استفاده از موئین یا کاپیلاری در دتکتورهای دودی مکشی یا اسپیراتینگ ها

دتکتورهای گاز نیمه‌هادی یکی از انواع حسگرهای تشخیص گاز هستند که از مواد نیمه‌هادی، معمولاً اکسید فلز (Metal Oxide Semiconductor – MOS)، برای شناسایی گازهای مختلف استفاده می‌کنند. این نوع حسگرها به دلیل حساسیت بالا، پاسخ سریع و دوام طولانی در بسیاری از کاربردهای صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ساختار دتکتور گاز نیمه‌هادی

یک دتکتور گاز نیمه‌هادی شامل بخش‌های زیر است:

الف) ماده حسگر (Sensing Material)

ب) المنت گرمایشی (Heating Element)

ج) الکترودهای اندازه‌گیری (Electrodes)

د) مدار پردازش سیگنال

2. عملکرد دتکتور گاز نیمه‌هادی

مرحله ۱: جذب گاز توسط ماده نیمه‌هادی

مرحله ۲: تغییر در هدایت الکتریکی

مرحله ۳: اندازه‌گیری و پردازش سیگنال

3. انواع دتکتورهای گاز نیمه‌هادی بر اساس عملکرد

الف) دتکتورهای گاز کاهش‌دهنده (Reducing Gas Detectors)

ب) دتکتورهای گاز اکسیدکننده (Oxidizing Gas Detectors)

4. مزایا و معایب دتکتورهای گاز نیمه‌هادی

✅ مزایا:

❌ معایب:

5. کاربردهای دتکتور گاز نیمه‌هادی

نتیجه‌گیری

دتکتورهای گاز نیمه‌هادی به دلیل سادگی، هزینه مناسب و حساسیت بالا، یکی از پرکاربردترین حسگرهای گازی هستند. با این حال، برای افزایش دقت و کاهش تأثیرات محیطی، اغلب در ترکیب با حسگرهای دیگر یا الگوریتم‌های پردازش داده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

زمانی‌که تشخیص دود در مرحله ابتدایی حریق حیاتی است، سیستم‌های دتکتور دودی مکشی مزایای زیادی دارند.

سطوح اولیه تشخیص
توانایی سیستم‌های دتکتور دودی مکشی در تشخیص ذرات دود در سطح بسیار پایین کاهش دید، آن‌ها را برای مناطقی که نیاز به سریع‌ترین تشخیص ممکن دارند (پیش از آغاز احتراق و آسیب)، ایده‌آل می‌کند. کاربردهای معمول شامل موزه‌ها، ساختمان‌های تاریخی، اماکن با ارزش فرهنگی، و مراکز حیاتی مانند دیتا سنترها هستند. همچنین محدوده‌های حساسیت قابل برنامه‌ریزی، امکان سفارشی‌سازی سیستم دتکتور دودی مکشی بر اساس خطر خاص موجود را فراهم می‌کند، که به مالک انعطاف‌پذیری بیشتری می‌دهد.

تشخیص قابل اعتماد
نرم‌افزار تشخیص در سیستم دتکتور دودی مکشی این امکان را می‌دهد که محفظه حسگر بین ذرات دود و ذرات گردوغبار معلق در هوای نمونه‌برداری‌شده تمایز قائل شود. این فناوری باعث مقاومت سیستم در برابر هشدارهای کاذب شده و از هشدارهای ناخواسته‌ای که ممکن است منجر به خاموش شدن غیرضروری تجهیزات، توقف فعالیت‌ها یا تخلیه زودهنگام ساختمان شوند، جلوگیری می‌کند.

تأثیرناپذیری از جریان هوای بالا
اتاق‌هایی با جریان هوای بالا، مانند دیتا سنترها، مراکز مخابراتی و اتاق‌های تمیز، یک چالش رایج هستند. جریان هوای بالا باعث ایجاد تغییرات مکرر در هوای محیط و رقیق شدن دود می‌شود، که تشخیص دود را دشوارتر می‌کند.

سرعت بالای جریان هوا
سرعت بالای جریان هوا، ذرات دود را از دتکتورهای دودی نقطه‌ای نصب‌شده روی سقف دور کرده و به سمت واحدهای تهویه (HVAC) منتقل می‌کند. ذرات بزرگ‌تر در واحد تهویه فیلتر می‌شوند، اما ذرات ریز از فیلتر عبور کرده و به داخل فضا بازمی‌گردند. در این حالت، ذرات دود به بخشی از هوای محیط تبدیل می‌شوند، اما چون دتکتور دودی مکشی به‌صورت فعال از هوای فضای حفاظت‌شده نمونه‌برداری می‌کند، می‌تواند آن‌ها را تشخیص دهد.

