن فراوانی و شدت نشت و طرح رأی‌گیری)

در این روش:

• از نرم‌افزارهای مدلسازی انتشار (Dispersion Modeling) برای پیش‌بینی پخش گاز استفاده می‌شود.
• خروجی تحلیل، درصد سناریوهای قابل شناسایی توسط دتکتورها خواهد بود.

 

مزایا:

• دتکتورها می‌توانند براساس شرایط واقعی فرآیند در تجهیزات و لوله‌کشی‌ها، به‌درستی جانمایی شوند.
• این روش از نصب دتکتورها در مناطق کم‌خطرتر جلوگیری می‌کند؛ چرا که به‌جای در نظر گرفتن صرفاً موقعیت فیزیکی، عوامل مؤثری مانند جهت باد، شرایط آب‌وهوایی، و تراکم تجهیزات فرآیندی در منطقه لحاظ می‌شود.

 

معایب:

• نیازمند تحلیل دقیق برای هر سناریوی نشت است؛ این فرآیند ممکن است پرهزینه و زمان‌بر باشد.
• با این حال، اکثر سایت‌هایی که تحت پوشش مدیریت ایمنی فرآیند (PSM) هستند، معمولاً یک مطالعه تعیین محل تجهیزات (Facility Siting Study) انجام داده‌اند که در آن سناریوهای محتملِ از دست رفتن ایزولاسیون (Loss of Containment) بررسی شده‌اند.
• بنابراین، اطلاعات این مطالعات می‌تواند مستقیماً برای محاسبه پوشش سناریویی استفاده شود و هزینه یا زمان اضافی زیادی نیاز ندارد.

 

استاندارد NFPA 86 یکی از مهم‌ترین استانداردهای ایمنی صنعتی است که با هدف کاهش خطرات ناشی از آتش‌سوزی، انفجار و سایر حوادث در کوره‌ها و اجاق‌های صنعتی تدوین شده است. این استاندارد برای مهندسان، اپراتورها و مدیران ایمنی در صنایعی مانند متالورژی، سرامیک و شیمیایی اهمیت حیاتی دارد. با افزایش میزان تولید صنعتی و استفاده از فرآیندهای حرارتی در صنایع مختلف، رعایت این استانداردها برای تضمین ایمنی و بهینه‌سازی عملکرد تجهیزات ضروری است. این استاندارد نه‌تنها در ایمنی نقش دارد، بلکه موجب افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌های تعمیرات و نگهداری نیز می‌شود.

دتکتور شعله و عملکرد آن

دتکتور شعله، یکی از اصلی‌ترین تجهیزات ایمنی در فرآیندهای حرارتی صنعتی است که وظیفه شناسایی وجود شعله در محیط را بر عهده دارد. این تجهیزات به‌طور مستقیم در کاهش ریسک آتش‌سوزی و جلوگیری از انفجار نقش دارند. عدم استفاده از دتکتورهای مناسب یا نصب نادرست آن‌ها می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری به بار آورد.

اهمیت دتکتور شعله

دتکتورهای شعله برای تشخیص حضور آتش از فناوری‌های مختلفی استفاده می‌کنند که از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

استانداردهای نصب دتکتور شعله

براساس بندهای 8.2.2 و 8.2.5 استاندارد NFPA 86، نصب دتکتورهای شعله باید مطابق دستورالعمل‌های سازنده و استانداردهای بین‌المللی باشد. در نظر گرفتن موارد زیر می‌تواند از بروز مشکلات جلوگیری کند:

عملکرد سیستم‌های ایمنی احتراق

علاوه بر دتکتورهای شعله، سیستم‌های ایمنی احتراق (Combustion Safeguard Systems) نیز نقش مهمی در حفاظت از فرآیندهای حرارتی دارند. این سیستم‌ها شامل مجموعه‌ای از تجهیزات نظارتی، شیرهای ایمنی و سیستم‌های کنترلی هستند که با تشخیص تغییرات غیرعادی در احتراق، عملکرد دستگاه را کنترل می‌کنند.

اجزای کلیدی سیستم‌های ایمنی احتراق

نقش سنسورهای فرابنفش در تشخیص شعله

سنسورهای فرابنفش (UV Sensors) یکی از ابزارهای مهم در تشخیص شعله‌های آتش هستند، اما ممکن است در اثر خرابی، دیگر قادر به تشخیص خاموش شدن شعله نباشند. به همین دلیل، استاندارد NFPA 86 توصیه می‌کند که این سنسورها دارای قابلیت خودبررسی‌کننده (Self-Checking UV Detectors) باشند یا به‌صورت دوره‌ای آزمایش شوند.

تنظیمات دمایی و تهویه ایمنی در کوره‌ها

کنترل دمای سوخت

تنظیم محدودیت دمای اضافی

اهمیت تهویه ایمنی

استفاده از PLC در نظارت بر دمای کوره‌ها

امروزه استفاده از PLC (Programmable Logic Controller) برای نظارت بر دما و عملکرد تجهیزات صنعتی به‌شدت رایج شده است. این سیستم‌ها می‌توانند به‌صورت خودکار وضعیت سنسورها و تجهیزات ایمنی را تحلیل کرده و در صورت بروز هرگونه ناهنجاری، اقدامات لازم را انجام دهند. مزایای استفاده از PLC شامل:

نکات ایمنی در زمان قطع برق

استاندارد NFPA 86 تأکید دارد که مدارهای الکتریکی مرتبط با فرآیندهای احتراقی، در شرایط اضطراری باید به‌صورت خودکار یا دستی قطع شوند. این موارد شامل:

نتیجه‌گیری

استاندارد NFPA 86 مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های مهم برای ایمنی فرآیندهای صنعتی ارائه می‌دهد. استفاده صحیح از دتکتورهای شعله، سیستم‌های ایمنی احتراق، کنترل دمای کوره و تهویه مناسبمی‌تواند خطرات ناشی از آتش‌سوزی و انفجار را کاهش دهد. علاوه بر این، نظارت هوشمند با استفاده از PLC و رعایت الزامات نصب و نگهداری، نقش مهمی در بهبود عملکرد تجهیزات و افزایش طول عمر آن‌ها دارد.

بیشتر بخوانید: رفع خطای سیستم اعلام حریق

توصیه‌های نهایی:

با رعایت این موارد، می‌توان ایمنی در محیط‌های صنعتی را بهبود بخشید و از وقوع حوادث جلوگیری کرد.

دتکتورهای گاز هشدارهایی را به کارکنان تأسیسات درباره نشت گاز قابل اشتعال ارائه می‌دهند تا اقدامات لازم، چه به‌صورت خودکار و چه دستی، برای کنترل نشت قبل از بروز خسارت جدی انجام گیرد. این اقدامات می‌توانند شامل خاموش کردن سیستم فرآیند، فعال‌سازی سامانه‌های سرکوب یا کاهش اثرات باشند. یک دتکتور گاز که به‌درستی طراحی و نصب شده باشد، سطح ایمنی تأسیسات را افزایش می‌دهد.

تعیین هدف از نصب دتکتور گاز در آغاز طراحی و استفاده از مدل‌سازی انتشار و پراکندگی گاز برای ایجاد یک طرح مؤثر ضروری است. مگر آن‌که بودجه‌ای نامحدود داشته باشید و بتوانید در هر نقطه‌ی ممکن از نشت، یک دتکتور نصب کنید، استفاده از مدل‌سازی‌های رایانه‌ای می‌تواند در تعیین محل دتکتورها به‌صورت مقرون‌به‌صرفه کمک کند. دامنه و هدف دتکتور گاز باید از ابتدا مشخص شود تا در طول طراحی، سازگاری در انتخاب تجهیزات و نحوه نصب حفظ گردد.

هدف دتکتور گاز
هدف اصلی از استفاده از دتکتور گاز باید کاهش احتمال آتش‌سوزی و/یا انفجار و پیشگیری از خسارات گسترده به تجهیزات، توقف تولید، آسیب به افراد و تلفات جانی باشد. عامل مهم دیگر، خطر سمیت ناشی از نشت گازهایی است که هم خاصیت سمی و هم خاصیت قابل اشتعال دارند.

هدف از نصب دتکتور گاز باید در ابتدای پروژه به‌صورت شفاف تعریف شود تا تحلیل خطرات، انتخاب نوع دتکتور و محل نصب آن‌ها متناسب با هدف نصب باشد. این پارامترها بسته به منطقه مورد نظر در تأسیسات متفاوت هستند. برای مثال، در ناحیه ذخیره‌سازی گاز مایع، دتکتورها ممکن است فقط جهت ایجاد هشدار به‌کار روند، زیرا منابع احتراق وجود ندارد و آن ناحیه از سایر فرآیندها جدا است. در مقابل، در بخش‌های دیگر کارخانه ممکن است هدف از نصب دتکتور، خاموش‌سازی فرآیند یا فعال‌سازی سامانه‌های پاشش آب برای رقیق‌سازی نشت گاز باشد.

بخشی از طراحی کامل سیستم باید شامل رویه‌هایی باشد که اقدامات کارکنان تأسیسات را هنگام فعال شدن هشدار دتکتور گاز مشخص می‌کند. این رویه‌ها باید شامل اقداماتی باشند که در هر سطح هشدار انجام می‌شوند، واکنش‌های لازم در بخش‌های مختلف کارخانه، و تأثیر شرایط کاری کارخانه (حالت عادی، توقف، یا ناپایداری) بر تصمیمات عملیاتی را نیز در بر گیرند.

ویژگی‌های شیمیایی و شرایط فرآیندی

پس از تعیین هدف از نصب دتکتور گاز، مرحله بعدی جمع‌آوری داده‌هاست. موادی که قرار است توسط دتکتور شناسایی شوند باید مشخص گردند. شناسایی نشت شامل ارزیابی ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی مواد مورد نظر و همچنین شرایط فرآیندی حاکم است. این ویژگی‌ها و شرایط در محاسبات مدل‌سازی برای تعیین خصوصیات مختلف نشت مانند نرخ نشت ماده و شکل و اندازه‌ی ابر نشت مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دامنه‌ی اشتعال‌پذیری مواد بررسی می‌شود. این ویژگی اطلاعاتی درباره‌ی احتمال اشتعال نشت قبل از پراکنده شدن آن فراهم می‌کند. نقطه‌ی جوش و گرمای نهان تبخیر هر ماده در سناریوهای مشخص‌شده بررسی می‌شود. این ویژگی‌های فیزیکی برای ارزیابی میزان فرّاری بودن مواد در شرایط استفاده شده، مفید هستند.

موادی که در شرایط محیطی به صورت گازهای قابل اشتعال وجود دارند، در صورت نشت به عنوان گاز در نظر گرفته می‌شوند. موادی که در دمای محیط به صورت مایع هستند، بسته به شرایط فرآیندی، ممکن است به‌صورت مایع یا بخار ارزیابی شوند.

پارامترهای فرآیندی شامل دما، فشار و نرخ جریان همراه با ویژگی‌های ماده برای ارزیابی احتمال آتش‌سوزی و انفجار بررسی می‌شوند. برای مثال، یک مایع قابل اشتعال که دمای آن پایین‌تر از نقطه اشتعال باشد، ممکن است در صورت نشت مشکلی ایجاد نکند؛ اما اگر از بخشی از فرآیند با دمایی ۱۰۰ درجه فارنهایت بالاتر از نقطه اشتعال نشت کند، مشکل‌ساز خواهد بود. این پارامترها به همراه مقدار ماده‌ای که ممکن است نشت کند، برای ارزیابی اندازه احتمالی نشت در نظر گرفته می‌شوند. همچنین این اطلاعات برای تعیین ماهیت نشت‌ها در سناریوهای مشخص کاربرد دارند.

