A.17.8.2 اصول عملکرد دتکتورهای شعله

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

که در آن:

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

بیشتر بخوانید: رفع خطای سیستم اعلام حریق

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

دتکتورهای مکشی: چشم‌های همیشه بیدار تشخیص دود

در دنیای امروز، حفاظت از جان و مال در برابر آتش‌سوزی اهمیت زیادی دارد. یکی از پیشرفته‌ترین و هوشمندترین فناوری‌های موجود در این زمینه، دتکتورهای مکشی دود یا همان Aspirating Smoke Detectors (ASD) هستند. این سیستم‌ها که گاهی به آن‌ها ایرسمپلینگ (Air Sampling Detectors) نیز گفته می‌شود، نوعی از دتکتورهای بسیار حساس و دقیق هستند که برای تشخیص زودهنگام دود به‌کار می‌روند، آن هم در زمانی که شاید حتی بوی دود هم احساس نشده باشد!

🛠 دتکتور مکشی چگونه کار می‌کند؟

برخلاف دتکتورهای معمولی که فقط در صورت رسیدن دود به آن‌ها فعال می‌شوند، سیستم‌های ASD به‌صورت فعال عمل می‌کنند. آن‌ها با کمک یک فن داخلی، هوا را از محیط به داخل خود می‌مکند و از طریق لوله‌هایی که به شکل شبکه در فضا پخش شده‌اند، نمونه‌های هوای محیط را جمع‌آوری می‌کنند.

هوای نمونه‌برداری‌شده، وارد یک اتاقک تشخیص دود بسیار حساس می‌شود که در آن از فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند لیزریا نور مادون قرمز استفاده می‌شود تا حتی ریزترین ذرات دودهم تشخیص داده شوند.

🔍 مزایای استفاده از دتکتورهای مکشی

1. تشخیص بسیار زودهنگام

از مهم‌ترین مزایای این سیستم‌ها، توانایی تشخیص دود در مراحل اولیه احتراق است. درواقع، قبل از اینکه شعله‌ای شکل بگیرد یا هشدارهای دیگر فعال شوند، دتکتور مکشی هشدار می‌دهد.

2. قابل استفاده در محیط‌های خاص

در جاهایی مثل:

3. پنهان و زیبا

در فضاهای لوکس یا تاریخی که زیبایی‌شناسی اهمیت دارد، می‌توان تنها سوراخ‌های ریز نمونه‌برداری را روی دیوار یا سقف ایجاد کرد و دتکتور را در اتاق یا تابلو برق پنهان نمود.

4. قابلیت مانیتورینگ دقیق

سیستم‌های مکشی می‌توانند به‌صورت دیجیتال میزان ذرات دود موجود در هوا را نشان دهند. این ویژگی باعث می‌شود بتوان تغییرات کیفی هوا را نیز تحت نظر داشت، نه فقط حالت هشدار.

📏 اجزای اصلی سیستم ASD چیست؟

📐 نکات طراحی و نصب بر اساس استانداردها

طبق استاندارد NFPA 72، هر سوراخ نمونه‌برداری باید به عنوان یک دتکتور نقطه‌ای دود در نظر گرفته شود. همچنین، زمان رسیدن دود از دورترین سوراخ به دتکتور نباید بیش از 120 ثانیه طول بکشد. در برخی محیط‌ها مثل اتاق‌های سرور که طبق NFPA 75 طراحی می‌شوند، استفاده از این سیستم برای حفاظت زودهنگام بسیار توصیه شده است.

در مراکز مخابراتی هم طبق NFPA 76 دو سطح از حساسیت تعریف شده:

🔧 نگهداری و تعمیرات سیستم‌های ASD

یکی از نکات مهم در سیستم‌های ASD، نگهداری دوره‌ایاست. با وجود اینکه این سیستم‌ها بسیار قابل اعتماد هستند، باید:

❓چه زمانی باید از دتکتور مکشی استفاده کنیم؟

اگر با یکی از شرایط زیر مواجه هستید، سیستم ASD گزینه‌ای ایده‌آل است:

✅ نیاز به تشخیص سریع‌تر از حالت نرمال
✅ سقف خیلی بلند دارید (مثلاً در سوله‌ها)
✅ شرایط محیطی نامناسب است (گرد و غبار، سرمای شدید، یا جریان هوا)
✅ تجهیزات حساس دارید که حتی دود کم می‌تواند به آن‌ها آسیب بزند
✅ می‌خواهید دتکتورهای شما دیده نشوند!