عدم تأثیر بر زیبایی فضا و مقاوم در برابر دستکاری
یکی دیگر از مزایای سیستم دتکتور دودی مکشی، امکان پنهان‌سازی لوله نمونه‌برداری و نصب دتکتور در مکانی دور از دید است. این ویژگی آن را برای محیط‌هایی که احتمال دستکاری وجود دارد (مانند زندان‌ها یا مدارس) مناسب می‌سازد. همچنین برای فضاهایی که زیبایی ظاهری اهمیت دارد (مانند اماکن تاریخی یا فرهنگی) نیز ایده‌آل است.

قابل استفاده در محیط‌های سخت
در محیط‌های سخت یا آلوده، ذرات بزرگ می‌توانند به مدارهای الکترونیکی دتکتورهای سنتی آسیب وارد کنند و ذرات کوچک نیز می‌توانند هشدارهای کاذب ایجاد کنند. سیستم دتکتور دودی مکشی از هوای فضای حفاظت‌شده نمونه‌برداری کرده و ذرات آسیب‌زننده را فیلتر می‌کند، که این ویژگی آن را برای نصب در چنین محیط‌هایی مناسب می‌سازد. همچنین، چون دتکتور در خارج از فضای حفاظت‌شده نصب می‌شود، این سیستم برای فضاهایی با دمای بسیار بالا یا پایین (مانند سردخانه‌ها و فریزرها) نیز مناسب است.

نگهداری آسان
پس از نصب دتکتور دودی مکشی و لوله نمونه‌برداری، زمان‌های انتقال و فشار هوای داخل لوله باید ثبت شود. سپس، نگهداری سالیانه شامل تست دورترین منفذ نمونه‌گیری و مقایسه زمان انتقال آن با مستندات اولیه می‌باشد. در مواقعی که لوله در سقف بلند یا زیر کف نصب شده، می‌توان یک نقطه نمونه‌برداری در سطح زمین تعبیه کرد تا آزمایش سالیانه آسان‌تر و هزینه‌های نگهداری کمتر شود.

هر شبکه لوله‌کشی که برای استفاده با سیستم FAAST طراحی می‌شود، باید با استفاده از نرم‌افزار PipeIQ تأیید گردد.

این پیوست بخشی از الزامات این سند NFPA نیست، بلکه فقط برای اهداف اطلاع‌رسانی ارائه شده است.

F.1 یک سیستم اطفاء حریق دی‌اکسید کربن با کاربرد موضعی طراحی شده است تا دی‌اکسید کربن را مستقیماً به آتش‌سوزی‌ای که می‌تواند در یک ناحیه یا فضایی بدون محصورسازی واقعی رخ دهد، اعمال کند. چنین سیستم‌هایی باید به گونه‌ای طراحی شوند که دی‌اکسید کربن را در حین عملکرد سیستم به نحوی به خطر مورد اطفاء برسانند که تمام سطوح سوختنی یا شعله‌ور را پوشش داده یا احاطه کند.

نرخ جریان و مدت زمان کاربرد مورد نیاز بستگی به نوع ماده قابل احتراق درگیر، ماهیت خطر (اینکه آیا سطح مایع مانند مخزن غوطه‌وری یا مخزن کوئنچ است یا یک قطعه ماشین‌آلات پیچیده مانند دستگاه چاپ) و محل و فاصله اسپرینکلرهای دی‌اکسید کربن نسبت به خطر دارد.

عوامل مهمی که در طراحی یک سیستم کاربرد موضعی باید در نظر گرفته شود عبارتند از: نرخ جریان، محدودیت‌های ارتفاع و مساحت اسپرینکلرهای استفاده‌شده، میزان دی‌اکسید کربن مورد نیاز، و سیستم لوله‌کشی. مراحل زیر برای طراحی یک سیستم لازم است:

(۱) تعیین مساحت خطر مورد اطفاء. در تعیین این مساحت، مهم است که نقشه دقیق خطر را با نشان دادن تمام ابعاد و محدودیت‌ها جهت جانمایی اسپرینکلرها ترسیم کنید. حدود خطر باید با دقت تعریف شوند تا تمام مواد قابل احتراق که می‌توانند در خطر گنجانده شوند را شامل شود، و احتمال وجود کالا یا سایر موانع در یا نزدیک خطر باید به دقت بررسی شود.

(۲) برای اسپرینکلرهای نوع سقفی، با توجه به محدودیت‌های ارتفاع خطر مورد اطفاء، اسپرینکلرها را به گونه‌ای جانمایی کنید که خطر را تحت پوشش قرار دهند، با استفاده از اسپرینکلرهای مختلف در محدوده‌های ارتفاع و مساحت مجاز که در لیست‌ها یا تأییدیه‌های این اسپرینکلرها بیان شده است. حدود پوشش مساحت یک اسپرینکلر برای یک ارتفاع خاص از اطلاعات لیست شده تعیین می‌شود که در قالبی مشابه شکل F.1(a) ارائه شده است. در نظر داشته باشید که تمام پوشش‌های اسپرینکلر بر اساس مربع‌های تقریبی ترسیم می‌شوند. این مرحله برای اسپرینکلرهای کنار مخزن یا خطی حذف می‌شود.

