مزایای دتکتورهای دودی مکشی یا اسپیراتینگ ها بر اساس اصول عملکرد

---

فصل ۹ سیستم‌های دریایی
9.1 تعاریف ویژه

9.2 کلیات
9.2.1* شرح کلی
این فصل، اصلاحات لازم برای سیستم‌های دریایی را بیان می‌کند.
9.2.2 کلیه الزامات دیگر این استاندارد، مگر آنکه در این فصل به‌صورت خاص تغییر یافته باشند، برای سیستم‌های دریایی نیز اعمال می‌شوند.

9.3 الزامات سیستم
9.3.1 اجزاء
اجزای سیستم باید به‌طور خاص برای کاربرد دریایی سیستم‌های دی‌اکسید کربن لیست یا تأیید شده باشند.

9.3.2 دستورالعمل‌های بهره‌برداری
9.3.2.1 دستورالعمل‌های بهره‌برداری از سیستم باید در مکان واضحی در نزدیکی تمامی کنترل‌های دستی و در اتاق ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن قرار داده شوند.
9.3.2.2 برای سیستم‌هایی که ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن در داخل فضای حفاظت‌شده قرار ندارد، دستورالعمل‌ها باید شامل نموداری باشند که محل کنترل اضطراری را در صورت عدم عملکرد کنترل‌های عادی نشان دهد.

9.3.3 فعال‌سازی
9.3.3.1* در فضاهایی با حجم بیش از ۶۰۰۰ فوت مکعب (۱۷۰متر مکعب)، فعال‌سازی خودکار سیستم دی‌اکسید کربن مجاز نمی‌باشد.
9.3.3.2* فعال‌سازی خودکار برای فضاهایی با حجم ۶۰۰۰ فوت مکعب (۱۷۰ متر مکعب) یا کمتر، در صورتی مجاز است که الزامات بندهای 9.3.3.2.1 تا 9.3.3.2.4 رعایت شوند.

9.3.3.2.1 مسیر خروج افقی از محفظه ماشین‌آلات به عرشه باز باید فراهم شود.
9.3.3.2.2 محفظه باید در زمان عملکرد تجهیزات بدون حضور نفر باشد.
9.3.3.2.3 زمانی که افراد در داخل محفظه حضور دارند، سیستم باید در وضعیت قفل قرار گیرد.
9.3.3.2.4 فعال‌سازی خودکار سیستم نباید با ناوبری ایمن کشتی تداخل داشته باشد.

9.3.3.3 برای عملکرد دستی، باید دو شیر جداگانه برای تخلیه دی‌اکسید کربن در هر فضای محافظت‌شده فراهم شود.
9.3.3.3.1 یکی از شیرها باید تخلیه از مخزن دی‌اکسید کربن را کنترل کند.
9.3.3.3.2 شیر دوم باید تخلیه دی‌اکسید کربن به فضای محافظت‌شده را کنترل کند.
9.3.3.3.3 برای سیستم‌هایی که حداکثر ۱۳۶ کیلوگرم دی‌اکسید کربن ذخیره دارند، تنها یک شیر برای آزادسازی سیستم کافی است، به شرطی که فضای محافظت‌شده معمولاً بدون نفر بوده و دارای مسیر خروج افقی باشد.

9.3.3.4 کنترل‌ها
9.3.3.4.1 برای هر یک از شیرهای مورد نیاز در بند 9.3.3.3 باید یک کنترل دستی جداگانه فراهم گردد.
9.3.3.4.2 یک مجموعه کنترل باید در خارج از حداقل یکی از مسیرهای اصلی خروج از هر فضای محافظت‌شده قرار گیرد.

9.3.3.5 علاوه بر کنترل‌های دستی مورد نیاز در 9.3.3.4، هر یک از شیرهای ذکر شده در 9.3.3.3 باید دارای کنترل اضطراری دستی مخصوص به خود باشند.

9.3.3.6 جعبه آزادسازی
9.3.3.6.1 کنترل‌های مربوط به شیرهای مورد نیاز در 9.3.3.4 باید درون یک جعبه آزادسازی قرار گیرند که به‌وضوح برای فضای محافظت‌شده شناسایی شده باشد.
9.3.3.6.2 اگر جعبه حاوی کنترل‌ها قفل‌شده باشد، کلید آن باید در یک محفظه از نوع شیشه‌شکن در کنار جعبه و در مکانی مشخص قرار گیرد.

9.3.3.7 منبع نیرو
9.3.3.7.1 علاوه بر الزامات بند 4.3.3.2، آژیرهای هشدار قبل از تخلیه باید به‌گونه‌ای باشند که فقط به فشار دی‌اکسید کربن وابسته بوده و به منبع نیروی دیگری نیاز نداشته باشند.
9.3.3.7.2 تأخیر زمانی مورد نیاز طبق بند 4.5.6.2.2 باید حداقل ۲۰ ثانیه بوده و تنها به فشار دی‌اکسید کربن وابسته باشد.

9.3.4 ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن
9.3.4.1 ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن در فضاهای محافظت‌شده‌ای که معمولاً بدون نفر هستند، برای سیستم‌هایی با حداکثر ۱۳۶ کیلوگرم دی‌اکسید کربن و دارای عملکرد خودکار مجاز می‌باشد.
9.3.4.2 سیستم‌های با فشار پایین باید مجهز به دو واحد تبرید بوده و مطابق با مقررات 46 CFR 58.20 ساخته شوند.
9.3.4.3 زمانی که مخازن دی‌اکسید کربن خارج از فضای محافظت‌شده قرار دارند، باید در اتاقی نگهداری شوند که در مکانی ایمن و به‌راحتی قابل دسترس بوده و به‌طور مؤثر تهویه شود تا مخازن ماده اطفاء حریق در معرض دماهای محیطی تعیین‌شده در بند 4.6.5.5 قرار نگیرند.

9.3.4.3.1 دیوارها و عرشه‌های مشترک میان اتاق‌های نگهداری مخازن ماده اطفاء حریق و فضاهای محافظت‌شده باید با عایق ساختاری کلاس A-60 مطابق با استاندارد 46 CFR 72 محافظت شوند.
9.3.4.3.2 درها و سایر روش‌های بسته شدن هرگونه بازشو در این مرزها باید گازبند باشند.
9.3.4.3.3 اتاق‌های نگهداری مخازن ماده اطفاء حریق باید بدون نیاز به عبور از فضای محافظت‌شده قابل دسترسی باشند.
9.3.4.3.4 درب‌های ورودی باید به سمت بیرون باز شوند.
9.3.4.3.5 برای سیستم‌هایی که حداکثر ۱۳۶ کیلوگرم دی‌اکسید کربن ذخیره دارند، تنها یک شیر برای تخلیه سیستم کافی است، به شرطی که فضای محافظت‌شده معمولاً بدون نفر بوده و دارای مسیر خروج افقی باشد.

9.3.5 لوله‌کشی سیستم
9.3.5.1 در صورت نیاز، باید زهکش‌هایی برای تخلیه رطوبت جمع‌شده تعبیه شود.
9.3.5.2 لوله‌کشی دی‌اکسید کربن نباید دارای زهکش یا بازشویی در داخل بخش‌های مسکونی باشد.
9.3.5.3 لوله‌کشی دی‌اکسید کربن نباید برای هیچ منظور دیگری استفاده شود، مگر اینکه در سیستم‌های تشخیص دود از نوع نمونه‌برداری از هوا مورد استفاده قرار گیرد.