🧠 جمع‌بندی

دتکتورهای مکشی مانند نگهبانان نامرئی اما هوشیاری هستند که دائم در حال تحلیل وضعیت هوای محیط‌اند. آن‌ها می‌توانند تفاوت بین یک اتفاق ساده و یک فاجعه تمام‌عیار را رقم بزنند. در دنیای امروز که سرعت، دقت، و حفاظت اهمیت بالایی دارد، سیستم‌های ایرسمپلینگ ابزاری بسیار مهم و حیاتی محسوب می‌شوند.

تاندا یک شرکت پیشرو در زمینه حفاظت از حریق است که در ارائه محصولات و راهکارهای جامع تخصص دارد. این شرکت با مأموریت حفاظت از جان و اموال تأسیس شده و متعهد به ارائه فناوری‌های نوآورانه و راهکارهای سفارشی برای پاسخگویی به نیازهای منحصربه‌فرد مشتریان خود در صنایع مختلف در سراسر جهان است.

تاریخچه گسترده تاندا؛ روایتی از پیشرفت و نوآوری

تاندا، شرکتی که با هدف ایجاد تحولی اساسی در صنعت حفاظت از حریق تأسیس شد، امروزه به یکی از رهبران جهانی این حوزه تبدیل شده است. این شرکت در طول سال‌ها توانسته است با ارائه راهکارهای نوآورانه و قابل‌اعتماد، جایگاهی ویژه در بازار به دست آورد. تعهد همیشگی به کیفیت و بهبود مستمر، نقش مهمی در موفقیت‌های آن داشته و باعث شده است که بتواند نیازهای در حال تغییر مشتریان خود را برآورده کرده و در خط مقدم فناوری ایمنی حریق باقی بماند.

در وب‌سایت رسمی این شرکت، بخشی به انتشار اخبار و گزارش‌هایی درباره سالگردها، نوآوری‌های کلیدی، پروژه‌های مهم و مقالاتی پیرامون تاریخچه تاندا اختصاص داده شده است. این منابع اطلاعاتی، نگاهی جامع به مسیر رشد و دستاوردهای این برند ارائه می‌دهند.

روایت‌هایی از تاریخچه تاندا

یکی از نقاط عطف مهم در تاریخ این شرکت، سال ۲۰۱۵ است. در این سال، تاندا فعالیت‌های خود را به سطح بین‌المللی گسترش داد و با ایجاد شراکت‌های استراتژیک، موفق شد محصولات و راهکارهای پیشرفته حفاظت از حریق را به بازارهای جهانی معرفی کند. این توسعه، به تثبیت حضور این برند در مناطقی مانند خاورمیانه، آفریقا، جنوب آسیا، جنوب شرق آسیا و آمریکای جنوبی منجر شد.

در طول این مسیر، دستاوردهای مهمی رقم خورده است. برای علاقه‌مندان به صنعت حفاظت از حریق، مطالعه تاریخچه این برند می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره پیشرفت‌های آن و تأثیرگذاری‌اش در سطح بین‌المللی ارائه دهد. امکان مرور داستان‌های برجسته و استفاده از فیلترهای موضوعی در منابع منتشرشده، فرصتی برای آشنایی عمیق‌تر با مسیر رشد و نوآوری‌های این برند فراهم می‌کند.