در ادامه نمونه‌ای از معیارهای انتخاب سناریوی نشت در یکی از پروژه‌های اخیر آورده شده است. بخش‌هایی از فرآیند که باید از نظر جانمایی دتکتور گاز بررسی شوند، شامل تجهیزاتی هستند که یکی از شرایط زیر در آن‌ها وجود دارد:

• گازهای قابل اشتعال به‌صورت مایع‌شده در فرآیند درگیر هستند
• مواد قابل اشتعال/احتراق در دمایی بالاتر از نقطه اشتعال خود قرار دارند
• گازهای قابل اشتعال/احتراق در فشاری بیش از ۵۰۰ psig قرار دارند

این معیارها صرفاً یک نمونه هستند. باید محدوده‌ی تحلیلی مورد نظر مشخص شود. اگر این محدوده بیش از حد گسترده باشد، تحلیل پیچیده و دشوار می‌شود؛ و اگر بیش از حد محدود باشد، احتمال نادیده گرفتن سناریوهای نشت مهم وجود دارد.

اکثر ویژگی‌های مواد و شرایط فرآیندی در تحلیل خطر فرآیند (PHA) قابل دسترسی هستند. اگر تحلیل PHA انجام نشده یا اطلاعات کافی نداشته باشد، داده‌ها می‌توانند از نقشه‌های فرآیند (P&ID) و نمودارهای جریان فرآیند استخراج شوند. مهندسان فرآیند و اپراتورهای واحد، مطلع‌ترین افراد نسبت به فرآیند خاص هستند و می‌توانند اطلاعات ارزشمندی در این زمینه ارائه دهند.

انتخاب حالت‌های خرابی

باید نوع نقاط احتمالی نشت که قرار است تحلیل شوند مشخص گردد. فرض بر این است که خرابی‌های معقول می‌توانند رخ دهند. تحلیل سناریویی مانند پارگی آنی یک مخزن بزرگ یا شکست کامل لوله‌ی فولادی جوش‌خورده برای تعیین محل نصب دتکتور گاز منطقی نیست. اگرچه این رخدادهای فاجعه‌آمیز ممکن‌اند اتفاق بیفتند، اما تشخیص مؤثر باید بر رویدادهای محتمل‌تر تمرکز داشته باشد؛ یعنی همان نشت‌های کوچک‌تری که اگر به‌موقع شناسایی شوند و اقدام مناسب انجام شود، می‌توان آن‌ها را کنترل کرد.

نمونه‌هایی از خرابی‌هایی که باید در نظر گرفته شوند عبارت‌اند از:

• خرابی آب‌بند پمپ یا کمپرسور
• خرابی فلنج‌ها
• خرابی اتصالات لوله‌کشی
• خرابی اتصالات ابزار دقیق
• خرابی شیلنگ‌ها و اتصالات انعطاف‌پذیر

مکان‌های نشت

گام بعدی تعیین مکان‌های احتمالی نشت است. این مکان‌ها جایی هستند که نوع ماده، شرایط ماده و نوع خرابی معمول در آن نقطه با یکدیگر تطابق دارند. هر مکان نشت باید به‌صورت جداگانه تحلیل شود تا داده‌های مورد نیاز برای مدل‌سازی نشت و پراکندگی جمع‌آوری شود. این اطلاعات شامل اندازه دهانه، ارتفاع و جهت‌گیری آن و همچنین پارامترهای فرآیندی در محل نشت خواهد بود.

سناریوهای نشت و موقعیت آن‌ها باید پیش از آغاز مدل‌سازی اولیه توسط افرادی که مستقیماً با واحد یا کارخانه درگیر هستند، بررسی و تأیید شوند. مهندس فرآیند و اپراتور واحد اطلاعات دقیقی درباره منطقه مورد نظر دارند و می‌توانند اطلاعاتی ارائه دهند که اعتبار سناریوهای نشت انتخاب‌شده را افزایش دهد. در صورت امکان، بهتر است از ابتدا این افراد در تیم پروژه حضور داشته باشند.

ملاحظات هواشناسی

پیش از شروع مدل‌سازی پراکندگی، شرایط هواشناسی محل باید بررسی شود. پارامترهای هواشناسی شامل سرعت باد غالب، جهت باد، آشفتگی جو و شرایط حرارتی باید مدنظر قرار گیرد. پارامترهایی انتخاب می‌شوند که بدترین شرایط ممکن برای معیارهای نصب دتکتور را نشان دهند. ممکن است بدترین شرایط هواشناسی برای تشخیص، همان شرایط غالب در محل نباشند، اما باید در محدوده شرایط قابل وقوع در آن محل باشند.

مدل‌سازی نشت و پراکندگی

پس از گردآوری تمام اطلاعات مربوط به سناریوهای نشت و ترکیب آن با اطلاعات فیزیکی خاص هر محل نشت، مرحله مدل‌سازی آغاز می‌شود. مدل پراکندگی اطلاعاتی در خصوص اندازه و غلظت گاز پراکنده‌شده در زمان‌های مختلف نشت ارائه می‌دهد.

مدل کامپیوتری می‌تواند نرخ نشت ماده و شرایط آن در نقطه نشت را مشخص کند. ماده ممکن است به‌صورت بخار، مایع یا مایع فوران‌کننده (flashing liquid) آزاد شود. سرمایش ناشی از انبساط ممکن است دمای ماده را تغییر داده باشد که می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر نحوه پراکندگی داشته باشد. این مدل اطلاعات لازم برای تعیین میزان خطر ناشی از نشت را فراهم می‌کند.

گروه‌بندی نشت‌های مشابه

نشت‌های مشابه باید در یک گروه قرار گیرند تا از انجام مدل‌سازی‌های غیرضروری جلوگیری شود. برای مثال، اگر هفت نشت احتمالی از یک ماده وجود دارد که فقط در دمای آن‌ها ۲۰ درجه فارنهایت اختلاف است، اجرای مدل پراکندگی برای هر هفت مورد سود چندانی نخواهد داشت. باید بررسی حساسیت نتایج مدل پراکندگی انجام شود تا تأثیر پارامترهای ورودی متغیر مانند شرایط آب‌وهوایی و جهت‌گیری نشت بر نتایج پراکندگی مشخص شود.

بسیاری از مدل‌ها در تخمین غلظت گاز در نزدیکی محل نشت (منبع نشت) دقت بالایی ندارند، اما می‌توانند اطلاعاتی درباره وسعت خطر ارائه دهند. این اطلاعات می‌توانند برای ارزیابی و مقایسه میزان خطر نشت‌ها به تأسیسات و/یا جوامع اطراف مورد استفاده قرار گیرند. برای مثال، یک نشت ممکن است فقط در همان محل تأثیر داشته باشد، در حالی که نشت دیگری ممکن است ابری از گاز قابل اشتعال ایجاد کند که تا بخاری‌های شعله‌دار مجاور گسترش می‌یابد. حالت دوم خطر بیشتری دارد، زیرا احتمال رسیدن مخلوط قابل احتراق به منبع جرقه وجود دارد. مدل‌سازی می‌تواند در اولویت‌بندی محل نصب دتکتور گاز کمک کند.

نرم‌افزارهای مدل‌سازی نشت و پراکندگی

نرم‌افزارهای متعددی برای مدل‌سازی پراکندگی گاز وجود دارند. هدف این متن بررسی این نرم‌افزارها نیست، بلکه اشاره به این است که چگونه می‌توان از آن‌ها برای تعیین محل نصب دتکتور گاز استفاده کرد. برخی از این نرم‌افزارها عبارت‌اند از:

• SuperChems® از شرکت A. D. Little
• CHARM® از شرکت Radian
• نرم‌افزارهای متن‌باز مانند ARCHIE، DEGADIS، CAMEO و SLAB

هر برنامه مزایا و معایب خاص خود را از نظر سهولت استفاده، گزینه‌های خروجی و توانمندی مدل‌سازی دارد. برخی مدل‌ها می‌توانند نشت و پراکندگی را در یک مرحله مدل‌سازی کنند، در حالی که برخی دیگر نیاز دارند که مدل نشت و مدل پراکندگی به‌صورت جداگانه اجرا شوند و خروجی مدل نشت به مدل پراکندگی وارد شود. باید بررسی شود که مدل انتخاب‌شده برای شرایط خاص پروژه مناسب است یا خیر.

تعیین محل نصب دتکتور

معیارهای نصب دتکتور گاز بر اساس شناسایی نشت قبل از تشکیل ابری از بخار قابل احتراق است که می‌تواند منجر به انفجار شود. اگرچه برای یک انفجار، حداقل پنج تن ماده نیاز است، اما حتی مقادیر بسیار کمتر نیز می‌توانند باعث آتش‌سوزی‌های شدید شوند. بنابراین، شناسایی نشت باید در سریع‌ترین زمان ممکن انجام شود تا پیش از تشکیل ابر بخار، فرصت انجام اقدامات اصلاحی فراهم باشد.

برای نواحی مختلف یک تأسیسات معمولاً معیارهای متفاوتی جهت مکان‌یابی دتکتورها تدوین می‌شود. به‌عنوان مثال، در نواحی فرآیندی نیاز به تشخیص سریع‌تر حتی مقادیر کم گاز وجود دارد، اما در نواحی ذخیره‌سازی این الزام کمتر است. در نواحی فرآیندی، منابع احتراق متعددی وجود دارند. اگر بخار قابل احتراق به منبع احتراقی با انرژی کافی برخورد کند، آتش‌سوزی سریع رخ خواهد داد. همچنین ازدحام تجهیزات در این مناطق می‌تواند منجر به تسریع گسترش آتش شود. بنابراین، در نواحی فرآیندی تشخیص سریع مقادیر کم گاز مناسب و ضروری است.

 

نشت‌های بزرگ‌تر معمولاً در نواحی ذخیره‌سازی قابل‌تحمل‌تر هستند، زیرا در این نواحی منابع احتراق محدودتری وجود دارد، تجهیزات و سازه‌ها کمتر متراکم هستند و جرم بیشتر تجهیزات و سازه‌ها، زمان بیشتری برای جذب اثرات حرارتی در هنگام آتش‌سوزی فراهم می‌کند. در نتیجه، در این مناطق می‌توان نشت‌های بزرگ‌تری را مدنظر قرار داد.

مثال

یک نمونه از شناسایی سناریوی نشت، مدل‌سازی پراکندگی گاز و معیارهای تعیین محل نصب دتکتور گاز که در یک پروژه اخیر به‌کار گرفته شده، بر پایه تشخیص در سطح غلظت ۲۰ درصد حد انفجار پایین (LEL) از یک ماده است که از فرآیند از طریق یک روزنه به قطر یک‌چهارم اینچ در مدت یک دقیقه یا قبل از آزاد شدن ۱۰۰۰ پوند ماده نشت می‌کند. این معیار به‌منظور ایجاد زمان کافی برای اقدام اصلاحی توسط کارکنان بهره‌بردار جهت کاهش میزان ماده نشت‌شده در نظر گرفته شده است. همچنین این معیار از نصب دتکتورهایی که بیش از حد حساس بوده و منجر به هشدارهای مزاحم می‌شوند جلوگیری می‌کند.