9.3.6 طراحی سیستم
طراحی سیستم باید با فصل‌های ۵ تا ۷ مطابقت داشته باشد، مگر در موارد مشخص‌شده در بندهای 9.3.6.1 تا 9.3.6.4.2.

9.3.6.1 فضاهای ماشین‌آلات
فضاهای ماشین‌آلات باید برای رسیدن به غلظت ۳۴ درصد بر اساس حجم ناخالص طراحی شوند.
9.3.6.1.1 ۸۵ درصد از غلظت مورد نیاز طبق بند 9.3.6.1 باید طی ۲ دقیقه از آغاز تخلیه حاصل شود.
9.3.6.1.2 حجم ناخالص باید شامل بدنه پوششی نیز باشد.

9.3.6.2 فضاهای بار
فضاهای بار (غیر از فضاهای وسایل نقلیه) باید بر اساس نسبت ۱ پوند دی‌اکسید کربن به ازای هر ۳۰ فوت مکعب حجم ناخالص مجهز شوند.
9.3.6.2.1 مقدار اولیه دی‌اکسید کربن تخلیه‌شده باید بر اساس حجم خالص فضا و میزان بار موجود تعیین شود.
9.3.6.2.2 در صورت نیاز، دی‌اکسید کربن اضافی باید برای کنترل آتش آزاد شود.
9.3.6.2.3 دستورالعمل‌های شفاف در خصوص فرآیند تخلیه دی‌اکسید کربن باید در داخل اتاق نگهداری مخازن دی‌اکسید کربن نصب شود.

9.3.6.3 فضاهای وسایل نقلیه
9.3.6.3.1 فضاهای وسایل نقلیه که در آن‌ها سوخت وسایل نقلیه بیش از ۱۹ لیتر (۵ گالن) است، باید برای رسیدن به غلظت ۳۴درصد بر اساس حجم ناخالص طراحی شوند.
9.3.6.3.2 ۸۵ درصد از این غلظت باید طی ۲ دقیقه از آغاز تخلیه به دست آید.

9.3.6.4 فضاهای وسایل نقلیه
9.3.6.4.1 فضاهای وسایل نقلیه که میزان سوخت (بنزین یا گازوئیل) موجود در آن‌ها ۱۹ لیتر (۵ گالن) یا کمتر است، باید برای رسیدن به غلظت ۳۴ درصد بر اساس حجم ناخالص طراحی شوند.
9.3.6.4.2 دو سوم این غلظت باید طی ۱۰ دقیقه از آغاز تخلیه حاصل شود.

9.3.7 فضاهای تجهیزات الکتریکی
فضاهای تجهیزات الکتریکی باید به عنوان خطر خشک الکتریکی طبق فصل ۵ در نظر گرفته شوند.

9.4 بازرسی و نگهداری
بازرسی و نگهداری باید مطابق با بند 4.8.3 و بخش 9.4 انجام گیرد.

9.4.1 کلیات
پیش از انجام آزمایش یا عملیات نگهداری سیستم ثابت اطفاء حریق با دی‌اکسید کربن، تمام افراد باید از فضای محافظت‌شده تخلیه شوند. (رجوع شود به بخش 4.3)

9.4.2 تأیید نصب
9.4.2.1 آزمایش تأییدی که در بندهای 9.4.2.1.1 تا 9.4.2.1.4 شرح داده شده، باید پیش از آزمایش‌های الزامی بند 4.4.3 انجام شود.
9.4.2.1.1 تست فشار لوله‌کشی باید مطابق با الزامات بندهای 9.4.2.1.2 تا 9.4.2.1.4 انجام شود.
9.4.2.1.2 سیال آزمایشی باید یک گاز خشک و غیرخورنده نظیر نیتروژن یا دی‌اکسید کربن باشد.
9.4.2.1.3 هنگام وارد کردن فشار به لوله‌ها، فشار باید به صورت افزایشی در گام‌های ۵۰ psi (۳.۵ بار) اعمال شود.
9.4.2.1.4 پس از رسیدن به فشار تست موردنظر، منبع فشار باید قطع و از لوله جدا شود.

⚠️ هشدار
تست فشار پنوماتیکی ممکن است در صورت ترکیدگی سیستم لوله‌کشی، خطر پرتاب اشیاء و آسیب به افراد را ایجاد کند. پیش از انجام این تست، ناحیه‌ای که لوله در آن قرار دارد باید تخلیه شده و اقدامات ایمنی لازم برای حفاظت از افراد انجام شود.

9.4.2.2 سیستم‌های پرفشار
9.4.2.2.1 سیستم‌هایی با شیر توقف
9.4.2.2.1.1 تمام لوله‌کشی از منبع دی‌اکسید کربن تا شیرهای توقف باید تحت فشار حداقل ۱۰۰۰ psi (۶۸۹۵ کیلوپاسکال) قرار گیرد.
9.4.2.2.1.2 افت فشار در مدت ۲ دقیقه نباید بیش از ۱۰ درصد باشد.
9.4.2.2.1.3 تمام لوله‌کشی بین شیرهای توقف و اسپرینکلرها باید تحت فشار حداقل ۶۰۰ psi (۴۱۳۷ کیلوپاسکال) قرار گیرد.
9.4.2.2.1.4 افت فشار در این بخش نیز در مدت ۲ دقیقه نباید بیش از ۱۰ درصد باشد.

9.4.2.2.2 سیستم‌های بدون شیر توقف
9.4.2.2.2.1 تمام لوله‌کشی از منبع دی‌اکسید کربن تا اسپرینکلرها باید تحت فشار حداقل ۶۰۰ psi (۴۱۳۷کیلوپاسکال) قرار گیرد.
9.4.2.2.2.2 افت فشار در مدت ۲ دقیقه نباید بیش از ۱۰ درصد باشد.

9.4.2.3 سیستم‌های کم‌فشار
9.4.2.3.1 لوله‌کشی‌هایی که به‌طور معمول تحت فشار هستند
9.4.2.3.1.1 تمام لوله‌کشی‌هایی که به طور معمول تحت فشار قرار دارند باید تحت تست فشار حداقل ۳۰۰ psi (۲۰۶۸کیلوپاسکال) قرار گیرند.
9.4.2.3.1.2 در طول آزمایش ۲ دقیقه‌ای، هیچ‌گونه نشتی از لوله‌کشی نباید وجود داشته باشد.

9.4.2.3.2 لوله‌کشی بین شیر قطع مخزن و اسپرینکلرها
9.4.2.3.2.1 تمام لوله‌کشی بین شیر قطع مخزن و اسپرینکلرها باید تحت تست فشار حداقل ۳۰۰ psi (۲۰۶۸ کیلوپاسکال) قرار گیرد.
9.4.2.3.2.2 افت فشار در طول ۲ دقیقه نباید بیش از ۱۰ درصد باشد.