بررسی استانداردها و گواهینامه‌های TANDA

شرکت TANDA موفق به دریافت چندین گواهینامه و استاندارد معتبر جهانی شده است که نشان‌دهنده کیفیت و ایمنی بالای محصولات این شرکت در صنعت اعلام حریق است. استانداردهای اخذ شده توسط TANDA شامل EN54، UL، LPCB و CE هستند. در ادامه، توضیح مختصری درباره هر یک از این استانداردها ارائه شده است:

1. استاندارد EN54

منطقه: اروپا
توضیح: این استاندارد توسط کمیته استانداردسازی اروپا (CEN)تدوین شده و یکی از مهم‌ترین استانداردهای مرتبط با سیستم‌های اعلام حریق در اتحادیه اروپا است. EN54 شامل مجموعه‌ای از بخش‌ها است که هر کدام به عملکرد تجهیزات مختلف مانند دتکتورها، آژیرها، کنترل پنل‌ها و سایر اجزای سیستم اعلام حریق می‌پردازد. این استاندارد اطمینان حاصل می‌کند که تجهیزات اعلام حریق عملکردی دقیق و قابل‌اعتماد دارند.

2. گواهینامه UL (Underwriters Laboratories)

منطقه: ایالات متحده آمریکا
توضیح: UL یک سازمان مستقل در آمریکا است که محصولات را از نظر ایمنی و کیفیت ارزیابی و تأیید می‌کند. تجهیزات اعلام حریق که موفق به اخذ گواهینامه UL می‌شوند، تحت آزمایش‌های سخت‌گیرانه‌ای قرار می‌گیرند تا از عملکرد ایمن و استاندارد آن‌ها اطمینان حاصل شود. دریافت این گواهینامه نشان می‌دهد که محصولات TANDA از استانداردهای بین‌المللی ایمنی و کیفیت پیروی می‌کنند.

3. گواهینامه LPCB (Loss Prevention Certification Board)

منطقه: بریتانیا
توضیح: LPCB یک نهاد گواهی‌دهنده در بریتانیا است که محصولات مرتبط با ایمنی و آتش‌نشانی را مورد آزمایش و تأیید قرار می‌دهد. داشتن این گواهینامه نشان‌دهنده کیفیت بالا، عملکرد قابل‌اعتماد و تطابق محصولات TANDA با استانداردهای سخت‌گیرانه ایمنی است.

4. نشان CE (Conformité Européenne)

منطقه: اتحادیه اروپا
توضیح: نشان CE تأیید می‌کند که محصولات تولیدی یک شرکت با مقررات سلامت، ایمنی و محیط‌زیست اتحادیه اروپا سازگار هستند. این گواهینامه به TANDA اجازه می‌دهد تا محصولات خود را به‌طور قانونی در بازارهای اروپایی عرضه کند. دریافت نشان CE نشان‌دهنده این است که محصولات TANDA از استانداردهای لازم برای عرضه در اروپا برخوردارند.

انواع محصولات شرکت تاندا

TANDA طیف گسترده‌ای از محصولات اعلام حریق را تولید می‌کند که شامل موارد زیر است

: ✅ دتکتورهای دود، حرارت، گاز و شعله

✅ کنترل پنل‌های هوشمند اعلام حریق

✅ آژیرها و فلاشرهای هشداردهنده

✅ بیم دتکتورها برای نظارت بر فضاهای وسیع

✅ تجهیزات جانبی سیستم‌های اعلام حریق

بیم دتکتور TANDA و کاربرد آن

بیم دتکتور یکی از محصولات کلیدی در سیستم‌های اعلام حریق TANDA است. این دستگاه با استفاده از پرتوهای مادون قرمز، وجود دود را در محیط تشخیص می‌دهد. بیم دتکتورها برای فضاهای بزرگ مانند انبارها، سالن‌های ورزشی و مراکز خرید ایده‌آل هستند. انواع بیم دتکتور شامل:

موارد استفاده و نمونه پروژه‌های اجرا شده با تجهیزات TANDA

بسیاری از ساختمان‌های اداری، بیمارستان‌ها، انبارها و مراکز خرید از سیستم‌های اعلام حریق TANDA بهره می‌برند. این شرکت در کشورهای مختلفی حضور دارد و تجهیزات آن در پروژه‌های متعددی اجرا شده‌اند.

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.

 

1 شرح. سیستم کاربرد محلی باید شامل یک منبع ثابت دی‌اکسید کربن باشد که به‌طور دائم به یک سیستم لوله‌کشی ثابت متصل شده و نازل‌ها به‌گونه‌ای چیده شده باشند که مستقیماً به درون آتش تخلیه شوند.