مکان‌یابی دتکتورها در این پروژه وابسته به جهت باد نیست. در این حالت، جهت غالب باد متغیر است. معیار تعیین محل دتکتور گاز در این پروژه، نصب دتکتورها در ناحیه‌ای است که توسط پهنای ایزوپلت غلظت پراکندگی در نقطه نشت تعریف می‌شود. پهنای ایزوپلت در نقطه نشت یک ناحیه دایره‌ای را تعریف می‌کند که فاصله احتمالی گسترش نشت در خلاف جهت باد را مشخص می‌سازد. این رویکرد منجر به نصب دتکتورها با احتمال بالاتر شناسایی نشت در شرایط مختلف جهت باد می‌شود و اتکا به جهت غالب باد را کاهش می‌دهد. قانون مورفی بیان می‌کند که اگر نشت رخ دهد و مکان دتکتور بر اساس جهت غالب باد تعیین شده باشد، احتمال زیادی وجود دارد که باد از جهت مخالف (۱۸۰ درجه) بوزد.

استفاده از روش‌های مدرن جمع‌آوری داده، مدل‌سازی رایانه‌ای و تجهیزات دتکتور گاز جایگزین قضاوت منطقی نمی‌شود. هنگام نصب دتکتورها، باید دقت شود که در مکان‌هایی قرار نگیرند که از منبع نشت گاز پنهان باشند.

اجزای سیستم دتکتور گاز و عملکرد آن‌ها

یک سیستم دتکتور گاز قابل اشتعال از چند جزء تشکیل شده است، از جمله دتکتور، مانیتورهای نمایش‌دهنده، آلارم‌های صوتی و آلارم‌های نوری. این سیستم ممکن است قابلیت اتصال به سایر سیستم‌های کنترل و پایش تأسیسات را نیز داشته باشد.

سیستم‌های دتکتور گاز قابل اشتعال معمولاً به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که در دو سطح متفاوت از غلظت گاز هشدار دهند. این سیستم می‌تواند دستگاه‌های هشداردهنده خروجی را فعال کرده و همچنین نشان دهد که سطح خاصی از گاز قابل اشتعال وجود دارد. دو نقطه هشدار رایج ۲۰ درصد LEL و ۴۰ درصد LEL هستند. در سطح ۲۰ درصد LEL، سیستم چراغ هشدار را روی پنل روشن کرده و آلارم محلی را در ناحیه‌ای که دتکتور فعال شده ایجاد می‌کند. این کار می‌تواند منجر به تخلیه منطقه، افزایش نرخ تهویه و/یا بررسی فوری منطقه توسط پرسنل مجرب شود.

در سطح ۴۰ درصد LEL، سیستم هشدار دیگری را فعال کرده، آلارم‌های صوتی و نوری را به فراتر از منطقه محلی گسترش می‌دهد، تجهیزات فرآیندی را به‌صورت خودکار خاموش یا تخلیه می‌کند، سامانه‌های پراکندگی بخار را فعال کرده و پرسنل اضطراری را مطلع می‌سازد تا اقدامات لازم را انجام دهند.

فارغ از چیدمان خاص سیستم، اجزای ضروری آن شامل قابلیت تشخیص دتکتوری است که آلارم را فعال کرده (و در نتیجه موقعیت آن)، گازی که شناسایی شده، و غلظت گاز. بدون این اطلاعات، اقدامات مؤثر محدود خواهند بود. روش‌های متعددی برای سازمان‌دهی این اطلاعات و بازیابی آن در مواقع نیاز وجود دارد. برچسب‌گذاری ساده می‌تواند برای سامانه‌های کوچک کافی باشد. برای برخی دیگر، استفاده از برگه‌های داده جمع‌آوری‌شده کاربرد دارد. با این حال، در اغلب نصب‌های امروزی از سامانه‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی استفاده می‌شود که قابلیت اتصال به تجهیزات دتکتور گاز را دارند. بدین ترتیب، قابلیت‌های مناسبی برای بازیابی اطلاعات فراهم می‌شود. بنابراین، پس از شناسایی گاز قابل اشتعال توسط یک دتکتور، کلیه اطلاعات مربوط به حادثه می‌تواند به‌صورت فوری بر روی صفحه‌نمایش رایانه نشان داده شود.

انواع دتکتور گاز

امروزه دو نوع دتکتور گاز برای گازهای قابل اشتعال استفاده می‌شود: نوع نقطه‌ای و نوع بیم. هر دو نوع کاربردها، مزایا و معایب خاص خود را دارند.

در نوع نقطه‌ای از یک مهره کاتالیستی به‌عنوان دتکتور استفاده می‌شود. این مهره گرم می‌شود تا زمانی‌که گاز قابل اشتعال در مجاورت آن قرار گیرد، بسوزد و دمای مهره افزایش یابد. این افزایش دما باعث تغییر مقاومت الکتریکی در مهره می‌شود. این تغییر مقاومت با مهره مرجع در داخل دتکتور مقایسه می‌شود تا شرایط محیطی در نظر گرفته شود. سیستم این تغییر مقاومت را به‌صورت درصدی از حد انفجار پایین (LEL) تفسیر می‌کند.

دتکتورهای نوع بیم بر اساس این اصل عمل می‌کنند که هیدروکربن‌ها تابش مادون قرمز را در طول موج‌های مشخصی جذب می‌کنند. دتکتور نوع بیم، یک پرتو آشکارساز و یک پرتو مرجع را در فضا منتشر می‌کند. این پرتو یا به یک گیرنده جداگانه می‌رسد یا در صورت ترکیب فرستنده/گیرنده، از آینه بازتاب داده می‌شود. این پرتو می‌تواند تا فاصله ۱۰۰ متر (۳۲۸ فوت) ارسال شود.

مشخصات معمول هر دو نوع دتکتور در ادامه آمده است. این ویژگی‌ها بسته به سازنده خاص دتکتور ممکن است متفاوت باشد. هر یک از این عوامل باید هنگام انتخاب دستگاه مناسب مورد توجه قرار گیرد.

دتکتورهای نوع نقطه‌ای:
− مناسب برای پایش در محل‌های خاص یا اجزای تجهیزات، مانند ورودی هوای اتاق‌های کنترل یا تجهیزات مجزا
− اندازه‌گیری کمی غلظت گاز در یک مکان معین
− قیمت نسبتاً پایین
− تعویض دتکتور ساده است
− مستعد مسمومیت توسط برخی مواد مانند ترکیبات سیلیکونی
− گاز باید به دتکتور برسد (در صورت قرارگیری نادرست یا کم‌بودن تعداد دتکتورها، دقت کاهش می‌یابد)
− احتمال قرائت نادرست به دلیل تداخل‌ها وجود دارد
− نیاز به نگهداری مکرر جهت بررسی کالیبراسیون
− طول عمر عملکردی ممکن است در حضور گازهای پس‌زمینه دائمی کاهش یابد

 

دتکتورهای نوع بیم:
− ممکن است در صورتی‌که محل‌های بالقوه نشت در یک خط قرار داشته باشند (مانند ردیفی از پمپ‌ها در امتداد یک مسیر لوله‌کشی)، از نظر هزینه نسبت به دتکتورهای نقطه‌ای مقرون‌به‌صرفه‌تر باشند
− نیاز به نگهداری کم، زیرا تجهیزات در معرض مسمومیت قرار نمی‌گیرند
− پایش نشت گاز در یک منطقه وسیع را فراهم می‌کند
− تحت تأثیر سطوح بالای گاز پس‌زمینه قرار نمی‌گیرد
− میانگین غلظت در یک فاصله کوتاه را ارائه می‌دهد (غلظت دقیق در یک نقطه خاص را نشان نمی‌دهد)
− فرستنده پرتو باید دید مستقیم با گیرنده یا بازتاب‌دهنده داشته باشد (فعالیت در یک ناحیه ممکن است پرتو را مختل کرده و باعث شود آن منطقه بدون پایش باقی بماند)
− سرویس‌دهی پرهزینه و زمان‌بر است، زیرا تعویض دتکتورهای معیوب نیاز به تکنسین‌های ماهر دارد

استفاده از دتکتورهای نقطه‌ای در مقایسه با دتکتورهای نوع بیم ممکن است برای مناطقی مناسب‌تر باشد که در آن، همپوشانی دایره‌های پراکنش، امکان شناسایی نشت از بیش از یک منبع را با یک دتکتور فراهم می‌کند. دتکتور نوع بیم زمانی مناسب‌تر است که یک سری نقاط نشت احتمالی در یک خط مستقیم قرار دارند یا زمانی که هدف، شناسایی نشت گاز پیش از عبور از مرز یک واحد فرایندی باشد. یک سیستم کامل ممکن است شامل استفاده از هر دو نوع دتکتور به‌صورت متناسب با شرایط باشد.

خلاصه
در ابتدای تحلیل باید هدف مشخصی برای سیستم دتکتور گاز تعیین شود. آنچه که انتظار دارید به آن دست یابید باید مشخص شود تا بتوان برنامه‌ای برای رسیدن به این هدف تدوین کرد.

استفاده از مدل‌های نشت و پراکنش می‌تواند در مکان‌یابی مؤثر دتکتور گاز مفید باشد، زیرا اطلاعاتی در مورد اندازه نشت بر اساس نوع خرابی‌های فرض‌شده ارائه می‌دهد. ممکن است مدل نشان دهد که برخی از خرابی‌های احتمالی در یک منطقه، مقدار گاز کافی برای ایجاد نگرانی فوری را آزاد نمی‌کنند. به این ترتیب می‌توان تلاش‌ها را بر روی نشت‌های مهم‌تر متمرکز کرد و بودجه را به‌صورت مؤثرتری خرج نمود.

نصب دتکتور گاز در ناحیه‌ای که با چند ایزوپلت غلظت پراکنش همزمان باشد می‌تواند تعداد نقاط مورد نیاز برای شناسایی را کاهش دهد. یک دستگاه در موقعیتی قرار می‌گیرد که می‌تواند نشت را از چند محل نزدیک شناسایی کند. به‌عنوان مثال، دتکتوری که بین دو پمپ مجاور قرار دارد، بسته به فاصله بین آن‌ها، می‌تواند نشت از هر دو پمپ را شناسایی کند.

استفاده از روش‌های پیشرفته جمع‌آوری داده، مدل‌سازی رایانه‌ای، و تجهیزات دتکتور گاز، جایگزینی برای قضاوت فنی نیست. مدل‌سازی فقط تقریب شرایطی است که ممکن است رخ دهد. حتماً نظر افرادی که با کارخانه آشنایی دارند را جویا شوید، زیرا ممکن است اطلاعاتی داشته باشند که با فرض‌های اشتباه، نتایج پیشرفته‌ترین مدل‌ها را بی‌اثر کند.

دتکتورهای نوع بیم و نقطه‌ای هر دو کاربردهای مناسب خود را دارند که بسته به موقعیت، متفاوت خواهد بود. یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه نیازمند بررسی همه گزینه‌های موجود برای شناسایی است. آنچه که در یک بخش از کارخانه مؤثر است، ممکن است در بخشی دیگر کاملاً ناکارآمد باشد.

A.17.8.2 اصول عملکرد دتکتورهای شعله

(1) حسگرهای شعله. حسگرهای شعله فرابنفش معمولاً از یک لوله گایگر-مولر فوتودیود خلاء برای تشخیص شعله استفاده می‌کنند.