9.4.3 تأخیرهای پیش‌تخلیه، آژیرها و خاموشی‌های سیستم تهویه
9.4.3.1 تأخیرهای پیش‌تخلیه، آژیرها و خاموشی سیستم تهویه باید با عبور جریان دی‌اکسید کربن در سیستم آزمایش شوند.
9.4.3.2 تأخیرهای پیش‌تخلیه‌ای که در دمای ۷۰ درجه فارنهایت (۲۱ درجه سانتی‌گراد) دقت ±۲۰ درصد از مقدار نامی را ندارند، باید تعویض شوند.

9.4.4 تأیید
رعایت الزامات بند 9.3.2 باید مورد تأیید قرار گیرد

دتکتور دود مکشی (Aspirating Smoke Detector)

تمام سیستم‌های دتکتور دود مکشی (ASD) دارای تجهیزات مشابهی هستند، اما نوع فناوری تشخیص آن‌ها متفاوت است. در حال حاضر چند نوع فناوری تشخیص وجود دارد:

سیستم‌های مبتنی بر لیزر (دارای فیلتر)

در این روش، از لیزر به‌عنوان منبع نوری در داخل محفظه تشخیص استفاده می‌شود. ابتدا هوا از یک سیستم فیلتراسیون عبور می‌کند تا ذرات بزرگ حذف شوند. سپس نمونه‌ی هوای فیلتر شده از مقابل لیزر عبور داده می‌شود و پراکندگی نور ناشی از ذرات دود توسط یک کلکتور نوری اندازه‌گیری می‌شود. الکترونیک پیشرفته‌ی دتکتور، میزان ذرات دود موجود در محفظه را تعیین می‌کند.

سیستم‌های مبتنی بر لیزر (بدون فیلتر)

این روش که معمولاً با عنوان “شمارش ذرات” شناخته می‌شود نیز از لیزر به عنوان منبع نوری استفاده می‌کند. اما در این پیکربندی، هوا بدون عبور از فیلتر مستقیماً وارد محفظه حسگر می‌شود. با عبور هوا از مقابل لیزر، کلکتور نوری تعداد ذرات در اندازه میکرونی مشخص را شمارش می‌کند تا تعیین شود که آیا میزان کافی از ذرات دود وجود دارد یا خیر. الکترونیک پیشرفته این فناوری قادر است بین ذرات معلق گرد و غبار و ذرات دود در نمونه تفاوت قائل شود.

اتاقک ابری (Cloud Chamber)

این روش قدیمی‌ترین و ابتدایی‌ترین فناوری مکشی تشخیص دود است. عنصر حسگر آن یک محفظه‌ی مهر و موم‌شده حاوی بخار آب بسیار متراکم است. هنگامی که یک ذره دود باردار با بخار آب متراکم برخورد می‌کند، یونیزه می‌شود. یون‌های ایجاد شده به عنوان هسته‌های تراکم عمل می‌کنند که مه در اطراف آن‌ها شکل می‌گیرد (زیرا بخار آب بسیار متراکم بوده و در آستانه‌ی چگالش قرار دارد). این فرآیند باعث بزرگ‌تر شدن اندازه ذره می‌شود، به‌طوری که از حالت نامرئی (زیر طول موج نور) به حالتی می‌رسد که قابل شناسایی توسط سلول نوری درون محفظه می‌شود.

حسگر با منبع دوگانه (Dual Source Sensor)

در این روش، از یک LED آبی برای شناسایی غلظت‌های بسیار پایین دود و از یک لیزر مادون قرمز برای تشخیص موارد مزاحم مانند گرد و غبار استفاده می‌شود که ممکن است باعث آلارم‌های اشتباه شوند. الگوریتم‌های پیشرفته سیگنال‌های هر دو منبع را تفسیر می‌کنند تا مشخص شود که نمونه‌ی هوا حاوی دود است یا فقط گرد و غبار معلق. سطح تشخیص ذرات می‌تواند تا حداقل 0.0015% بر متر (یا 0.00046% بر فوت) کاهش یابد.

اصول اگزاست (تخلیه هوا) در دتکتور دود مکشی

در کاربردهای عادی، معمولاً فشار هوا در فضای حفاظت‌شده با فشار هوا (APS) برابر با فشار هوای فضای نصب دتکتور است، و لوله اگزاست از خروجی فشار اگزاست دتکتور (AES) خارج می‌شود. به همین دلیل، نرم‌افزار طراحی که زمان انتقال و حساسیت دتکتور را محاسبه می‌کند، فرض می‌کند که فشار هوای دو فضا برابر است.

اندازه سوراخ‌های نمونه‌برداری، اندازه لوله، زمان انتقال و سرعت فن مکنده همگی تابعی از حجم هوایی هستند که از محفظه نمونه‌برداری عبور می‌کند. محفظه حسگر برای تشخیص ذرات دود طراحی شده که با سرعت مشخص فن از درون آن عبور می‌کنند.

• اگر فشار APS بیشتر از AES باشد، سرعت ورود هوا به محفظه حسگر ممکن است بیشتر از سرعت نامی فن شود که می‌تواند بر دقت تشخیص دود اثر مستقیم بگذارد.
• مهم: اگر AES بیشتر از APS باشد، فشار هوا در حال فشار آوردن به هوای خروجی است و در نتیجه باعث ایجاد مقاومت و کند شدن فن می‌شود. این امر موجب افزایش زمان انتقال و کاهش حجم هوای ورودی به محفظه حسگر می‌گردد.

نکته: برای حذف تفاوت فشار، باید هوای خروجی دوباره به همان اتاقی که از آن نمونه‌برداری شده بازگردانده شود (مطابق شکل 6 صفحه بعد).

می‌توان لوله‌ای را به پورت خروجی متصل کرد تا هوای خروجی را از محل واحد دور کند؛ به‌عنوان مثال برای کاهش نویز، کاهش خطر تداخل یا انسداد عمدی، یا بهبود حفاظت محیطی. باید از لوله‌ای با مشخصات مشابه لوله‌های نمونه‌برداری استفاده شود و در تعیین محل خروجی جدید دقت شود تا مسدود شدن تصادفی یا عمدی آن رخ ندهد.

روش‌های نمونه‌برداری دتکتور حرارتی خطی (ASD)

برای هدف این راهنما، پنج روش نمونه‌برداری قابل قبول برای تمام کاربردهای ممکن وجود دارد:

نمونه‌برداری اولیه (Primary Sampling)

نام این روش گمراه‌کننده است؛ زیرا معمولاً به‌عنوان یک سیستم تکمیلی استفاده می‌شود و نه سیستم تشخیص اصلی. در نمونه‌برداری اولیه، نمونه‌گیری هوا از یک محل خاص یا جایی انجام می‌شود که احتمال حرکت هوا در آن بیشتر است. برای مناطقی با جریان هوای بالا، مانند دیتاسنترها یا اتاق‌های تمیز، محل نمونه‌برداری اولیه در دریچه‌های برگشت هوا، واحدهای هواساز (AHU) یا کانال‌های برگشت هوا قرار دارد.

نمونه‌برداری ثانویه (Secondary Sampling)

در این روش، سوراخ‌های نمونه‌برداری در سطح سقف و در مکان‌هایی مشابه با دتکتورهای نقطه‌ای دود نصب می‌شوند. فاصله‌گذاری بین سوراخ‌ها باید مطابق با استاندارد یا آیین‌نامه مربوطه باشد.

