راهنمای دتکتورهای دودی مکشی یا اسپیراتینگ ها برای مهندسین

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:

بیم دتکتور دودی اعلام حریق پروجکتوری از یک فرستنده تشکیل شده است که یک پرتو مادون قرمز را در سراسر ناحیه محافظت‌شده به سمت یک گیرنده که شامل یک سلول حساس به نور است ارسال می‌کند، سلولی که قدرت سیگنال پرتو نوری را پایش می‌کند.

این دتکتور بر اساس اswsصل انسداد نور عمل می‌کند. عنصر حساس به نور در بیم دتکتور دودی اعلام حریق در شرایط عادی نوری را که توسط گیرنده تولید می‌شود مشاهده می‌کند. گیرنده بر اساس درصدی از انسداد کلی به یک سطح حساسیت از پیش تعیین‌شده کالیبره می‌شود. این سطح حساسیت توسط سازنده و بر اساس طول بیم (فاصله بین فرستنده و گیرنده) مشخص می‌شود. معمولاً بیش از یک تنظیم برای انتخاب توسط نصاب بر اساس طول بیم در کاربرد موردنظر وجود دارد. برای دتکتورهایی که لیست UL دارند، تنظیم حساسیت باید مطابق با استاندارد UL 268 «دتکتورهای دود برای سیستم‌های اعلام حریق حفاظتی» باشد.

فرستنده در برخی واحدها ممکن است مستقل از گیرنده تغذیه شود که می‌تواند به میزان زیادی سیم‌کشی و در نتیجه هزینه نصب را کاهش دهد. از آنجا که پشتیبان باتری برای سیستم‌های اعلام حریق الزامی است، پشتیبان باتری برای فرستنده نیز موردنیاز خواهد بود، چه از پنل تغذیه شود و چه به صورت مستقل.

بر خلاف دتکتورهای دودی فوتوالکترونیک نقطه‌ای، بیم دتکتور دودی اعلام حریق به طور کلی نسبت به رنگ دود حساسیت کمتری دارد. بنابراین، بیم دتکتور دودی اعلام حریق ممکن است برای کاربردهایی که مناسب دتکتورهای فوتوالکترونیک نقطه‌ای نیستند، مناسب باشد، مانند کاربردهایی که انتظار می‌رود آتش دود سیاه تولید کند. بیم دتکتور دودی اعلام حریق نیاز به دود قابل مشاهده دارد و بنابراین ممکن است در برخی کاربردها به اندازه دتکتورهای یونی حساس نباشد.

بیم دتکتور دودی اعلام حریق نسبت به انسداد تجمعی ایجادشده توسط یک میدان دود حساس است. این انسداد تجمعی توسط ترکیبی از چگالی دود و فاصله خطی میدان دود در طول پرتو نوری پروجکت‌شده ایجاد می‌شود. انسداد تجمعی در واقع اندازه‌گیری درصد انسداد نور است.

از آنجا که انسداد ناگهانی و کامل پرتو نور یک نشانه معمول دود نیست، دتکتور این حالت را به عنوان وضعیت خطا در نظر می‌گیرد، نه هشدار. این آستانه معمولاً توسط سازنده در سطح حساسیتی که بیش از ۹۰ تا ۹۵ درصد انسداد کلی است تنظیم می‌شود. این موضوع احتمال هشدار ناخواسته ناشی از انسداد پرتو توسط یک جسم جامد، مانند یک تابلو یا نردبان که به طور تصادفی در مسیر پرتو قرار گرفته، را به حداقل می‌رساند.

تغییرات بسیار کوچک و آهسته در کیفیت منبع نور نیز یک نشانه معمول دود نیست. این تغییرات ممکن است به دلیل شرایط محیطی مانند تجمع گردوغبار و آلودگی روی مجموعه‌های نوری فرستنده و/یا گیرنده ایجاد شوند. این تغییرات معمولاً توسط یک کنترل خودکار بهره (AGC) جبران می‌شوند. زمانی که دتکتور برای اولین بار روشن شده و وارد برنامه راه‌اندازی خود می‌شود، سطح سیگنال نوری آن زمان را به عنوان نقطه مرجع شرایط عادی در نظر می‌گیرد. با کاهش کیفیت سیگنال نوری در طول زمان، مثلاً به دلیل گردوغبار، AGC این تغییر را جبران می‌کند. نرخ جبران محدود است تا اطمینان حاصل شود که دتکتور همچنان نسبت به آتش‌های آهسته یا دودزا حساس باقی بماند. هنگامی که AGC دیگر نتواند کاهش سیگنال را جبران کند (مانند تجمع بیش از حد آلودگی) دتکتور وضعیت خطا را اعلام خواهد کرد.

لوازم جانبی  بیم دتکتور دودی اعلام حریق

لوازم جانبی برای بیم دتکتور دودی اعلام حریق ممکن است شامل پنل‌های اعلام از راه دور، ایستگاه‌های تست از راه دور که امکان آزمایش الکترونیکی دوره‌ای دتکتور را فراهم می‌کنند، و فیلترهایی باشند که به‌عنوان تست «مجاز/غیرمجاز» برای کالیبراسیون صحیح دتکتور استفاده می‌شوند. برخی سازندگان استفاده از آینه برای هدایت پرتو را فراهم می‌کنند. سیستم‌های اعلام حریق هوشمند می‌توانند یک آدرس مجزا به بیم دتکتور دودی اعلام حریق اختصاص دهند تا اعلام محل آتش بهتر صورت گیرد. سیستم‌های متعارف نیز ممکن است از طریق رله‌ها اعلام از راه دور داشته باشند.

ویژگی تشخیص حرارت بیم دتکتور دودی اعلام حریق

برخی بیم دتکتور دودی اعلام حریق یک عنصر حساس به حرارت را در گیرنده خود جای داده‌اند که فرکانس پالس پرتو را پایش می‌کند. حرارت پرتو پالسی را تضعیف یا منحرف می‌کند که می‌تواند توسط گیرنده دریافت شود و باعث ایجاد هشدار گردد. این انحراف معمولاً زمانی بیشتر است که آتش به فرستنده نزدیک‌تر باشد تا به گیرنده. باید توجه داشت که مدولاسیون فرکانسی ناشی از چراغ‌های فلورسنت با این ویژگی تشخیص حرارت تداخل نداشته باشد. توصیه‌های سازنده باید دنبال شوند.

کاربرد صحیح بیم دتکتور دودی اعلام حریق

مانند دتکتورهای دودی نقطه‌ای، بیم دتکتور دودی اعلام حریق برای کاربردهای فضای باز نامناسب هستند. شرایط محیطی مانند دماهای بسیار بالا یا پایین، باران، برف، یخ، مه و شبنم می‌توانند با عملکرد صحیح دتکتور تداخل داشته باشند. شرایط محیط بیرونی رفتار دود را غیرقابل پیش‌بینی می‌سازد.

اگرچه بیم دتکتور دودی اعلام حریق و دتکتورهای دودی نقطه‌ای تحت استانداردهای یکسان UL و NFPA قرار دارند، الزامات این استانداردها متفاوت است زیرا اصل عملکرد آن‌ها با یکدیگر فرق دارد. مهم است که طراح این تفاوت‌ها را درک کرده و هنگام انتخاب و به‌کارگیری دتکتورهای دود در سیستم‌های اعلام حریق به‌طور کامل در نظر بگیرد.

دتکتورهای دودی نقطه‌ای حداکثر پوششی معادل ۹۰۰ فوت مربع یا ۳۰×۳۰ فوت دارند. حداکثر فاصله بین دتکتورها ۴۱ فوت است زمانی که عرض ناحیه تحت حفاظت از ۱۰ فوت تجاوز نکند، مانند یک راهرو.

بیم دتکتور دودی اعلام حریق به طور معمول دارای حداکثر برد ۳۳۰ فوت و حداکثر فاصله بین دتکتورها ۶۰ فوت است. این به بیم دتکتور دودی اعلام حریق پوشش نظری معادل ۱۹,۸۰۰ فوت مربع می‌دهد. توصیه‌های سازنده و عوامل دیگر مانند هندسه اتاق می‌توانند باعث کاهش عملی این پوشش حداکثری شوند. حتی با وجود این کاهش‌ها، بیم دتکتور دودی اعلام حریق می‌تواند ناحیه‌ای را پوشش دهد که نیازمند چندین دتکتور نقطه‌ای خواهد بود. تعداد کمتر دستگاه‌ها به معنای هزینه نصب و نگهداری پایین‌تر است.

ارتفاع سقف در بیم دتکتور دودی اعلام حریق

حساسیت پاسخ دتکتور دودی نقطه‌ای معمولاً با افزایش فاصله آن از آتش کاهش می‌یابد. هنگامی که ارتفاع سقف بیش از ۱۶ فوت باشد، طراح باید در نظر بگیرد که آیا فاصله‌گذاری دتکتورهای نقطه‌ای باید کاهش یابد یا خیر. این موضوع الزاماً در مورد بیم دتکتور دودی اعلام حریق صدق نمی‌کند، چرا که آن‌ها برای کاربردهای با سقف‌های بلند ایده‌آل هستند. برخی سازندگان اجازه افزایش پوشش با افزایش ارتفاع سقف را می‌دهند. این امر به دلیل رفتار مورد انتظار ستون دود است.

اگرچه همه آتش‌ها از پایین‌ترین نقاط خطر یا نزدیک سطح زمین شروع نمی‌شوند، این یک سناریوی معمولی آتش است. در چنین حالتی دود تولیدشده توسط آتش به سمت سقف بالا می‌رود. معمولاً ستون دود هنگام حرکت از نقطه آغاز به سمت بالا شروع به گسترش می‌کند و یک میدان دود به شکل مخروط وارونه تشکیل می‌دهد. چگالی این میدان دود می‌تواند تحت تأثیر نرخ رشد آتش قرار گیرد. آتش‌های سریع تمایل دارند چگالی یکنواخت‌تری در سراسر میدان دود تولید کنند در حالی که در آتش‌های کندتر ممکن است در بخش‌های بالاتر میدان دود رقیق‌سازی رخ دهد.

در برخی کاربردها، به‌ویژه در مکان‌هایی با سقف‌های بلند، بیم دتکتور دودی اعلام حریق ممکن است نسبت به آتش‌های آهسته یا دودزا پاسخ‌دهی بیشتری داشته باشد زیرا پرتو از میان کل میدان دود عبور می‌کند. دتکتورهای نقطه‌ای تنها می‌توانند دود را در نقطه خود نمونه‌برداری کنند. دودی که وارد محفظه آن‌ها می‌شود ممکن است به زیر آستانه هشدار (سطح دود موردنیاز برای آلارم) رقیق شده باشد.

محدودیت اصلی بیم دتکتور دودی اعلام حریق این است که یک دستگاه خط دید است و بنابراین در معرض تداخل ناشی از هر جسم یا فردی قرار دارد که ممکن است وارد مسیر پرتو شود. این موضوع استفاده از آن را در بیشتر فضاهای اشغال‌شده با سقف‌های معمولی غیرعملی می‌سازد.

با این حال، بسیاری از تأسیسات دارای فضاهایی هستند که بیم دتکتور دودی اعلام حریق نه تنها قابل قبول، بلکه دتکتور منتخب محسوب می‌شود. فضاهایی با سقف‌های بلند مانند آتریوم‌ها، لابی‌ها، سالن‌های ورزشی، ورزشگاه‌ها، موزه‌ها، شبستان کلیساها، همچنین کارخانه‌ها و انبارها می‌توانند گزینه‌های مناسبی برای بیم دتکتور دودی اعلام حریق باشند. بسیاری از این کاربردها مشکلات ویژه‌ای را برای نصب دتکتورهای نقطه‌ای و مشکلات بیشتری را برای نگهداری صحیح آن‌ها ایجاد می‌کنند. استفاده از بیم دتکتور دودی اعلام حریق در بسیاری از این فضاها می‌تواند این مشکلات را کاهش دهد زیرا به دستگاه‌های کمتری نیاز خواهد بود و این دستگاه‌ها می‌توانند روی دیوارها نصب شوند که دسترسی به آن‌ها آسان‌تر از سقف‌ها است.

تاثیر سرعت بالای جریان هوا بر عملکرد بیم دتکتور دودی اعلام حریق

مناطق با حرکت زیاد هوا یک مشکل خاص برای تشخیص دود توسط هر دو نوع دتکتور دودی نقطه‌ای و بیم دتکتور دودی اعلام حریق ایجاد می‌کنند، زیرا انتشار دود که تحت شرایط عادی اتفاق می‌افتد ممکن است رخ ندهد. سرعت بالای هوا ممکن است دود را از محفظه آشکارسازی دتکتور دودی نقطه‌ای خارج کند. باید به عملکرد دتکتور دودی نقطه‌ای در مکان‌هایی که سرعت هوا بیش از ۳۰۰ فوت در دقیقه (fpm) است یا زمانی که تغییرات هوا در ناحیه تحت حفاظت بیش از ۷.۵ بار در ساعت است توجه ویژه‌ای شود. (رجوع شود به NFPA 72-1999, 2-3.6.6.3)

بیم دتکتور دودی اعلام حریق برای پایداری در جریان‌های هوای زیاد به منظور درج در فهرست آزمایش نمی‌شود، زیرا حرکت زیاد هوا تأثیر زیادی بر بیم دتکتور دودی اعلام حریق ندارد. محدوده آشکارسازی بیم دتکتور دودی اعلام حریق می‌تواند به اندازه یک زمین فوتبال باشد (برد حداکثری بیم معمولاً ۳۳۰ فوت است) نه یک یا دو اینچ مانند محفظه آشکارسازی دتکتور نقطه‌ای. بنابراین احتمال اینکه دود از محدوده آشکارسازی بیم دتکتور دودی اعلام حریق خارج شود بسیار کمتر است. هرچند کاهش فاصله‌گذاری در مناطق با جریان هوای زیاد الزامی نیست، اما باید به رفتار مورد انتظار دود در این کاربردها توجه شود.

استراتیفیکیشن در بیم دتکتور دودی اعلام حریق

استراتیفیکیشن زمانی رخ می‌دهد که دود ناشی از سوختن یا مواد در حال سوختن توسط حرارت گرم شده و از هوای خنک اطراف رقیق‌تر می‌شود. دود تا زمانی بالا می‌رود که دیگر تفاوت دمایی بین دود و هوای اطراف وجود نداشته باشد. (رجوع شود به NFPA 72-1999, A-2-3.6.1.4) بنابراین، استراتیفیکیشن ممکن است در مناطقی که دمای هوا در سطح سقف بالا است رخ دهد، به‌ویژه در مکان‌هایی که تهویه وجود ندارد. بر روی سقف‌های صاف (جایی که تیرها یا بیم‌ها کمتر از ۴ اینچ عمق دارند) بیم دتکتور دودی اعلام حریق معمولاً یک فوت پایین‌تر از سقف‌هایی تا ارتفاع ۳۰ فوت و ۱.۵ فوت پایین‌تر از سقف‌هایی تا ارتفاع ۶۰ فوت نصب می‌شود. این موقعیت‌یابی به جبران احتمال استراتیفیکیشن کمک می‌کند.

محیط‌های نامساعد برای نصب بیم دتکتور دودی اعلام حریق

یکی از محدودیت‌های اصلی دتکتورهای دودی نقطه‌ای ناتوانی آن‌ها در دوام آوردن در محیط‌های نامساعد مانند دماهای بسیار بالا یا پایین، آلودگی، رطوبت و گازهای خورنده است. بیم دتکتور دودی اعلام حریق نیز ممکن است در معرض برخی از این عوامل تضعیف‌کننده قرار گیرد. از آنجا که بیم دتکتور دودی اعلام حریق می‌تواند در برخی کاربردها پشت پنجره‌های شیشه‌ای شفاف و خارج از محیط خطر نصب شود، می‌تواند بر این اثرات غلبه کند. با این حال، پنجره‌ها باید تمیز و عاری از هرگونه مانع نگه داشته شوند. این ویژگی همچنین می‌تواند اجازه دهد از آن‌ها در کاربردهایی که حفاظت در برابر انفجار موردنیاز است استفاده شود.

اصطبل‌ها و مکان‌های نگهداری دام یا تجهیزات نمونه‌های خوبی هستند که در آن‌ها هشدار زودهنگام موردنیاز است، اما دتکتورهای دودی نقطه‌ای به دلیل دماهای متغیر و شرایط پرگردوغبار و آلوده مناسب نیستند. بیم دتکتور دودی اعلام حریق می‌تواند جایگزین مناسبی باشد، زیرا اپتیک آن‌ها می‌تواند پشت پنجره‌هایی قرار گیرد که به راحتی و به صورت منظم تمیز می‌شوند. آن‌ها همچنین ممکن است محدوده دمای کاری بسیار وسیع‌تری نسبت به دتکتورهای دودی نقطه‌ای داشته باشند.

عوامل بسیاری بر عملکرد انواع دتکتورهای دود تأثیر می‌گذارند. نوع و مقدار مواد قابل‌احتراق، نرخ رشد آتش، نزدیکی دتکتور به آتش و عوامل تهویه همگی ملاحظات مهمی هستند. بیم دتکتور دودی اعلام حریق لیست شده توسط UL با استفاده از استاندارد 268 «دتکتورهای دود برای سیستم‌های اعلام حریق حفاظتی» آزمایش می‌شوند و باید مطابق با NFPA 72، کد ملی اعلام حریق نصب و نگهداری گردند.