این حسگرها همچنین تابش فرابنفش تولید شده توسط شعله را تشخیص می‌دهند. فوتودیود اجازه می‌دهد تا یک جریان ناگهانی برای هر فوتون فرابنفشی که به ناحیه فعال لوله برخورد می‌کند، جاری شود. هنگامی که تعداد جریان‌های ناگهانی در واحد زمان به سطح از پیش تعیین‌شده‌ای برسد، حسگر هشدار را فعال می‌کند. یک حسگر شعله مادون‌قرمز با طول‌موج واحد از یکی از چندین نوع فوتوسل برای تشخیص تابش مادون‌قرمز در یک باند طول‌موج واحد که توسط شعله تولید می‌شود، استفاده می‌کند. این حسگرها معمولاً شامل تمهیداتی برای کاهش هشدارهای ناشی از منابع رایج مادون‌قرمز مانند نور لامپ‌های رشته‌ای یا نور خورشید هستند. یک حسگر شعله فرابنفش/مادون‌قرمز (UV/IR) تابش فرابنفش را با استفاده از یک لوله فوتودیود خلاء و یک طول‌موج انتخابی از تابش مادون‌قرمز را با استفاده از یک فوتوسل تشخیص می‌دهد.

یک سیگنال هشدار می‌تواند فعال شود. یک حسگر شعله مادون‌قرمز با چند طول‌موج (IR/IR) تابش را در دو یا چند باند باریک از طول‌موج‌ها در طیف مادون‌قرمز تشخیص می‌دهد. این حسگرها به صورت الکترونیکی تابش‌ها را بین باندها مقایسه کرده و در صورتی که رابطه بین دو باند نشان‌دهنده آتش باشد، یک سیگنال فعال می‌کنند.

(2) حسگرهای جرقه/ذغال. یک حسگر جرقه/ذغال معمولاً از یک فوتودیود حالت جامد یا فوتوترانزیستور برای تشخیص انرژی تابشی ساطع شده از ذغال‌ها استفاده می‌کند که معمولاً بین ۰.۵میکرون تا ۲.۰ میکرون در محیط‌های معمولاً تاریک است. این حسگرها می‌توانند بسیار حساس (در حد میکرووات) ساخته شوند و زمان پاسخ‌دهی آنها می‌تواند بسیار کوتاه (در حد میکروثانیه) باشد.

A.17.8.2.1 انرژی تابشی ساطع شده از یک شعله یا جرقه/ذغال شامل تابش‌هایی در باندهای مختلف طیف فرابنفش، مرئی و مادون‌قرمز است. مقدار نسبی تابش ساطع شده در هر بخش از طیف توسط شیمی سوخت، دما و سرعت احتراق تعیین می‌شود. حسگر باید با ویژگی‌های آتش تطبیق داده شود.

تقریباً تمام موادی که در احتراق شعله‌ور شرکت می‌کنند، تا حدی در طول احتراق شعله‌ور تابش فرابنفش ساطع می‌کنند، در حالی که فقط سوخت‌های حاوی کربن تابش قابل توجهی در باند ۴.۳۵میکرون (دی‌اکسید کربن) که توسط بسیاری از انواع حسگرها برای تشخیص شعله استفاده می‌شود، ساطع می‌کنند.به شکلA.17.8.2.1 مراجعه کنید.

انرژی تابشی ساطع شده از یک ذغال عمدتاً توسط دمای سوخت (تابش بر اساس قانون پلانک) و گسیل‌پذیری سوخت تعیین می‌شود. انرژی تابشی ساطع شده از یک ذغال عمدتاً در محدوده مادون‌قرمز و به میزان کم‌تری در محدوده مرئی است. به طور کلی، ذغال‌ها تا زمانی که به دمای ۳۲۴۰ درجه فارنهایت (۱۷۲۷ درجه سانتی‌گراد یا ۲۰۰۰ کلوین) برسند، انرژی فرابنفش را به مقدار قابل توجهی (۰.۱ درصد از کل تابش) ساطع نمی‌کنند. در بیشتر موارد، تابش‌ها در محدوده ۰.۸ میکرون تا ۲.۰ میکرون قرار می‌گیرند که مربوط به دماهای تقریبی ۷۵۰ درجه فارنهایت تا ۱۸۳۰ درجه فارنهایت (۳۹۸ درجه سانتی‌گراد تا ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) است.

بیشتر حسگرهای انرژی تابشی دارای نوعی مدار تأیید درون خود هستند که از زمان برای کمک به تشخیص بین سیگنال‌های گذرا و نادرست و هشدارهای واقعی آتش استفاده می‌کنند. این مدارها در مواردی که سناریوی آتش مورد انتظار و توانایی حسگر برای پاسخ به آن آتش مورد انتظار در نظر گرفته می‌شود، بسیار مهم می‌شوند. به عنوان مثال، یک حسگر که از یک مدار انتگرال‌گیر یا زمان‌بندی برای پاسخ به نور سوسو‌زننده یک آتش استفاده می‌کند، ممکن است به خوبی به یک انفجار ناشی از اشتعال بخارات و گازهای قابل اشتعال تجمع‌یافته یا در مواردی که آتش یک جرقه است که با سرعت تا ۳۲۸ فوت بر ثانیه (۱۰۰ متر بر ثانیه) از مقابل حسگر عبور می‌کند، پاسخ ندهد. در این شرایط، یک حسگر با قابلیت پاسخ‌دهی سریع بسیار مناسب است. از طرف دیگر، در کاربردهایی که توسعه آتش کندتر است، یک حسگر که از زمان برای تأیید سیگنال‌های تکراری استفاده می‌کند، مناسب است. در نتیجه، نرخ رشد آتش باید در انتخاب حسگر در نظر گرفته شود. عملکرد حسگر باید به گونه‌ای انتخاب شود که به آتش مورد انتظار پاسخ دهد.

تابش‌های انرژی تنها معیار مورد توجه نیستند. محیط بین آتش مورد انتظار و حسگر نیز بسیار مهم است. طول‌موج‌های مختلف انرژی تابشی با درجات مختلفی از کارایی توسط موادی که در هوا معلق هستند یا روی سطوح نوری حسگر تجمع می‌کنند، جذب می‌شوند. به طور کلی، آئروسل‌ها و رسوبات سطحی حساسیت حسگر را کاهش می‌دهند. تشخیص فناوری مورد استفاده باید آئروسل‌ها و رسوبات سطحی که به طور معمول اتفاق می‌افتند را در نظر بگیرد تا کاهش پاسخ سیستم بین فواصل تعمیر و نگهداری به حداقل برسد. لازم به ذکر است که دود ناشی از احتراق تقطیرات نفتی با فراکسیون‌های متوسط و سنگین، به شدت در انتهای طیف فرابنفش جذب‌کننده است. اگر از این نوع تشخیص استفاده می‌شود، سیستم باید به گونه‌ای طراحی شود که اثر تداخلی دود بر پاسخ سیستم تشخیص را به حداقل برساند.

محیط و شرایط محیطی پیش‌بینی‌شده در منطقه تحت حفاظت، بر انتخاب حسگر تأثیر می‌گذارد. همه حسگرها محدودیت‌هایی در محدوده دمای محیطی دارند که در آن محدوده، مطابق با حساسیت‌های آزمایش‌شده یا تأیید‌شده خود پاسخ می‌دهند. طراح باید اطمینان حاصل کند که حسگر با محدوده دمای محیطی پیش‌بینی‌شده در منطقه‌ای که نصب می‌شود، سازگار است. علاوه بر این، باران، برف و یخ هر دو تابش فرابنفش و مادون‌قرمز را به درجات مختلف تضعیف می‌کنند. در مواردی که این شرایط پیش‌بینی می‌شود، باید تمهیداتی برای محافظت از حسگر در برابر تجمع این مواد روی سطوح نوری آن در نظر گرفته شود.

A.17.8.2.2 تابش‌های انرژی طبیعی که از آتش ناشی نمی‌شوند، ممکن است در منطقه خطر وجود داشته باشند. هنگام انتخاب حسگر برای یک منطقه، سایر منابع احتمالی تابش انرژی باید ارزیابی شوند. برای اطلاعات بیشتر به A.17.8.2.1 مراجعه کنید.

A.17.8.3.1.1 همه حسگرهای نوری بر اساس معادله نظری زیر پاسخ می‌دهند:

که در آن:

حساسیت (S) معمولاً بر حسب نانووات اندازه‌گیری می‌شود. این معادله منحنی‌هایی مشابه منحنی نشان‌داده‌شده در شکلA.17.8.3.1.1 را تولید می‌کند.
این منحنی حداکثر فاصله‌ای را تعریف می‌کند که در آن حسگر به طور مداوم آتش با اندازه و سوخت مشخصی را تشخیص می‌دهد. حسگرها باید فقط در ناحیه سایه‌دار بالای منحنی استفاده شوند.

بیشتر بخوانید: رفع خطای سیستم اعلام حریق

در بهترین شرایط و بدون جذب جوی، توان تابشی که به حسگر می‌رسد، اگر فاصله بین حسگر و آتش دو برابر شود، به میزان یک چهارم کاهش می‌یابد. برای محاسبه تضعیف جوی، عبارت نمایی زتا (ζ) به معادله اضافه می‌شود. زتا معیاری از شفافیت هوا در طول‌موج مورد نظر است. زتا تحت تأثیر رطوبت، گرد و غبار و هرگونه آلاینده دیگر در هوا قرار می‌گیرد که در طول‌موج مورد نظر جذب‌کننده هستند. زتا معمولاً مقادیری بین ۰.۰۰۱- و ۰.۱- برای هوای محیطی معمولی دارد.

هدف اصلی استاندارد NFPA 86 کاهش خطرات ناشی از آتش‌سوزی، انفجار و سایر حوادث مرتبط با کوره‌ها و اجاق‌های صنعتی است. این استاندارد برای مهندسان، اپراتورها و مدیران ایمنی در صنایعی مانند متالورژی، سرامیک و شیمیایی ضروری است.

A.8.10.1
بخش‌های فرعی ۸.۲.۲ و ۸.۲.۵ الزام می‌کنند که دتکتور شعله (Flame Detector) و سیستم ایمنی احتراق (Combustion Safeguard) مطابق با دستورالعمل‌های سازنده نصب و به کار گرفته شوند. در مواردی که دتکتورهای شعله (اسکنرها) همراه با سیستم‌های ایمنی احتراق به طور مداوم و بدون خاموشی بیش از حداکثر بازه زمانی توصیه شده توسط دستورالعمل‌های سازنده سیستم ایمنی احتراق و دتکتور شعله کار می‌کنند، چنین عملکرد مداوم بدون خاموشی و بررسی ایمنی شروع به کار (Safe-Start Check) مطابق با استاندارد نخواهد بود.

توضیحات:

این متن تأکید می‌کند که دتکتورهای شعله و سیستم‌های ایمنی احتراق باید طبق دستورالعمل‌های سازنده نصب و استفاده شوند و در صورت کارکرد مداوم بدون خاموشی و بررسی ایمنی، ممکن است با استانداردها مطابقت نداشته باشند.

سنسورهای فرابنفش (UV) ممکن است به گونه‌ای خراب شوند که از دست رفتن شعله تشخیص داده نشود. در مواردی که این سنسورها به طور مداوم استفاده می‌شوند، خرابی‌ها می‌توانند توسط یک دتکتور فرابنفش خودبررسی‌کننده (Self-Checking) یا با آزمایش دوره‌ای دتکتور برای اطمینان از عملکرد صحیح، تشخیص داده شوند.