(۳) بر اساس ارتفاع هر اسپرینکلر از سطح خطر، نرخ جریان بهینه‌ای که هر اسپرینکلر باید برای اطفاء خطر داشته باشد را تعیین کنید. این مقدار از یک نمودار مانند شکل F.1(b) که در لیست‌های جداگانه یا تأییدیه‌های اسپرینکلرها ارائه شده است، به دست می‌آید. برای اسپرینکلرهای کنار مخزن یا خطی، بر اساس شکل خطر، اسپرینکلرها را در محدوده‌های فاصله‌ای مجاز طبق تأییدیه یا لیست جانمایی کنید. بر اساس فاصله یا مساحت پوشش، نرخ جریان مناسب را از نمودارهای تأیید شده‌ای مانند شکل F.1(c) و F.1(d) انتخاب کنید. این مرحله برای اسپرینکلرهای نوع سقفی حذف می‌شود.

(۴) مدت زمان تخلیه برای خطر را تعیین کنید. این زمان همیشه حداقل ۳۰ ثانیه خواهد بود، اما می‌تواند طولانی‌تر باشد، بسته به عواملی مانند ماهیت ماده در خطر و احتمال نیاز برخی نقاط داغ به زمان خنک‌کنندگی بیشتر.

(۵) نرخ جریان تک‌تک اسپرینکلرها را جمع کنید تا نرخ جریان کل به دست آید و این مقدار را در مدت زمان تخلیه ضرب کنید تا مقدار کل دی‌اکسید کربن مورد نیاز برای اطفاء خطر محاسبه شود. سپس این عدد را در ۱.۴ (برای سیستم‌های پرفشار) ضرب کنید تا ظرفیت کل سیلندرهای ذخیره‌سازی به دست آید.

(۶) محل استقرار مخزن یا سیلندرهای ذخیره‌سازی را تعیین کرده و لوله‌کشی اتصال‌دهنده اسپرینکلرها به مخازن ذخیره را طراحی کنید.

(۷) از سیلندرهای ذخیره شروع کرده و افت فشار را در طول لوله‌کشی سیستم تا هر اسپرینکلر محاسبه کنید تا فشار نهایی در هر اسپرینکلر به دست آید (به بخش C.1 مراجعه شود). مطمئن شوید که طول معادل لوله برای اتصالات و اجزای سیستم را در محاسبات لحاظ کرده‌اید. طول‌های معادل اجزای سیستم در لیست‌ها یا تأییدیه‌های جداگانه این اجزا موجود است. شرایط ذخیره‌سازی را برای سیستم‌های پرفشار برابر با ۷۵۰ psi (۵۱۷۱kPa) و برای سیستم‌های کم‌فشار برابر با ۳۰۰ psi (۲۰۶۸ kPa) در نظر بگیرید. در طراحی اولیه، باید اندازه‌های لوله‌ها را در نقاط مختلف سیستم فرض کنید. پس از انجام محاسبات برای تعیین فشار اسپرینکلرها، ممکن است لازم باشد اندازه لوله‌ها را برای دستیابی به فشارهای بالاتر یا پایین‌تر تغییر دهید تا نرخ جریان مناسب حاصل شود.

(۸) بر اساس فشار اسپرینکلرها از مرحله (۷) و نرخ جریان جداگانه هر اسپرینکلر از مرحله (۳)، یک اوریفیس معادل را انتخاب کنید که بیشترین تطابق را با مساحت مورد نیاز برای تولید نرخ جریان طراحی شده داشته باشد، با استفاده از جدول‌های 4.7.5.2.1، 4.7.5.3.1، و A4.7.4.4.3.

چکیده: آشکارسازهای دودی بیم، ستون فقرات سیستم‌های پیشرفته اعلام حریق در فضاهای بزرگ و وسیع محسوب می‌شوند. این مقاله به بررسی عمیق اصول فیزیکی و مهندسی نهفته در عملکرد آشکارسازهای دودی بیم می‌پردازد، از مکانیسم تشخیص دود بر پایه پراکندگی و تضعیف نور مادون قرمز گرفته تا پیکربندی‌های مختلف و ملاحظات طراحی در کاربردهای عملی. با تحلیل جزئیات نحوه عملکرد این دتکتورها در حالت عادی و در شرایط حریق، چالش‌های احتمالی و راهکارهای غلبه بر آن‌ها، و همچنین مقایسه با سایر روش‌های تشخیص دود، تصویری جامع از اهمیت و کارایی این فناوری ارائه می‌شود. هدف این مقاله، ارائه یک دیدگاه علمی و کاربردی برای متخصصان، طراحان سیستم‌های ایمنی، و علاقه‌مندان به فناوری‌های اعلام حریق است.