6.1.2 کاربردها. سیستم‌های کاربرد محلی باید برای اطفاء حریق‌های سطحی در مایعات قابل اشتعال، گازها و جامدات کم‌عمق استفاده شوند، در شرایطی که خطر محصور نشده باشد یا محفظه با الزامات سیلاب کامل مطابقت نداشته باشد.

6.1.3 الزامات عمومی. سیستم‌های کاربرد محلی باید مطابق با الزامات مربوطه در فصل‌های قبلی و همچنین الزامات اضافی مشخص‌شده در این فصل، طراحی، نصب، آزمایش و نگهداری شوند.

6.1.4 الزامات ایمنی.

6.2 مشخصات خطر.

6.2.1 گستره خطر. خطر باید به‌گونه‌ای از سایر خطرات یا مواد قابل اشتعال جدا شده باشد که آتش به بیرون از ناحیه محافظت‌شده گسترش نیابد.

6.2.1.1 کل ناحیه خطر باید تحت حفاظت قرار گیرد.

6.2.1.2 ناحیه خطر باید شامل تمام مناطقی باشد که با مایعات قابل اشتعال یا پوشش‌های جامد کم‌عمق پوشیده شده‌اند یا ممکن است پوشیده شوند، مانند مناطقی که در معرض نشت، تراوش، چکه کردن، پاشیدن یا میعان هستند.

6.2.1.3 ناحیه خطر همچنین باید شامل تمام مواد یا تجهیزات مرتبط مانند قطعات تازه پوشش‌داده‌شده، صفحات تخلیه، هودها، کانال‌ها و غیره باشد که می‌توانند باعث گسترش آتش به بیرون یا هدایت آن به داخل ناحیه محافظت‌شده شوند.

6.2.1.4 مجموعه‌ای از خطرات مرتبط به یکدیگر می‌تواند با تأیید مرجع صلاحیت‌دار به گروه‌ها یا بخش‌های کوچکتری تقسیم شود.

6.2.1.5 سیستم‌های مربوط به چنین خطراتی باید به گونه‌ای طراحی شوند که در صورت نیاز، حفاظت مستقل و فوری برای گروه‌ها یا بخش‌های مجاور فراهم کنند.

6.2.2 محل خطر.

6.2.2.1 خطر می‌تواند در داخل اتاق سرور، به‌صورت نیمه‌پوشیده یا کاملاً در فضای باز قرار داشته باشد.

6.2.2.2 ضروری است که تخلیه دی‌اکسید کربن به گونه‌ای انجام شود که باد یا جریان‌های شدید هوا موجب کاهش اثربخشی حفاظت نشوند.

6.3 الزامات مربوط به دی‌اکسید کربن.

6.3.1 کلیات. مقدار دی‌اکسید کربن مورد نیاز برای سیستم‌های کاربرد محلی باید بر اساس نرخ کلی تخلیه مورد نیاز برای پوشش‌دهی ناحیه یا حجم محافظت‌شده و مدت زمانی که باید تخلیه حفظ شود تا اطفاء کامل انجام گیرد، تعیین شود.

6.3.1.1 ذخیره‌سازی پرفشار.

6.3.1.1.1 برای سیستم‌هایی با ذخیره‌سازی پرفشار، مقدار محاسبه‌شده دی‌اکسید کربن باید ۴۰ درصد افزایش یابد تا ظرفیت نامی سیلندرهای ذخیره‌سازی تعیین شود، زیرا تنها بخش مایع در فرآیند تخلیه مؤثر است.

6.3.1.1.2 این افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی سیلندر برای بخش سیلاب کامل در سیستم‌های ترکیبی کاربرد محلی – سیلاب کاملالزامی نیست.

6.3.1.2 مقدار دی‌اکسید کربن موجود در ذخیره باید به اندازه‌ای افزایش یابد که بخار شدن مایع در حین خنک‌سازی لوله‌ها را جبران کند.

6.3.2 نرخ تخلیه. نرخ تخلیه نازل‌ها باید با استفاده از روش سطحی طبق بخش 6.4 یا روش حجمی طبق بخش 6.5 تعیین شود.

6.3.2.1 نرخ کلی تخلیه سیستم باید برابر با مجموع نرخ‌های تخلیه تک‌تک نازل‌ها یا تجهیزات تخلیه استفاده‌شده در سیستم باشد.