A.8.10.3
شکل A.8.10.3 (بدون مقیاس) نموداری است که توالی رویدادهای لازم برای دستیابی به زمان بسته شدن شیر قطع ایمنی (SSOV) در مدت حداکثر ۵ثانیه پس از از دست رفتن شعله را نشان می‌دهد. شیرهای قطع ایمنی معمولی (SSOV) حداکثر زمان بسته شدن ۱ ثانیه دارند؛ با این حال، برخی شیرهای تأیید شده یا لیست‌شده ممکن است زمان‌های طولانی‌تری داشته باشند.

N A.8.10.5(1)
در مواردی که از سنسورهای شعله مستقل برای تشخیص شعله پایلوت(Pilot) و شعله اصلی (Main Flame) استفاده می‌شود، اطمینان حاصل کنید که شعله پایلوت و شعله اصلی به طور مستقل تشخیص داده می‌شوند. به دلیل دشواری تشخیص مستقل شعله پایلوت و شعله اصلی با دو اسکنر فرابنفش (UV)، تشخیص شعله پایلوت توسط میله شعله (Flame Rod) و شعله اصلی توسط اسکنر فرابنفش (UV Scanner) قابل قبول است.

توضیحات کلیدی:

شعله‌هایی که تا ۳ فوت (۱ متر) یا کمتر گسترش می‌یابند، تنها نیاز به یک سنسور شعله برای تشخیص شعله پایلوت و شعله اصلی دارند. یک مشعل خطی (Line Burner)، مشعل لوله‌ای (Pipe Burner) یا مشعل تابشی (Radiant Burner) با شعله‌هایی که تا ۳ فوت (۱ متر) یا بیشتر گسترش می‌یابند، نیاز به دو سنسور شعله دارند: یکی برای تشخیص شعله پایلوت و دیگری برای تشخیص شعله مشعل اصلی در انتهای مجموعه که دورترین نقطه از منبع اشتعال است. دو مثال از آرایش‌های مشعل که به عنوان یک مشعل واحد با یک سیستم ایمنی شعله نصب‌شده در انتهای مجموعه در نظر گرفته می‌شوند، در شکل‌های A.8.10.6(a) وA.8.10.6(b) نشان داده شده‌اند.

A.8.12
در هر جایی که دمای سوخت روغن می‌تواند به زیر سطح ایمن برسد، افزایش ویسکوزیته (گرانروی) از اتمیزه شدن مناسب جلوگیری می‌کند. سوخت‌های روغن شماره ۲ و شماره ۴ می‌توانند در صورت کاهش دما به زیر نقطه ریزش(Pour Point) منجمد شوند، چه از پیش‌گرم‌کننده‌ها استفاده شود و چه نشود. در هر جایی که دمای سوخت روغن به بالاتر از سطح ایمن برسد، تبخیر روغن قبل از اتمیزه شدن اتفاق می‌افتد و باعث کاهش حجم سوخت به اندازه‌ای می‌شود که خاموش‌شدن قابل توجه شعله را ایجاد می‌کند.

A.8.13.1
این واقعیت که روغن یا گاز به عنوان سوخت ذخیره (Standby Fuel) در نظر گرفته می‌شود، نباید الزامات ایمنی مربوط به آن سوخت را کاهش دهد.

A.8.16
نقطه تنظیم دمای اضافی (Excess Temperature Set Point) باید حداکثر در دمایی تنظیم شود که توسط سازنده مشخص شده است. اگر مواد قابل اشتعال یا سوختنی در یک کوره یا خشک‌کن پردازش می‌شوند، نقطه تنظیم باید دمایی باشد که اجازه ندهد مواد به دمای خوداشتعالی (Auto-Ignition Temperature) برسند. محدودیت‌های نقطه تنظیم بر اساس دمای خوداشتعالی برای کوره‌های با اتمسفر خاص و سوزاننده‌های بخار اعمال نمی‌شود. اگر به دلایل فرآیندی، کار باید از رسیدن به دمای بالا که کمتر از نقطه تنظیم دمای اضافی کوره است محافظت شود، می‌توان از یک قفل ایمنی اضافی محدودیت دما استفاده کرد، یا کنترل‌کننده دمای عملیاتی می‌تواند به‌طور مناسب قفل یا هشدار داده شود.

برای یک فن تخلیه با سرعت ثابت، با افزایش دمای کوره، جریان تخلیه کوره بر حسب فوت مکعب استاندارد در دقیقه کاهش می‌یابد. افزایش بیش از حد دما، تهویه ایمنی را کاهش می‌دهد و می‌تواند باعث انفجار بخار قابل اشتعال در کوره‌ها و خشک‌کن‌های مجهز به تهویه ایمنی شود.

A.8.16.6
برای تشخیص سایر خرابی‌های سنسور، مانند اتصال کوتاه ترموکوپل، که منجر به اقدامات مورد نیاز در بخش ۸.۱۶.۵ نمی‌شود، اپراتور یا پرسنل نگهداری می‌توانند ارزیابی کنند.

توضیحات کلیدی:

A.8.16.7
اجزای حسگر دما، مانند ترموکوپل و سیم‌های گسترش، که برای محیط مورد نظر رتبه‌بندی نشده‌اند، در معرض خطر بیشتری برای اتصال کوتاه هستند.

A.8.16.8
عنصر حسگر باید در جایی قرار گیرد که تفاوت بین سنسور کنترل دما و سنسور محدودیت دمای اضافی به حداقل برسد. عنصر حسگر دما در قفل ایمنی محدودیت دمای اضافی باید در جایی قرار گیرد که بتواند شرایط دمای اضافی را تشخیص دهد، شرایطی که باعث اولین آسیب به کوره یا کار می‌شود، زمانی که دما در کوره از حداکثر نقطه تنظیم عملیاتی فراتر می‌رود و برای ایمنی عملیات بسیار حیاتی است.

A.8.16.9
عنصر حسگر دما در قفل ایمنی محدودیت دمای اضافی می‌تواند توسط سایر ابزارهای اندازه‌گیری نظارت شود، به شرطی که دقت خوانش دمای قفل ایمنی محدودیت دمای اضافی کاهش نیابد.

A.8.17.3
نمایش بصری امکان تشخیص خرابی‌های سنسور، مانند اتصال کوتاه ترموکوپل، را فراهم می‌کند که ممکن است منجر به اقدامات مورد نیاز در بخش ۸.۱۷.۲ نشود. اپراتور یا پرسنل نگهداری می‌توانند قفل ایمنی بای‌پس ۱۴۰۰ درجه فارنهایت (۷۶۰ درجه سانتی‌گراد) را با مشاهده نشانگر دما ارزیابی کنند. همچنین، قابل قبول است که خروجی ترموکوپل قفل ایمنی بای‌پس ۱۴۰۰ درجه فارنهایت (۷۶۰ درجه سانتی‌گراد) به یک PLC یا ابزار دیگر به صورت موازی با قفل ایمنی بای‌پس ۱۴۰۰ درجه فارنهایت (۷۶۰ درجه سانتی‌گراد) وارد شود، به شرطی که دقت قفل ایمنی بای‌پس ۱۴۰۰ درجه فارنهایت (۷۶۰ درجه سانتی‌گراد) کاهش نیابد. PLC یا ابزار دیگر می‌تواند برای نظارت، روندیابی و هشدار خروجی ترموکوپل قفل ایمنی بای‌پس ۱۴۰۰ درجه فارنهایت (۷۶۰ درجه سانتی‌گراد) با مقایسه آن با اندازه‌گیری دمای مستقل، مانند قفل ایمنی دمای عملیاتی، استفاده شود.

A.8.17.4
اجزای حسگر دما، مانند ترموکوپل و سیم‌های گسترش، که برای محیط مورد نظر رتبه‌بندی نشده‌اند، در معرض خطر بیشتری برای اتصال کوتاه هستند.

Δ A.8.17.8
یک کنتاکت کمکی در دستگاه قفل ایمنی محدودیت دمای اضافی می‌تواند به عنوان قفل ایمنی بای‌پس ۱۴۰۰ درجه فارنهایت (۷۶۰ درجه سانتی‌گراد) استفاده شود، به شرطی که الزامات بخش ۸.۱۷.۲ برآورده شوند.

توضیحات کلیدی:

قطع برق خودکار یا دستی مدارهای تحت تأثیر به شرح زیر است:
(۱) خرابی سیستم (اتصال کوتاه) که توسط حفاظت معمول مدار شاخه‌ای برطرف نشده است (به NFPA 70 مراجعه شود).
(۲) دمای اضافی در بخشی از کوره که توسط دستگاه‌های کنترل دمای معمول کاهش نیافته است.
(۳) خرابی هر یک از کنترل‌های عملیاتی معمول که چنین خرابی می‌تواند به شرایط ناایمن منجر شود.
(۴) از دست رفتن برق که می‌تواند به شرایط ناایمن منجر شود.

A.8.18.1.5
الزامات بخش ۸.۱۸.۱.۵ ممکن است نیاز به کاهش ظرفیت (دریفت) برخی از اجزای لیست‌شده توسط سازندگان داشته باشد، مانند استفاده برای انواع دیگر خدمات صنعتی، کنترل موتور و همان‌طور که در جدول A.8.18.1.5 نشان داده شده است.

A.8.18.2
نقطه تنظیم دمای اضافی باید حداکثر در دمایی تنظیم شود که توسط سازنده مشخص شده است. اگر مواد قابل اشتعال یا سوختنی در یک کوره یا خشک‌کن پردازش می‌شوند، نقطه تنظیم باید دمایی باشد که اجازه ندهد مواد به دمای خوداشتعالی (Auto-Ignition Temperature) برسند. محدودیت‌های نقطه تنظیم بر اساس دمای خوداشتعالی برای کوره‌های با اتمسفر خاص و سوزاننده‌های بخار اعمال نمی‌شود. اگر به دلایل فرآیندی، کار باید از رسیدن به دمای بالا که کمتر از نقطه تنظیم دمای اضافی کوره است محافظت شود، می‌توان از یک قفل ایمنی اضافی محدودیت دما استفاده کرد، یا کنترل‌کننده دمای عملیاتی می‌تواند به‌طور مناسب قفل یا هشدار داده شود.

برای یک فن تخلیه با سرعت ثابت، با افزایش دمای کوره، جریان تخلیه کوره بر حسب فوت مکعب استاندارد در دقیقه کاهش می‌یابد. افزایش بیش از حد دما، تهویه ایمنی را کاهش می‌دهد و می‌تواند باعث انفجار بخار قابل اشتعال در کوره‌ها و خشک‌کن‌های مجهز به تهویه ایمنی شود.

A.8.18.2.5
برای تشخیص سایر خرابی‌های سنسور، مانند اتصال کوتاه ترموکوپل، که منجر به اقدامات مورد نیاز در بخش ۸.۱۸.۲.۴ نمی‌شود، اپراتور یا پرسنل نگهداری می‌توانند نشانگر دمای قفل ایمنی محدودیت دمای اضافی را ارزیابی کنند.

A.8.18.2.6
اجزای حسگر دما، مانند ترموکوپل و سیم‌های گسترش، که برای محیط مورد نظر رتبه‌بندی نشده‌اند، در معرض خطر بیشتری برای اتصال کوتاه هستند.

توضیحات کلیدی:

A.8.18.2.7
عنصر حسگر باید در جایی قرار گیرد که تفاوت بین سنسور کنترل دما و سنسور محدودیت دمای اضافی به حداقل برسد. عنصر حسگر دما در قفل ایمنی محدودیت دمای اضافی باید در جایی قرار گیرد که بتواند شرایط دمای اضافی را تشخیص دهد، شرایطی که باعث اولین آسیب به کوره یا کار می‌شود، زمانی که دما در کوره از حداکثر نقطه تنظیم عملیاتی فراتر می‌رود و برای ایمنی عملیات بسیار حیاتی است.