نمونه‌برداری موضعی (Localised Sampling)

این روش شامل حفاظت از تجهیزات یا نواحی خاص در یک فضای باز بزرگ است. نمونه‌برداری موضعی ممکن است در سیستم نمونه‌برداری رک‌ها (Rack Sampling) در یک انبار بزرگ باز استفاده شود.

نمونه‌برداری داخل کابینت
در این نوع روش نمونه‌برداری، سوراخ‌های مکش هوا به‌گونه‌ای نصب می‌شوند که تجهیزات خاصی را در یک فضای باز بزرگ‌تر پایش کنند. این روش با نمونه‌برداری موضعی متفاوت است، زیرا حجم تحت حفاظت بسیار کوچک‌تر بوده و تجهیز مورد نظر معمولاً به‌صورت خودکفا درون یک کابینت یا رک رایانه‌ای قرار دارد. سامانه تشخیص مکشی (ASD) هوایی را که برای خنک‌سازی تجهیزات استفاده می‌شود، پایش می‌کند. این نوع نمونه‌برداری معمولاً بر روی تجهیزاتی نصب می‌شود که آسیب دیدن آن‌ها در اثر آتش می‌تواند نتایج فاجعه‌باری به دنبال داشته باشد.

نمونه‌برداری درون کانال
در این نوع نمونه‌برداری، به‌جای استفاده از آشکارسازهای دود کانال‌نصب سنتی، از سامانه تشخیص مکشی (ASD) استفاده می‌شود تا در صورت وقوع آتش‌سوزی، سامانه تهویه مطبوع (HVAC) مرتبط خاموش شده یا دمپرها بسته شوند تا از گسترش دود جلوگیری گردد. همچنین می‌توان از آن برای تشخیص ذرات دود موجود در هوای خروجی (یا ورودی) استفاده کرد، به‌ویژه زمانی که آشکارسازی با حساسیت بیشتر مورد نیاز است.

پیش‌زمینه دتکتور گاز
مقررات ایمنی و سلامت کار (معدن‌ها و محل‌های نفت و گاز) ۲۰۲۲ شامل الزامات مربوط به کیفیت هوای تأمین‌شده درون معدن و حدود مجاز آلاینده‌ها در آن هوا است. برای رعایت این الزامات، بهره‌بردار معدن باید تجهیزات دتکتور گاز را در نقاط استراتژیک سراسر معدن فراهم کند. در انتخاب این تجهیزات، بهره‌بردار معدن باید از این موضوع اطمینان داشته باشد که دتکتور گاز انتخاب‌شده می‌تواند در شرایط محیطی متغیر داده‌های دقیقی ارائه دهد.

مطابق با بندهای ۱۸۷(۱)(e) و (f) مقررات، طراحی تجهیزات زیر (که در این برگه اطلاعات به آن‌ها «دتکتور گاز» گفته می‌شود) در صورتی که در یک معدن زغال‌سنگ زیرزمینی استفاده شوند، باید به ثبت برسد:
(e) تجهیزاتی دستی با نیروی برق که برای تعیین یا پایش حضور گاز به‌کار می‌روند.
(f) نصب‌های ثابت با نیروی برق و نصب‌شده بر روی تجهیزات متحرک که برای تعیین یا پایش حضور گاز به‌کار می‌روند، اما شامل سیستم‌های لوله‌ای نیست که آنالایزر آن‌ها در سطح نصب شده باشد.

اصطلاح «دتکتور گاز» به مجموعه کامل اجزایی اطلاق می‌شود که تجهیزات تشخیص گاز را تشکیل می‌دهند. اجزای یک دتکتور گاز شامل دتکتور گاز، محفظه محافظ، واسط‌های ارتباطی مانند کابل، فیبر نوری و ارتباطات رادیویی، و نیز واحدهای کنترل و فرستنده‌هایی هستند که امکان نمایش مقادیر گاز و نشان دادن خروجی را فراهم می‌کنند تا بهره‌بردار معدن بتواند سطح گاز را تعیین کند.

هدف از ثبت طراحی این است که تأیید شود تجهیزات دتکتور گاز به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که حداقل نتایج عملکردی مورد نظر را برآورده کنند. طراحی تحت شرایط آزمون تعیین‌شده توسط یک مرکز آزمون مستقل مورد آزمایش قرار می‌گیرد و نتایج مستند می‌شوند.

طراحی و نتایج آزمون توسط فردی که در طراحی تجهیزات مشارکت نداشته و خود در زمینه طراحی تجهیزات دتکتور گاز دارای صلاحیت است، به‌صورت همتا‌خوانی بازبینی می‌شود. تأییدکننده طراحی باید با طراح درباره اینکه طراحی و عملکرد دتکتور گاز تمام الزامات رسمی‌شده را برآورده می‌کند، از جمله هرگونه ادعای معادل‌بودن برای پیشبرد ثبت، توافق داشته باشد. هرگونه اختلاف نظر درباره طراحی و عملکرد ادعاشده باید به طراح ارجاع داده شود تا حل‌وفصل شود.

اسناد زیر اطلاعات بیشتری درباره فرآیند ثبت طراحی ارائه می‌دهند:
• راهنما: ثبت تجهیزات و اقلام برای معدن‌ها و محل‌های نفت و گاز
• مقاله موضع‌گیری – تناسب، فرم، عملکرد
• اطلاعیه عمومی – معیارهای صلاحیت برای تأییدکنندگان طراحی
• سیاست: ثبت طراحی‌ها

دستور طراحی دتکتور گاز
نهاد نظارتی یک دستور طراحی منتشر کرده است که برای دریافت ثبت طراحی دتکتور گاز، باید از آن تبعیت شود. این دستور حداقل الزامات عملکردی را که طراحی دتکتور گاز باید برآورده کند، مشخص می‌کند.

همچنین، این دستور طراحی شایستگی‌های مورد نیاز برای یک مرکز آزمون را نیز تعیین می‌کند.

طراحی دتکتورهای گاز
استانداردهای مربوط به طراحی دتکتور گاز در دستور طراحی مشخص شده‌اند. این دستور اجازه می‌دهد از استانداردهای جایگزین نیز در طراحی دتکتورهای گاز استفاده شود، اما طراح باید استانداردهای فنی منتشرشده یا اصول مهندسی مورد استفاده برای شناسایی کنترل‌هایی که سطح ایمنی معادل را فراهم می‌کنند، مستند کند.

این معادل‌سازی فقط به طراحی دتکتور گاز مربوط می‌شود و شامل نتایج عملکردی که دتکتور باید در حین آزمون نشان دهد، نمی‌شود.

عملکرد دتکتورهای گاز
دستور طراحی الزام می‌کند که دتکتور گاز تحت شرایط مشخص توسط یک مرکز آزمون مناسب مورد آزمایش قرار گیرد. مرکز آزمون عملکرد دتکتور گاز را تحت شرایط محیطی مختلف، از جمله تغییرات دما، رطوبت، فشار هوا، سرعت جریان هوا، قرارگیری مداوم در معرض سطح بالای گاز، و تأثیر گازهای دیگر بر دتکتور، ارزیابی خواهد کرد. تمام این عوامل در محیط معدن زیرزمینی اهمیت دارند.