6.3.2.2 برای سیستم‌های کم‌فشار، اگر بخشی از ناحیه خطر قرار است با سیلاب کامل محافظت شود، نرخ تخلیه آن بخش باید به‌گونه‌ای باشد که غلظت مورد نیاز را در مدت‌زمانی برابر یا کمتر از زمان تخلیه بخش کاربرد محلی تأمین کند.

6.3.2.3 برای سیستم‌های پرفشار، اگر بخشی از ناحیه خطر قرار است با سیلاب کامل محافظت شود، نرخ تخلیه برای آن بخش باید با تقسیم مقدار مورد نیاز برای سیلاب کامل بر ضریب 1.4 و مدت‌زمان تخلیه کاربرد محلی به دقیقه، طبق معادله زیر، محاسبه شود:

جایی که:

Qₜₒₜ = نرخ جریان برای بخش سیلاب کامل [پوند/دقیقه (کیلوگرم/دقیقه)]
Wₜₒₜ = مقدار کل دی‌اکسید کربن برای بخش سیلاب کامل [پوند (کیلوگرم)]
tₗ = زمان تخلیه مایع برای بخش کاربرد محلی (دقیقه)

6.3.3 مدت‌زمان تخلیه.

6.3.3.1 حداقل زمان تخلیه مایع از تمام نازل‌ها باید ۳۰ ثانیه باشد.

6.3.3.2 تمام نازل‌های کاربرد محلی که یک خطر واحد را محافظت می‌کنند باید به‌صورت همزمان برای مدتی که کمتر از حداقل زمان تخلیه مایع نباشد، مایع را تخلیه کنند.

6.3.3.3 زمان حداقل باید برای جبران شرایط خطری که به دوره خنک‌سازی طولانی‌تری برای اطمینان از اطفاء کامل نیاز دارد، افزایش یابد.

6.3.3.4 در صورتی که احتمال دارد فلز یا مواد دیگر به دمایی بالاتر از دمای اشتعال سوخت برسند، زمان مؤثر تخلیه باید افزایش یابد تا مدت زمان کافی برای خنک‌سازی فراهم شود.

6.3.3.5 اگر سوخت دارای نقطه خوداشتغالی پایین‌تر از نقطه جوش باشد، مانند موم پارافین و روغن‌های پخت‌وپز، زمان مؤثر تخلیه باید افزایش یابد تا امکان خنک‌سازی سوخت و جلوگیری از آتش‌گیری مجدد فراهم شود.

6.3.3.5.1 حداقل زمان تخلیه مایع باید ۳ دقیقه باشد.

6.4 روش نرخ به‌ازای مساحت.

6.4.1 کلیات. روش طراحی سیستم بر اساس مساحت باید در مواردی استفاده شود که خطر آتش‌سوزی عمدتاً شامل سطوح صاف یا اشیاء کم‌ارتفاع مرتبط با سطوح افقی باشد.

6.4.1.1 طراحی سیستم باید بر اساس داده‌های فهرست‌شده یا مورد تأیید برای نازل‌های منفرد باشد.

6.4.1.2 استفاده از این داده‌ها در مقادیر بالاتر یا پایین‌تر از حدود تعیین‌شده مجاز نیست.

6.4.2 نرخ تخلیه نازل. نرخ طراحی تخلیه از طریق نازل‌های منفرد باید بر اساس موقعیت یا فاصله پاشش مطابق با تأییدیه‌ها یا فهرست‌های مشخص تعیین شود.

6.4.2.1 نرخ تخلیه برای نازل‌های نوع سقفی باید صرفاً بر اساس فاصله از سطحی که هر نازل از آن محافظت می‌کند، تعیین شود.

6.4.2.2 نرخ تخلیه برای نازل‌های کنار مخزن باید صرفاً بر اساس پرتاب یا فاصله مورد نیاز برای پوشش سطح مورد محافظت توسط هر نازل تعیین شود.

6.4.3 مساحت به‌ازای هر نازل. حداکثر مساحتی که توسط هر نازل محافظت می‌شود باید بر اساس موقعیت یا فاصله پاشش و نرخ طراحی تخلیه، مطابق با تأییدیه‌ها یا فهرست‌های مشخص تعیین شود.