مقدمه: امنیت در برابر حریق، از دیرباز یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های جوامع بشری بوده است. با توسعه سازه‌های بزرگ و پیچیده نظیر انبارهای وسیع، سالن‌های کنفرانس، آتریوم‌ها، و مراکز خرید، چالش تشخیص زودهنگام حریق در این فضاهای گسترده به مراتب افزایش یافته است. آشکارسازهای دودی نقطه‌ای سنتی، که برای پوشش مساحت‌های محدودتری طراحی شده‌اند، در چنین محیط‌هایی کارایی لازم را ندارند. اینجاست که آشکارسازهای دودی بیم، با قابلیت پوشش دهی مسافت‌های طولانی، به عنوان یک راه حل بی‌بدیل مطرح می‌شوند. این مقاله به کاوش در اعماق این تکنولوژی پرداخته و پیچیدگی‌های علمی و کاربردی آن را آشکار می‌سازد.

1. اساس فیزیکی تشخیص دود: برهم‌کنش نور و ذرات معلق در قلب عملکرد آشکارسازهای دودی بیم، پدیده‌های فیزیکی پراکندگی (Scattering) و تضعیف (Attenuation) نور توسط ذرات دود قرار دارد. نور، به عنوان یک موج الکترومغناطیسی، هنگام عبور از محیطی حاوی ذرات معلق، مانند دود، با این ذرات برهم‌کنش می‌کند. این برهم‌کنش به دو شکل اصلی بروز می‌یابد:
2. 

• تضعیف (Absorption & Scattering): بخشی از انرژی نور توسط ذرات دود جذب شده یا در جهات مختلف پراکنده می‌شود. این امر منجر به کاهش شدت نور عبوری از مسیر می‌شود. آشکارسازهای دودی بیم، عمدتاً بر پایه اندازه‌گیری همین کاهش شدت نور عمل می‌کنند.
• 

• پراکندگی (Scattering): ذرات دود، نور را در تمامی جهات پراکنده می‌کنند. میزان و الگوی پراکندگی نور به اندازه ذرات، طول موج نور و زاویه دید بستگی دارد. این پدیده، اساس کار آشکارسازهای دودی از نوع پراکندگی نور (مانند برخی دتکتورهای نقطه‌ای) است، اما در دتکتورهای بیم، تمرکز اصلی بر تضعیف کلی پرتو است.
• 

برای افزایش حساسیت و کاهش تأثیر عوامل محیطی نامطلوب (مانند گرد و غبار)، اکثر آشکارسازهای دودی بیم از نور مادون قرمز (Infrared – IR) استفاده می‌کنند. طول موج‌های مادون قرمز کمتر توسط بخار آب و ذرات بسیار ریز هوا پراکنده می‌شوند، اما به طور مؤثر توسط ذرات بزرگ‌تر دود تضعیف می‌گردند.

2. اجزای اصلی و پیکربندی‌های آشکارسازهای دودی بیم یک سیستم آشکارساز دودی بیم معمولاً از سه جزء اصلی تشکیل شده است:
3. 

• فرستنده (Transmitter): این بخش شامل یک منبع نور مادون قرمز (IR LED) است که یک پرتو نوری متمرکز و کنترل‌شده را تولید می‌کند. لنزهای اپتیکی در این بخش وظیفه متمرکز کردن پرتو را بر عهده دارند تا پرتو با حداقل واگرایی به سمت گیرنده حرکت کند. در برخی مدل‌های پیشرفته، از چندین IR LED برای افزایش قدرت پرتو و پوشش دهی مسافت‌های طولانی‌تر استفاده می‌شود.
• گیرنده (Receiver): این واحد شامل یک فوتودیود (Photodiode) یا یک آرایه از فوتودیودها است که وظیفه دریافت پرتو نور فرستاده شده و تبدیل آن به یک سیگنال الکتریکی را بر عهده دارد. کیفیت و حساسیت فوتودیود در تشخیص تغییرات جزئی در شدت نور حیاتی است. لنزهای گیرنده نیز به جمع‌آوری نور و هدایت آن به سمت فوتودیود کمک می‌کنند.
• کنترل‌کننده (Controller/Control Unit): این بخش که معمولاً جدا از فرستنده و گیرنده نصب می‌شود، مسئول پردازش سیگنال‌های دریافتی از گیرنده، مقایسه آن‌ها با مقادیر مرجع (آستانه‌های از پیش تعیین شده)، و اعلام وضعیت‌های مختلف (عادی، پیش‌هشدار، حریق، خطا) است. این واحد همچنین قابلیت تنظیم حساسیت، انجام تست‌های خودکار (Auto Alignment و Drift Compensation) و اتصال به پنل مرکزی اعلام حریق را فراهم می‌کند.