آزمون‌های آزمایشگاهی همچنین مقدار پایه‌ای برای زمان‌های پاسخ‌گویی (t(50) و t(90)) دتکتور گاز در مواجهه با افزایش و کاهش سطح گاز را تعیین می‌کنند. این آزمون‌ها همچنین مشخص می‌کنند که عملکرد دتکتور گاز، از جمله نمایشگرها و سیگنال‌های خروجی، چگونه تحت تأثیر عواملی همچون موارد زیر قرار می‌گیرد:
• مدت‌زمان مورد نیاز پس از برق‌دار شدن تا آغاز تشخیص دقیق گاز
• انتشار امواج الکترومغناطیسی از تجهیزات برقی نزدیک به دتکتور و سایر اجزای دتکتور مانند کابل‌ها

دستور طراحی الزام می‌کند که دتکتورهای گاز مطابق با معیارهای مشخص‌شده برای گازهای قابل اشتعال، گازهای سمی و اکسیژن (در صورت لزوم) مورد آزمون قرار گیرند. این موضوع تضمین می‌کند که عملکرد دتکتور، شامل زمان پاسخ و تأثیر شرایط محیطی و سایر عوامل مانند برق‌دار شدن و انتشار امواج الکترومغناطیسی، به‌صورت یکنواخت ارزیابی شود.

نمایشگرها، سیگنال‌ها و نشانگرهای خروجی دتکتور گاز
دستور طراحی الزام می‌کند که دتکتورهای گاز به‌گونه‌ای طراحی شوند که دارای دتکتورهای داخلی، دتکتورهای از راه دور، یا ترکیبی از این دو باشند. دتکتورهایی که با این الزامات مطابقت دارند، نمایشگر وضعیت، عملکرد هشدار، کنتاکت‌های خروجی و/یا سیگنال‌های هشدار خروجی ارائه می‌دهند که تصمیم‌گیری در مورد مدیریت هوای تهویه، محیط و عملکرد تجهیزات را امکان‌پذیر می‌سازند.

دتکتورهای گاز همچنین باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که سیگنال الکترونیکی تنظیم‌شده یا نشانگر خروجی فراهم کنند که بتوان از آن برای نمایش مقدار گاز در یک نمایشگر دور از دتکتور یا واحد کنترل، به‌عنوان ورودی برای سیستم هشدار یا قطع‌کننده جداگانه، یا به‌عنوان ورودی برای سیستم‌های برداشت و کنترل داده‌های معدن جهت نمایش و بررسی روند سطح گاز استفاده کرد.

دتکتورهای گاز ممکن است به‌گونه‌ای طراحی شوند که انتقال سیگنال الکترونیکی تنظیم‌شده یا نشانگر خروجی را در داخل واحد کنترل دتکتور گاز انجام دهند یا آن را به‌صورت یک واحد فرستنده جداگانه حفظ کنند.

سیگنال‌های استاندارد پذیرفته‌شده در صنعت
سیگنال‌های استاندارد پذیرفته‌شده در صنعت، سیگنال‌هایی هستند که کاربر نهایی می‌تواند بدون استفاده از قطعات خاص انحصاری برای رمزگشایی و بازفرمت‌کردن داده، آن‌ها را تفسیر کند.

بند ۳.۲.۱۱ از استاندارد AS/NZS 60079.29.1 یک سیگنال الکترونیکی تنظیم‌شده یا نشانگر خروجی را چیزی مانند حلقه جریان ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر تعریف می‌کند.
بند ۱.۳.۸.۱۰ از استاندارد AS/NZS 4641:2018 نیز سیگنال الکترونیکی تنظیم‌شده یا نشانگر خروجی را به‌صورت مثال‌هایی مانند حلقه جریان ۴–۲۰ میلی‌آمپر یا سیگنال ۳–۱۵ psi بیان می‌کند.

سیگنال‌های آنالوگ دتکتور گاز
سیگنال آنالوگ، مانند حلقه جریان ۴–۲۰ میلی‌آمپر، یک سیگنال الکتریکی است که می‌توان آن را با تجهیزات تست الکتریکی اندازه‌گیری و نمایش داد. این سیگنال ممکن است به‌عنوان ورودی برای واحدهای کنترل دتکتور گاز مجزا یا سایر سیستم‌های کنترل و پایش، با استفاده از اجزای جانبی مانند واحد نمایشگر یا واحد هشدار و قطع‌کننده به‌کار رود. همچنین این سیگنال می‌تواند ورودی‌ای برای یک کنترل‌کننده قابل برنامه‌ریزی باشد تا عملکرد هشدار و قطع را آغاز کند یا داده را به سیستم‌های برداشت داده معدن منتقل نماید.

سیگنال‌های آنالوگ محدود به حلقه جریان ۴–۲۰ میلی‌آمپر نیستند.

سیگنال‌های دیجیتال دتکتور گاز
یک دتکتور گاز ممکن است سیگنال خروجی دیجیتال ارائه دهد، به‌جای سیگنال آنالوگ. برای اینکه سیگنال دیجیتال قابل استفاده توسط بهره‌بردار معدن باشد، ساختار سیگنال دیجیتال باید شناخته‌شده باشد. بدون داشتن پروتکل جریان داده دیجیتال، امکان تفسیر محتوای سیگنال ارسالی از سوی دتکتور، از جمله مقدار گاز شناسایی‌شده، وجود ندارد. معمولاً یک مبدل پروتکل برای رمزگشایی سیگنال و امکان استفاده از داده دتکتور گاز توسط بهره‌بردار معدن مورد نیاز است. این اجزای جانبی بخشی از تجهیزات ثبت‌شده طراحی‌شده تلقی می‌شوند.

آزمایش دتکتور گاز
برای دستیابی به ثبت طراحی، باید گزارشی از آزمون ارائه شود که تأیید کند دتکتور گاز، شامل دتکتور و تمام اجزای لازم برای اینکه بهره‌بردار معدن بتواند محتوای گاز در جو معدن را تعیین کند، الزامات عملکردی مشخص‌شده در استانداردهای مربوطه را برآورده می‌سازد. اجزای اضافی شامل ماژول‌های نمایشگر، ماژول‌های فرستنده، ترکیب نمایشگر و فرستنده، یا رله‌های هشدار و قطع هستند. در صورتی که دتکتور به‌صورت از راه دور باشد، آزمون شامل کابل‌های ارتباطی‌ای خواهد بود که طراح آن‌ها را مناسب تشخیص داده است.

چنانچه یک دتکتور گاز شامل عملکرد یک فرستنده دتکتور گاز باشد و فرستنده دتکتور گاز سیگنال داده دیجیتال ارائه دهد، تمام ماژول‌های اختصاصی لازم برای اینکه بهره‌بردار معدن بتواند از سیگنال دیجیتال استفاده کند، باید همراه با دتکتور توسط مرکز آزمون مورد آزمایش قرار گیرند. این ماژول‌های اضافی به‌عنوان بخشی از طراحی ثبت‌شده دتکتور گاز محسوب می‌شوند.