6.4.3.1 همان عواملی که برای تعیین نرخ طراحی تخلیه استفاده شده‌اند باید برای تعیین حداکثر مساحت محافظت‌شده توسط هر نازل نیز استفاده شوند.

6.4.3.2 بخش خطر تحت حفاظت نازل‌های نوع سقفی منفرد باید به‌عنوان یک ناحیه مربعی در نظر گرفته شود.

6.4.3.3 بخش خطر تحت حفاظت نازل‌های کنار مخزن یا خطی منفرد باید مطابق با محدودیت‌های فاصله‌گذاری و تخلیه در تأییدیه‌ها یا فهرست‌های مشخص، به‌صورت ناحیه‌ای مستطیلی یا مربعی در نظر گرفته شود.

6.4.3.4 هنگامی که غلتک‌های پوشش‌داده‌شده یا اشکال نامنظم مشابه قرار است محافظت شوند، مساحت خیس‌شده پیش‌بینی‌شده باید برای تعیین پوشش نازل استفاده شود.

6.4.3.5 در مواردی که سطوح پوشش‌داده‌شده باید محافظت شوند، مساحت به‌ازای هر نازل می‌تواند تا حداکثر ۴۰ درصد بیشتر از مقادیر مشخص‌شده در تأییدیه‌ها یا فهرست‌ها افزایش یابد.

6.4.3.5.1 سطوح پوشش‌داده‌شده به سطوحی اطلاق می‌شود که برای تخلیه طراحی شده‌اند و به‌گونه‌ای ساخته و نگهداری می‌شوند که تجمع مایع در سطحی بیش از ۱۰ درصد از ناحیه محافظت‌شده رخ ندهد.

6.4.3.5.2 بند 6.4.3.5 در مواردی که باقیمانده مواد به‌صورت سنگین تجمع یافته باشد، اعمال نمی‌شود. (به 6.1.2 مراجعه شود.)

6.4.3.6 در مواردی که نازل‌های کاربرد محلی برای محافظت از عرض دهانه‌هایی استفاده می‌شوند که در بندهای 5.2.1.4 و 5.2.1.5 تعریف شده‌اند، مساحت به‌ازای هر نازل طبق تأییدیه خاص می‌تواند تا حداکثر ۲۰ درصد افزایش یابد.

6.4.3.7 در مواردی که آتش‌سوزی‌های مایعات قابل اشتعال با لایه عمیق قرار است محافظت شوند، باید حداقل فضای آزاد(freeboard) به اندازه 6 اینچ (152 میلی‌متر) در نظر گرفته شود، مگر اینکه در تأییدیه یا فهرست نازل به شکل دیگری ذکر شده باشد.

6.4.4 موقعیت و تعداد نازل‌ها. تعداد کافی از نازل‌ها باید برای پوشش کامل ناحیه خطر بر اساس واحدهای سطحی محافظت‌شده توسط هر نازل استفاده شود.

6.4.4.1 نازل‌های کنار مخزن یا خطی باید مطابق با محدودیت‌های فاصله‌گذاری و نرخ تخلیه مشخص‌شده در تأییدیه‌ها یا فهرست‌های خاص نصب شوند.

6.4.4.2 نازل‌های نوع سقفی باید عمود بر ناحیه خطر نصب شده و در مرکز ناحیه تحت حفاظت آن نازل قرار گیرند.

6.4.4.2.1 نصب نازل‌های نوع سقفی با زاویه‌ای بین ۴۵ درجه تا ۹۰ درجه نسبت به سطح ناحیه خطر، مطابق با بند 6.4.4.3 نیز مجاز است.

6.4.4.2.2 ارتفاعی که برای تعیین نرخ جریان مورد نیاز و پوشش سطح استفاده می‌شود باید فاصله از نقطه هدف روی سطح محافظت‌شده تا سطح جلویی نازل، در امتداد محور نازل، باشد.

6.4.4.3 نصب نازل با زاویه.

6.4.4.3.1 زمانی که نازل‌ها با زاویه نصب می‌شوند، باید به نقطه‌ای هدف‌گیری شوند که از سمت نزدیک ناحیه تحت حفاظت توسط نازل اندازه‌گیری شده باشد.