پیکربندی‌ها: آشکارسازهای دودی بیم را می‌توان به دو دسته اصلی از نظر پیکربندی تقسیم کرد:

• نوع جداگانه (Separate Type – Transmitter/Receiver): در این پیکربندی، فرستنده و گیرنده در دو واحد مجزا و در فواصل معینی (معمولاً 5 تا 120 متر، و در برخی مدل‌ها تا 150-200 متر) روبروی یکدیگر نصب می‌شوند. پرتو نور از فرستنده ساطع شده و مستقیماً به گیرنده می‌رسد. این رایج‌ترین نوع آشکارساز بیم است و برای پوشش دهی مسیرهای طولانی مناسب است.
• نوع بازتابنده (Reflector Type – Transceiver/Reflector): در این حالت، فرستنده و گیرنده در یک واحد مشترک (Transceiver) قرار دارند و پرتو نور به سمت یک بازتابنده (Reflector) که در فاصله دوری نصب شده، ارسال می‌شود. بازتابنده، پرتو نور را به سمت واحد فرستنده/گیرنده بازتاب می‌دهد. این پیکربندی مزیت سیم‌کشی کمتر (تنها یک واحد به برق و سیم‌کشی نیاز دارد) و سهولت نصب بیشتری دارد، اما معمولاً برای مسافت‌های کمی کوتاه‌تر (معمولاً تا 100 متر) مورد استفاده قرار می‌گیرد و به دلیل عبور نور از مسیر دو بار (رفت و برگشت)، حساسیت کمی متفاوت دارد.

3. اصل عملکرد در حالت عادی و حریق (بر اساس تصاویر):

• حالت عادی (Normal State): در شرایط عادی و بدون وجود دود، پرتو نور مادون قرمز که از IR LED ساطع می‌شود، بدون مانع از طریق محفظه شفاف به سمت گیرنده (فوتودیود) حرکت می‌کند. پرتوها با شدت کامل به فوتودیود می‌رسند. فوتودیود این نور را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که توسط واحد کنترل به عنوان “حالت عادی” یا “بدون حریق” تفسیر می‌شود. این سیگنال پایه، مرجعی برای مقایسه‌های بعدی است.
• حالت حریق (Fire Alarm – با حضور دود): هنگامی که دود ناشی از حریق وارد مسیر پرتو نور می‌شود، ذرات دود (که در تصویر به رنگ خاکستری نشان داده شده‌اند) با پرتو نور برهم‌کنش می‌کنند. همانطور که پیشتر توضیح داده شد، این برهم‌کنش باعث تضعیف و پراکندگی پرتو نور می‌شود. در نتیجه، شدت نوری که به فوتودیود می‌رسد، به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. فوتودیود این کاهش شدت نور را به یک سیگنال الکتریکی با دامنه کمتر تبدیل می‌کند. واحد کنترل این کاهش سیگنال را تشخیص داده و در صورتی که این کاهش از یک آستانه از پیش تعیین شده (که معمولاً بر حسب درصد انسداد نور در واحد طول بیان می‌شود) فراتر رود، وضعیت “آلارم حریق” را اعلام می‌کند و به پنل مرکزی اعلام حریق سیگنال ارسال می‌نماید.

4. تکنیک‌های پیشرفته در آشکارسازهای بیم:

• جبران رانش (Drift Compensation): با گذشت زمان، عوامل محیطی مانند گرد و غبار یا کثیف شدن لنزها می‌توانند باعث کاهش تدریجی شدت نور دریافتی شوند، حتی در غیاب دود. اگر این کاهش به درستی جبران نشود، می‌تواند منجر به آلارم‌های کاذب یا کاهش حساسیت واقعی شود. تکنولوژی جبران رانش به آشکارساز اجازه می‌دهد تا به آرامی و به صورت هوشمندانه تغییرات طولانی مدت در شدت نور را شناسایی و آستانه آلارم را متناسب با آن تنظیم کند، بدون اینکه بر توانایی تشخیص سریع دود واقعی تأثیر بگذارد.
• هم‌ترازی خودکار (Auto Alignment): نصب دقیق فرستنده و گیرنده برای اطمینان از هم‌راستایی کامل پرتو نور بسیار حیاتی است. سیستم‌های پیشرفته دارای قابلیت هم‌ترازی خودکار هستند که به طور خودکار موقعیت لنزها یا پرتو را تنظیم می‌کنند تا حداکثر شدت نور به گیرنده برسد. این ویژگی نه تنها نصب را آسان‌تر می‌کند، بلکه عملکرد بهینه را در طول زمان تضمین می‌نماید.
• فیلترهای نوری و محافظ‌ها: برای جلوگیری از ورود حشرات، ذرات بزرگ گرد و غبار و نورهای مزاحم محیطی (مانند نور خورشید) به محفظه اپتیکی، از فیلترهای نوری و محفظه‌های محافظت شده (مانند Insect Screen و Lightproof Chamber Cover در تصاویر) استفاده می‌شود. این اقدامات به حفظ دقت و پایداری عملکرد آشکارساز کمک می‌کنند.
• تشخیص چندگانه (Multi-criteria Detection): در برخی سیستم‌های پیشرفته‌تر، آشکارسازهای بیم ممکن است با سنسورهای دیگری نظیر سنسورهای حرارتی یا گاز ترکیب شوند تا اطلاعات بیشتری برای تشخیص دقیق‌تر حریق و کاهش آلارم‌های کاذب فراهم آورند.