A.8.18.2.8
عنصر حسگر دما در قفل ایمنی محدودیت دمای اضافی می‌تواند توسط سایر ابزارهای اندازه‌گیری نظارت شود، به شرطی که دقت خوانش دمای قفل ایمنی محدودیت دمای اضافی کاهش نیابد.

A.8.19
نقطه تنظیم دمای اضافی باید حداکثر در دمایی تنظیم شود که توسط سازنده مشخص شده است. اگر مواد قابل اشتعال یا سوختنی در یک کوره یا خشک‌کن پردازش می‌شوند، نقطه تنظیم باید دمایی باشد که اجازه ندهد مواد به دمای خوداشتعالی (Auto-Ignition Temperature) برسند. محدودیت‌های نقطه تنظیم بر اساس دمای خوداشتعالی برای کوره‌های با اتمسفر خاص و سوزاننده‌های بخار اعمال نمی‌شود. اگر به دلایل فرآیندی، کار باید از رسیدن به دمای بالا که کمتر از نقطه تنظیم دمای اضافی کوره است محافظت شود، می‌توان از یک قفل ایمنی اضافی محدودیت دما استفاده کرد، یا کنترل‌کننده دمای عملیاتی می‌تواند به‌طور مناسب قفل یا هشدار داده شود.

برای یک فن تخلیه با سرعت ثابت، با افزایش دمای کوره، جریان تخلیه کوره بر حسب فوت مکعب استاندارد در دقیقه کاهش می‌یابد. افزایش بیش از حد دما، تهویه ایمنی را کاهش می‌دهد و می‌تواند باعث انفجار بخار قابل اشتعال در کوره‌ها و خشک‌کن‌های مجهز به تهویه ایمنی شود.

A.8.19.2
قطع جریان سیال انتقال حرارت به کوره می‌تواند با خاموش‌کردن سیستم مرکزی گرمایش سیال یا با بستن شیرهای قطع ایمنی سیال انتقال حرارت در خطوط تأمین و بازگشت کوره انجام شود. اگر از شیرهای قطع ایمنی سیال انتقال حرارت استفاده می‌شود، سیستم مرکزی گرمایش سیال ممکن است نیاز به یک حلقه اضطراری خودکار داشته باشد تا یک بار خنک‌کننده مصنوعی فراهم کند و جریان سیال را از طریق گرم‌کن حفظ کند.

Δ جدول
این بخش احتمالاً به یک جدول اشاره دارد که در ادامه متن آمده است

توضیحات کلیدی:

A.8.19.6
برای تشخیص سایر خرابی‌های سنسور، مانند اتصال کوتاه ترموکوپل، که منجر به اقدامات مورد نیاز در بخش ۸.۱۹.۵ نمی‌شود، اپراتور یا پرسنل نگهداری می‌توانند نشانگر دمای قفل ایمنی محدودیت دمای اضافی را ارزیابی کنند.

A.8.19.7
اجزای حسگر دما، مانند ترموکوپل و سیم‌های گسترش، که برای محیط مورد نظر رتبه‌بندی نشده‌اند، در معرض خطر بیشتری برای اتصال کوتاه هستند.

A.8.19.8
عنصر حسگر باید در جایی قرار گیرد که تفاوت بین سنسور کنترل دما و سنسور محدودیت دمای اضافی به حداقل برسد. عنصر حسگر دما در قفل ایمنی محدودیت دمای اضافی باید در جایی قرار گیرد که بتواند شرایط دمای اضافی را تشخیص دهد، شرایطی که باعث اولین آسیب به کوره یا کار می‌شود، زمانی که دما در کوره از حداکثر نقطه تنظیم عملیاتی فراتر می‌رود و برای ایمنی عملیات بسیار حیاتی است.

A.8.19.9
عنصر حسگر دما در قفل ایمنی محدودیت دمای اضافی می‌تواند توسط سایر ابزارهای اندازه‌گیری نظارت شود، به شرطی که دقت خوانش دمای قفل ایمنی محدودیت دمای اضافی کاهش نیابد.

توضیحات کلیدی:

این مقاله به بررسی راهکارهای کاربرد سیستم‌های دتکتور شعله‌ای نوری فوق‌سریع و آزادسازی در کارخانه‌های تولید مهمات و سایر تأسیساتی که نیاز به سیستم مهار آتش آبپاشی (Deluge) با سرعت بالا دارند می‌پردازد. همچنین فناوری دتکتور شعله‌ای نوری و پیشرفت‌های اخیر در سیستمی که به کاربران در دستیابی به انطباق با کدها و استانداردهای صنعتی کمک می‌کند، مرور خواهد شد.

۱.۰ مقدمه
برای برآورده‌کردن الزامات زمانی پاسخ‌دهی کل سیستم طبق کدها و استانداردهای صنعتی فوق‌سریع، سیستم دتکتور شعله‌ای و آزادسازی باید قادر باشد رویداد را شناسایی کرده و سیگنالی به سیستم آبپاشی ارسال کند که این سیستم باید ظرف ۱۰۰ میلی‌ثانیه یا کمتر از لحظه حضور منبع انرژی در مقابل دتکتور تا شروع جریان آب از نازل آبپاش واکنش نشان دهد.

برای اینکه یک سیستم به‌عنوان «سریع» شناخته شود، باید ظرف ۵۰۰ میلی‌ثانیه یا کمتر عمل کند (ارجاع به استاندارد NFPA 15)در کاربردهایی که به این سیستم‌ها نیاز دارند، آتش بسیار سریع‌تر از آن رشد می‌کند که بتوان از دتکتورهای حرارتی یا دتکتورهای دود استفاده کرد، زیرا این دتکتورها ممکن است چندین ثانیه طول بکشند تا آتش را شناسایی کنند.

برای درک روش‌های به‌کارگیری دتکتور شعله‌ای نوری فوق‌سریع در کارخانه‌های پردازش مهمات، مرور مختصری بر اصول پایه عملکرد فناوری دتکتور شعله‌ای ضروری است.

۲.۰ مروری بر دتکتور شعله‌ای نوری
دتکتورهای شعله‌ای تشخیص انرژی تابشی، آتش را از طریق حس و تحلیل تابش الکترومغناطیسی منتشر شده از آتش شناسایی می‌کنند. انواع مختلف آتش طیف‌های نوری متفاوتی منتشر می‌کنند که امکان شناسایی آن‌ها را فراهم می‌کند.
بازه طیفی انتشار که دتکتور به آن حساس است باید به‌طور دقیق کنترل شود تا اثر تابش طیفی ناشی از نور خورشید، نور محیط، ماشین‌آلات و تجهیزات پردازش به حداقل برسد. شکل ۱ نمای کلی از طیف الکترومغناطیسی و نواحی فروسرخ (IR) و فرابنفش (UV) مطلوب برای تشخیص شعله را نشان می‌دهد.
در ادامه شرح مختصری از هر فناوری مناسب برای تشخیص شعله فوق‌سریع (UV، IR و UV/IR) آمده است.

۲.۱ فناوری‌های دتکتور شعله‌ای نوری

۲.۱.۱ فرابنفش (UV)

دتکتورهای شعله‌ای UV از یک دتکتور تشکیل شده‌اند که شامل لوله خلأ از نوع Geiger-Mueller است. این دتکتور معمولاً به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که به یک باند بسیار باریک از انرژی نوری در محدوده ۱۸۵۰ تا ۲۴۵۰ آنگستروم (Å) پاسخ دهد و مدل‌های خاصی نیز وجود دارند که این محدوده را تا ۲۶۵۰Å گسترش می‌دهند. همان‌طور که در شکل ۲ نشان داده شده، محدوده حساسیت UV خارج از محدوده دید انسان است و تحت تأثیر نور خورشید قرار نمی‌گیرد.

وقتی تابش UV منتشر شده از آتش با دتکتور تماس پیدا می‌کند، پالس‌های ولتاژی تولید می‌شود که فرکانس آن‌ها متناسب با شدت تابش UV است. این پالس‌ها توسط یک میکروپروسسور پردازش شده و با پارامترهای برنامه‌ریزی‌شده مقایسه می‌شوند. اگر میزان پالس‌های پردازش‌شده از آستانه تعیین‌شده فراتر رود، آلارم فعال می‌شود.

این دتکتورها قادر به تشخیص هر نوع آتش بوده و در شرایط ایده‌آل می‌توانند زمان پاسخ کمتر از ۱۵ میلی‌ثانیه داشته باشند.

از آنجا که دتکتورهای UV می‌توانند به‌صورت ضدنور خورشید طراحی شوند و تحت تأثیر تابش حرارتی قرار نگیرند، می‌توان آن‌ها را در بسیاری از کاربردها با موفقیت به‌کار برد.

همانند هر فناوری دتکتور دیگری، مزایا و معایبی وجود دارد. دتکتورهای شعله‌ای UV نسبت به رعد و برق، جوشکاری و پرتوهای ایکس حساس هستند. انسداد فیزیکی جزئی شعله یا وجود دود و/یا بخارات جاذب UV ممکن است باعث تأخیر یا حتی جلوگیری از شناسایی شود. شکل ۴ را ببینید.

۲.۱.۲ فروسرخ (IR)

دتکتورهای شعله‌ای IR از یک دتکتور پیرولکتریک تشکیل شده‌اند. درون دتکتور پیرولکتریک، یک فیلتر تداخلی نوری استفاده می‌شود تا یک ناحیه عبور باند ایجاد کند که برای تشخیص اختصاصی آتش مناسب باشد. این فیلترها بر اساس طول موج مورد نظر انتخاب می‌شوند که معمولاً بین ۴٫۲ تا ۴٫۸ میکرومتر (μm) در باند انتشار CO₂ قرار دارد. همان‌طور که در شکل ۵ نشان داده شده، محدوده حساسیت IR خارج از محدوده دید انسان است و تحت تأثیر نور خورشید قرار نمی‌گیرد

.

دتکتورهای شعله‌ای IR (شکل ۶) می‌توانند آتش‌هایی را که پیش از آن دود ایجاد می‌کنند یا حاوی بخارات هستند، راحت‌تر از دتکتورهای مبتنی بر فناوری UV شناسایی کنند. زمان پاسخ در شرایط ایده‌آل می‌تواند کمتر از ۱۵ میلی‌ثانیه باشد. از آنجا که دتکتورهای IR می‌توانند مقاوم در برابر نور خورشید ساخته شوند و تحت تأثیر تابش UV قرار نمی‌گیرند، می‌توان آن‌ها را در بسیاری از کاربردهایی که برای دتکتورهای UV چالش‌برانگیز است، با موفقیت به کار برد.

 

اگر انرژی الکترومغناطیسی منتشرشده شامل طول موج‌هایی باشد که از فیلتر تداخلی عبور می‌کنند، نور با یک عنصر تک‌بلوری برخورد می‌کند. این عنصر سیگنال کوچکی تولید می‌کند که دامنه و فرکانس آن متناسب با تابش الکترومغناطیسی منتشرشده از آتش است. این سیگنال سپس توسط یک میکروپروسسور پردازش شده و با آستانه‌های از پیش تعیین‌شده مقایسه می‌شود و در صورت احراز شرایط، آلارم آتش فعال می‌گردد.
دتکتورهای شعله‌ای IR ممکن است به اجسام داغ مدوله‌شده و منابع نوری حساس باشند. وجود آب، برف یا یخ بر روی لنز دتکتور نیز ممکن است باعث تأخیر یا حتی جلوگیری از شناسایی آتش شود (شکل ۷ را ببینید).