حساسیت (Sensitivity) بیم دتکتور دودی اعلام حریق

هر تولیدکننده الزام می‌کند که حساسیت دتکتور بر اساس طول بیم در هر کاربرد تنظیم شود. دتکتور باید در محدوده حداقل و حداکثر طول بیم تعیین‌شده در دستورالعمل‌های سازنده نصب گردد؛ این مقادیر محدود به الزامات لیستینگ UL هستند.

مکان و فاصله‌گذاری (Location and Spacing) بیم دتکتور دودی اعلام حریق

استاندارد NFPA 72 مرجع اصلی در تعیین مکان و فاصله‌گذاری دتکتورها است. برخی معیارهای طراحی طبق این استاندارد:

• «برای مکان و فاصله‌گذاری بیم دتکتورهای دودی، باید دستورالعمل‌های نصب سازنده دنبال شود.»
  (NFPA 72-1999, 2-3.4.5.2)
• «بیم دتکتورهای دودی باید طوری نصب شوند که بیم آن‌ها موازی با سقف باشد و طبق دستورالعمل‌های مستند سازنده قرار گیرند. در مکان‌یابی دتکتورها باید اثرات استراتیفیکیشن نیز در نظر گرفته شود.»
  (NFPA 72-1999, 2-3.4.4)
• «استثنا: بیم‌ها می‌توانند به صورت عمودی یا در هر زاویه‌ای که برای حفاظت از خطر مورد نظر لازم باشد نصب شوند (مانند بیم عمودی در چاهک باز یک راه‌پله).»
  (NFPA 72-1999, 2-3.4.4)
• در سازه‌های دارای تیر یا بیم صلب (با عمق کمتر از ۱ فوت و ارتفاع سقف حداکثر ۱۲ فوت)، در صورتی که بیم عمود بر تیرها نصب شود، کاهش فاصله‌گذاری الزامی نیست. (NFPA 72-1999, 2-3.4.6.1)
• «برای تیرهایی با عمق بیش از ۱ فوت یا سقف‌هایی بالاتر از ۱۲ فوت، دتکتورها باید در هر جیب تیر نصب شوند.»
  (NFPA 72-1999, 2-3.4.6.1)

نصب  بیم دتکتور دودی اعلام حریق

بیم دتکتور دودی باید روی سطوح ثابت و پایدار نصب شود تا از حرکت و در نتیجه خارج شدن از هم‌ترازی جلوگیری گردد.

از آنجا که بیم دتکتور دودی دستگاهی line-of-sight است و در صورت از دست رفتن ناگهانی یا کامل سیگنال وارد حالت خطا می‌شود، باید اطمینان حاصل کرد که هیچ مانع کدر در مسیر بیم وجود نداشته باشد. (NFPA 72-1999, 2-3.6.3)

این الزام می‌تواند کاربرد بیم دتکتور دودی را در محیط‌هایی مانند کارخانه‌ها (با وجود جرثقیل‌های سقفی) یا انبارها (با لیفتراک‌های مرتفع) غیرعملی کند. این موضوع همچنین در فضاهای اشغال‌شده با سقف‌های معمولی باید مورد توجه قرار گیرد.

فاصله‌گذاری روی سقف صاف  در بیم دتکتور دودی اعلام حریق

• حداکثر فاصله بین بیم‌ها: ۶۰ فوت (۱۸.۳ متر)
• حداکثر فاصله بیم تا دیوار جانبی موازی با مسیر بیم: نصف فاصله بالا

با این حال، بسته به ارتفاع سقف، ویژگی‌های جریان هوا و نیاز به سرعت واکنش، فاصله‌گذاری می‌تواند تغییر کند.

در برخی موارد، پروژکتور بیم روی یک دیوار انتهایی و گیرنده روی دیوار مقابل نصب می‌شود. همچنین می‌توان هر دو دستگاه را از سقف آویزان کرد، به شرطی که فاصله آن‌ها از دیوار انتهایی حداکثر یک‌چهارم فاصله انتخابی باشد. (NFPA 72-1999, A-2-3.4.5.2)

توجه: دود تولیدشده در پشت فرستنده یا گیرنده تا زمانی که وارد مسیر بیم نشود، قابل آشکارسازی نیست. بنابراین باید این فاصله به حداقل ممکن کاهش یابد.

سایر ملاحظات طراحی بیم دتکتور دودی اعلام حریق

• اگرچه فاصله ۶۰ فوت طبق NFPA مجاز است، دستورالعمل‌های سازنده ممکن است محدودیت‌های بیشتری اعمال کنند.
• در کاربردهایی که نیاز به واکنش سریع به‌دلیل ایمنی جانی یا ارزش بالای دارایی‌ها وجود دارد، فاصله‌گذاری باید کاهش یابد.
• در آتریوم‌های مرتفع (مثلاً هتل‌ها)، ممکن است نیاز به نصب دتکتورهای اضافی در ارتفاعات پایین‌تر باشد.
• در نصب چند بیم موازی، فاصله آن‌ها باید به‌گونه‌ای باشد که گیرنده یک دتکتور، منبع نور دتکتور دیگر را نبیند.
• در صورت نصب بیم‌ها با زاویه، باید دقت شود که هر گیرنده تنها نور فرستنده خودش را دریافت کند.
• برخی سازندگان امکان استفاده از آینه برای تغییر مسیر بیم را فراهم می‌کنند. در این حالت ممکن است طول برد بیم محدودتر شود. نصب آینه باید طبق دستورالعمل سازنده باشد و توجه ویژه به پایداری مکان نصب آن‌ها صورت گیرد.
• فرستنده و گیرنده بیم دتکتور دودی می‌توانند پشت شیشه شفاف نصب شوند (با کاهش حدود ۱۰٪ در برد مؤثر برای هر شیشه). استفاده از پلاستیک توصیه نمی‌شود.

در نتیجه: اگرچه بیم دتکتور دودی برای همه کاربردها مناسب نیست، اما در بسیاری از فضاها که دتکتور نقطه‌ای کارایی ندارد، می‌تواند انتخابی ایده‌آل باشد. شناخت دقیق توانایی‌ها و محدودیت‌های همه انواع دتکتور دودی برای طراحی صحیح سیستم اعلام حریق خودکار حیاتی است.

2. گاز چیست؟

2-1. ترکیب هوا

هوا تقریباً از 78٪ نیتروژن، 21٪ اکسیژن و 1٪ گازهای دیگر (مانند آرگون و دی‌اکسید کربن) تشکیل شده است. نیتروژن، که بزرگ‌ترین جزء هواست، پایه‌ی پروتئین‌های ساخته‌شده از اسیدهای آمینه را تشکیل می‌دهد و در بسیاری از موجودات زنده یافت می‌شود. نیتروژن برای تقریباً تمام حیات روی این سیاره ضروری است. با این حال، نیتروژن مستقیماً از هوا به بدن جذب نمی‌شود. نیتروژنی که ما استنشاق می‌کنیم، صرفاً هنگام بازدم خارج می‌شود. اکسیژن، که برای حیات ضروری است و مستقیماً به بدن ما جذب می‌شود، 21٪ از هوا را تشکیل می‌دهد. دی‌اکسید کربن، که برای فتوسنتز گیاهان حیاتی است، کمتر از 1٪ است. جانوران اکسیژن جذب می‌کنند و دی‌اکسید کربن دفع می‌کنند و گیاهان دی‌اکسید کربن جذب می‌کنند و اکسیژن دفع می‌کنند، که این امر تعادل ثابتی در ترکیب کلی هوا و فرآیندهای حیاتی روی این سیاره حفظ می‌کند.

2-2. خطرات گاز

به طور کلی، خطرات گاز به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند:

 

گازهای قابل اشتعال

گازهایی که در صورت ترکیب با هوا، محدوده انفجاری (محدوده اشتعال) دارند.

بر اساس سیستم جهانی هماهنگ طبقه‌بندی و برچسب‌گذاری مواد شیمیایی (GHS*)، این مواد در حالت گازی در فشار استاندارد اتمسفر (101.3 کیلوپاسکال) و دمای 20 درجه سانتی‌گراد تعریف می‌شوند.

* GHS: سیستم جهانی هماهنگ طبقه‌بندی و برچسب‌گذاری مواد شیمیایی

 

گازهای سمی

گازهایی که عملکرد بیولوژیکی انسان را مختل می‌کنند.

گازهای سمی بر اساس مقادیر آستانه‌ای تنظیم می‌شوند که برای محافظت از اثرات مضر سلامتی کارگرانی که در محل کار روزانه 8 ساعت و هفته‌ای 40 ساعت در معرض این مواد قرار می‌گیرند، تعیین شده‌اند.

 

کمبود اکسیژن

بدن انسان می‌تواند در غلظت اکسیژن جو حدود 21% به طور طبیعی عمل کند.

اگر اکسیژن مصرف شود و غلظت آن کاهش یابد (مثلاً در اثر اکسیداسیون فلزات یا فعالیت میکروارگانیسم‌ها) یا اگر اکسیژن توسط گازهای دیگر (مانند N₂ و Ar) جایگزین شود، اثرات آن بر بدن انسان زمانی آشکار می‌شود که غلظت اکسیژن به زیر حدود 18% برسد. در غلظت‌های 6% تا 8% خطر مرگ وجود دارد.

3. خطرات گازهای قابل اشتعال

3-1. سه عنصر لازم برای احتراق

 

احتراق به طور کلی به واکنش اکسیداسیونی گفته می‌شود (که در آن مواد با اکسیژن ترکیب می‌شوند) که همراه با تولید گرما و نور است.

ماده سوختنی

گاز حامی احتراق

منبع اشتعال

در صورت نبود هر یک از این عناصر، احتراق امکان‌پذیر نیست. برای جلوگیری از احتراق گاز، ضروری است که غلظت گاز را زیر حدی که بتواند مشتعل شود تنظیم و حفظ کرد (با فرض وجود گاز حامی احتراق و منبع اشتعال).

3-2. محدوده انفجاری

اگر یک گاز قابل اشتعال یا بخار ناشی از یک مایع قابل اشتعال با هوا یا اکسیژن مخلوط شود، در صورت وجود منبع احتراق و قرار گرفتن غلظت در محدوده خاصی، منفجر خواهد شد. این محدوده غلظت، محدوده انفجاری نامیده می‌شود. حد پایینی غلظت، حد انفجاری پایین (LEL) و حد بالایی غلظت، حد انفجاری بالا (UEL) نام دارد.

مثال: هیدروژن

حد انفجاری پایین مقداری است که به صورت تجربی تعیین می‌شود، اما نتایج به‌دست‌آمده ممکن است بسته به شرایط و روش‌های آزمایش متفاوت باشد. بنابراین احتیاط لازم است و مقادیر ذکرشده ممکن است بسته به منبع مرجع متغیر باشند.

 

رایج است که آشکارسازهای گاز، غلظت گاز را بر اساس حد انفجاری پایین پایش می‌کنند. دلیل این امر آن است که حتی اگر غلظت گاز از حد انفجاری بالا بیشتر باشد، در صورت نشت گاز به اتمسفر، گاز بلافاصله رقیق شده و پخش می‌شود و غلظت آن به محدوده انفجاری می‌رسد. واحد %LEL معمولاً برای بیان غلظت نسبت به حد انفجاری پایین استفاده می‌شود (100%LEL).

 

3-3. بخار قابل اشتعال

اگرچه هر دو در حالت گازی هستند، اما گاز و بخار به طور کلی به دو چیز متفاوت اشاره دارند. بخار به ماده‌ای گفته می‌شود که در دمای معمولی به حالت مایع (یا جامد) وجود دارد، اما تحت شرایط خاصی از فاز مایع به فاز گازی تبخیر می‌شود. ویژگی‌های فیزیکی زیر، که بر اساس تغییرات دما تعیین می‌شوند، مشخص می‌کنند که آیا بخار قابل اشتعال می‌تواند به یک خطر تبدیل شود یا خیر.

 

1. فشار بخار اشباع

این فشار به فشاری اشاره دارد که در آن یک ماده در دمای خاصی از مایع به گاز تبخیر می‌شود. فشار بخار معمولاً با افزایش دما بالا می‌رود. دمایی که در آن فشار برابر با فشار اتمسفر (101.3 کیلوپاسکال ≈ 760 میلی‌متر جیوه) می‌شود، نقطه جوش نامیده می‌شود. غلظت (غلظت حجمی) گازی که در دمای خاصی تبخیر می‌شود را می‌توان با محاسبه درصد فشار بخار نسبت به فشار اتمسفر تعیین کرد.

شکل بالا، منحنی‌های فشار بخار اشباع برای اتانول و آب را نشان می‌دهد. از آنجا که نقطه جوش آب ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد است، مشاهده می‌شود که منحنی فشار بخار در فشار ۱۰۱.۳ کیلوپاسکال، دمای ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد را نشان می‌دهد. به عبارت دیگر، غلظت بخار آب اشباع در این نقطه ۱۰۰ درصد حجمی است.

 

از طرف دیگر، اتانول مایعی فرّارتر از آب است (یعنی فشار بخار بالاتری دارد)، همانطور که هر کسی که قبل از تزریق در بیمارستان با اتانول ضدعفونی شده باشد، به راحتی درک می‌کند. در عمل، نقطه جوش اتانول ۷۸ درجه سانتی‌گراد است. این داده نیز نشان می‌دهد که اتانول فرّارتر از آب است.

 

می‌توانیم غلظت گاز اتانول را در دمای خاصی بر اساس فشار بخار آن دما محاسبه کنیم. به عنوان مثال، از منحنی فشار بخار اشباع می‌توان دریافت که فشار بخار اتانول در ۲۰ درجه سانتی‌گراد تقریباً ۵.۸ کیلوپاسکال است. این مقدار را می‌توان در معادله زیر قرار داد تا غلظت گاز محاسبه شود:

 

=غلظت گاز (درصد حجمی) = (فشار بخار در دمای مشخص) ÷ (فشار اتمسفر) × ۱۰۰

= ۵.۸ (kPa) ÷ ۱۰۱.۳ (kPa) × ۱۰۰

= ۵.۷ درصد حجمی

 

این محاسبه ارزش به خاطر سپردن دارد. حتی اگر منحنی فشار بخار مانند شکل بالا در دسترس نباشد، معمولاً برگه اطلاعات ایمنی (SDS) ارائه‌شده توسط تولیدکننده مواد شیمیایی، داده‌های فشار بخار را برای دماهای معمولی (۲۰ تا ۳۰ درجه سانتی‌گراد) شامل می‌شود که می‌توان از آنها برای محاسبه غلظت گاز استفاده کرد.

 

۲. نقطه اشتعال (Flash Point)

نقطه اشتعال به کمترین دمایی اشاره دارد که در آن، غلظت بخار یک ماده در هوا به حدی می‌رسد که در صورت وجود منبع احتراق، قابلیت اشتعال پیدا می‌کند. این دما را می‌توان به عنوان دمایی تفسیر کرد که در آن، غلظت بخار قابل اشتعال به حد انفجاری پایین (LEL) می‌رسد. اگر نقطه اشتعال مایعی که بخار قابل اشتعال تولید می‌کند، پایین‌تر از دمای محیطی باشد که مایع در آن استفاده می‌شود، به دلیل خطر بالای آتش‌سوزی و انفجار، احتیاط زیادی در ارزیابی خطر اشتعال لازم است.

 

۳. نقطه خودسوزی (Ignition Point)

این دما به کمترین دمایی اشاره دارد که یک ماده قابل اشتعال در هوا، به دلیل افزایش دمای خود ماده (و نه تماس موضعی با یک جسم داغ مانند جرقه الکتریکی، شعله یا سیم فلزی گداخته) به صورت خودبه‌خود مشتعل می‌شود. تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی ضد انفجار باید دستگاه‌ها را به گونه‌ای طراحی و تولید کنند که دمای سطحی تجهیزات که احتمال تماس با گاز یا بخار قابل اشتعال را دارد، از نقطه خودسوزی گاز یا بخار مربوطه تجاوز نکند.

۴-۱. خطرات گازهای سمی

گازهای مورد استفاده یا تولیدشده به عنوان گازهای فرآیندی در صنایع مختلف، شامل گازهای سمی هستند که حتی در غلظت‌های بسیار کم می‌توانند آسیب‌های جدی به سلامت انسان وارد کنند یا حتی منجر به مرگ شوند.

 

برخی گازها مانند **سولفید هیدروژن (H₂S)** و **آمونیاک (NH₃)** بوی مشخصی دارند که انسان می‌تواند حضور آن‌ها را تشخیص دهد. با این حال، حس بویایی انسان قادر نیست تعیین کند که آیا غلظت این گازها به سطوح خطرناک رسیده است یا خیر (به عنوان مثال، حد آستانه مجاز مواجهه شغلی برای H₂S موسوم به **TLV-TWA: 1 ppm** طبق استاندارد ACGIH 2018).