5. کاربردها و مزایا: آشکارسازهای دودی بیم به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردشان، در طیف گسترده‌ای از کاربردها به کار گرفته می‌شوند:

• انبارها و سوله های صنعتی: فضاهایی با سقف‌های بلند و مساحت‌های وسیع که نصب تعداد زیادی آشکارساز نقطه‌ای غیرعملی و پرهزینه است.
• سالن‌های ورزشی، تئاترها و سینماها: فضاهای باز با ارتفاع زیاد که نیاز به پوشش دهی گسترده دارند.
• آتریوم‌ها و لابی‌های بزرگ: سازه‌های معماری با فضاهای باز عمودی.
• فرودگاه‌ها و ایستگاه‌های قطار: مکان‌هایی با جریان هوای زیاد و مسافرت دود در مسافت‌های طولانی.
• مراکز خرید و فروشگاه‌های بزرگ: برای پوشش دهی فضاهای وسیع و راهروها.

مزایای کلیدی:

• پوشش دهی وسیع: هر آشکارساز می‌تواند مساحتی به مراتب بزرگتر از آشکارسازهای نقطه‌ای را پوشش دهد، که منجر به کاهش تعداد دتکتورهای مورد نیاز و هزینه‌های نصب می‌شود.
• مناسب برای سقف‌های بلند: توانایی تشخیص دود در ارتفاعات بالا که دتکتورهای نقطه‌ای ممکن است با تأخیر عمل کنند.
• مقاومت در برابر آلارم‌های کاذب: با تکنیک‌های جبران رانش و فیلترینگ پیشرفته، این سیستم‌ها در برابر عوامل محیطی مقاوم‌تر هستند.
• نگهداری آسان: دسترسی برای نگهداری و تمیز کردن معمولاً آسان‌تر از تعداد زیادی دتکتور نقطه‌ای است.

6. چالش‌ها و ملاحظات طراحی: با وجود مزایای فراوان، نصب و طراحی سیستم‌های آشکارساز دودی بیم نیازمند ملاحظاتی خاص است:

• هم‌ترازی دقیق: نصب اولیه نیازمند دقت بالا در هم‌ترازی فرستنده و گیرنده است. هرگونه حرکت سازه‌ای کوچک می‌تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد.
• انسداد مسیر: مسیر پرتو نور باید همواره از هرگونه مانع (مانند قفسه‌های بلند، ماشین‌آلات، پرده‌ها یا حتی جرثقیل‌های سقفی) عاری باشد. برنامه‌ریزی دقیق چیدمان فضا ضروری است.
• تأثیر نور محیط: نور شدید خورشید یا منابع نوری قدرتمند دیگر می‌توانند در عملکرد سیستم اختلال ایجاد کنند. انتخاب مکان مناسب و استفاده از فیلترهای نوری حیاتی است.
• شرایط محیطی: تغییرات شدید دما، رطوبت، یا وجود ذرات گرد و غبار بسیار زیاد (در محیط‌های بسیار آلوده) می‌تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد. برخی مدل‌ها دارای محفظه‌های گرمایشی یا تهویه‌شده برای مقابله با این چالش‌ها هستند.
• الگوی جریان هوا: در فضاهای بزرگ، الگوی جریان هوا می‌تواند بر نحوه انتشار دود تأثیر بگذارد. طراحی سیستم باید با در نظر گرفتن این الگوها باشد تا اطمینان حاصل شود که دود به موقع وارد مسیر پرتو می‌شود.

7. مقایسه با سایر آشکارسازها: در مقایسه با آشکارسازهای دودی نقطه‌ای، آشکارسازهای بیم در پوشش دهی مساحت‌های وسیع و ارتفاعات بالا برتری دارند. آشکارسازهای نمونه‌بردار هوا (Aspirating Smoke Detectors – ASD) نیز برای تشخیص بسیار زودهنگام در محیط‌های حساس استفاده می‌شوند، اما پیچیدگی نصب و هزینه بالاتری دارند. آشکارسازهای بیم یک راه حل میانی ارائه می‌دهند که تعادلی بین پوشش دهی، حساسیت و هزینه ایجاد می‌کند.

نتیجه‌گیری: آشکارسازهای دودی بیم به عنوان یک جزء حیاتی در سیستم‌های مدرن اعلام حریق، نقش بی‌بدیلی در حفاظت از جان و مال در فضاهای بزرگ و پیچیده ایفا می‌کنند. فهم عمیق اصول فیزیکی، مهندسی و ملاحظات طراحی مربوط به این فناوری، برای پیاده‌سازی سیستم‌های ایمنی مؤثر و قابل اعتماد ضروری است. با پیشرفت تکنولوژی، انتظار می‌رود که این دتکتورها هوشمندتر، مقاوم‌تر در برابر عوامل محیطی، و حتی در تشخیص انواع مختلف دود دقیق‌تر شوند، و بدین ترتیب، امنیت ساختمان‌های ما را در برابر بلایای حریق بیش از پیش تضمین کنند. این چشم‌های نامرئی، همواره در کمین کوچکترین نشانه‌ای از خطر، بیدار و هوشیار باقی می‌مانند.