۲.۱.۳ فرابنفش-فروسرخ (UVIR)
دتکتورهای شعله‌ای UVIR ترکیبی از فناوری‌های UV و IR را در یک دتکتور شعله‌ای به کار می‌گیرند (شکل ۸). برای فعال‌شدن آلارم آتش، هر دو دتکتور UV و IR باید تابش الکترومغناطیسی منتشرشده را شناسایی کرده و هر دو سیگنال پردازش شده و با آستانه‌های از پیش تعیین‌شده مقایسه شوند. شکل ۹ نواحی حساسیت الکترومغناطیسی یک دتکتور UVIR را نشان می‌دهد.
فناوری UVIR می‌تواند عملکرد مناسب در تشخیص آتش را در حالی فراهم کند که در مقایسه با فناوری UV یا IR به‌تنهایی مقاومت بیشتری در برابر فعال‌سازی کاذب دارد. تمام مزایا و محدودیت‌های فناوری‌های UV و IR در مورد یک دتکتور شعله‌ای UVIR نیز صدق می‌کند. این ویژگی‌ها باعث شده که فناوری UVIR به‌طور گسترده پذیرفته شود.
علاوه بر رله آلارم آتش که زمانی عمل می‌کند که هر دو دتکتور UV و IR آتش را تشخیص دهند، دتکتورهای شعله‌ای UVIR شرکتهای معتبر تولیدی  دارای یک رله کمکی قابل برنامه‌ریزی داخلی نیز هستند. این رله کمکی می‌تواند طوری پیکربندی شود که در شرایط آلارم فقط UV، فقط IR یا پیش‌آلارم UVIR تغییر وضعیت دهد و انعطاف‌پذیری بیشتری را برای دتکتور شعله‌ای در مکان‌هایی که ویژگی‌های طیفی ماده مورد نظر ممکن است متغیر باشد، فراهم کند.

۲.۲ حفظ عملکرد تشخیص
در اکثر کاربردها، این احتمال وجود دارد که لنز دتکتور به‌وسیله مواد خارجی مسدود شود. آلودگی لنز دتکتور ممکن است باعث تأخیر یا حتی جلوگیری از رسیدن تابش طیفی آتش به دتکتور(های) موجود در دتکتور شعله‌ای گردد. بنابراین بسیار مهم است که دتکتور قادر به بررسی خودکار تمام سطوح نوری، دتکتورها و مدارهای داخلی خود باشد.
دتکتور باید قادر باشد به‌طور خودکار اپراتور را در صورت تأثیر بر عملکرد آن آگاه سازد. در صورت بروز این وضعیت خطا، می‌توان یک فرآیند مشخص را متوقف کرد یا اقدامات دیگری را بر اساس نیاز انجام داد.

برخی دتکتورهای شعله‌ای نوری دارای قابلیت یکپارچگی نوری خودکار (oiR) هستند که یک تست عملکرد کالیبره‌شده را هر یک دقیقه یک‌بار برای اطمینان از توانایی عملیاتی کامل دتکتور انجام می‌دهند (شکل ۱۰). برای انجام تست یکپارچگی نوری، منابع داخلی IR و UV کالیبره‌شده و کنترل‌شده توسط میکروپروسسور برای هر سنسور موجود در دتکتور، سیگنال‌های تست را فراهم می‌کنند. اگر دتکتور دچار آلودگی نوری یا هرگونه مشکل عملکرد داخلی شود، زمانی که کمتر از نصف محدوده تشخیص اولیه باقی مانده باشد، وضعیت خطای یکپارچگی نوری را گزارش خواهد کرد. معمولاً این خطا ناشی از کثیف بودن لنز است و با تمیز کردن، عملکرد کامل دتکتور بازگردانده می‌شود.

برخی نواحی کارخانه مستعد گرد و غبار و آلاینده‌های معلق در هوا هستند که ممکن است باعث تجمع رسوبات روی لنز دتکتور شوند. برای این محیط‌ها، شرکت شرکت های تولیدی پیشرفته شیلدهای هوایی ارائه می‌دهد که با ایجاد جریان مداوم هوای پاک بر سطح بیرونی لنز دتکتور، تجمع آلاینده‌ها را کاهش داده و به افزایش فاصله زمانی بین سرویس‌های نگهداری کمک می‌کنند. این شیلدهای هوایی هیچ‌گونه اختلالی در نصب دتکتور، زاویه دید آن یا تست یکپارچگی نوری ایجاد نمی‌کنند.

۲.۳ ثبت رویدادها
هنگام وقوع یک رویداد یا وضعیت خطا، ضروری است که اطلاعات دقیق به‌سرعت گردآوری شود. واحد کنترل اعلام حریق سرویس اطفاء، باید توانایی ارائه اطلاعات سطح بالا شامل ورودی‌های فعال‌شده یا نوع خطای رخ‌داده را داشته باشد. علاوه بر این، برای بررسی رویدادها، به‌دست آوردن جزئیات بیشتر مفید است. هر دتکتور شعله‌ای شرکت های تولیدی پیشرفته دارای قابلیت ثبت رویداد داخلی است که به‌طور خودکار برای هر رویداد یا خطای رخ‌داده، زمان و تاریخ را ثبت می‌کند. رویدادهایی مانند روشن یا خاموش شدن دستگاه، شرایط خطا، پیش‌آلارم و آلارم آتش به همراه دمای محیط و ولتاژ ورودی در زمان وقوع رویداد ذخیره می‌شوند.

۲.۴ انتخاب فناوری
هنگام انتخاب فناوری برای حفاظت از افراد، فرآیندها، دارایی‌ها و ساختمان‌ها، باید نهایت دقت در طراحی سیستم به‌کار گرفته شود تا در شرایط پیش‌بینی‌شده به‌درستی عمل کند. نوع فناوری دتکتور شعله‌ای انتخابی برای یک ناحیه باید بر اساس یک ارزیابی طراحی مبتنی بر عملکرد انتخاب شود. لازم است درک کامل از اهداف عملکردی مورد انتظار برای هر دتکتور در سیستم به‌دست آید.

برخی موارد قابل بررسی در ارزیابی طراحی مبتنی بر عملکرد شامل:

• ترکیب آتش
• ویژگی‌های آتش (نرخ رشد، ویژگی‌های سوختن، طیف انتشار)
• حداقل اندازه آتشی که نیاز به تشخیص دارد
• بخارات کاهنده UV یا گرد و غبار کاهنده IR
• منابع غیرآتش

دتکتورهای شعله‌ای نوری ممکن است بسته به مدل و سازنده عملکرد متفاوتی داشته باشند. تنها روش قابل اعتماد برای سنجش حساسیت دتکتور شعله‌ای نسبت به یک ماده خاص، قرار دادن آن در معرض یک رویداد کنترل‌شده واقعی است. با این حال، تولید آتش‌های آزمایشی تکرارپذیر و کاملاً یکسان دشوار است. بنابراین، معمولاً لازم است چندین بار یک ماده خاص در معرض دتکتور قرار گیرد تا داده‌های آزمایشی معتبر به‌دست آید.

علاوه بر این، باید بین حساسیت مطلوب دتکتور به ماده مورد نظر و حساسیت آن به منابع تابش غیردر اثر آتش، تعادل برقرار شود. دتکتوری که بیش از حد به محیط اطراف حساس باشد و باعث آلارم‌های مزاحم شود، قطعاً نامطلوب است. بنابراین، دتکتور باید در معرض منابع رایج موجود در ناحیه مورد پایش قرار گیرد تا ارزیابی دقیقی از عملکرد کلی دتکتور شعله‌ای انجام شود.

این جنبه‌ها ممکن است چالش‌های متعددی را برای مهندس مسئول اجرای ارزیابی مبتنی بر عملکرد ایجاد کنند. برنامه‌ریزی و کنترل مؤثر توسط مهندس آزمون، دقت هر اندازه‌گیری مبتنی بر عملکرد را به حداکثر می‌رساند.

۲.۵ ملاحظات برای ارزیابی طراحی مبتنی بر عملکرد آشکارسازی شعله نوری

۲.۵.۱ محل آزمون

• محلی برای آزمون شناسایی کنید که دسترسی، مشاهده و امکان خروج ایمن برای همه افراد درگیر را فراهم کند. امکان کنترل دسترسی به محل آزمون مطلوب است.
• آزمون‌های آتش در محیط‌های داخلی ممکن است تحت تأثیر تجمع مواد معلق کاهنده مانند دود، گرد و غبار و بخارات حلال قرار گیرند که همگی می‌توانند عملکرد آشکارسازی شعله را منفی تحت تأثیر قرار دهند. برای دستیابی به نتایج آزمون و عملکرد آشکارسازی شعله ثابت، باید قبل و بین تمام آزمون‌های داخلی، تبادل هوای پاک فراهم شود.
• اطمینان حاصل کنید که روش مناسبی برای خاموش کردن آتش آزمون در محل موجود باشد یا اگر ماده به راحتی خاموش نمی‌شود، تدابیری برای کنترل سوختن آن اتخاذ شده باشد.
• اطمینان حاصل کنید که تمام مواد سوخته به طور کامل خاموش شده و تمام مواد باقی‌مانده سوخته به‌درستی دفع شوند.
• بهتر است شرایطی که در کاربرد واقعی محل نصب دتکتورهای شعله‌ای پیش خواهد آمد، شبیه‌سازی شود. موانع احتمالی دید دتکتورهای شعله‌ای نسبت به منطقه را در نظر بگیرید.
• در صورت امکان، دمای محیط، رطوبت، جهت و سرعت باد را کنترل کنید.

۲.۵.۲ فرآیند آزمون

• پیش از شروع آزمون، دمای محیط، رطوبت، جهت و سرعت باد را ثبت کنید.
• بسته به شرایط محیطی، آزمون‌های آتش که در فضای باز انجام می‌شوند ممکن است تحت تأثیر تغییرات در ویژگی‌های انتشار شعله قرار گیرند. فیلم‌برداری از آزمون‌های آتش در فضای باز می‌تواند برای تعیین اثرات احتمالی تغییرات جهت و سرعت باد ارزشمند باشد.
• نوع یا انواع سوخت، اندازه‌های موردنظر آتش، فاصله‌ها و نیازمندی‌های زمانی که دتکتورهای شعله‌ای باید در کاربرد واقعی به آن‌ها پاسخ دهند را شناسایی کنید. از این داده‌ها برای تعیین شاخص‌های عملکرد مورد نظر برای کاربرد و روش ارزیابی استفاده کنید.
• حداقل سه آزمون تکراری از هر نوع سوخت در هر فاصله انجام دهید تا داده‌های معتبر به دست آید.
• روشی که برای اشتعال ماده استفاده می‌شود نباید باعث واکنش دتکتورهای شعله‌ای شود. اگر دتکتورها به منبع اشتعال واکنش نشان دهند، این امر ممکن است دقت اندازه‌گیری زمان را تحت تأثیر قرار دهد.
• منابع اشتعال آتش مانند کبریت‌های برقی توصیه نمی‌شوند، زیرا ممکن است ماده قابل اشتعالی را وارد ماده مورد نظر کنند که به طور معمول وجود ندارد. این ماده ممکن است طیف گسیلی متفاوتی نسبت به طیف ماده مورد نظر تولید کند.
• روش پذیرفته‌شده‌ای را برای تعیین سرعت واکنش دتکتور مشخص کنید. نمونه‌های معمول شامل استفاده از تایمر دیجیتال یا سیستم فیلم‌برداری با سرعت بالا هستند.
• تمام فناوری‌ها/انواع دتکتور، شماره سریال‌ها و موقعیت‌ها (فاصله و زاویه) نسبت به آتش، همچنین تمام تنظیمات آستانه آتش دتکتورها و/یا تنظیمات تأخیر زمانی را ثبت کنید.
• اطمینان حاصل کنید که تمام دتکتورها به‌درستی تراز شده و لنزها تمیز باشند.