6.4.4.3.2 این موقعیت باید با ضرب عامل هدف‌گیری کسری موجود در جدول 6.4.4.3.2 در عرض ناحیه تحت حفاظت توسط نازل، محاسبه شود.

6.4.4.4 اسپرینکلرها باید به‌گونه‌ای نصب شوند که از هرگونه مانعی که ممکن است باعث اختلال در پاشش دی‌اکسید کربن شود، دور باشند.

6.4.4.5* اسپرینکلرها باید به‌گونه‌ای نصب شوند که اتمسفر اطفاء حریق را بر روی مواد پوشش‌داده‌شده‌ای که بالاتر از سطح محافظت‌شده قرار دارند، ایجاد کنند.

6.4.4.6 تأثیرات احتمالی جریان هوا، باد و جریان‌های اجباری باید با محل قرارگیری اسپرینکلرها یا افزودن اسپرینکلرهای اضافی برای محافظت از نواحی بیرونی خطر جبران شود.

6.5 روش بر اساس حجم

6.5.1* کلیات. روش طراحی سامانه بر اساس حجم زمانی استفاده می‌شود که خطر آتش‌سوزی شامل اشیای سه‌بعدی و نامنظمی باشد که به‌راحتی قابل تبدیل به سطوح معادل نیستند.

6.5.2 محفظه فرضی. نرخ کل تخلیه سامانه باید بر اساس حجم یک محفظه فرضی که به‌طور کامل خطر را در بر می‌گیرد، تعیین شود.

6.5.2.1 این محفظه فرضی باید بر پایه یک کف بسته واقعی باشد، مگر اینکه تمهیدات خاصی برای شرایط کف در نظر گرفته شده باشد.

6.5.2.2 دیواره‌ها و سقف محفظه فرضی باید حداقل ۲ فوت (۰٫۶متر) از خطر اصلی فاصله داشته باشند، مگر اینکه دیواره‌های واقعی وجود داشته باشند، و این محفظه باید تمام نواحی احتمال نشت، پاشش یا ریختن مواد را پوشش دهد.

6.5.2.3 هیچ‌گونه کاهشی در محاسبه حجم برای اشیای جامد موجود در داخل این فضا نباید اعمال شود.

6.5.2.4 حداقل بُعد ۴ فوت (۱٫۲ متر) باید در محاسبه حجم محفظه فرضی لحاظ شود.

6.5.2.5 اگر خطر در معرض باد یا جریان‌های اجباری قرار دارد، حجم فرضی باید به اندازه‌ای افزایش یابد که زیان‌های سمت بادگیر جبران شود.

6.5.3 نرخ تخلیه سامانه

6.5.3.1 نرخ کل تخلیه برای سامانه پایه باید معادل ۱ پوند در دقیقه بر فوت مکعب (۱۶ کیلوگرم در دقیقه بر متر مکعب) از حجم فرضی باشد.

6.5.3.2* اگر محفظه فرضی دارای کف بسته بوده و بخشی از آن با دیواره‌های دائمی و پیوسته‌ای که حداقل ۲ فوت (۰٫۶ متر) بالاتر از خطر قرار دارند (در شرایطی که دیواره‌ها به‌طور معمول بخشی از خطر نباشند) تعریف شده باشد، نرخ تخلیه می‌تواند به‌صورت متناسب کاهش یابد، به شرطی که این کاهش از ۰٫۲۵پوند در دقیقه بر فوت مکعب (۴ کیلوگرم در دقیقه بر متر مکعب) برای دیواره‌های واقعی که محفظه را کاملاً احاطه کرده‌اند، کمتر نباشد.

6.5.4 محل و تعداد اسپرینکلرها. تعداد کافی از اسپرینکلرها باید بر اساس نرخ تخلیه سامانه و حجم فرضی برای پوشش کامل حجم خطر استفاده شود.

6.5.4.1 اسپرینکلرها باید به‌گونه‌ای قرار داده و هدایت شوند که با همکاری بین اسپرینکلرها و اشیای داخل حجم خطر، گاز دی‌اکسید کربن در داخل فضای خطر باقی بماند.