دسته‌بندی‌های پایش گاز:

1. گازهای قابل احتراق / اشتعال‌پذیر
   • خطر انفجار.
   • برای جلوگیری از انفجار، باید سطح گاز در هوا کمتر از حد پایین انفجار (LEL) برای هر گاز نگه داشته شود یا اکسیژن از محیط حذف شود.
   • معمولاً در بازه ۰ تا ۱۰۰ درصد از حد پایین انفجار یا در محدوده قسمت در میلیون (ppm) اندازه‌گیری می‌شود.
   • دتکتورهای گاز قابل احتراق به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که پیش از وقوع شرایط بالقوه انفجاری هشدار دهند.
2. گازهای سمی / محرک
   • برای سلامت انسان خطرناک‌اند؛ باید میزان تماس کارکنان با این گازها پایش شود.
   • معمولاً در محدوده قسمت در میلیون (ppm) اندازه‌گیری می‌شوند.
   • دتکتورهای گاز سمی به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که پیش از رسیدن سطح گاز به غلظت زیان‌آور به کارکنان هشدار دهند.
   • برخی از دتکتورهای گاز سمی می‌توانند میانگین تماس در طول زمان را محاسبه کرده و مقادیر حد تماس کوتاه‌مدت (STEL) و میانگین وزنی زمان‌دار (TWA) را ارائه دهند.
3. اکسیژن
   • محیط‌هایی با میزان کم اکسیژن (کمتر از ۱۹.۵ درصد حجمی اکسیژن) «کم‌اکسیژن» تلقی شده و تنفس طبیعی انسان را مختل می‌کنند.
   • محیط‌هایی با میزان زیاد اکسیژن (بیش از ۲۵ درصد حجمی اکسیژن) «غنی از اکسیژن» تلقی شده و خطر انفجار در آن‌ها افزایش می‌یابد.
   • در بازه درصد حجمی اندازه‌گیری می‌شود (درصد طبیعی اکسیژن در هوا در سطح دریا ۲۰.۸ درصد حجمی است).
   • دتکتورهای اکسیژن به‌طور کلی به‌گونه‌ای تنظیم می‌شوند که در صورت کم بودن یا زیاد بودن بیش از حد اکسیژن در محیط، هشدار دهند.

 

فضاهای قابل احتراق

برای ایجاد شعله، وجود سه شرط ضروری است:
• یک منبع سوخت (مانند گاز متان یا بخارات بنزین)
• مقدار کافی اکسیژن (بیش از ۱۰ تا ۱۵ درصد) برای اکسید شدن یا سوختن سوخت
• یک منبع گرما (جرقه) برای شروع فرآیند

نمونه‌هایی از منابع گرما و جرقه:
• شعله‌های باز مانند شعله‌های فندک، مشعل، کبریت و مشعل‌های جوشکاری، رایج‌ترین منابع جرقه هستند.
• تابش در قالب نور خورشید یا سطوح داغ
• جرقه‌های ناشی از منابع مختلف مانند روشن یا خاموش کردن وسایل برقی، بیرون کشیدن دوشاخه‌ها، الکتریسیته ساکن یا کلیدهای الکتریکی

فضاهای قابل احتراق
عوامل مؤثر در فضاهای قابل احتراق

بخار در برابر گاز
اگرچه اصطلاحات «بخار» و «گاز» اغلب به‌جای یکدیگر استفاده می‌شوند، اما معانی یکسانی ندارند. واژه «بخار» به ماده‌ای اطلاق می‌شود که اگرچه در حالت گازی وجود دارد، اما به‌طور معمول در دمای اتاق به صورت مایع یا جامد است. وقتی می‌گوییم یک ماده مایع یا جامد در حال سوختن است، در واقع بخار آن ماده است که می‌سوزد. «گاز» به ماده‌ای گفته می‌شود که به‌طور طبیعی در دمای اتاق در حالت گازی است.

فشار بخار و نقطه جوش
فشار بخار، فشاری است که زمانی ایجاد می‌شود که یک جامد یا مایع با بخار خودش در حالت تعادل قرار دارد. این فشار به‌طور مستقیم با دما مرتبط است. مثالی از فشار بخار، فشاری است که توسط بخار یک مایع در یک ظرف بسته نیمه‌پر ایجاد می‌شود. بسته به دما، فشار بخار تا یک آستانه مشخص افزایش می‌یابد. وقتی این آستانه برسد، فضا «اشباع‌شده» در نظر گرفته می‌شود.

فشار بخار و نقطه جوش یک ماده شیمیایی تعیین می‌کنند که چه میزان از آن احتمال دارد وارد هوا شود. فشار بخار پایین به معنای مولکول‌های کمتری از آن ماده در هواست که قابل اشتعال باشند، بنابراین به‌طور کلی خطر کمتری وجود دارد. این همچنین به این معناست که مولکول‌های کمتری برای آشکارسازی وجود دارد و ممکن است آشکارسازی دشوارتر شده و نیاز به تجهیزات با حساسیت بیشتر باشد. با افزایش فشار بخار و کاهش نقطه جوش، احتمال تبخیر افزایش می‌یابد. اگر ظروف حاوی این نوع مواد شیمیایی باز بمانند یا بر روی سطوح بزرگ پخش شوند، احتمال خطر بیشتری به‌وجود می‌آید.