 

**۱ ppm** معادل غلظتی است که با اضافه کردن تنها **یک قطره (۱ میلی‌لیتر = ۱ گرم یا ۱ سی‌سی)** از یک مایع سمی به یک مخزن بزرگ **۱۰۰۰ لیتری (۱ تن یا ۱ مترمکعب)** آب و مخلوط کردن کامل آن به دست می‌آید. فرض کنید این یک قطره (۱ ppm) سس سویا باشد. نه تنها تشخیص آن پس از مخلوط شدن به صورت بصری غیرممکن است، بلکه حتی با چشیدن نیز قابل تشخیص نخواهد بود. هرچند گازها با مایعات متفاوت هستند، بسیاری از گازهای سمی هم **بی‌رنگ** و هم **بی‌بو** هستند.

 

یک نمونه از چنین گاز سمی، **مونوکسید کربن (CO)** است که گازی بالقوه کشنده بوده و می‌تواند در اثر احتراق ناقص بخاری‌های گازی در منازل تولید شود. این گاز گاهی اوقات به عنوان **قاتل خاموش** شناخته می‌شود، زیرا می‌تواند بدون آنکه تشخیص داده شود، باعث مسمومیت یا مرگ شود.

### **۵-۱. خطرات کمبود اکسیژن**

 

اکسیژن ماده‌ای ضروری برای حفظ عملکرد بیولوژیکی انسان است. **کمبود اکسیژن (هیپوکسی)** تأثیرات جدی بر بدن، به‌ویژه مغز، می‌گذارد و وضعیتی بسیار خطرناک با نرخ مرگ‌ومیر بالا در محیط‌های کاری محسوب می‌شود.

بررسی حوادث صنعتی مرتبط با کمبود اکسیژن در ژاپن نشان می‌دهد که بیشتر این موارد در بخش‌های **تولیدی و ساختمانی** رخ داده و سالانه منجر به تلفات متعددی می‌شود.

 

**طبق آیین‌نامه پیشگیری از کمبود اکسیژن در قانون ایمنی و بهداشت صنعتی ژاپن:**

– **شرایط کمبود اکسیژن** زمانی است که غلظت اکسیژن در هوا کمتر از ۱۸٪ باشد.

– از دتکتورهای گاز برای اطمینان از حفظ غلظت اکسیژن بالاتر از ۱۸٪ استفاده می‌شود.

 

### **علائم کمبود اکسیژن:**

– **۱۸٪ – ۱۶٪ اکسیژن:** افزایش تنفس، ضربان قلب سریع‌تر، اختلال در قضاوت و هماهنگی حرکتی.

– **۱۶٪ – ۱۲٪ اکسیژن:** تنفس سنگین، گیجی، سردرد، خواب‌آلودگی، کاهش قدرت تفکر و حرکت.

– **۱۲٪ – ۱۰٪ اکسیژن:** حالت تهوع، استفراغ، بیهوشی جزئی، کبودی لب‌ها و پوست.

– **زیر ۱۰٪ اکسیژن:** بیهوشی، تشنج، آسیب مغزی، ایست تنفسی و مرگ در مدت‌زمان کوتاه.

 

**هشدار:** در محیط‌های بسته یا فضاهای محدود (مانند مخازن، تونل‌ها، چاه‌ها) احتمال کاهش اکسیژن به‌دلیل واکنش‌های شیمیایی، جابجایی با گازهای دیگر یا مصرف اکسیژن وجود دارد. نظارت مستمر با دستگاه‌های سنجش اکسیژن و استفاده از تجهیزات تنفسی مناسب الزامی است.**

البته، در ادامه ترجمه‌ی دقیق و روان متن موردنظر بدون هیچگونه افزودنی ارائه شده است:

 

5-2. سه علت اصلی کمبود اکسیژن

1. مصرف اکسیژن موجود در هوا
   علل اصلی مصرف اکسیژن:
   اکسیداسیون آهن و فلزات دیگر (ماسه آهن، لوله‌های فلزی، مخازن فلزی)،
   اکسیداسیون رنگ، مصرف زیستی اکسیژن (تنفس انسان‌ها و میکروارگانیسم‌ها)
2. تخلیه یا ورود هوای کم‌اکسیژن
   هوای کم‌اکسیژن که به دلایل مختلفی ایجاد می‌شود، در صورتی که به‌دلیل شرایط کاری، روش‌های ساخت‌وساز یا شرایط آب‌وهوایی، تخلیه یا وارد مکان‌هایی با کمبود اکسیژن شود، می‌تواند موجب بی‌اکسیژنی گردد.
3. تولید متان یا ورود گاز بی‌اثر
   کمبود اکسیژن می‌تواند ناشی از انتشار متان (که در طبیعت وجود دارد) یا نشت گازهای بی‌اثر (مانند نیتروژن، دی‌اکسید کربن، آرگون) از مخازن یا لوله‌ها در صنایع تولیدی باشد.

 

5-3. اکسیژن بیش‌ازحد
اگرچه اکسیژن برای عملکرد زیستی انسان ضروری است، اما قرارگیری مداوم در معرض غلظت‌ها یا فشارهای جزئی بالای اکسیژن می‌تواند منجر به مسمومیت با اکسیژن شود.
مسمومیت با اکسیژن باعث تشنج عمومی و از دست دادن هوشیاری می‌شود و در بدترین حالت، منجر به مرگ می‌گردد.
در محیط‌هایی که امکان بروز اکسیژن بیش‌ازحد وجود دارد، باید غلظت گازها نه‌فقط برای کمبود اکسیژن (کمتر از ۱۸٪)، بلکه برای جلوگیری از غلظت‌های بیش‌ازحد نیز پایش شود.

البته، در ادامه ترجمه‌ی دقیق و روان متن خواسته‌شده بدون هیچ‌گونه افزودنی آورده شده است:

 

مناطق معمولی که نیاز به تشخیص گاز دارند
6-1. بازار دستگاه‌های گازسنج
بازار دستگاه‌های گازسنج شامل تمامی بازارهایی است که در آن‌ها از گاز استفاده می‌شود.

1. آزمایشگاه‌ها، دانشگاه‌ها، بیمارستان‌ها
   مراکز تحقیقاتی که از طیف گسترده‌ای از گازها، از جمله گازهای قابل اشتعال و سمی استفاده می‌کنند، تدابیری برای ایمنی کارکنان تحقیقاتی اتخاذ می‌کنند؛ مانند تشخیص سریع نشت گاز از طریق پایش محیط با استفاده از گازسنج‌های ثابت شرکت Riken Keiki.
   علاوه بر گازسنج‌ها، سیستم‌های تحلیلی که قادر به انجام هم‌زمان تحلیل پراش اشعه ایکس (XRD) و فلورسانس اشعه ایکس (XRF) در محل هستند نیز برای کاربردهایی مانند تحقیقات روی آثار فرهنگی غیرقابل‌انتقال مورد استفاده قرار می‌گیرند.
2. صنعت الکترونیک
   کارخانه‌های تولید نیمه‌رساناها و پنل‌های LCD از گازهایی موسوم به گازهای مواد ویژه (گازهای بسیار سمی و قابل اشتعال) مانند سیلان، آرسین و فسفین استفاده می‌کنند.
   در مورد این گازها، نشت در غلظت‌های بسیار پایین (چند ppm تا چند ده ppm) نیز غیرقابل‌قبول است.
   کارخانه‌های تولید نیمه‌رساناها و پنل‌های LCD ممکن است صدها تا هزاران دستگاه گازسنج Riken Keiki برای محافظت از کارکنان در برابر نشت گاز نصب کرده باشند.
   این دستگاه‌ها مجهز به حسگرهای روش الکترولیز پتانسیواستاتیکی هستند که قادر به تشخیص نشت گاز در حد چند ppm می‌باشند.

 

3. صنعت فولاد
   گازهایی که به‌عنوان محصولات جانبی در فرآیندهای تولید فولاد (گاز کک، گاز کوره بلند، گاز مبدل) تولید می‌شوند، دارای مقادیر زیادی هیدروژن و مونوکسید کربن هستند.
   این گازها به‌عنوان سوخت برای تولید برق در کارخانه‌های فولاد مجدداً مورد استفاده قرار می‌گیرند.
   گازسنج‌های قابل‌حمل Riken Keiki کارکنان داخل کارخانه‌های فولاد را در برابر خطرات انفجار و مسمومیت محافظت می‌کنند.

 

4. صنعت پالایش نفت و پتروشیمی
   صنعت پالایش نفت و پتروشیمی در فرآیندهای تولید خود با طیف گسترده‌ای از گازهای قابل اشتعال و سمی سروکار دارد.
   گازسنج‌های ثابت و قابل‌حمل Riken Keiki در کاربردهایی مانند تشخیص نشت گازهای سمی و قابل اشتعال از تجهیزات و لوله‌ها، مدیریت فرآیند و اندازه‌گیری محیط کار مورد استفاده قرار می‌گیرند.
   پایشگرهای ثابت گازهای سمی برای مدیریت گازهای سمی در مرزهای کارخانه نیز به‌طور فزاینده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند
5. مناطق آتشفشانی و چشمه‌های آب گرم
   گازهای آتشفشانی در نزدیکی دهانه‌های آتشفشان و در مناطقی که چشمه‌های آب گرم تخلیه می‌شوند، تولید می‌گردند.
   این گازهای آتشفشانی حاوی گازهای سمی مانند دی‌اکسید گوگرد و سولفید هیدروژن هستند که در صورت استنشاق برای انسان مضرند.
   غلظت این گازها به‌طور مداوم به‌دلیل فعالیت‌های آتشفشانی و عوامل دیگر تغییر می‌کند.
   دستگاه‌های گازسنج تخصصی برای پایش شبانه‌روزی غلظت دی‌اکسید گوگرد و سولفید هیدروژن به کار می‌روند تا از کارکنان و گردشگران محافظت شود.

 

6. صنعت مواد غذایی
   در صنعت مواد غذایی، نیتروژن و دی‌اکسید کربن در فرآیند بسته‌بندی برای جلوگیری از اکسید شدن غذا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
   از آنجا که این گازها خفه‌کننده هستند، گازسنج‌های اکسیژن تخصصی در کارخانه‌های مواد غذایی نصب می‌شوند تا از کارکنان در برابر بی‌اکسیژنی محافظت کنند.

 

7. صنعت ساخت‌وساز
   کار در حفاری‌های زیرزمینی برای ساخت تونل‌ها و همچنین کار درون منهول‌ها می‌تواند کارکنان را در معرض تولید سولفید هیدروژن و شرایط کمبود اکسیژن قرار دهد؛ این وضعیت ناشی از باکتری‌های مصرف‌کننده اکسیژن موجود در لایه‌های زیرزمینی است.
   گازسنج‌های قابل‌حمل اکسیژن و سولفید هیدروژن از کارکنان در برابر خطرات ناشی از کمبود اکسیژن و مسمومیت با سولفید هیدروژن محافظت می‌کنند.
8. آتش‌نشانی و امداد و نجات
   صحنه‌های آتش‌سوزی و حوادث، کارکنان را در معرض خطرات مختلفی قرار می‌دهند؛ از جمله انفجار ناشی از گازهای قابل اشتعال، کمبود اکسیژن، مسمومیت با مونوکسید کربن در اثر احتراق ناقص، و گازهای سمی مانند سولفید هیدروژن.
   گازسنج‌های شخصی چهارگازه برای پایش هم‌زمان چهار گاز مختلف استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها برای موقعیت‌هایی که نوع دقیق گازهای خطرناک ناشناخته است، بسیار مناسب هستند.

 

9. حمل‌ونقل دریایی و کشتی‌سازی
   کشتی‌هایی که مقادیر زیادی نفت خام، LNG یا LPG حمل می‌کنند، با خطر نشت گازهای قابل اشتعال از مخازن بار مواجه هستند.
   گازسنج‌های ثابت تخصصی برای پایش نشت گاز در این کشتی‌ها به‌کار می‌روند. این دستگاه‌ها امکان شناسایی سریع نشت‌ها را فراهم کرده و از وقوع انفجار و آلودگی دریایی جلوگیری می‌کنند.
   همچنین، گازسنج‌های قابل‌حمل توسط کارکنان در حین انجام عملیات ساخت‌وساز پوشیده می‌شوند تا آن‌ها را در برابر کمبود خطرناک اکسیژن و مسمومیت با گازهای سمی محافظت کنند.

 

10. هوافضا
    سوخت موشک‌ها حاوی هیدروژن (گاز قابل اشتعال و بسیار انفجاری) و هیدرازین (گاز سمی برای انسان) است.
    پایش این گازها برای ایمنی کاملاً ضروری است.
    گازسنج‌های ضدانفجار در مکان‌هایی که خطر انفجار بالا وجود دارد، مانند مناطقی که سوخت موشک با آن‌ها سروکار دارد، برای اطمینان از ایمنی استفاده می‌شوند.

فناوری‌های تشخیص گاز
7-1. فناوری‌های حسگر گاز
برای مواجهه با محیط‌ها و انواع گازهای متنوع در طیف گسترده‌ای از صنایع، فناوری‌های مختلف حسگر گاز توسعه یافته‌اند.
در این بخش، ۱۳ نوع از رایج‌ترین فناوری‌هایی که معمولاً در صنعت استفاده می‌شوند معرفی می‌گردند:

1. روش احتراق کاتالیستی
2. روش جدید کاتالیستی سرامیکی
3. روش نیمه‌رسانا
4. روش نیمه‌رسانای سیم داغ
5. روش رسانش گرمایی
6. روش الکترولیز پتانسیواستاتیکی
7. روش الکترود با غشای جداکننده
8. روش سلول گالوانیکی با غشای نفوذپذیر
9. روش مادون قرمز غیرپراکنشی (NDIR)
10. روش تداخل‌سنجی
11. روش نوار شیمیایی
12. آشکارساز یونش نوری (PID)
13. روش آشکارسازی ذرات ناشی از پیرولیز

7-2. روش احتراق کاتالیستی

1. توضیح مختصر

این حسگر بر پایه گرمای تولیدشده از سوزاندن گاز قابل اشتعال روی کاتالیست اکسیداسیون، گاز را شناسایی می‌کند. این حسگر رایج‌ترین حسگر گاز است که به‌طور خاص برای گازهای قابل اشتعال طراحی شده است.

2. ساختار و اصول عملکرد

[ساختار]
این حسگر از یک المان آشکارساز و یک المان جبرانی تشکیل شده است.
المان آشکارساز شامل سیم پیچ فلز گران‌بها (مانند پلاتین) و کاتالیست اکسیدکننده – ماده‌ای فعال در برابر گاز قابل اشتعال – است که همراه با یک پایه آلومینا روی سیم پخته (سینتر) شده‌اند. این المان در واکنش با هر گاز قابل شناسایی می‌سوزد.
المان جبرانی شامل سیم پیچ فلز گران‌بها و شیشه – ماده‌ای غیرفعال در برابر گاز قابل اشتعال – است که همراه با پایه آلومینا روی سیم پخته شده‌اند. این المان اثرات محیط را تصحیح می‌کند.

[اصول عملکرد]
سیم پیچ فلز گران‌بها، المان آشکارساز را تا دمای ۳۰۰ تا ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند. سپس گاز قابل اشتعال روی سطح المان آشکارساز می‌سوزد و دمای آن افزایش می‌یابد.
با تغییر دما، مقاومت سیم پیچ فلز گران‌بها – که بخشی از المان است – تغییر می‌کند. این تغییر مقاومت تقریباً متناسب با غلظت گاز است.
مدار پل نشان‌داده‌شده در شکل سمت راست به حسگر اجازه می‌دهد تغییر مقاومت را به ولتاژ تبدیل کرده و از آن برای تعیین غلظت گاز استفاده کند.

حسگر ثابت –
دسته: حالت جامد
گاز قابل شناسایی: گازهای قابل اشتعال

 

 

ویژگی‌ها

O ویژگی‌های خروجی:
سیم پیچ فلز گران‌بها که منبع حرارت است، ضریب مقاومت وابسته به دما را به‌صورت خطی تغییر می‌دهد.
در محدوده غلظت کمتر از حد انفجار (LEL)، واکنش احتراقی متناسب با غلظت گاز است.
در این محدوده، خروجی حسگر به‌آرامی متناسب با تغییرات غلظت گاز تغییر می‌کند.

پاسخ‌دهی:
گرمای احتراق تولیدشده روی سطح المان آشکارساز به سیم پیچ فلز گران‌بها منتقل شده و مقاومت مدار پل را تغییر می‌دهد و سپس به سیگنال تبدیل می‌گردد.

با نرخ واکنش بالا، این حسگر در پاسخ‌دهی، دقت و قابلیت تکرار عملکرد بسیار خوبی دارد.

O ویژگی‌های دما و رطوبت:
مواد به‌کاررفته در اجزای حسگر دارای مقاومت الکتریکی بالا هستند و کمتر تحت تأثیر دما و رطوبت محیط استفاده قرار می‌گیرند، بنابراین قرائت‌ها تقریباً ثابت باقی می‌مانند.

توسعه کاتالیست:
المان آشکارساز از کاتالیستی استفاده می‌کند که واکنش احتراقی را تسهیل می‌کند.
این کاتالیست به‌طور اختصاصی برای حسگرهای گاز توسعه یافته و با بهره‌گیری از دانش فنی خاص طراحی شده است، که پایداری بلندمدت را فراهم می‌کند.