۲.۵.۳ سوخت‌های آزمون

• آزمون‌های آتش برای جامدات قابل اشتعال، مهمات و پیشرانه‌ها به دلیل تنوع زیاد در قابلیت اشتعال و نرخ انتشار آتش، نیازمند ملاحظات ویژه هستند. اندازه آتش ایجاد شده توسط این مواد با تعیین وزن ماده نسوخته، حجم و آرایش قبل از اشتعال مشخص می‌شود.
• پودرها و پیشرانه‌های قابل اشتعال با نرخ‌های مختلفی می‌سوزند که به آرایش ماده بستگی دارد (مثال: ۳۰ گرم باروت به‌صورت انباشته به‌طور متفاوتی نسبت به ۳۰ گرم گسترده‌شده روی سطح ۵ سانتی‌متر مربع می‌سوزد). روش چیدمان پودرها یا پیشرانه‌های قابل اشتعال را استاندارد کرده و برای هر آزمون تکرار کنید.
• اگر منطقه تحت نظارت شامل پردازش چندین ماده آتش‌بازی باشد، سیستم باید طوری طراحی شود که امکان آشکارسازی بدترین حالت، یعنی کندترین ماده در حال سوختن را فراهم کند.

 

هر آزمون باید با استفاده از مواد جدید انجام شود و هرگز سوخت‌ها بیش از یک بار سوزانده نشوند، زیرا احتمال دارد ماده در صورت اشتعال مجدد ویژگی‌های متفاوتی نشان دهد.

۲.۶ توصیه‌های آزمون منابع هشدار مزاحم
منابع معمول هشدار مزاحم دتکتور شعله‌ای در زیر فهرست شده‌اند. نباید هیچ واکنش هشدار حریق دتکتور شعله‌ای در اثر قرار گرفتن در معرض این منابع رخ دهد:

• نور مستقیم خورشید
• لامپ رشته‌ای ۳۰۰ وات در فاصله ۵ فوت
• لامپ فلورسنت ۳۴ وات در فاصله ۱ فوت
• لامپ هالوژن ۵۰۰ وات (با لنز پلاستیکی یا شیشه‌ای) در فاصله ۵ فوت
• بخاری کوارتز مادون قرمز برقی (۱۵۰۰ وات) در فاصله ۱۰ فوت
• بی‌سیم دستی دوطرفه (۵ وات) در حالت ارسال در فاصله ۳ فوت
• مدوله کردن انرژی منبع هشدار مزاحم با نرخ تقریباً ۲ تا ۱۰ هرتز (با استفاده از یک چرخاننده بدون حرارت، نه دست) نیز نباید باعث واکنش هشدار حریق دتکتور شعله‌ای شود.
• هر منبع هشدار مزاحم شناخته‌شده دیگر باید همان‌گونه که در کاربرد واقعی وجود دارد به دتکتورها ارائه شود تا درک مناسبی از اثر احتمالی آن‌ها به دست آید.
• توانایی آشکارسازی شعله در حضور منابع انرژی تابشی رایج فوق. این منابع در بسیاری از کارخانه‌ها و محیط‌های تولیدی یافت می‌شوند.
  ممکن است نیازهایی وجود داشته باشد که برآورده یا کشف نشده‌اند. یک بررسی کامل که شامل بحث آزاد باشد، می‌تواند راهکارهای غیرمتعارف را آشکار کرده و به راه‌حل‌های آشکارسازی منجر شود.

۳.۰ رعایت کدها و استانداردها
کدها و استانداردها، مانند آن‌هایی که توسط انجمن ملی حفاظت از آتش (NFPA) و دولت ایالات متحده تدوین شده‌اند، دانش و اطلاعات لازم برای به حداقل رساندن خطر و اثرات آتش را فراهم می‌کنند. کدهایی مانند NFPA 101 «کد ایمنی حیات»، NFPA 72 «کد ملی هشدار و اعلام حریق»، NFPA 15 «استاندارد سیستم‌های ثابت آب‌پاش برای حفاظت در برابر آتش» و معیارهای یکپارچه تسهیلات (UFC) UFC 3-600-01 از این نمونه‌ها هستند.
همچنین مهم است که هر سیستمی که هدف آن آشکارسازی و اطفای حریق است، به‌طور کامل با تمام کدها و استانداردهای قابل اجرا مطابقت داشته باشد. بنابراین، انتخاب دتکتورهای شعله‌ای و سیستم‌های کنترلی که دارای تأییدیه از سازمان‌های شخص ثالث باشند، اهمیت دارد. انتخاب محصولات مناسب در نهایت به کاربر کمک می‌کند تا انطباق را به دست آورد.

۳.۱
برای رعایت کدها و استانداردهای فعلی، خروجی‌های دتکتورهای شعله‌ای فوق‌سریع باید به یک واحد کنترل هشدار حریق خدمات آزادسازی که به‌طور خاص برای این خدمات فهرست شده باشد، متصل شوند و دتکتورها نیز باید برای استفاده با همان واحد کنترل فهرست شده باشند. این واحد کنترل عملکردهای مهمی مانند نظارت بر ورودی‌ها و خروجی‌ها را انجام می‌دهد تا اطمینان حاصل شود سیستم در زمان نیاز به‌درستی عمل می‌کند.
HSDM برای داشتن زمان واکنش مستقل ۲ میلی‌ثانیه طراحی شده است و هنگامی که با دتکتور شعله‌ای UV، UV/IR یا IR شرکت Det-Tronics ترکیب می‌شود، سیستم ترکیبی می‌تواند در شرایط ایده‌آل پاسخی کمتر از ۱۵ میلی‌ثانیه ارائه دهد.
HSDM با نظارت پیوسته بر تمام ورودی‌ها و خروجی‌ها، عملکرد سیستم را تضمین می‌کند و از یک شبکه محلی/مدار خط سیگنال (LON/SLC) استفاده می‌کند که نظارت کلاس X را برای اتصال بین HSDM و کنترلر سیستم ایمنی EQP فراهم می‌آورد.
ماژول HSDM دارای شش کانال ورودی و شش کانال خروجی قابل پیکربندی است که می‌توان آن‌ها را برای عملکرد تحت نظارت یا بدون نظارت برنامه‌ریزی کرد. هر کانال ورودی، اتصالات بسته را از دستگاه‌های آشکارساز حریق مانند دتکتورهای شعله‌ای نوری، دتکتورهای حرارتی، دتکتورهای دود و شستی‌های دستی می‌پذیرد. کانال‌های خروجی برای فعال‌سازی سلونوئیدهای تأییدشده شخص ثالث که برای راه‌اندازی شیرهای سیلابی پایلوت‌دار استفاده می‌شوند، طراحی شده‌اند.
دتکتورهای شعله‌ای نوری، ماژول سیلابی فوق‌سریع و کنترلر سیستم ایمنی به مشتریان این امکان را می‌دهند که سیستمی مطابق با الزامات UFC و NFPA طراحی کنند (شکل ۱۱).
خروجی رله هشدار حریق از دتکتور شعله‌ای نوری UV، IR یا UV/IR به HSDM متصل می‌شود. دتکتور شعله‌ای همراه با HSDM قادر به ارائه زمان واکنش فوق‌سریع، کمتر از ۲۰ میلی‌ثانیه در شرایط ایده‌آل است.
HSDM یک سیگنال اولویت‌دار روی کابل LON ارسال می‌کند که توسط کنترلر سیستم ایمنی EQP دریافت می‌شود. این ارتباط پرسرعت نیست. EQP از منطق از پیش برنامه‌ریزی‌شده برای تعیین اقدامات بعدی استفاده می‌کند که معمولاً شامل ارسال سیگنال به یک ماژول ورودی/خروجی مجزا و پیشرفته است که به نوبه خود برای فعال‌سازی تجهیزات اعلان هشدار استفاده می‌شود. همچنین ارتباط اضافی با نگهبانان، پلیس، آتش‌نشانی یا سایر بخش‌های مورد نیاز نیز امکان‌پذیر است.
یک سیستم آشکارسازی شعله و آزادسازی که به‌خوبی طراحی و فهرست شده باشد، می‌تواند به کاربران کمک کند تا الزامات کدهای UFC و NFPA برای یک سیستم آب‌پاش فوق‌سریع را برآورده کنند.

۳.۲ رعایت نیاز زمان واکنش کمتر از ۱۰۰ میلی‌ثانیه (ms)
در حالی که بحث سرعت واکنش دتکتورهای شعله‌ای مهم است، باید توجه داشت که اندازه‌گیری مهم‌تر، سرعت واکنش کل سیستم است که شامل دتکتور شعله‌ای، واحد کنترل هشدار حریق خدمات آزادسازی، شیرهای سلونوئیدی و یک بخش سیلابی است. یک دتکتور شعله‌ای فوق‌سریع می‌تواند آتش در حال گسترش سریع را در حدود ۲۰ میلی‌ثانیه و در شرایط ایده‌آل شناسایی کند. واحد کنترل هشدار حریق خدمات آزادسازی نیز ممکن است ظرف چند میلی‌ثانیه واکنش نشان دهد. شیر سلونوئیدی زمانی را برای تخلیه فشار پایلوت از شیر سیلابی نیاز دارد و در نهایت، آب نیز زمانی را برای عبور از لوله‌کشی تا نازل و از نازل تا آتش طی می‌کند. بنابراین، باید در نظر داشت که سرعت واکنش دتکتور و واحد کنترل تنها بخشی کوچک از کل زمان واکنش سیستم است.
توجه دقیق باید به نصب دتکتورها در نزدیک‌ترین فاصله ممکن به خطر بالقوه و اطمینان از عدم وجود مانع بین دتکتور و منطقه تحت نظارت که می‌تواند خط دید دتکتور را مسدود کند، معطوف شود. تمام حباب‌های هوا باید از داخل لوله‌کشی سیستم هیدرولیک خارج شوند. علاوه بر این، باید سریع‌ترین سلونوئیدهای ممکن استفاده شوند و نازل‌های سیلابی نیز باید در نزدیک‌ترین فاصله ممکن به خطر بالقوه نصب شوند. رعایت دقیق این موارد، سرعت کل سیستم را به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد (شکل ۱۲).

۴.۰ راهکارهایی برای آشکارسازی شعله نوری فوق‌سریع

دتکتورهای شعله نوری مدرن به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که به کاربران در دستیابی به انطباق با کدها و استانداردهای UFC و NFPA کمک کنند. برخی شرکت‌ها مدل‌های X2200 UV، X9800 IR و X5200 UVIR از دتکتورهای شعله را ارائه می‌دهند که در صورت پیکربندی و نصب صحیح، قادر به ارائه زمان پاسخ‌دهی با سرعت بالا و فوق‌العاده سریع هستند.
علاوه بر آزمون‌های حرارتی سختگیرانه، آزمون‌های آزمایشگاهی و شبیه‌سازی‌هایی که در کارخانه انجام می‌شود، تمامی دتکتورهای شعله پیش از ارسال به مشتریان، در مرکز آزمون مهندسی با استفاده از آتش واقعی آزمایش می‌شوند.