این آزمون برای تأیید این موضوع لازم است که سیگنال الکترونیکی تنظیم‌شده یا نشانگر خروجی، به‌طور دقیق سطح گازی را که دتکتور در معرض آن قرار گرفته، تحت شرایط متغیر نشان دهد.

پروتکل هرگونه درایور نرم‌افزاری که توسط مرکز آزمون در زمان آزمون دتکتور گاز استفاده می‌شود، باید مستند شده و به‌عنوان بخشی از مستندات ثبت طراحی درج شود. این امر توسعه درایورهای نرم‌افزاری سازگار با رابط‌های ارتباطی موجود در آن معدن را ممکن می‌سازد.

مکان نصب دتکتور گاز بسته به ویژگی‌های خاص گاز مورد پایش متفاوت است. توضیحات زیر برای هر نوع دتکتور، با در نظر گرفتن این ویژگی‌ها، راهنمایی ارائه می‌دهد.

گاز طبیعی / متان (CH₄) و هیدروژن (H₂)
دتکتورهای گاز طبیعی (متان، CH₄) و هیدروژن (H₂) باید در ارتفاع بالا، تقریباً ۱۵۰ میلی‌متر از سقف نصب شوند. باید از گوشه‌ها و نقاطی که ممکن است هوای ساکن داشته باشند، اجتناب شود.

نکات کلیدی:

• ارتفاع نصب: دتکتور گاز طبیعی نباید پایین‌تر از ارتفاع بالای در نصب شود. چون گاز طبیعی کمی از هوا سبک‌تر است، به سمت بالا حرکت کرده و از سقف به پایین پخش می‌شود. در نتیجه، ممکن است از قسمت بالای در به اتاق‌های مجاور نشت کند.
• زمان پاسخ: اگر دتکتورها پایین‌تر از این ارتفاع نصب شوند، زمان بیشتری طول می‌کشد تا گاز به دتکتور برسد که می‌تواند زمان واکنش در صورت نشت گاز را به تأخیر بیندازد. جانمایی صحیح باعث می‌شود دتکتور سریع‌تر غلظت گاز در حال افزایش را شناسایی کند.
• نکات نصب: دتکتورها باید دور از سامانه‌های تهویه و موانعی که ممکن است جریان گاز را مختل کنند، نصب شوند. نگهداری و آزمون منظم دتکتورها نیز برای اطمینان از عملکرد مناسب توصیه می‌شود.

ال‌پی‌جی / پروپان (C₃H₈)
دتکتورهای LPG (پروپان، C₃H₈) باید به دلیل سنگینی بیشتر نسبت به هوا، در ارتفاع پایین نصب شوند. دتکتورها باید حدود ۱۵۰ میلی‌متر (با حداکثر ارتفاع ۴۰۰ میلی‌متر) از کف زمین فاصله داشته باشند.

نکات کلیدی:

• ارتفاع نصب: به دلیل چگالی بیشتر، LPG تمایل دارد در نزدیکی زمین تجمع یابد. جانمایی در ارتفاع مناسب باعث می‌شود دتکتور سریعاً نشت احتمالی گاز را شناسایی کند.
• عوامل محیطی: در هنگام تعیین ارتفاع نصب، باید شرایط مرطوب مانند زمین خیس شده توسط طی‌کشی یا ریختگی‌ها در نظر گرفته شود. در این موارد، دتکتورها باید بالاتر از ارتفاع تجمع احتمالی آب نصب شوند تا از هشدارهای کاذب جلوگیری شود.
• نکات نصب: دتکتورها نباید در مجاورت جریان‌های قوی هوا مانند درها، پنجره‌ها یا سامانه‌های تهویه نصب شوند. آزمون و نگهداری منظم برای اطمینان از عملکرد بهینه ضروری است.

منوکسید کربن (CO)، دی‌اکسید کربن (CO₂)

منوکسید کربن (CO):
چون وزن منوکسید کربن تقریباً با هوا برابر است، دتکتورها باید در ارتفاع بین ۱.۶ تا ۱.۸ متر از سطح زمین نصب شوند، ترجیحاً در ناحیه تنفسی.

• ارتفاع نصب: این ارتفاع امکان شناسایی مؤثر CO در جایی که افراد تنفس می‌کنند را فراهم می‌کند.

• نکات نصب: از نصب دتکتورها در نزدیکی سامانه‌های تهویه یا مناطق دارای جریان هوا اجتناب شود، چون ممکن است غلظت گاز را رقیق کرده و قرائت‌ها را نادقیق کند.

دی‌اکسید کربن (CO₂):

• دتکتورهای کلاس درس: بر اساس راهنمای IGEM/UP11، دتکتورها باید در ارتفاع سر نشسته نصب شوند. اما تجربه میدانی نشان می‌دهد که این موقعیت ممکن است باعث قرائت‌های نادرست ناشی از بازدم مستقیم شود.
• یک گزینه: برای کاهش احتمال هشدارهای کاذب، پیروی از روش نصب دتکتورهای CO₂ مشابه آشپزخانه‌های صنعتی، یعنی بالاتر از سر ایستاده، توصیه می‌شود.
• دتکتورهای آشپزخانه صنعتی: باید غلظت کلی CO₂ در مناطق کاری کارکنان را پایش کنند.
• ارتفاع و موقعیت: دتکتورها باید بین ۱ تا ۳ متر از خط پخت، بالاتر از سر ایستاده نصب شوند. نباید نزدیک لبه هود یا در مسیر مستقیم جریان تهویه نصب شوند.
• دتکتورهای آزمایشگاهی (CO₂ لوله‌کشی یا کپسولی): باید در نزدیک‌ترین نقاط نشت احتمالی مانند شیرهای گاز، رگولاتورها و محل ذخیره کپسول نصب شوند.
• ارتفاع نصب: چون CO₂ سنگین‌تر از هوا است، دتکتورها باید در ارتفاع پایین نصب شوند.
• نکات کلیدی: بازرسی و آزمون منظم این دتکتورها برای حفظ ایمنی و پایش مؤثر نشت‌ها حیاتی است.

کاهش اکسیژن (O₂):
پایش کاهش اکسیژن یک اقدام ایمنی حیاتی برای شناسایی حضور گازهای خنثی یا نجیب است که می‌توانند جای اکسیژن را بگیرند و منجر به خفگی شوند. گازهایی مانند نیتروژن (N₂) و آرگون (Ar) در محیط‌های آزمایشگاهی رایج هستند.

نیتروژن (N₂):
نیتروژن یک گاز بی‌اثر، بی‌رنگ و بی‌بو است که کمی از هوا سبک‌تر بوده و به عنوان یک گاز خفه‌کننده عمل می‌کند. نیتروژن به‌طور گسترده در آزمایشگاه‌ها به عنوان گاز حامل استفاده می‌شود و از طریق کپسول‌های قابل حمل یا لوله‌کشی تأمین می‌شود.

آرگون (Ar):
آرگون گازی بی‌اثر، بی‌رنگ، بی‌بو و بدون طعم است. غیرسمی بوده و از احتراق پشتیبانی نمی‌کند. حدود ۰.۹۳٪ از جو زمین را تشکیل می‌دهد و در کاربردهایی نیازمند اتمسفر بی‌اثر استفاده می‌شود.