6.5.4.2 اسپرینکلرها باید به‌گونه‌ای نصب شوند که تأثیرات احتمالی جریان هوا، باد یا جریان‌های اجباری جبران شود.

6.5.4.3 نرخ طراحی تخلیه از طریق اسپرینکلرهای منفرد باید بر اساس محل نصب یا فاصله پرتاب، مطابق با تأییدیه‌ها یا فهرست‌های خاص مربوط به آتش‌سوزی‌های سطحی تعیین شود.

6.6 سیستم توزیع
6.6.1 کلیات. سامانه باید به‌گونه‌ای طراحی شود که تخلیه مؤثر دی‌اکسید کربن را به‌سرعت و پیش از آنکه مقادیر زیادی گرما توسط مواد داخل اتاق سرور جذب شود، فراهم کند.
6.6.1.1 منبع دی‌اکسید کربن باید تا حد ممکن نزدیک به اتاق سرور قرار گیرد، اما در معرض آتش نباشد، و مسیر لوله‌کشی نیز باید تا حد امکان مستقیم و با حداقل پیچ‌وخم باشد تا دی‌اکسید کربن به‌سرعت به محل آتش برسد.
6.6.1.2 سامانه باید برای عملکرد خودکار طراحی شود، مگر اینکه مقامات ذی‌صلاح اجازه عملکرد دستی را صادر کرده باشند.

6.6.2* سامانه‌های لوله‌کشی. لوله‌کشی باید طبق بند 4.7.5 طراحی شود تا نرخ مورد نیاز تخلیه را در هر اسپرینکلر تأمین کند.

6.6.3 اسپرینکلرهای تخلیه. اسپرینکلرهای مورد استفاده باید برای نرخ تخلیه، برد مؤثر، و الگوی یا محدوده پوشش تأیید شده یا دارای لیست معتبر باشند.
6.6.3.1 اندازه معادل اوریفیس استفاده شده در هر اسپرینکلر باید مطابق با بند 4.7.5 برای تطابق با نرخ طراحی تخلیه تعیین شود.
6.6.3.2 اسپرینکلرها باید با دقت و طبق نیازهای طراحی سامانه، مطابق با بخش‌های 6.4 و 6.5، نصب و جهت‌دهی شوند.

مقدمه

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

 

فناوری‌های شناسایی گاز

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

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

 

دتکتورهای گازی نقطه‌ای

دتکتورهای گازی کاتالیتیکی

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

 

مزایا:

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

 

معایب:

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

 

ملاحظات عملی:

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

 

 

دتکتورهای گازی مادون‌قرمز (InfraRed – IR)

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

 

مزایا:

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

 

معایب:

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

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

 

ملاحظات عملی:

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

 

دتکتورهای ناحیه‌ای (Area Detectors)

دتکتورهای مسیر باز (Open Path)

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

مزایا:

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

 

معایب:

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

 

معایب دتکتورهای مسیر باز:

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

 

ملاحظات کاربردی:

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

 

دتکتورهای صوتی (Acoustic Gas Detectors)

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

مزایا:

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

معایب:

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

 

ملاحظات کاربردی:

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

 

جانمایی دتکتورهای گازی (Placement of Gas Detectors)

تاریخچه:

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

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

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

 

طراحی کمی تشخیص گاز (Quantitative Detection Design)

پوشش جغرافیایی (Geographic Coverage)

طبق استاندارد ISA84 TR7، پوشش جغرافیایی عبارت است از:

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

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

معایب دتکتورهای مسیر باز (Open Path):

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

 

ملاحظات عملیاتی:

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

 

دتکتورهای آکوستیک (Acoustic Detectors):

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

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

 

مزایا:

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

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

 

معایب:

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

 

ملاحظات عملیاتی:

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

 

جانمایی دتکتورهای گاز (Placement of Gas Detectors)

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

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

.

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

 

طراحی مبتنی بر پوشش کمی (Quantitative Detection Design)

پوشش جغرافیایی (Geographic Coverage):

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

در این روش:

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

معایب این روش:

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

 

پوشش سناریو (Scenario Coverage):

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

در این روش:

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

 

مزایا:

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

 

معایب:

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