 

۷–۴. تشخیص گاز با دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

حسگر ثابت

**۱. شرح مختصر دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

این حسگر از یک نیمه‌رسانای اکسید فلزی استفاده می‌کند که مقاومت آن در تماس با گاز قابل تشخیص تغییر می‌کند. حسگر این تغییر مقاومت را به‌عنوان غلظت گاز تشخیص می‌دهد. این یک حسگر همه‌کاره است که انواع گازها از گازهای سمی تا گازهای قابل اشتعال را شناسایی می‌کند. 

 

**۲. ساختار و اصول کار دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

حسگر شامل یک سیم گرم‌کن و یک نیمه‌رسانای اکسید فلزی         تشکیل‌شده روی یک لوله آلومینا است. دو الکترود طلا        در دو انتهای لوله برای اندازه‌گیری مقاومت نیمه‌رسانا تعبیه شده‌اند

**[ساختار دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

حسگر شامل یک سیم گرم‌کن و یک نیمه‌رسانای اکسید فلزی (SnO₂) تشکیل‌شده روی یک لوله آلومینا است. دو الکترود طلا (Au) در دو انتهای لوله برای اندازه‌گیری مقاومت نیمه‌رسانا تعبیه شده‌اند. 

 

**[اصول کار دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

سیم گرم‌کن، سطح نیمه‌رسانای اکسید فلزی را تا ۴۰۰–۳۵۰°C گرم می‌کند. با جذب اکسیژن هوا روی این سطح به‌صورت O و O₂، نیمه‌رسانا مقاومت ثابتی حفظ می‌کند. سپس، گاز متان یا مشابه آن با سطح تماس یافته و جذب شیمیایی می‌شود. این گاز توسط یون‌های O اکسید شده و تجزیه می‌شود. واکنش روی سطح حسگر به‌صورت زیر است: 

 

CH₄ + ۴O⁻ → CO₂ + ۲H₂O + ۸e⁻ 

به‌طور خلاصه، گاز متان روی سطح حسگر جذب شده و اکسیژن جذب‌شده را جدا می‌کند. این امر الکترون‌های آزاد درون حسگر را افزایش داده و مقاومت را کاهش می‌دهد. حسگر با اندازه‌گیری تغییر مقاومت، غلظت گاز را تعیین می‌کند. 

 

**۳. ویژگی‌های دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا 

**ویژگی‌های خروجی دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

حسگر تغییرات مقاومت نیمه‌رسانا را تشخیص می‌دهد، یعنی حتی غلظت‌های کم (در سطح ppm) که توسط حسگرهای سرامیکی جدید قابل تشخیص نیستند را نیز شناسایی می‌کند. این حسگر برای غلظت‌های کم بسیار حساس بوده و سطح خروجی بالایی دارد. 

**تشخیص گازهای سمی در دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

از آنجا که در اصل، مقاومت با تغییر تعداد الکترون‌ها و تحرک آن‌ها تغییر می‌کند، این حسگر طیف وسیعی از گازها از جمله گازهای سمی که گرمای احتراق کمتری تولید می‌کنند را تشخیص می‌دهد. 

 

**ویژگی‌های پیری دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

حسگر در بلندمدت پایداری خود را حفظ کرده و عمر طولانی دارد. در مقایسه با حسگرهای مبتنی بر احتراق کاتالیستی، این نوع حسگر مقاومت بالایی در برابر سمیت و شرایط سخت جوی دارد. 

 

**انتخاب‌پذیری گاز در دتکتورهای گاز نیمه‌رسانا

با افزودن ناخالصی به ماده نیمه‌رسانا، اثر تداخل تغییر می‌کند. این ویژگی به حسگر اجازه می‌دهد تا برخی گازها را به‌صورت انتخابی تشخیص دهد.

 

 

 

۷-۵.تشخیص گاز از طریق روش نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

سنسور ثابت

سنسور قابل حمل نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

۱. شرح مختصر از دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

این سنسور از یک نیمه‌هادی اکسید فلزی استفاده می‌کند که مقاومت آن در تماس با گاز قابل تشخیص تغییر می‌کند. سنسور این تغییر مقاومت را به عنوان غلظت گاز تشخیص می‌دهد. این یک سنسور گاز با حساسیت بالا برای غلظت‌های کم است.

 

۲. ساختار و اصول  دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

[ساختار]

سنسور از یک المان تشخیصی تشکیل شده است که شامل یک سیم پیچ از جنس فلز گران‌بها (مثلاً پلاتین) و یک نیمه‌هادی اکسید فلزی پخته شده روی سیم پیچ است، و یک المان جبرانی که ماده‌ای غیرفعال در برابر گازهای قابل تشخیص روی آن پخته شده است.

[اصول  عملکرد دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

مقاومت (R) المان تشخیصی، ترکیبی از مقاومت (RS) نیمه‌هادی و مقاومت (RH) سیم پیچ فلز گران‌بها است. المان تشخیصی توسط سیم پیچ فلز گران‌بها تا ۳۰۰°C تا ۴۰۰°C گرم می‌شود و مقاومت ثابتی را حفظ می‌کند. سپس، گاز متان یا مشابه با المان تشخیصی تماس پیدا می‌کند و اکسیژن جذب شده روی سطح نیمه‌هادی اکسید فلزی را جدا می‌کند. این امر تعداد الکترون‌های آزاد در داخل نیمه‌هادی را افزایش داده و مقاومت نیمه‌هادی را کاهش می‌دهد. در نتیجه مقاومت کل المان تشخیصی کاهش می‌یابد. با تشخیص تغییر مقاومت توسط مدار پل، سنسور غلظت گاز را تعیین می‌کند.

 

رده جامد

گاز قابل تشخیص

 

۳. ویژگی‌های دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

ویژگی‌های خروجی  دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

سنسور تغییرات مقاومت نیمه‌هادی را تشخیص می‌دهد، یعنی حتی غلظت‌های کم (سطح ppm) که توسط سنسورهای سرامیکی جدید قابل تشخیص نیستند را نیز تشخیص می‌دهد.

 

 

 

کوچک‌سازی و صرفه‌جویی در انرژی  در دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

سیم پیچ فلز گران‌بها برای گرم‌کن را می‌توان کوچک‌تر کرد تا سنسوری کوچکتر با مصرف انرژی کمتر فراهم شود.

 

ویژگی‌های پیری  در دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

سنسور در بلندمدت پایداری خود را حفظ می‌کند و عمر طولانی دارد. در مقایسه با سنسورهای مبتنی بر احتراق کاتالیستی، این نوع سنسور مقاومت بالایی در برابر سمیت و جو شدید دارد.

 

انتخاب‌پذیری گاز  در دتکتور گاز نیمه‌هادی نوع سیم داغ

 

با افزودن یک ناخالصی به نیمه‌هادی اکسید فلزی، اثر تداخل تغییر می‌کند. این ویژگی به سنسور اجازه می‌دهد تا برخی گازها را به صورت انتخابی تشخیص دهد.

 

 

دتکتور گاز رسانائی گرمائی

1. توضیح مختصر دتکتور گاز رسانائی گرمائی

 

این دتکتور با تشخیص تفاوت در رسانایی گرمایی، غلظت گاز را تعیین می‌کند. این یک دتکتور اثبات‌شده برای گازهای قابل اشتعال است که به‌طور مؤثر گازهای با غلظت بالا را تشخیص می‌دهد.

 

2. ساختار و اصول دتکتور گاز رسانائی گرمائی

[ساختار  دتکتور گاز رسانائی گرمائی

این دتکتور از یک المان تشخیص و یک المان جبران تشکیل شده است. المان‌های تشخیص و جبران در دو نوع موجود هستند: یکی شامل یک سیم‌پیچ پلاتین و مخلوطی از شیشه (یک ماده غیرفعال در برابر گاز قابل اشتعال) و یک پایه آلومینا است که روی سیم‌پیچ پخته شده است، و دیگری شامل یک سیم‌پیچ و یک فلز غیرفعال یا مشابه است که روی سیم‌پیچ پوشش داده شده است. المان تشخیص به گونه‌ای طراحی شده است که گازهای قابل تشخیص با آن تماس پیدا کنند. المان جبران محصور شده است تا هیچ گاز قابل تشخیصی با آن تماس نداشته باشد.

 

[اصول دتکتور گاز رسانائی گرمائی

سیم‌پیچ پلاتین، المان تشخیص را تا 200 تا 500 درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند. سپس، یک گاز قابل تشخیص با المان تشخیص تماس پیدا می‌کند و به دلیل رسانایی گرمایی خاص گاز، شرایط اتلاف گرما را تغییر می‌دهد و دمای المان تشخیص را افزایش می‌دهد. با این تغییر دما، مقاومت سیم‌پیچ پلاتین، که بخشی از المان است، تغییر می‌کند. تغییر مقاومت تقریباً متناسب با غلظت گاز است.

 

با تشخیص تغییر مقاومت توسط مدار پل، دتکتور غلظت گاز را تعیین می‌کند.

 

3. ویژگی‌های دتکتور گاز رسانائی گرمائی

 

ویژگی‌های خروجی  دتکتور گاز رسانائی گرمائی

 

از آنجا که دتکتور تغییرات مقاومت سیم‌پیچ پلاتین را تشخیص می‌دهد، خروجی تا رسیدن به صد درصد حجمی تقریباً متناسب با غلظت است. این دتکتور برای تشخیص گازهای با غلظت بالا مناسب است.

تشخیص در شرایط بی‌اکسیژن  دتکتور گاز رسانائی گرمائی

از آنجا که دتکتور تغییرات رسانایی گرمایی را تشخیص می‌دهد، می‌تواند گازها را حتی در جو بی‌اکسیژن نیز تشخیص دهد. اما گازهایی با تفاوت کوچک در رسانایی گرمایی با گاز مرجع را تشخیص نمی‌دهد.

 

دتکتور به‌صورت فیزیکی تغییرات رسانایی گرمایی گاز را تشخیص می‌دهد و شامل واکنش شیمیایی مانند واکنش احتراق نیست. این بدان معناست که با تخریب یا مسمومیت کاتالیزور ارتباطی ندارد و پایداری بلندمدت را فراهم می‌کند.

 

تشخیص گازهای غیرقابل اشتعال  دتکتور گاز رسانائی گرمائی

 

از آنجا که دتکتور از رسانایی گرمایی خاص گاز استفاده می‌کند، حتی گازهای غیرقابل اشتعال با تفاوت زیاد در رسانایی گرمایی، مانند آرگون، نیتروژن و دی‌اکسید کربن با غلظت بالا را نیز تشخیص می‌دهد.

 

 

 

 

 

۷-۷. روش الکترولیز پتانسیواستاتیک

 

 

۱. شرح مختصر دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

این دتکتور گاز قابل تشخیص را با استفاده از یک الکترود در پتانسیل ثابت الکترولیز می‌کند تا جریان ایجاد شود و سپس با اندازه‌گیری جریان، غلظت گاز را تعیین می‌نماید. این دتکتور گاز برای تشخیص گازهای سمی بسیار مناسب است. می‌توان پتانسیل خاصی را برای تشخیص گاز خاصی تنظیم کرد.

 

۲. ساختار و اصول  دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

[ساختار دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

دتکتور از یک الکترود (الکترود عمل) همراه با یک غشاء نفوذپذیر گاز و کاتالیزور (مثل طلا یا پلاتین)، الکترود مرجع و الکترود مقابل تشکیل شده که درون محفظه‌ای پلاستیکی پر از محلول الکترولیت قرار گرفته‌اند.

 

[اصول عملکرد دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

دتکتور از یک مدار پتانسیواستاتیک برای ثابت نگه داشتن پتانسیل بین الکترود عمل و الکترود مرجع استفاده می‌کند. الکترود عمل گاز قابل تشخیص را مستقیماً الکترولیز می‌کند. اگر گاز قابل تشخیص H2S باشد، واکنش‌های زیر رخ می‌دهد:

الکترود عمل: H2S + 4H2O → H2SO4 + 8H+ + 8e

الکترود مقابل: 2O2 + 8H+ + 8e → 4H2O

جریان تولیدشده متناسب با غلظت گاز است. با اندازه‌گیری جریان بین الکترود عمل و الکترود مقابل، دتکتور غلظت گاز را تعیین می‌کند.

 

۳. ویژگی‌های دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

ویژگی‌های خروجی دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

غلظت گاز متناسب با مقدار جریان است. دتکتور مقدار جریان را بدون تغییر خروجی می‌دهد و بنابراین غلظت گاز متناسب با خروجی دتکتور است.

 

واکنش‌دهی  دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

منحنی پاسخ همانطور که در شکل سمت راست نشان داده شده است. دتکتور با استفاده از واکنش کاتالیزوری گاز را به جریان تبدیل می‌کند. از آنجا که H2S کاتالیزور الکترود را تغییر نمی‌دهد، دتکتور از دقت و تکرارپذیری بالایی برخوردار است.

 

ویژگی‌های پیری  دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

تقریباً تا دو سال، حساسیت دتکتور در سطح حدود ۸۰٪ حساسیت اولیه باقی می‌ماند. از آنجا که رطوبت تأثیر جزئی بر حساسیت دارد، ممکن است خوانش بسته به فصل تغییر کند.

 

ویژگی‌های دمای دتکتور گاز الکترولیز پتانسیواستاتیک

با خوانش تقریباً پایدار در دماهای بالا، حساسیت دتکتور با کاهش دما ممکن است کاهش یابد. حتی در ۰°C، حساسیت دتکتور کمتر از ۸۰٪ نخواهد شد. با انجام تصحیح دما، نوسانات خوانش به حداقل می‌رسد.

۷-۸. روش تشخیص گاز با دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

۱. شرح مختصر  دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

بر اساس اصول دتکتور پایه‌گذاری شده بر الکترولیز پتانسیواستاتیک، این دتکتور با یک فیلم نفوذپذیر گاز (غشای جداکننده) و یک الکترود عمل کاملاً جدا از هم ساختار یافته است. این یک دتکتور گاز سمی با انتخاب‌پذیری عالی است.

. ساختار و اصول  دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

[ساختار دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

دتکتور با یک الکترود عمل – یک الکترود فلزی با یک فیلم نفوذپذیر گاز که روی آن قرار گرفته – همراه با الکترودهای مرجع و مقابل ساختار یافته است. این الکترودها در یک محفظه پلاستیکی پر از محلول الکترولیت قرار دارند. بین الکترود عمل و فیلم، یک لایه بسیار نازک از محلول الکترولیت وجود دارد.

 

[اصول دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

یک گاز قابل تشخیص از طریق فیلم نفوذپذیر گاز عبور کرده و با یون‌های موجود در محلول الکترولیت واکنش می‌دهد که هالوژن تولید می‌کند. اگر گاز قابل تشخیص Cl باشد، واکنش زیر رخ می‌دهد:

Cl2 + 2I- → 2Cl- + I2

I2 تولید شده توسط این واکنش در الکترود عمل کاهش می‌یابد، باعث می‌شود جریانی از مدار عبور کند. از آنجا که این جریان متناسب با غلظت گاز است، دتکتور مقدار جریان را برای تعیین غلظت گاز اندازه می‌گیرد. گاز قابل تشخیص قبل از واکنش با الکترود عمل با محلول الکترولیت واکنش می‌دهد و بنابراین هیچ تداخلی با گازهایی که با محلول الکترولیت واکنش نمی‌دهند رخ نمی‌دهد. این ویژگی به دتکتور انتخاب‌پذیری عالی می‌بخشد.

 

 

۳. ویژگی‌ها ی دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

ویژگی‌های خروجی  دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

غلظت گاز متناسب با مقدار جریان است. دتکتور مقدار جریان را بدون هیچ تغییری خروجی می‌دهد و بنابراین غلظت گاز متناسب با خروجی دتکتور است.

پاسخ‌دهی  دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

دتکتور به سرعت پاسخ می‌دهد. از آنجا که الکترودها یا محلول الکترولیت به ندرت توسط گاز کلر خورده می‌شوند، دتکتور از دقت و تکرارپذیری عالی برخوردار است.

ویژگی‌های پیری  دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

عملکرد دتکتور با گذشت زمان کاهش نمی‌یابد و تقریباً هیچ تغییری در خروجی مشاهده نمی‌شود. با این حال، اگر فیلم نفوذپذیر گاز به دلیل چسبیدن ذرات خارجی، نفوذپذیری گاز را از دست بدهد، این ممکن است منجر به کاهش خروجی شود.

 

ویژگی‌های دما و رطوبت  دتکتور گاز با الکترود با غشای جداکننده

دماهای بالا تقریباً هیچ تأثیری بر خروجی ندارند در حالی که دماهای پایین احتمالاً خروجی را کاهش می‌دهند. حتی در دمای ۰ درجه سانتی‌گراد، دتکتور حساسیت خود را در سطحی نه کمتر از ۸۰٪ حفظ می‌کند. با انجام تصحیحات دما، نوسانات قرائت به حداقل می‌رسد. خروجی تحت تأثیر رطوبت قرار نمی‌گیرد.

 

۷-۹. روش تشخیص گاز با دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

 

۱. شرح مختصر  دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

 

 

این دتکتور ساده و سنتی بر اساس اصول سلول‌ها عمل می‌کند. این دتکتور بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی، پایداری بلندمدت دارد.