• فرآیندهای صنعتی: در جوشکاری و فلزکاری برای جلوگیری از اکسیداسیون و واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌شود.
• نگهداری مواد غذایی: برای حذف اکسیژن در بسته‌بندی و افزایش ماندگاری کاربرد دارد.
• روشنایی: در لامپ‌های فلورسنت و رشته‌ای برای جلوگیری از اکسیداسیون رشته استفاده می‌شود.

خطر خفگی: مشابه نیتروژن، آرگون با جایگزینی اکسیژن باعث کاهش سطح اکسیژن قابل تنفس می‌شود و در غلظت‌های بالا بسیار خطرناک است.

نصب دتکتور:

• نیاز به پایش: چون آرگون سنگین‌تر از هوا است، دتکتورهای پایش کاهش اکسیژن باید در ارتفاع پایین نصب شوند.
• زمان پاسخ: نصب صحیح برای هشدار زودهنگام در صورت نشت ضروری است. اگر دتکتورها خیلی بالا نصب شوند، ممکن است افراد فرصت کافی برای واکنش نداشته باشند.
• تهویه: تهویه مناسب در محیط‌هایی که از آرگون استفاده می‌شود برای کاهش خطرات حیاتی است.

• غنی‌سازی اکسیژن (O₂)
  غنی‌سازی اکسیژن به افزایش سطح اکسیژن فراتر از غلظت معمول جو، که حدود ۲۱ درصد است، اطلاق می‌شود. این پدیده می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر پویایی آتش و ایمنی کلی در محیط‌های مختلف داشته باشد.
• نکات کلیدی:
  ■ خطر آتش‌سوزی: افزایش سطح اکسیژن می‌تواند فرآیند احتراق را تسریع کند و منجر به افزایش خطر آتش‌سوزی شود. موادی که در شرایط عادی ایمن یا غیرقابل اشتعال در نظر گرفته می‌شوند، ممکن است در جوهای غنی از اکسیژن بسیار قابل اشتعال شوند.
  ■ اهمیت شناسایی: شناسایی نشتی اکسیژن برای پیشگیری از خطرات احتمالی آتش‌سوزی ضروری است. پایش منظم سطح اکسیژن در محیط‌هایی که احتمال غنی‌سازی اکسیژن وجود دارد، مانند آزمایشگاه‌ها، مراکز درمانی و کاربردهای صنعتی که از اکسیژن خالص یا با غلظت بالا استفاده می‌کنند، ضروری است.
• راهبردهای تشخیص:
  ■ نصب دتکتور اکسیژن: دتکتورهای اکسیژن باید به‌صورت راهبردی در محل‌هایی که احتمال غنی‌سازی اکسیژن وجود دارد نصب شوند؛ مانند نزدیک مخازن ذخیره‌سازی اکسیژن، سامانه‌های لوله‌کشی یا تجهیزاتی که از اکسیژن خالص استفاده می‌کنند.
  ■ اقدامات تهویه: تأمین تهویه مناسب در نواحی با پتانسیل غنی‌سازی اکسیژن می‌تواند خطر آتش‌سوزی را کاهش دهد. جریان مناسب هوا می‌تواند غلظت اضافی اکسیژن را رقیق کرده و احتمال وقوع آتش‌سوزی را کاهش دهد.
• غنی‌سازی اکسیژن خطرات قابل‌توجهی ایجاد می‌کند که باید از طریق پایش مستمر، نصب راهبردی دتکتورها و اجرای پروتکل‌های اضطراری مناسب، مدیریت شوند. با مدیریت فعالانه سطح اکسیژن، سازمان‌ها می‌توانند احتمال وقوع حوادث ناشی از آتش‌سوزی را به‌طور چشمگیری کاهش دهند.

 

• پوشش منطقه‌ای: ملاحظات
  تعداد دتکتورهای گاز موردنیاز در یک منطقه مشخص، به چند عامل کلیدی بستگی دارد که شامل موارد زیر است:
• ۱. ابعاد منطقه مورد پوشش:
  ابعاد کلی فضا تعیین می‌کند که برای پوشش کافی و تشخیص به‌موقع نشت گاز به چند دتکتور نیاز است.
• ۲. ارتفاع اتاق:
  ارتفاع اتاق می‌تواند بر پراکندگی گاز تأثیر بگذارد. دتکتورها باید در ارتفاع مناسب بسته به نوع گاز پایش‌شده نصب شوند (برای گازهای سنگین مانند LPG در ارتفاع پایین و برای گازهای سبک مانند متان در ارتفاع بالا).
• ۳. تجهیزات نصب‌شده:
  وجود و نوع تجهیزات موجود در منطقه، مانند دیگ‌های گازی، اجاق‌ها یا آب‌گرم‌کن‌ها، می‌توانند ریسک‌های خاصی ایجاد کنند و نیاز به دتکتورهای اضافی داشته باشند.
• ۴. میزان لوله‌کشی:
  پیچیدگی و گستردگی لوله‌کشی گاز در منطقه می‌تواند احتمال نشتی را افزایش دهد. در نزدیکی اتصالات حیاتی یا مسیرهای طولانی لوله، ممکن است به دتکتورهای بیشتری نیاز باشد.
• ۵. نوع گاز هدف و کاربری فضا:
  هر گاز ویژگی‌ها و رفتار خاصی دارد. درک نوع گاز هدف، چگالی آن و رفتار آن در محیط برای تعیین محل نصب دتکتور ضروری است. همچنین، نوع کاربری فضا (مثلاً فضای آموزشی در برابر آشپزخانه تجاری) الزامات پایش متفاوتی را ایجاب می‌کند.

 

• راهنمایی درباره پوشش دتکتورها:
• ■ برد پوشش معمول:
  برای دتکتورهای گاز طبیعی، برد پوشش معمول ممکن است تا شعاع ۵ متر در صورت نصب روی دیوار باشد. برای دتکتورهای مونوکسید کربن، این برد می‌تواند تا ۱۰ متر افزایش یابد.
• ■ پایش دی‌اکسید کربن:
  در محیط‌های آموزشی و آشپزخانه‌های تجاری، دتکتورهای CO₂ باید به‌گونه‌ای راهبردی نصب شوند که شرایط محیطی نماینده را، به‌ویژه در ناحیه تنفسی، پایش کنند.
• ■ نوع پوشش:
  باید نوع پوشش موردنیاز نیز بررسی شود. این شامل ارزیابی این است که آیا پایش پیوسته (“پوشش گسترده”) لازم است یا بررسی نقطه‌ای (“پوشش هدفمند”) کافی است، بسته به خطرات خاص موجود در منطقه.

 

• پوشش مؤثر منطقه‌ای برای تضمین ایمنی و قابلیت اطمینان سامانه دتکتور گاز ضروری است. با ارزیابی دقیق عوامل فوق، سازمان‌ها می‌توانند راهبردهای پایش گاز خود را بهینه کرده و از خطرات ناشی از نشت گاز و پیامدهای آن جلوگیری کنند.
• پوشش گسترده (Blanket Coverage)
• پوشش گسترده به استقرار راهبردی چندین دتکتور گاز به‌صورت یکنواخت در سراسر یک ناحیه مشخص، مانند یک اتاق تجهیزات صنعتی، برای اطمینان از پایش کامل و ایمنی اطلاق می‌شود.
• 🔹 نکات کلیدی در مورد پوشش گسترده:
  توزیع یکنواخت:
  دتکتورها باید به‌صورت یکنواخت در سراسر فضا توزیع شوند تا از ایجاد هرگونه خلأ در پوشش جلوگیری شود. این امر تضمین می‌کند که هرگونه نشت گاز بدون توجه به محل وقوع آن، به‌سرعت شناسایی شود.
• هم‌پوشانی در نواحی آشکارسازی:
  چیدمان دتکتورها به‌گونه‌ای که نواحی پوشش آن‌ها کمی هم‌پوشانی داشته باشند مفید است. این افزونگی تضمین می‌کند که در صورت خرابی یا انسداد یک دتکتور، دتکتور دیگری بتواند آن ناحیه را پوشش دهد.
• طرح و چیدمان اتاق:
  چیدمان فیزیکی اتاق، از جمله نحوه قرارگیری تجهیزات، نواحی انبارش، و سامانه‌های تهویه باید در هنگام تعیین محل نصب دتکتورها در نظر گرفته شود. از نصب دتکتور در مکان‌هایی که ممکن است مسدود شده یا تحت تأثیر جریان هوا از فن‌ها یا کانال‌های تهویه قرار گیرند، باید اجتناب شود.
• نوع دتکتورها:
  گازهای مختلف ممکن است به دتکتورهای خاصی نیاز داشته باشند. باید اطمینان حاصل شود که دتکتور متناسب با گاز موجود در فضا و ویژگی‌های آن (مانند سنگین‌تر یا سبک‌تر بودن از هوا) انتخاب شده باشد.
• نگهداری و آزمون منظم:
  سامانه‌ای متشکل از چندین دتکتور نیازمند برنامه‌ نگهداری دقیق برای اطمینان از عملکرد مناسب تمامی واحدهاست. باید آزمون‌ها و کالیبراسیون منظم به‌منظور تضمین دقت و قابلیت اطمینان انجام شود.
• ❗ همچنین، تعداد دتکتورها نیز باید مورد توجه قرار گیرد. خرابی یا برداشتن یک دتکتور برای تعمیرات نباید ایمنی ناحیه تحت پوشش را به خطر اندازد. ممکن است برای پایش پیوسته و جلوگیری از آلارم‌های کاذب، تکرار (یا سه‌برابر کردن) دتکتورها و تجهیزات کنترلی الزامی باشد.
• اجرای رویکرد پوشش گسترده با دتکتورهایی که به‌طور یکنواخت مستقر شده‌اند، راهکاری ایمن و قوی برای پایش نشت گاز در نواحی حیاتی مانند اتاق تجهیزات فراهم می‌آورد. این کار با تضمین پوشش کامل، توان واکنش سازمان را در برابر خطرات احتمالی گاز بهبود می‌بخشد.

 

• پوشش هدفمند (Targeted Coverage)
• پوشش هدفمند شامل نصب راهبردی دتکتورهای گاز در مکان‌های خاصی است که احتمال نشت گاز در آن‌ها بیشتر است. این رویکرد تضمین می‌کند که پایش بر نواحی بحرانی که بیشترین احتمال نشت گاز را دارند متمرکز باشد و از این طریق ایمنی و اثربخشی واکنش را افزایش می‌دهد.
• 🔹 نکات کلیدی در مورد پوشش هدفمند:
• شناسایی نقاط احتمالی نشت:
  یک ارزیابی ریسک جامع باید انجام شود تا نقاط احتمالی نشت در تأسیسات شناسایی شود. نواحی رایج شامل موارد زیر هستند:
  ▪ دیگ‌های بخار: به‌عنوان تجهیزات اصلی مصرف‌کننده گاز، نقاط بحرانی برای نشت محسوب می‌شوند.
  ▪ لوله‌کشی‌ها: هرگونه اتصال، خم، یا اتصال در سامانه‌های لوله‌کشی گاز ممکن است در معرض نشت باشد.
  ▪ شیرها: عملکرد شیرها، به‌ویژه در سامانه‌های پرفشار، می‌تواند منجر به نشت احتمالی شود.
  ▪ دودکش‌ها و خروجی‌ها: در صورت وجود انسداد یا خرابی، گاز ممکن است از این مسیرها نشت کند.
• نزدیکی به منابع گاز:
  دتکتورها باید تا حد امکان نزدیک به نقاط شناسایی‌شده نشت نصب شوند، بدون اینکه دسترسی برای تعمیر یا بهره‌برداری محدود شود. این نوع استقرار امکان شناسایی و واکنش سریع‌تر را فراهم می‌کند.
• نوع دتکتورها:
  باید اطمینان حاصل شود که نوع دتکتور متناسب با گاز خاص مورد پایش انتخاب شود. برای مثال، از دتکتورهای گاز قابل اشتعال در نزدیکی دیگ‌ها و خطوط گاز طبیعی، و از دتکتورهای CO در نزدیکی تجهیزات احتراقی استفاده شود.
• عوامل محیطی:
  شرایط محیطی پیرامون نقاط نشت احتمالی باید در نظر گرفته شود. عواملی مانند جریان هوا، دما و رطوبت می‌توانند بر پراکندگی گاز و اثربخشی دتکتورها تأثیر بگذارند. باید اطمینان حاصل شود که دتکتورها در موقعیتی قرار گیرند که کمترین تداخل از این عوامل را داشته باشند.
• نگهداری و کالیبراسیون منظم:
  دتکتورهایی که در نقاط هدفمند نصب می‌شوند باید در قالب برنامه نگهداری منظم بررسی شوند، شامل آزمون‌های مکرر برای عملکرد و کالیبراسیون مجدد به‌منظور تضمین دقت اندازه‌گیری.
• اجرای پوشش هدفمند با نصب دتکتورها در نقاط بحرانی نشت، توانایی پایش گاز را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. با تمرکز منابع در نواحی پُرخطر، سازمان‌ها می‌توانند واکنشی سریع‌تر نسبت به خطرات احتمالی گاز ارائه دهند و ایمنی کلی را بهبود ببخشند.
• ❗ همچنین می‌توان از ترکیب هر دو تکنیک پایش برای افزایش سطح نظارت استفاده کرد.

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.

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

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

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

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

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

ویژگی‌های شیمیایی و شرایط فرآیندی

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

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

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

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

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

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

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

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

انتخاب حالت‌های خرابی

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

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

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

مکان‌های نشت

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

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

ملاحظات هواشناسی

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

مدل‌سازی نشت و پراکندگی

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

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

گروه‌بندی نشت‌های مشابه

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

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

نرم‌افزارهای مدل‌سازی نشت و پراکندگی

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

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

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

تعیین محل نصب دتکتور

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

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

 

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

مثال

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

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

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

اجزای سیستم دتکتور گاز و عملکرد آن‌ها

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

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

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

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

انواع دتکتور گاز

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

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

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

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

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

 

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

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

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

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

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

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

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