 

۲. ساختار و اصول  دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

 

 

[ساختار دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

دتکتور از یک کاتد (فلز گران‌بها) و آند (سرب) قرارگرفته در یک محلول الکترولیتی تشکیل شده است. یک غشای جداساز به سطح خارجی کاتد چسبیده است. با اتصال کاتد و آند از طریق یک مقاومت ثابت، مقدار ولتاژ خروجی تولید می‌شود.

 

[اصول دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

 

 

اکسیژن از غشای جداساز عبور کرده و در کاتد کاهش می‌یابد. همزمان در آند، سرب در محلول الکترولیتی حل می‌شود (اکسید می‌شود). واکنش‌های زیر در الکترودها رخ می‌دهد:

کاتد: O2 + 2H2O + 4e → 4OH

آند: 2Pb → 2Pb2+ + 4e

 

جریان ناشی از واکنش کاهش، توسط مقاومت به ولتاژ تبدیل شده و از ترمینال خروجی خارج می‌شود. خروجی دتکتور متناسب با غلظت اکسیژن (فشار جزئی) است.

 

۳. ویژگی‌های دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

 

 

ویژگی‌های خروجی  دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

غلظت اکسیژن با مقدار جریان متناسب است. دتکتور مقدار جریان را به ولتاژ تبدیل کرده و سپس آن را خروجی می‌دهد. بنابراین، خروجی دتکتور در محدوده ۰ تا ۱۰۰٪ با غلظت اکسیژن متناسب است.

 

سرعت پاسخ  دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

با سرعت پاسخ بالا، این دتکتور از دقت و تکرارپذیری بالایی برخوردار است.

 

 

 

ویژگی‌های پیری

با عمر طولانی، این دتکتور می‌تواند به مدت دو تا سه سال مورد استفاده قرار گیرد.

 

ویژگی‌های دما و رطوبت  دتکتور گاز با سلول گالوانیک غشایی

دتکتور از یک ترمیستور داخلی برای جبران دمایی استفاده می‌کند، بنابراین خوانش تقریباً به دما وابسته نیست.

۷-۱۰.تشخیص گاز به  روش مادون قرمز غیرپاشنده

۱. شرح مختصر  دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

بر اساس این واقعیت که بسیاری از گازها اشعه مادون قرمز را جذب می‌کنند، این دتکتور نور مادون قرمز را به سلول اندازه‌گیری اعمال می‌کند تا تغییرات نور مادون قرمز ناشی از جذب گاز قابل تشخیص را شناسایی کند. این روش تمام نور مادون قرمز در محدوده طول‌موج خاصی را بدون تفکیک (پاشش) نور مادون قرمز بر اساس طول‌موج، به‌صورت یکپارچه تشخیص می‌دهد.

. ساختار و اصول  دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

[ساختار دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

این دتکتور از یک منبع نور مادون قرمز و یک سنسور مادون قرمز تشکیل شده است که بین آن‌ها یک سلول اندازه‌گیری و یک فیلتر نوری قرار گرفته است. منبع نور مادون قرمز، نور را ساطع می‌کند که از طریق سلول اندازه‌گیری و فیلتر نوری عبور کرده و توسط سنسور مادون قرمز تشخیص داده می‌شود. فیلتر نوری به طول‌موج‌های مادون قرمز که توسط گاز قابل تشخیص جذب می‌شوند، اجازه عبور انتخابی می‌دهد.

 

[اصول عملکرد دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

یک گاز قابل تشخیص وارد سلول اندازه‌گیری شده و نور مادون قرمز را جذب می‌کند. این امر باعث کاهش مقدار نور مادون قرمز تشخیص‌داده شده توسط سنسور مادون قرمز می‌شود. برخی از گازهای قابل تشخیص با غلظت‌های شناخته شده وارد می‌شوند تا رابطه (منحنی کالیبراسیون) بین کاهش مقدار نور مادون قرمز و غلظت هر گاز قابل تشخیص تعیین شود. هنگامی که یک گاز قابل تشخیص با غلظت ناشناخته وارد می‌شود، دتکتور از منحنی کالیبراسیون بر اساس کاهش اندازه‌گیری‌شده مقدار نور مادون قرمز برای تعیین غلظت گاز استفاده می‌کند.

. ویژگی‌های دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

ویژگی‌های خروجی  دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

غلظت گاز و خروجی دتکتور رابطه متناسب ندارند، بلکه رابطه آن‌ها مطابق منحنی نشان‌داده شده در شکل پائین است. (i-C4H10: ایزوبوتان)

 

ویژگی‌های پاسخ‌دهی  دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

هنگامی که گاز با دبی ثابت به دتکتور گاز تغذیه می‌شود، دتکتور پاسخ‌های قابل تکرار و دقیقی ارائه می‌دهد.

ویژگی‌های پیری  در دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

در محیطی با تغییرات دمایی کم، دتکتور پایدار باقی می‌ماند و بدون کاهش دقت خوانش در طول زمان عمل می‌کند. بسته به محیط، ممکن است دتکتور با گذشت زمان به‌طور قابل توجهی تخریب شود. در این صورت، می‌توان با انجام کالیبراسیون گاز هر شش ماه یکبار، تخریب را به حداقل رساند.

 

ویژگی‌های دما و رطوبت  در دتکتور مادون قرمز غیرپاشنده

با انجام تصحیحات دمایی، می‌توان وابستگی خوانش‌ها به دما را در محدوده دمایی مشخص‌شده به حداقل رساند.

در صورت عدم تشکیل میعان (%LEL) در داخل سلول گاز، دتکتور تقریباً تحت تأثیر رطوبت قرار نمی‌گیرد.

. روش تشخیص گاز با تداخل سنجی

۱. شرح کلی  دتکتور گاز تداخل سنجی

این دتکتور گاز، که یکی از قدیمیترین حسگرهای گاز ماست، تغییرات در ضریب شکست گاز را تشخیص میدهد. با دقت بالا، پایداری بلندمدت را حفظ میکند. در گذشته، داخل معادن زغالسنگ برای اندازهگیری غلظت متان استفاده میشد و در سالهای اخیر، بهطور گسترده برای اندازهگیری غلظت حلالها یا مقادیر حرارتی گازهای سوختی مانند گاز طبیعی کاربرد دارد.

۲. ساختار و اصول  دتکتور گاز تداخل سنجی

[ساختار دتکتور گاز تداخل سنجی

منبع نور، نور را ساطع میکند که توسط آینه تخت موازی به دو پرتو نور (A و B) تقسیم و توسط منشور بازتاب میشود. پرتو A یک سفر رفت و برگشت در محفظه گاز D، که گاز قابل تشخیص جریان دارد، انجام میدهد و پرتو B یک سفر رفت و برگشت در محفظه گاز E، که گاز مرجع جریان دارد، انجام میدهد. دو پرتو نور A و B در نقطه C آینه تخت موازی به هم میرسند و یک الگوی تداخلی روی سنسور تصویر از طریق آینه و لنز تشکیل میدهند.

 

[اصول عملکرد دتکتور گاز تداخل سنجی

یک الگوی تداخلی به نسبت تفاوت در ضریب شکست بین گاز قابل تشخیص و گاز مرجع حرکت میکند. حسگر مبتنی بر تداخلسنج نوری، مسافت حرکت الگوی تداخلی را اندازهگیری میکند تا ضریب شکست گاز قابل تشخیص را تعیین و آن را به غلظت گاز یا مقدار حرارتی تبدیل کند.

 

۳. ویژگی های دتکتور گاز تداخل سنجی

مسافت حرکت الگوی تداخلی AB که توسط این حسگر اندازهگیری میشود، با معادله زیر نشان داده میشود:

ویژگیهای خروجی  دتکتور گاز تداخل سنجی

الگوی تداخلی

از آنجا که تغییر در ضریب شکست متناسب با تغییر در غلظت گاز است، حسگر خطیبودن بسیار بالایی ارائه میدهد.

 

پاسخدهی  دتکتور گاز تداخل سنجی

حسگر اندازهگیری را با تکمیل جایگزینی در محفظه گاز با حجم ۰.۵ تا ۵ میلیلیتر به پایان میرساند. برخی مدلها اندازهگیری را در ۵ تا ۱۰ ثانیه با پاسخ ۹۰٪ تکمیل میکنند.

 

ویژگیهای پیری  دتکتور گاز تداخل سنجی

بارزترین ویژگی این حسگر این است که حساسیت آن کاهش نمییابد. حساسیت حسگر فقط به طول محفظه گاز L و طول موج منبع نور λ بستگی دارد. از آنجا که هر دو این پارامترها ثابت هستند، حسگر حساسیت پایدار بلندمدت ارائه میدهد. حتی اگر عنصر نوری کثیف شود، تأثیری بر مسافت حرکت الگوی تداخلی ندارد؛ بنابراین، حسگر تا زمانی که بتواند الگو را تشخیص دهد، حساسیت آن کاهش نمییابد.

 

ویژگیهای فشار و دما در دتکتور گاز تداخل سنجی

اگرچه ضریب شکست گاز بسته به دما T و فشار P تغییر میکند، حسگر دما و فشار را اندازهگیری میکند تا آنها را تصحیح کند و بنابراین تحت تأثیر آنها قرار نمیگیرد.

 

 

 

 

 

 

7-12.تشخیص گاز به روش نوار شیمیایی

1. شرح کلی دتکتور گاز با نوار شیمیائی

این حسگر از نوار سلولزی آغشته به ماده رنگزا استفاده می‌کند. با عبور یا نفوذ گاز قابل تشخیص به داخل این نوار، واکنشی شیمیایی رخ داده و رنگ نوار تغییر می‌کند. حسگر با اندازه‌گیری نور بازتاب‌شده از رنگ ایجادشده بر اثر واکنش بین ماده رنگزا و گاز، غلظت بسیار کم گازهای سمی را به صورت کمی تشخیص می‌دهد.

 

2. ساختار و اصول دتکتور گاز با نوار شیمیائی

[ساختار دتکتور گاز با نوار شیمیائی

حسگر دارای محفظه‌ای است که گاز قابل تشخیص وارد آن می‌شود. این محفظه یک ظرف ضد نور است که داخل آن منبع نور و بخش گیرنده نور برای تشخیص رنگ نوار قرار گرفته‌اند. حسگر شامل این محفظه گاز و اجزای دیگری مانند مکانیسم قرقره برای جمع‌آوری نوار پس از هر اندازه‌گیری است.

[اصول دتکتور گاز با نوار شیمیائی

وقتی گاز قابل تشخیص با نوار آغشته به ماده رنگزا تماس پیدا می‌کند، واکنش شیمیایی رخ داده و نوار رنگ می‌گیرد. به عنوان مثال، اگر فسفین (PH3) با نوار تماس پیدا کند، کلوئید نقره طبق فرمول زیر تولید می‌شود و یک لکه رنگی روی نوار سفید ظاهر می‌شود:

PH3 + AgCIO → Ag + H3PO4 + 1/2 Cl2

 

حسگر نور را به نقطه رنگی‌شده نوار تابانده و تغییر شدت نور بازتاب‌شده قبل و بعد از ورود گاز را اندازه‌گیری می‌کند؛ بنابراین غلظت گاز را به دقت محاسبه می‌کند.

 

3. ویژگی‌ها ی دتکتور گاز با نوار شیمیائی

ویژگی‌های خروجی دتکتور گاز با نوار شیمیائی

وقتی گاز قابل تشخیص وارد بخش تشخیص می‌شود، نوار شروع به رنگ‌گرفتن می‌کند و خروجی به تدریج افزایش می‌یابد. از آنجا که حسگر تغییرات رنگ را اندازه‌گیری می‌کند، خروجی به صورت منحنی نمایش داده می‌شود.

 

 

ویژگی‌های دما و رطوبت در دتکتور گاز با نوار شیمیائی

برای فسفین (PH3)، حسگرهای نوار‌ای وابسته به دما نیستند. همچنین بدون وابستگی زیاد به رطوبت، این حسگر در محدوده دمایی و رطوبتی عملیاتی، قرائت دقیقی ارائه می‌دهد.

 

ویژگی‌های پیری در دتکتور گاز با نوار شیمیائی

آزمایش‌های مداوم روی حسگر نشان می‌دهد که بدون کاهش حساسیت به گاز، اندازه‌گیری پایدار انجام می‌دهد.

 

ویژگی‌های دتکتور گاز با نوار شیمیائی

– حساسیت بسیار بالا با انتخاب‌پذیری عالی

– استفاده از نوار کاست که تعویض آن آسان است

– تغذیه نوار برای هر اندازه‌گیری، که هیچ هیسترزیسی ایجاد نمی‌کند

– رنگ‌گرفتن نوار بر اثر گاز قابل تشخیص تجمع می‌یابد، که امکان تشخیص غلظت‌های بسیار کم گاز را فراهم می‌کند.

 

 

 

 

 

 

 

 

7-13. دتکتور یونیزاسیون نوری

1. شرح کلی دتکتور یونیزاسیون نوری

این حسگر گاز با اعمال نور فرابنفش به گاز قابل تشخیص، باعث یونیزه شدن آن می‌شود. این عمل جریان یونی ایجاد می‌کند. حسگر این جریان را اندازه‌گیری کرده و غلظت گاز را تعیین می‌نماید. این حسگر محدوده وسیعی از گازها را بدون توجه به آلی یا معدنی بودن آنها تشخیص می‌دهد. معمولاً برای اندازه‌گیری غلظت ترکیبات آلی فرار (VOCs) در محدوده ppb تا ppm استفاده می‌شود.

 

2. ساختار و اصول دتکتور یونیزاسیون نوری

[ساختار دتکتور یونیزاسیون نوری

حسگر از یک محفظه یونیزاسیون برای ورود گاز قابل تشخیص، یک لامپ فرابنفش برای تابش نور و الکترودهای مثبت و منفی برای تشخیص جریان یونی تشکیل شده است.

 

[اصول عملکرد دتکتور یونیزاسیون نوری

گاز قابل تشخیص وارد محفظه یونیزاسیون شده و در معرض نور فرابنفش از منبع نور (لامپ فرابنفش) قرار می‌گیرد. این عمل باعث آزاد شدن الکترون‌ها و تولید کاتیون می‌شود. کاتیون‌ها و الکترون‌های تولید شده توسط الکترودهای مثبت و منفی جذب شده و جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند. از آنجا که این جریان متناسب با غلظت گاز است، حسگر با اندازه‌گیری مقدار جریان، غلظت گاز قابل تشخیص را تعیین می‌کند.

برای یونیزه کردن یک گاز، نیاز به اعمال انرژی فوتونی بیشتر از انرژی یونیزاسیون خاص آن گاز است. انرژی فوتون با واحد الکترون ولت (eV) بیان می‌شود. این حسگر از لامپ‌هایی با انرژی فوتونی 10.6 eV و 11.7 eV استفاده می‌کند. هرچه انرژی فوتون بیشتر باشد، مقدار بیشتری از گاز قابل تشخیص یونیزه می‌شود.

 

3. ویژگی‌های دتکتور یونیزاسیون نوری

ویژگی‌های خروجی دتکتور یونیزاسیون نوری

برای گازهایی با غلظت پایین (چند صد ppm)، خروجی حسگر تقریباً متناسب با غلظت گاز بوده و به صورت خطی با افزایش غلظت گاز، افزایش می‌یابد.

برای گازهایی با غلظت پایین خروجی حسگر تقریباً متناسب با غلظت گاز بوده و به صورت خطی با افزایش غلظت گاز، افزایش می‌یابد

لامپ فرابنفش:

انرژی فوتونی (eV) لامپ فرابنفش توسط ترکیب گاز موجود در لامپ و جنس پنجره لامپ تعیین می‌شود.

 

 

انرژی یونیزاسیون مواد معمول:

با اعمال انرژی فوتونی بیشتر از انرژی یونیزاسیون خاص هر گاز، حسگر گاز را یونیزه کرده و غلظت آن را تعیین می‌کند. این حسگر معمولاً از لامپ‌های 10.6 eV یا 11.7 eV استفاده می‌کند.

 

جدول انرژی فوتونی:

گاز داخل لامپ | جنس پنجره | انرژی فوتونی (eV)

زنون | یاقوت کبود | 8.4

کریپتون | فلورید منیزیم | 10.6

آرگون | فلورید لیتیم | 11.7

 

 

 

7-14. روش تشخیص گاز با ذرات پیرولیز شده

1. شرح کلی دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

این حسگر گاز، گاز قابل تشخیص را حرارت داده تا اکسید تولید کند و سپس ذرات اکسید را با استفاده از یک حسگر ذره سنجی می‌کند. این حسگر پایداری بلندمدت داشته و مقاومت عالی در برابر تداخل و پاسخگویی سریع دارد. حسگر ذره بر اساس اصول مشابه حسگرهای دود یونیزاسیونی که از پرتوها استفاده می‌کنند، کار می‌کند.

 

2. ساختار و اصول دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

[ساختار دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

این حسگر معمولاً ترکیبی از یک تجزیه‌گر حرارتی و حسگر ذره است. در مرکز تجزیه‌گر حرارتی یک لوله کوارتزی پیچیده شده با عنصر گرمایشی قرار دارد.

حسگر ذره شامل یک محفظه اندازه‌گیری (که به طور مداوم با استفاده از پرتوهای آلفا جریان یون تولید می‌کند) و یک محفظه جبران است. گاز قابل تشخیص فقط وارد محفظه اندازه‌گیری می‌شود، در حالی که محفظه جبران به اتمسفر باز است.

 

[اصول دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

بسیاری از گازهای آلی فلزی مانند TEOS در اثر حرارت، اکسید ذره‌ای تولید می‌کنند. گاز قابل تشخیص از طریق تجزیه‌گر حرارتی اکسید شده و وارد حسگر ذره می‌شود.

در محفظه اندازه‌گیری حسگر ذره، از یک منبع پرتو آلفا برای یونیزه کردن هوا استفاده می‌شود که باعث جریان یونی می‌شود. ذرات وارد محفظه اندازه‌گیری شده و یون‌ها را جذب می‌کنند؛ این امر جریان یونی را کاهش داده و در نتیجه خروجی حسگر کم می‌شود. بر اساس میزان کاهش خروجی، غلظت گاز تعیین می‌شود. محفظه جبران، نوسانات خروجی حسگر ناشی از دما، رطوبت و/یا فشار را جبران می‌کند.

 

 

3. ویژگی‌های دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

ویژگی‌های خروجی دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

خروجی حسگر به غلظت ذرات تولید شده از طریق تجزیه حرارتی بستگی دارد. حسگر از یک منحنی کالیبراسیون استفاده می‌کند تا غلظت گاز نسبت به قرائت خطی باشد.

 

پاسخگویی دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

از آنجا که گاز وارد شده به بخش تشخیص بلافاصله در تجزیه‌گر حرارتی اکسید می‌شود، حسگر از سرعت پاسخ بالا و تکرارپذیری عالی برخوردار است.

 

ویژگی‌های پیری در دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

حسگر از Am-241 به عنوان منبع پرتو استفاده می‌کند که نیمه عمر بسیار طولانی (حدود 400 سال) دارد و در نتیجه عملکرد حسگر به مرور زمان به سختی کاهش می‌یابد.

 

ویژگی‌های دمایی در دتکتور گاز با ذرات پیرولیز شده

حسگر از محفظه جبران برای جبران اثرات دما استفاده می‌کند و بنابراین ویژگی‌های دمایی عالی از خود نشان می‌دهد.

 

A.5.1.2 دستیابی و حفظ غلظت صحیح اطمینان می‌دهد که آتش به‌طور کامل و دائمی در ماده قابل احتراق خاص یا مواد دخیل در آتش خاموش می‌شود.

A.5.2.1 در این نوع حفاظت، فرض بر این است که فضای نسبتاً بسته‌ای برای کاهش از دست دادن عامل اطفاء حریق در نظر گرفته شده است. مساحت منافذ غیرقابل بسته شدن مجاز بستگی به نوع مواد قابل احتراق دارد.

A.5.2.1.1 در صورتی که دو یا چند خطر به دلیل نزدیکی آن‌ها به طور همزمان در آتش درگیر شوند، باید هر خطر با یک سیستم جداگانه حفاظت شود، یا با ترکیبی از سیستم‌ها که به‌طور همزمان عمل کنند، یا با یک سیستم واحد که باید به‌طور همزمان برای تمام خطرات بالقوه درگیر طراحی و تنظیم شود.

A.5.2.1.3 برای آتش‌های عمیق، باید از منافذ پایین اجتناب شود، صرف‌نظر از نیازهای تهویه، تا غلظت اطفاء حریق برای مدت زمان لازم حفظ شود. دریچه‌های تهویه تحت این شرایط باید تا حد امکان در بالاترین نقطه محفظه قرار گیرند.

A.5.2.3 تقریباً تمام خطراتی که مواد قابل احتراقی دارند که آتش سطحی تولید می‌کنند، می‌توانند مقادیر مختلفی از موادی که آتش‌های عمیق تولید می‌کنند را در خود جای دهند. انتخاب صحیح نوع آتشی که سیستم باید برای اطفاء آن طراحی شود، اهمیت زیادی دارد و در بسیاری از موارد نیازمند قضاوت صحیح پس از بررسی دقیق تمام عوامل مختلف است. اساساً، چنین تصمیمی بر اساس پاسخ به سوالات زیر گرفته می‌شود:
(1) آیا احتمال ایجاد آتش عمیق وجود دارد، با توجه به سرعت شناسایی و کاربرد سیستم مورد نظر؟
(2) اگر آتش عمیق ایجاد شود، آیا به‌طور جزئی خواهد بود، شرایط به‌گونه‌ای است که باعث شعله‌ور شدن ماده‌ای که آتش سطحی تولید کرده است نخواهد شد، و آیا می‌توان ترتیبی برای اطفاء دستی آن پس از تخلیه دی‌اکسیدکربن قبل از ایجاد مشکل فراهم کرد؟
(3) آیا ارزش‌ها یا اهمیت تجهیزات به‌گونه‌ای است که حفاظت نهایی توجیه‌پذیر باشد، صرف‌نظر از هزینه اضافی برای فراهم کردن سیستمی که قادر به اطفاء آتش‌های عمیق باشد؟

خواهید دید که در صورتی که احتمال کمی از آتش عمیق وجود داشته باشد که مشکلاتی ایجاد کند، در بسیاری از موارد پذیرش این خطر کم ممکن است توجیه‌پذیر باشد و انتخاب سیستمی که فقط آتش‌های سطحی را خاموش کند صحیح باشد. به عنوان مثال، ترانسفورماتورهای الکتریکی و سایر تجهیزات الکتریکی پر شده با روغن معمولاً به‌عنوان تولیدکننده آتش سطحی در نظر گرفته می‌شوند، اگرچه ممکن است این احتمال وجود داشته باشد که هسته گرم شده آتش عمیق در عایق الکتریکی ایجاد کند. از سوی دیگر، اهمیت برخی از تجهیزات الکتریکی برای تولید می‌تواند به‌گونه‌ای باشد که برخورد با خطر به‌عنوان آتش عمیق توجیه‌پذیر باشد.

اغلب، تصمیم‌گیری نیاز به مشاوره با مقامات صلاحیت‌دار و با مالک و مهندسان شرکت تأمین‌کننده تجهیزات دارد. مقایسه هزینه‌ها بین سیستمی که برای اطفاء آتش سطحی طراحی شده است و سیستمی که برای اطفاء آتش عمیق طراحی شده است، می‌تواند عامل تعیین‌کننده باشد. در همه موارد، توصیه می‌شود که تمام طرف‌های ذی‌نفع کاملاً از هرگونه خطرات موجود آگاه باشند، اگر سیستم فقط برای اطفاء آتش سطحی طراحی شود و از هزینه‌های اضافی مربوط به طراحی سیستمی که قادر به اطفاء آتش عمیق است.

A.5.2.3.1 آتش‌های سطحی رایج‌ترین خطراتی هستند که به‌ویژه به سیستم‌های اطفاء حریق با سیل کامل مناسب هستند.

A.5.2.3.2 در هر صورت، پس از آتش عمیق، ضروری است که خطر بلافاصله بررسی شود تا اطمینان حاصل شود که اطفاء حریق کامل بوده و هر ماده‌ای که در آتش دخیل بوده است برداشته شود.

در مواقعی که جو انفجاری از بخارات قابل اشتعال یا گرد و غبار قابل احتراق در داخل یک محفظه وجود دارد، تخلیه دی‌اکسیدکربن مایع می‌تواند باعث ایجاد جرقه‌ای استاتیکی شود که انفجار ایجاد کند. خطر انفجار می‌تواند با تزریق بخار دی‌اکسیدکربن به داخل خطر برای ایجاد جو بی‌اثر کاهش یابد. تزریق بخار دی‌اکسیدکربن باید به‌آرامی انجام شود تا از ایجاد آشفتگی که می‌تواند گرد و غبار قابل احتراق را در داخل محفظه به حالت معلق درآورد، جلوگیری شود. یک مثال از چنین خطری، سیلوی ذخیره زغال‌سنگ است.
(توجه: حفاظت در برابر حریق و بی‌اثر کردن سیلوهای زغال‌سنگ از محدوده این استاندارد خارج است.) به A.4.2.1 مراجعه کنید.

A.5.3.2.2 حداقل غلظت نظری دی‌اکسیدکربن و حداقل غلظت طراحی دی‌اکسیدکربن برای جلوگیری از اشتعال برخی مایعات و گازهای رایج در جدول 5.3.2.2 آورده شده است.

A.5.3.3.1 از آنجا که در فضای کوچک نسبت به حجم محصور، مساحت مرز بیشتری وجود دارد، بنابراین احتمال نشت بیشتر و به تبع آن نیاز به در نظر گرفتن فاکتورهای حجم گرید شده در جدول 5.3.3(a) و جدول 5.3.3(b) است.
حداقل مقادیر گاز برای کوچکترین حجم‌ها در جدول آورده شده است تا هدف ستون B در جدول‌های 5.3.3(a) و 5.3.3(b) روشن شود و از همپوشانی احتمالی در حجم‌های مرزی جلوگیری شود.

A.5.3.5.1 زمانی که تهویه اجباری مدنظر نباشد، نشت مخلوط دی‌اکسیدکربن و هوا از فضای محصور بستگی به یکی یا چند مورد از پارامترهای زیر دارد:
(1) دمای محفظه: دی‌اکسیدکربن در دمای پایین کمتر گسترش می‌یابد و چگالی بیشتری خواهد داشت؛ بنابراین، مقدار بیشتری از آن در صورت وجود منافذ در قسمت پایین محفظه نشت خواهد کرد.
(2) حجم محفظه: درصد گاز دی‌اکسیدکربن که از هر منفذ در یک فضای کوچک نشت می‌کند، بسیار بیشتر از آن است که از همان منفذ در فضای بزرگتر نشت کند.
(3) تهویه: معمولاً یک منفذ در یا نزدیک به سقف مطلوب است تا گازهای سبک‌تر از اتاق خارج شوند طی تخلیه.
(4) محل منافذ: چون دی‌اکسیدکربن از هوا سنگین‌تر است، ممکن است نشت دی‌اکسیدکربن از منافذ نزدیک به سقف بسیار کم یا هیچ‌گونه نشت نداشته باشد، در حالی که نشت در سطح کف می‌تواند قابل توجه باشد.

A.5.3.5.3 خطراتی که در محفظه‌هایی که معمولاً دمای آن‌ها بالاتر از 2000 درجه فارنهایت (93 درجه سلسیوس) است، قرار دارند، بیشتر در معرض خطر بازاشتعال هستند. بنابراین، اضافه کردن دی‌اکسیدکربن اضافی توصیه می‌شود تا غلظت‌های اطفاء حریق برای مدت زمان بیشتری حفظ شود، و این اجازه می‌دهد تا ماده خاموش‌شده خنک شود و احتمال بازاشتعال زمانی که گاز پخش می‌شود، کاهش یابد.

A.5.3.5.5 تحت شرایط عادی، آتش‌های سطحی معمولاً در طول دوره تخلیه خاموش می‌شوند.

A.5.3.5.7 آزمایش‌ها نشان داده‌اند که دی‌اکسیدکربن که مستقیماً بر روی سطح مایع توسط نازل‌های نوع کاربرد محلی اعمال می‌شود، می‌تواند برای تأمین خنک‌کنندگی مورد نیاز جهت جلوگیری از بازاشتعال پس از پایان تخلیه دی‌اکسیدکربن ضروری باشد.

A.5.4.1 اگرچه داده‌های خاص آزمایشی در دسترس نیست، اما شناخته شده است که برخی از انواع آتش‌های عمیق ممکن است نیاز به زمان‌های نگهداری بیش از 20 دقیقه داشته باشند. مقدار دی‌اکسیدکربن مورد نیاز برای آتش‌های عمیق بر اساس محفظه‌های نسبتاً محکم است.

A.5.4.2 برای مواد قابل اشتعال که قادر به تولید آتش‌های عمیق هستند، غلظت‌های مورد نیاز دی‌اکسیدکربن نمی‌توانند با دقت مشابهی با مواد سوختی سطحی تعیین شوند. غلظت اطفاء حریق به جرم ماده موجود بستگی خواهد داشت زیرا اثرات عایق حرارتی وجود دارد. بنابراین، عوامل سیل کردن بر اساس شرایط آزمایشی عملی تعیین شده‌اند.

A5.4.2.1 به طور کلی، عوامل سیل کردن برای فراهم کردن غلظت‌های طراحی مناسب برای اتاق‌ها و محفظه‌های ذکر شده در جدول 5.4.2.1 یافت شده است.
برای اطلاعات بیشتر، به پیوست D مراجعه کنید.
بسته به قابلیت اشتعال، این خطرات ممکن است شامل آتش‌های عمیق نباشند. (به 5.3.5.6 مراجعه کنید.)

A5.5.2 نرخ‌های حداقل طراحی اعمال شده برای آتش‌های سطحی یا عمیق معمولی کافی در نظر گرفته شده‌اند. با این حال، در مواردی که سرعت گسترش آتش سریع‌تر از حالت عادی برای نوع آتش باشد، یا زمانی که مقادیر بالا یا تجهیزات حیاتی درگیر باشند، نرخ‌های بالاتر از حداقل‌ها می‌توانند و در بسیاری از موارد باید استفاده شوند.
در مواردی که یک خطر شامل ماده‌ای باشد که هر دو نوع آتش سطحی و عمیق را تولید کند، نرخ اعمال باید حداقل نرخ مورد نیاز برای آتش‌های سطحی باشد.
پس از انتخاب نرخ مناسب برای خطر، جداول و اطلاعاتی که در ادامه آمده باید استفاده شود یا مهندسی خاصی که نیاز است باید برای به دست آوردن ترکیب صحیح از رهاسازی‌های مخزن، لوله‌کشی تأمین و اندازه‌های اوریفیس که این نرخ مطلوب را تولید کند، انجام شود.
نرخ نشت از یک محفظه در غیاب تهویه اجباری عمدتاً به تفاوت چگالی بین جو داخل محفظه و هوای اطراف محفظه بستگی دارد.
معادله زیر می‌تواند برای محاسبه نرخ از دست دادن دی‌اکسیدکربن استفاده شود، به این فرض که نشت کافی در قسمت بالایی محفظه وجود دارد تا ورود هوای آزاد را امکان‌پذیر کند:

جایی که:

R = نرخ دی‌اکسیدکربن [پوند در دقیقه (کیلوگرم در دقیقه)]
C = نسبت غلظت دی‌اکسیدکربن
p = چگالی بخار دی‌اکسیدکربن [پوند بر فوت مکعب (کیلوگرم بر متر مکعب)]
A = مساحت بازشو [فوت مربع (متر مربع)] (شامل ضریب جریان)
g = ثابت گرانش [32.2 فوت بر ثانیه مربع (9.81 متر بر ثانیه مربع)]
p1 = چگالی جو [پوند بر فوت مکعب (کیلوگرم بر متر مکعب)]
p2 = چگالی هوای اطراف [پوند بر فوت مکعب (کیلوگرم بر متر مکعب)]
h = ارتفاع ایستا بین بازشو و بالای محفظه [فوت (متر)]

اگر تنها در دیوارها بازشوهایی وجود داشته باشد، مساحت بازشوهای دیوار می‌تواند برای محاسبات تقسیم بر 2 شود زیرا فرض بر این است که هواي تازه می‌تواند از نیمی از بازشوها وارد شود و گاز محافظ از نیمی دیگر خارج خواهد شد.
شکل E.1 (ب) می‌تواند به‌عنوان راهنمایی برای برآورد نرخ‌های تخلیه در سیستم‌های تخلیه طولانی استفاده شود. منحنی‌ها با استفاده از معادله قبلی محاسبه شده‌اند، با فرض دمای 70 درجه فارنهایت (21 درجه سلسیوس) داخل و خارج محفظه. در یک سیستم واقعی، دمای داخل معمولاً با تخلیه کاهش می‌یابد، که باعث افزایش نرخ از دست رفتن گاز می‌شود. به دلیل وجود متغیرهای زیاد، ممکن است نیاز به آزمایش سیستم نصب‌شده برای اطمینان از عملکرد صحیح باشد.
در صورتی که نشت قابل توجهی وجود داشته باشد، غلظت طراحی باید به سرعت به دست آید و برای مدت زمان طولانی حفظ شود. دی‌اکسیدکربن مورد نیاز برای جبران نشت باید با نرخ کمتری اعمال شود. نرخ تخلیه طولانی‌شده باید به اندازه کافی برای حفظ غلظت طراحی باشد.

A.5.5.2.1 معمولاً زمان تخلیه اندازه‌گیری شده زمانی در نظر گرفته می‌شود که دستگاه اندازه‌گیری شروع به ثبت حضور دی‌اکسیدکربن می‌کند تا غلظت طراحی به دست آید.

A.5.5.3 حفاظت از موتورهای احتراق ثابت و توربین‌های گازی درNFPA 37 مورد بررسی قرار گرفته است.
برای تجهیزات الکتریکی محصور از نوع گردش داخلی، مقدار اولیه تخلیه نباید کمتر از 1 پوند (0.45 کیلوگرم) گاز برای هر 10 فوت مکعب (0.28 متر مکعب) از حجم محصور تا 2000 فوت مکعب (56.6 متر مکعب) باشد. برای حجم‌های بزرگتر، 1 پوند (0.45 کیلوگرم) گاز برای هر 12 فوت مکعب (0.34 متر مکعب) یا حداقل 200 پوند (90.8 کیلوگرم) باید استفاده شود. جدولA.5.5.3(الف) و جدول A.5.5.3(ب) می‌تواند به‌عنوان راهنما برای برآورد مقدار گاز مورد نیاز برای تخلیه طولانی‌شده جهت حفظ حداقل غلظت 30 درصد برای زمان کاهش شتاب استفاده شود. این مقدار بر اساس حجم داخلی دستگاه و زمان کاهش شتاب است، با فرض نشت متوسط. برای دستگاه‌های بدون گردش داخلی که دارای دمپر هستند، 35 درصد به مقادیر نشان داده‌شده در جدول A.5.5.3(الف) و جدول A.5.5.3(ب) باید اضافه شود تا حفاظت از تخلیه طولانی‌شده تأمین شود.

A.5.5.4.2 روش‌های موجود برای جبران دماهای بالایی شامل کاهش چگالی پر کردن برای دماهای بالا و فشرده‌سازی نیتروژن همراه با کاهش چگالی پر کردن برای دماهای پایین است. باید با تولیدکنندگان مشورت شود برای راهنمایی بیشتر.

A.5.6.1 ملاحظه‌های تهویه فشار شامل عواملی مانند استحکام محفظه و نرخ تزریق است.

A.5.6.2 منافذ و نشت‌هایی مانند درها، پنجره‌ها و دمپرها که ممکن است به راحتی قابل شناسایی نباشند یا به راحتی محاسبه نشوند، در سیستم‌های سیلاب دی‌اکسیدکربن معمولاً به‌اندازه کافی برای تهویه طبیعی بدون نیاز به تهویه اضافی فراهم کرده‌اند. اتاق‌های ذخیره‌سازی رکوردها، فضاهای یخچالی و کانال‌های تهویه نیز تحت شرایط سیستم متوسط خود نیاز به تهویه اضافی ندارند.
در بسیاری از موارد، به‌ویژه زمانی که مواد خطرناک درگیر هستند، منافذ تهویه برای تهویه انفجاری قبلاً فراهم شده است. این‌ها و سایر منافذ موجود معمولاً تهویه کافی را فراهم می‌کنند.
عملیات ساخت‌وساز عمومی راهنمای جدول A.5.6.2 را برای در نظر گرفتن استحکام عادی و فشارهای مجاز محفظه‌های متوسط فراهم می‌آورد.

A.6.1.2 نمونه‌هایی از خطراتی که توسط سیستم‌های کاربردی محلی محافظت می‌شوند شامل وان‌های غوطه‌وری، تانک‌های خنک‌کننده، اتاق‌های اسپری، ترانسفورماتورهای الکتریکی پر شده از روغن، دریچه‌های بخار، آسیاب‌های نورد، دستگاه‌های چاپ و غیره می‌شود.

A.6.1.4 به بخش‌های 4.3، 4.5.5 و A.4.3 اشاره می‌شود در مورد خطرات ناشی از کدورت دید و کاهش غلظت اکسیژن به مقداری که نمی‌تواند حیات را پشتیبانی کند، نه تنها در ناحیه اطراف تخلیه، بلکه در مناطق مجاور که گاز می‌تواند به آنجا مهاجرت کند.

A.6.3.1 در محاسبه مجموع مقدار دی‌اکسیدکربن مورد نیاز برای یک سیستم کاربردی محلی، نرخ جریان همه نازل‌ها باید با هم جمع شوند تا نرخ جریان جرمی برای حفاظت از خطر خاص به‌دست آید. این نرخ باید ضربدر زمان تخلیه شود.

A.6.3.1.1 این سیلندرها معمولاً در ظرفیت‌های اسمی 50 پوند، 75 پوند و 100 پوند (22.7 کیلوگرم، 34.1 کیلوگرم و 45.4 کیلوگرم) دی‌اکسیدکربن اندازه‌گیری می‌شوند. زمانی که سیلندرها با دی‌اکسیدکربن در چگالی پر کردن عادی که از 68 درصد بیشتر نباشد، پر می‌شوند، بخشی از تخلیه از سیلندرها به‌صورت دی‌اکسیدکربن مایع و باقی‌مانده به‌صورت بخار خواهد بود. برای مقاصد طراحی، تخلیه بخار به‌عنوان اثربخش در خاموش کردن آتش در نظر گرفته نمی‌شود. مشخص شده است که مقدار دی‌اکسیدکربن تخلیه‌شده از نازل به‌صورت مایع دی‌اکسیدکربن از 70 درصد تا 75 درصد از کل مقدار دی‌اکسیدکربن موجود در سیلندر متغیر است و بنابراین لازم است ظرفیت اسمی سیلندر برای یک سیستم خاص 40 درصد افزایش یابد تا بخش بخار دی‌اکسیدکربن در نظر گرفته شود. به‌عنوان مثال، یک سیلندر 50 پوندی (22.7 کیلوگرم) می‌تواند بین 35 پوند و 37.5 پوند (15.9 کیلوگرم و 17.0 کیلوگرم) دی‌اکسیدکربن به‌صورت مایع تخلیه کند که بخش مؤثر تخلیه در خاموش کردن آتش است.

A.6.3.1.2 زمانی که دی‌اکسیدکربن مایع از یک لوله‌کشی گرم عبور می‌کند، مایع به‌سرعت تبخیر می‌شود تا دمای لوله به دمای اشباع دی‌اکسیدکربن برسد. مقدار دی‌اکسیدکربن مایع تبخیرشده به این روش بستگی به مقدار کل حرارت دارد که باید از لوله‌کشی برداشته شود و حرارت نهان تبخیر دی‌اکسیدکربن دارد. برای دی‌اکسیدکربن با فشار بالا، حرارت نهان تبخیر حدود 64Btu/pound (149 kJ/kg) است؛ برای دی‌اکسیدکربن با فشار پایین، حرارت نهان تبخیر حدود 120 Btu/pound (279 kJ/kg) است.
مقدار حرارت که باید از لوله‌کشی برداشته شود، حاصل‌ضرب وزن لوله‌کشی در ظرفیت حرارتی ویژه فلز و تغییر دمای متوسط لوله‌کشی است. برای لوله‌کشی فولادی، ظرفیت حرارتی ویژه متوسط حدود 0.11 Btu/pound·°F (0.46 kJ/kg·K) تغییر دما است. تغییر دمای متوسط نیز تفاوت بین دمای آغاز تخلیه و دمای متوسط مایع در حال جریان در لوله خواهد بود. برای دی‌اکسیدکربن با فشار بالا، می‌توان دمای متوسط مایع در لوله‌کشی را حدود 60 درجه فارنهایت (16 درجه سلسیوس) فرض کرد. برای دی‌اکسیدکربن با فشار پایین، دمای متوسط را می‌توان حدود -5 درجه فارنهایت (-21 درجه سلسیوس) فرض کرد. این دماها البته تا حدودی متناسب با فشار نازل‌های متوسط تغییر خواهند کرد، اما چنین تنظیمات جزئی تأثیر قابل توجهی بر نتایج نخواهد گذاشت. معادله زیر می‌تواند برای محاسبه مقدار دی‌اکسیدکربن تبخیرشده در لوله‌کشی استفاده شود:

 

جایی که:

A.6.3.3 چون آزمایش‌های انجام شده در فهرست یا تاییدیه‌های اسپرینکلرهای دی‌اکسید کربن ایجاب می‌کند که آتش در حداکثر زمان ۲۰ ثانیه خاموش شود، زمان حداقل ۳۰ ثانیه برای این استاندارد تعیین شده است. این زمان اضافی به‌عنوان یک ضریب ایمنی برای شرایط غیرقابل پیش‌بینی در نظر گرفته شده است. مهم است که این زمان تخلیه به‌عنوان حداقل در نظر گرفته شود و شرایطی مانند دماهای بالا و خنک شدن سطوح بسیار داغ در منطقه خطر ممکن است نیاز به افزایش زمان تخلیه برای اطمینان از خاموشی کامل و مؤثر داشته باشد.

A.6.3.3.2 جریان دی‌اکسید کربن نیازی نیست که همزمان در تمام اسپرینکلرها شروع یا متوقف شود، اما همه اسپرینکلرها باید حداقل به مدت زمان تخلیه مایع کربن دی‌اکسید به‌طور همزمان کار کنند.

A.6.3.3.5 دمای حداکثر سوخت مایع در حال سوخت محدود به نقطه جوش آن است که در آن سرمایش تبخیری با ورود حرارت مطابقت دارد. در بیشتر مایعات، دمای خود اشتعال بسیار بالاتر از دمای جوش است، بنابراین باز اشتعال بعد از خاموش شدن تنها می‌تواند توسط یک منبع اشتعال خارجی ایجاد شود. با این حال، برخی مایعات منحصر به فرد دارای دماهای خود اشتعال بسیار پایین‌تری نسبت به دمای جوش خود هستند. روغن‌های پخت‌وپز معمولی و موم پارافین ذوب‌شده این ویژگی را دارند. برای جلوگیری از باز اشتعال در این مواد، لازم است تا جوّ اطفاء حریق تا زمانی که سوخت پایین‌تر از دمای خود اشتعال آن سرد شود، حفظ شود. یک زمان تخلیه ۳ دقیقه‌ای برای واحدهای کوچک کافی است، اما ممکن است برای واحدهای با ظرفیت بزرگتر به زمان بیشتری نیاز باشد.

A.6.4.1 کاربرد عملی روش نرخ بر اساس مساحت در راهنمای طراحی FSSA برای سیستم‌های محلی دی‌اکسید کربن نرخ بر اساس مساحت توضیح داده شده است. این راهنما به کاربر در تمام فرآیند طراحی سیستم دی‌اکسید کربن بر اساس نرخ مساحت با مثال‌ها کمک می‌کند. کاربر با مراحل مختلف طراحی سیستم شامل چیدمان، محاسبات و طراحی کلی سیستم آشنا خواهد شد.

A.6.4.2.1 در فهرست‌های فردی یا تاییدیه‌های اسپرینکلرهای نوع سقفی، آزمایش‌هایی برای تعیین جریان بهینه‌ای که یک اسپرینکلر باید برای ارتفاع نصب آن نسبت به سطح مایع استفاده کند، انجام می‌شود. این آزمایش‌ها به شرح زیر انجام می‌شوند:

این منحنی‌ها بر اساس آزمایش‌های آتش‌سوزی با استفاده از سینی‌های مربعی توسعه یافته‌اند، بنابراین مهم است که مساحت پوشش اسپرینکلرها در ارتفاعات مختلف بر اساس مساحت‌های مربعی تقریبی در نظر گرفته شود. در سیستم‌های اسپرینکلر چندگانه، این محدودیت‌ها برای بخش‌های خطر که هر اسپرینکلر به‌طور جداگانه پوشش می‌دهد، استفاده می‌شود.

چون این منحنی‌ها بر اساس آزمایش‌های آتش‌سوزی با استفاده از سینی‌های مربعی توسعه یافته‌اند، مهم است که به‌خاطر داشته باشید که پوشش مساحت برای اسپرینکلرها در ارتفاعات مختلف که توسط منحنی دوم نشان داده شده، باید بر اساس مساحت‌های مربعی تقریبی در نظر گرفته شود. همچنین مهم است که به یاد داشته باشید این دو منحنی محدودیت‌های پوشش تک اسپرینکلر را نشان می‌دهند. در سیستم‌های چند اسپرینکلری، این محدودیت‌ها برای بخشی از خطر که توسط هر اسپرینکلر پوشش داده می‌شود، استفاده می‌شود.

A.6.4.2.2 برای اسپرینکلرهای کنار مخزن و خطی، آزمایش‌های آتش‌سوزی برای توسعه منحنی‌هایی که حداکثر و حداقل جریان‌های قابل استفاده برای اسپرینکلر را به مساحت آتشی که اسپرینکلر قادر به خاموش کردن آن است، مرتبط می‌کند، انجام می‌شود. همچنین محدودیت‌های اضافی در مورد حداکثر عرض خطر و الزامات فاصله بین اسپرینکلرها و نزدیک‌ترین گوشه خطر وجود دارد. در این آزمایش‌ها، اسپرینکلرها معمولاً در فاصله ۶اینچی (۱۵۲ میلی‌متر) از سطح مایع نصب می‌شوند، که پارامتر ارتفاع را حذف می‌کند. این آزمایش‌ها به‌صورت زیر انجام می‌شوند.

اسپرینکلرهای تک یا چندگانه روی لبه سینی‌های مربعی یا مستطیلی نصب می‌شوند. در آزمایش‌های اسپرینکلر چندگانه، اسپرینکلرها روی یک طرف یا دو طرف متقابل نصب می‌شوند. آزمایش‌ها روی اندازه‌های مختلف سینی و آرایش‌های فاصله‌ای مختلف انجام می‌شود تا منحنی حداکثر نرخ یا منحنی پاشش ایجاد شود که می‌توان آن را به‌عنوان تابعی از جریان در مقابل مساحت پوشش یا عرض خطر ترسیم کرد. پس از این مرحله، حداقل جریان برای شرایط مختلف مساحت یا عرض خطر (با محدودیت‌های فاصله‌ای مناسب دیگر) توسط یک سری آزمایش مشابه تعیین می‌شود.

برای همه این آزمایش‌ها، جریان‌ها بر اساس دمای ذخیره‌سازی ۰درجه فارنهایت (۱۸- درجه سانتی‌گراد) برای سیستم‌های فشار پایین (فشار متوسط ۳۰۰ psi یا ۲۰۶۸ kPa) یا دمای ذخیره‌سازی ۷۰ درجه فارنهایت (۲۱ درجه سانتی‌گراد) برای سیستم‌های فشار بالا (فشار متوسط ۷۵۰ psi یا ۵۱۷۱ kPa) محاسبه می‌شوند. در سیستم‌های فشار بالا، دمای واقعی ذخیره‌سازی می‌تواند بین ۱۲۰ درجه فارنهایت (۴۹ درجه سانتی‌گراد) و ۳۲ درجه فارنهایت (۰ درجه سانتی‌گراد) متغیر باشد. به همین دلیل، آزمایش‌های منحنی حداکثر نرخ یا پاشش با استفاده از سیلندرهای ذخیره‌سازی که به دمای ۱۲۰ درجه فارنهایت (۴۹ درجه سانتی‌گراد) تنظیم شده‌اند، انجام می‌شود که جریان کمی بالاتر از نرخ محاسبه شده ایجاد می‌کند. آزمایش‌های نرخ حداقل با استفاده از سیلندرهای ذخیره‌سازی که به دمای ۳۲ درجه فارنهایت (۰ درجه سانتی‌گراد) تنظیم شده‌اند، انجام می‌شود که جریان کمی پایین‌تر از نرخ محاسبه شده ایجاد می‌کند.

از داده‌های حاصل از این آزمایش‌ها، یک منحنی جریان در مقابل مساحت پوشش یا عرض خطر ترسیم می‌شود که منحنی حداکثر یا پاشش آن با ضریبی معادل ۱۰ درصد کاهش و نرخ حداقل آن با ضریبی معادل ۱۵ درصد افزایش می‌یابد. یک منحنی معمولی برای اسپرینکلر کنار مخزن در شکل F.1 (c) و یک منحنی برای اسپرینکلر خطی در شکل F.1 (d) نشان داده شده است.

A.6.4.3.4 برای آزمایش‌های فهرست و تاییدیه، اسپرینکلرهای محلی دی‌اکسید کربن نوع سقفی روی آتش‌سوزی‌های دو بعدی سینی انجام می‌شوند. (مراجعه شود به A.6.4.2.1.) برخی اسپرینکلرها هنگام استفاده روی چنین آتش‌سوزی‌های “مسطح” پوشش مساحت عالی دارند. اگرچه مخروط واقعی تخلیه می‌تواند تنها روی یک مساحت کوچک از آتش تأثیر بگذارد، دی‌اکسید کربن می‌تواند از ناحیه برخورد واقعی خارج شده و مساحت بسیار بزرگتری از سینی آتش را به‌طور مؤثر پوشش دهد.

اگر سطحی که تخلیه دی‌اکسید کربن روی آن برخورد می‌کند، بسیار نامنظم باشد، ممکن است تخلیه نازل نتواند تمام قسمت‌های خطر را به‌طور مؤثر پوشش دهد. اگر نازل‌های استفاده شده دارای مناطق برخورد کوچکی نسبت به مناطق پوشش فهرست شده خود باشند، ممکن است نیاز به نازل‌های اضافی برای پوشش کامل اشیاء با اشکال نامنظم باشد. در صورتی که چنین خطراتی با اشکال نامنظم باید پوشش داده شوند، طراح باید اطمینان حاصل کند که تعداد، نوع و مکان نازل‌ها برای تضمین پوشش کامل سطوح خطر کافی است. بررسی پوشش اسپرینکلرهای محلی از جمله قسمت‌های مهم آزمایش تخلیه است.

A.6.4.4.5 ممکن است نیاز به نازل‌های اضافی برای این منظور خاص باشد، به‌ویژه اگر انبار بیش از ۲ فوت (۰.۶ متر) بالاتر از سطح محافظت شده قرار گیرد.

A.6.5.1 کاربرد عملی روش نرخ به حجم پیچیده است. طراحی یک سیستم می‌تواند با استفاده از مثال‌ها و یک محاسبه گام به گام از یک سیستم، تسهیل شود. دستورالعمل‌های طراحی FSSA برای سیستم‌های کاربرد محلی دی‌اکسید کربن با روش نرخ به حجم توضیح می‌دهند که چگونه یک سیستم دی‌اکسید کربن با استفاده از این روش طراحی شود.

A.6.5.3.2 شکل A.6.5.3.2 نمودار پوشش جزئی است.

A.6.6.2 دماهای ذخیره‌سازی فشار بالا که از ۳۲ درجه فارنهایت تا ۱۲۰ درجه فارنهایت (۰ درجه سانتی‌گراد تا ۴۹ درجه سانتی‌گراد) متغیر هستند، نیاز به روش‌های خاص برای جبران تغییرات نرخ جریان ندارند. در صورتی که دماهای ذخیره‌سازی فشار بالا بتوانند زیر ۳۲ درجه فارنهایت (۰ درجه سانتی‌گراد) یا بالاتر از ۱۲۰ درجه فارنهایت (۴۹ درجه سانتی‌گراد) قرار گیرند، ممکن است نیاز باشد ویژگی‌های خاصی در سیستم گنجانده شود تا نرخ جریان صحیح تضمین شود.

A.7.1.1 یک منبع دی‌اکسید کربن جداگانه می‌تواند برای استفاده از شلنگ دستی فراهم شود، یا دی‌اکسید کربن می‌تواند از یک واحد ذخیره‌سازی مرکزی که چندین خط شلنگ را تأمین می‌کند یا از سیستم‌های ثابت دستی یا خودکار تأمین شود. (مراجعه شود به ۴.۶.۱.۱.)

A.7.1.3 استفاده از لوله‌های دستی یا سیستم‌های ثابت یا خودکار برای انتقال دی‌اکسید کربن از یک واحد ذخیره‌سازی مرکزی که به چندین لوله‌ متصل است، امکان‌پذیر است. (مراجعه شود به 4.6.1.1.)
A.7.1.4 اشاره‌ای به 4.3.1 و A.4.3 در مورد خطرات برای پرسنل به دلیل کاهش دید و کاهش غلظت اکسیژن تا حدی که قادر به حمایت از حیات نباشد، نه تنها در منطقه تخلیه بلکه در مناطق مجاور که گاز ممکن است به آنجا منتقل شود، می‌شود.
A.7.5.2 اتصال مجموعه نازل تخلیه به شلنگ با استفاده از اتصال گردشی برای فراهم آوردن راحتی بیشتر در جابجایی توصیه می‌شود.
A.7.5.4 عملکرد سیستم‌های لوله‌ دستی به عمل دستی و جابجایی دستی نازل تخلیه بستگی دارد. بنابراین سرعت و سادگی عملیات برای اطفاء حریق موفق ضروری است.
A.7.5.4.2 از شیرهای بلیدر یا دستگاه‌های مشابه می‌توان برای کاهش تاخیر در تخلیه مایع در سیستم‌های فشار پایین استفاده کرد.
A.8.1.1 تأمین دی‌اکسید کربن بر روی یک وسیله نقلیه متحرک نصب شده است که می‌تواند به محل حریق کشیده یا رانده شود و به سرعت به سیستم لوله‌ کشی متصل شود که خطرات درگیر را محافظت می‌کند. تأمین متحرک عمدتاً تجهیزات آتش‌نشانی یا پرسنل آتش‌نشانی است که برای استفاده مؤثر به آموزش نیاز دارند.
A.8.1.2 سیستم‌های لوله‌ کشی و تأمین متحرک می‌توانند برای تکمیل سیستم‌های حفاظت در برابر حریق ثابت استفاده شوند یا به تنهایی برای محافظت از خطرات خاص استفاده شوند:
(1) تأمین متحرک می‌تواند به عنوان یک پشتیبان برای تکمیل تأمین ثابت استفاده شود.
(2) تأمین متحرک همچنین می‌تواند با لوله‌های دستی برای محافظت از خطرات پراکنده تجهیز شود.
A.8.4.1 ممکن است مقادیر اضافی دی‌اکسید کربن برای جبران تاخیر در رساندن تأمین متحرک به خطر مورد نیاز باشد.
A.8.5 اثربخشی حفاظت در برابر حریق فراهم شده توسط سیستم‌های لوله‌ کشی و تأمین متحرک به کارایی و توانایی نیروی انسانی که تأمین متحرک را اداره می‌کند بستگی دارد. به طور کلی، این تجهیزات در دسته تجهیزات آتش‌نشانی قرار دارند که به یک گروه از پرسنل ثابت نیاز دارند.
A.9.1(2)(c) مثال‌ها شامل فضاهایی هستند که موتورهایی برای پیشرانه، موتورهایی که ژنراتورهای الکتریکی را به حرکت درمی‌آورند، ایستگاه‌های پر کردن سوخت، پمپ‌های بارگیری یا ماشین‌آلات تهویه، گرمایش و تهویه مطبوع را در خود دارند.
A.9.1(2)(d) سیستم‌های دی‌اکسید کربن برای فضاهای وسیله نقلیه که برای مسافران قابل دسترسی هستند، توصیه نمی‌شود.
A.9.2.1 منظور این است که NFPA 12، از جمله این فصل، به عنوان یک سند مستقل برای طراحی، نصب و نگهداری سیستم‌های دی‌اکسید کربن دریایی استفاده شود.
فصل 9 در سال 1998 اضافه شد تا به نصب‌های دریایی پرداخته شود. این فصل به عنوان جایگزین سایر استانداردها مانند 46CFR 119، “نصب ماشین‌آلات” طراحی شده است.
A.9.3.3.1 برخی از موتورهای احتراق داخلی برای پیشرانه و ژنراتورهای مولد برق، هوای احتراق را از فضای محافظت شده که در آن نصب شده‌اند، می‌کشند. چون این نوع موتورها موظف به خاموش شدن قبل از تخلیه سیستم هستند، در برخی موارد، سیستم خودکار تخلیه ممکن است پیشرانه یا تأمین برق را زمانی که بیشترین نیاز است، خاموش کند. یک سیستم غیرخودکار به خدمه کشتی انعطاف‌پذیری بیشتری می‌دهد تا بهترین مسیر عمل را انتخاب کنند. به عنوان مثال، در حالی که کشتی در یک کانال پر ازدحام در حال حرکت است، توانایی مانور کشتی می‌تواند از تخلیه فوری سیستم مهم‌تر باشد.

A.9.3.3.2 در سکوی‌های فراساحلی و برخی از کشتی‌ها، محفظه‌های ماشین‌آلات کوچک اغلب به‌گونه‌ای قرار دارند که دسترسی پرسنل در هنگام وقوع حریق دشوار و/یا خطرناک است و ممکن است تأخیر غیرقابل قبولی در فعال‌سازی سیستم‌ها ایجاد کند. تا زمانی که ایمنی زندگی و قابلیت ناوبری کشتی تحت تأثیر منفی قرار نگیرد، فعال‌سازی خودکار سیستم‌های محافظت‌کننده از این فضاها مجاز است.
A.9.3.3.4 به‌استثنای فضاهای محافظت‌شده بسیار کوچک که در 9.3.3.3.3 ذکر شده است، هدف این استاندارد این است که دو عملیات دستی جداگانه برای ایجاد تخلیه یک سیستم دریایی نیاز باشد. فراهم کردن یک کنترل دستی جداگانه برای هر یک از شیرهای کنترل تخلیه مورد نیاز در 9.3.3.3 این هدف را محقق می‌کند. این الزامات استثنایی است بر «عملیات دستی معمولی» که در 4.5.1.2 تعریف شده است.
A.9.3.3.5 برای یک سیستم دی‌اکسید کربن فشار بالا، کنترل دستی اضطراری برای تأمین، اپراتور دستی بر روی سیلندرهای پیلوت است.
A.9.3.3.7 دی‌اکسید کربن کافی باید فراهم شود تا آلارم‌ها را با فشار نامی خود برای مدت زمان لازم فعال نگه دارد.
A.9.3.6.2.2 یک مثال از جایی که تخلیه‌ها ضروری است، نقاط پایین در لوله‌کشی دی‌اکسید کربن است که همچنین توسط سیستم تشخیص دود از نوع نمونه‌برداری استفاده می‌شود.
آتش‌سوزی در فضاهای باری ممکن است به‌طور کامل توسط تخلیه دی‌اکسید کربن اطفاء نشود. اینکه آتش به‌طور کامل اطفاء شده است یا فقط سرکوب شده است بستگی به چندین عامل دارد، از جمله نوع و مقدار مواد سوختی. احتمال نشت مقداری از جو دی‌اکسید کربن غنی‌شده از محفظه بار وجود دارد. بنابراین، ممکن است نیاز باشد دی‌اکسید کربن اضافی به‌طور موقت تخلیه شود تا سرکوب آتش در محفظه بار تا زمانی که کشتی به بندر برسد، حفظ شود. پس از رسیدن به بندر، قبل از باز شدن درب محفظه بار، یک گروه آتش‌نشانی مجهز و آموزش‌دیده باید آماده باشد تا اطفاء کامل مواد سوخته را انجام دهد.

 

محاسبه  غلظتی از دی‌اکسید کربن  که بتواند آتش‌سوزی‌های ناشی از مواد قابل‌احتراق واقع در یک فضای بسته را خاموش کند

NFPA12-ANNEX-D

ضمیمه D – سامانه‌های اطفاء حریق به روش غرقاب کامل
این ضمیمه بخشی از الزامات این سند NFPA نیست، بلکه صرفاً برای اهداف اطلاعاتی ارائه شده است.

D.1 نظریه طراحی: از دیدگاه عملکرد، یک سامانه غرقاب کامل به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که غلظتی از دی‌اکسید کربن ایجاد کند که بتواند آتش‌سوزی‌های ناشی از مواد قابل‌احتراق واقع در یک فضای بسته را خاموش کند. این سامانه همچنین باید بتواند غلظت مؤثر را تا زمانی که حداکثر دما به زیر نقطه شعله‌ور شدن مجدد برسد، حفظ کند.

برای بسیاری از مواد، ممکن است نیاز به حفظ غلظت دی‌اکسید کربن برای انجام فرآیند خنک‌سازی باشد. مجاری فلزی انتقال هوا که می‌توانند به‌سرعت و به‌طور قابل‌توجهی گرم شوند، مثالی هستند که در آن حفظ غلظت برای خنک‌سازی می‌تواند ضروری باشد.

غلظت مورد نیاز دی‌اکسید کربن بستگی به نوع ماده قابل‌احتراق دارد. غلظت لازم برای بیشتر آتش‌سوزی‌های سطحی، به‌ویژه آن‌هایی که شامل مایعات و گازها هستند، به‌دقت تعیین شده است. بیشتر این اطلاعات توسط اداره معادن ایالات متحده آمریکا به‌دست آمده است. برای آتش‌سوزی‌های عمیق، غلظت بحرانی مورد نیاز برای اطفاء دقیق مشخص نیست و به‌طور کلی از طریق آزمایش‌های عملی تعیین شده است.

حجم دی‌اکسید کربن مورد نیاز برای رسیدن به یک غلظت مشخص، بیشتر از حجم نهایی باقی‌مانده در فضای بسته خواهد بود. در اغلب موارد، دی‌اکسید کربن باید به‌گونه‌ای اعمال شود که باعث اختلاط تدریجی جو شود. هوای جابجا شده از اتاق سرور، در هنگام تزریق دی‌اکسید کربن، از طریق شکاف‌های کوچک یا دریچه‌های خاص به‌راحتی تخلیه می‌شود. بنابراین مقداری از دی‌اکسید کربن همراه با هوای تخلیه‌شده از دست می‌رود. این میزان از دست رفتن، در غلظت‌های بالا بیشتر می‌شود. این روش کاربرد، غرقاب با جریان آزاد نام دارد.

در شرایط فوق، حجم دی‌اکسید کربن مورد نیاز برای رسیدن به یک غلظت معین در جو، توسط معادلات زیر بیان می‌شود:

جایی که:

e = 2.718 (پایه لگاریتم طبیعی)
X = حجم دی‌اکسید کربن افزوده‌شده به ازای هر واحد حجم فضا

از معادلات قبلی، حجم دی‌اکسید کربن مورد نیاز برای رسیدن به یک غلظت مشخص قابل محاسبه است. این مقدار دی‌اکسید کربن را می‌توان بر حسب فوت مکعب (متر مکعب) فضای محافظت‌شده به ازای هر پوند (کیلوگرم) دی‌اکسید کربن یا پوند (کیلوگرم) دی‌اکسید کربن به ازای هر ۱۰۰ فوت مکعب (۰.۲۸ متر مکعب) بیان کرد. این نتایج محاسبه و برای مراجعه آسان ترسیم شده‌اند.

یکی از این منحنی‌ها در شکل D.1(a) نشان داده شده است. در این منحنی فرض شده که دی‌اکسید کربن به حجمی برابر با ۹فوت مکعب بر پوند (۰.۵۶ متر مکعب بر کیلوگرم) در دمای ۸۶درجه فارنهایت (۳۰ درجه سلسیوس) منبسط می‌شود. منحنی بالایی (جابجایی کامل) و منحنی پایینی (بدون خروجی) حالت‌های نظری افراطی هستند که صرفاً برای مقایسه ترسیم شده‌اند. منحنی میانی (جریان آزاد) که باید از آن استفاده شود، باید با در نظر گرفتن ضرایب ایمنی مناسب، اصلاح گردد.

اطلاعات مشابهی نیز در شکل D.1(b) به صورت نمودار ناموگراف ارائه شده است. ستون A محتوای اکسیژن در مخلوط‌های هوا-دی‌اکسید کربن را نشان می‌دهد؛ ستون B وزن دی‌اکسید کربن در مخلوط‌های هوا-دی‌اکسید کربن را نشان می‌دهد؛ و ستون C حجم فوت مکعب بر پوند دی‌اکسید کربن در این مخلوط‌ها را نشان می‌دهد. در این مورد، فرض شده که دمای نهایی حدود ۵۰ درجه فارنهایت (۱۰ درجه سلسیوس) باشد، که حجمی برابر با ۸.۳۵ فوت مکعب بر پوند (۰.۵۲ متر مکعب بر کیلوگرم) دی‌اکسید کربن ایجاد می‌کند. بنابراین این ناموگراف، مقادیر بیشتری از دی‌اکسید کربن را برای یک غلظت یکسان نشان می‌دهد. داده‌های فصل‌های ۴ تا ۶ بر اساس انبساط ۹ فوت مکعب بر پوند (۰.۵۶ متر مکعب بر کیلوگرم) دی‌اکسید کربن تهیه شده‌اند.

شایان ذکر است که در برخی محفظه‌های کاملاً عایق‌شده، مانند فریزرها و اتاق‌های تست بی‌پژواک، تبخیر کامل و سریع دی‌اکسید کربن آزادشده ممکن است رخ ندهد. در چنین موارد غیرمعمولی، باید با سازنده مشورت شود.

مدت زمان لازم برای خنک‌سازی تا زیر نقطه شعله‌ور شدن مجدد، بستگی به نوع آتش‌سوزی و اثر عایقی ماده قابل‌احتراق دارد. برای آتش‌سوزی‌های سطحی می‌توان فرض کرد که آتش تقریباً بلافاصله پس از دستیابی به غلظت مورد نظر، خاموش می‌شود. فضای بسته باید البته برای مدتی پس از تزریق دی‌اکسید کربن، غلظت مناسبی را حفظ کند، که این خود یک عامل ایمنی اضافی فراهم می‌کند.

برای آتش‌سوزی‌های عمیق، غلظت باید برای مدت زمان بیشتری حفظ شود، چرا که مواد داغ به‌آرامی خنک می‌شوند. مدت زمان خنک‌سازی به‌شدت بسته به نوع ماده متغیر است. چون زمان خنک‌سازی معمولاً طولانی است، باید توجه ویژه‌ای به موضوع حفظ غلظت مؤثر اطفاء داشت.

آتش‌سوزی‌های سطحی و آتش‌سوزی‌های عمیق اساساً با یکدیگر متفاوت هستند و باید با اهداف متفاوتی به آن‌ها پرداخته شود.

نمونه‌هایی از خطراتی که توسط سامانه‌های غرقاب کامل محافظت می‌شوند عبارت‌اند از: اتاق‌ها، گاوصندوق‌ها، ماشین‌آلات بسته، کانال‌ها، کوره‌ها، مخازن و محتویات آن‌ها.

D.2 منابع اضافی: طراحی یک سامانه اطفاء حریق دی‌اکسید کربن به روش غرقاب کامل می‌تواند کاری چالش‌برانگیز باشد. نیاز به در نظر گرفتن ضرایب تبدیل مواد، تغییرات دمایی و بازشوهایی که قابل‌بسته شدن نیستند، تنها برخی از موانع این طراحی هستند. نشریه FSSA با عنوان راهنمای طراحی برای کاربردهای غرقاب کامل با دی‌اکسید کربن، کاربر را گام‌به‌گام در طراحی یک سامانه CO₂ همراه با مثال‌هایی راهنمایی می‌کند.

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.