نقطه اشتعال (Flashpoint)
یک ماده قابل اشتعال تا زمانی که به نقطه اشتعال خود نرسد، بخار یا گاز کافی برای شروع آتش تولید نمی‌کند. نقطه اشتعال، پایین‌ترین دمایی است که در آن یک مایع بخار کافی برای ایجاد شعله تولید می‌کند. اگر دما پایین‌تر از این مقدار باشد، مایع بخار کافی برای اشتعال تولید نمی‌کند. اگر نقطه اشتعال برسد و یک منبع خارجی اشتعال مانند جرقه وجود داشته باشد، ماده آتش خواهد گرفت. سند NFPA-325M از آژانس ملی حفاظت در برابر آتش (NFPA) تحت عنوان ویژگی‌های خطر آتش مواد قابل اشتعال، گازها و حلال‌های فرّار، نقطه اشتعال بسیاری از مواد رایج را فهرست کرده است.

نقطه اشتعال اهمیت دارد زیرا نشان‌دهنده میزان خطر ناشی از یک مایع قابل اشتعال است. به‌طور کلی، هرچه نقطه اشتعال پایین‌تر باشد، تشکیل مخلوط‌های قابل اشتعال سوخت و هوا آسان‌تر بوده و در نتیجه خطر بیشتر است.

دمای خوداشتعالی
اگر ماده‌ای تا دمای مشخصی—یعنی دمای اشتعال خودبه‌خودی (یا «خوداشتعالی»)—گرم شود، بیشتر مواد شیمیایی قابل اشتعال می‌توانند بدون وجود منبع خارجی اشتعال، تنها با انرژی گرمایی خود، به‌طور خودبه‌خودی آتش بگیرند.

چگالی بخار
چگالی بخار نسبت وزن یک حجم از بخار قابل اشتعال به حجم مساوی از هوا است. بیشتر بخارهای قابل اشتعال سنگین‌تر از هوا هستند، بنابراین به سمت زمین حرکت کرده و در نواحی پایین‌تر تجمع می‌یابند. گاز یا بخاری که چگالی بخار آن بیشتر از ۱ باشد ممکن است در سطوح پایین حرکت کرده و به دنبال یک منبع اشتعال بگردد (برای مثال: هگزان با چگالی بخار ۳.۰). گاز یا بخاری که چگالی بخار آن کمتر از ۱ باشد تمایل دارد به سمت بالا حرکت کند (برای مثال: متان با چگالی بخار ۰.۶). چگالی بخار در تعیین محل بهینه نصب دتکتور اهمیت دارد، زیرا به پیش‌بینی محل احتمالی تجمع گاز یا بخار در یک اتاق یا فضا کمک می‌کند.

حدود انفجار
برای ایجاد شعله، مقدار کافی گاز یا بخار باید وجود داشته باشد؛ اما مقدار بیش‌ازحد گاز می‌تواند اکسیژن موجود در فضا را جابه‌جا کرده و مانع از احتراق شود. به همین دلیل، برای غلظت‌های پایین و بالا، حد مشخصی وجود دارد که در آن احتراق می‌تواند رخ دهد. این حدود به عنوان حد پایین انفجار (LEL) و حد بالای انفجار (UEL) شناخته می‌شوند. این‌ها همچنین به عنوان حد پایین اشتعال‌پذیری (LFL) و حد بالای اشتعال‌پذیری (UFL) نیز شناخته می‌شوند.

برای حفظ احتراق، محیط باید ترکیب مناسبی از سوخت و اکسیژن (هوا) داشته باشد. LEL حداقل مقدار گاز مورد نیاز برای احتراق و UEL حداکثر مقدار آن را نشان می‌دهد. مقادیر دقیق LEL برای گازهای مختلف متفاوت است و به صورت درصد حجمی در هوا اندازه‌گیری می‌شوند. مقادیر LEL و UEL گازها در سند NFPA 325 درج شده‌اند.

LEL معمولاً بین ۱.۴٪ تا ۵٪ حجمی است. با افزایش دما، انرژی کمتری برای ایجاد احتراق مورد نیاز است و درصد گاز لازم برای رسیدن به ۱۰۰٪ LEL کاهش یافته و در نتیجه خطر افزایش می‌یابد. محیطی با سطح اکسیژن بالاتر باعث افزایش UEL گاز، همچنین نرخ و شدت گسترش شعله می‌شود. از آنجا که مخلوطی از چندین گاز شرایط را پیچیده می‌کند، LEL دقیق آن‌ها باید از طریق آزمایش مشخص شود.

بیشتر ابزارهای اندازه‌گیری گازهای قابل احتراق در محدوده LEL کار می‌کنند و قرائت گاز را به صورت درصدی از LEL نمایش می‌دهند. برای مثال: عدد ۵۰٪ LEL به این معناست که مخلوط گاز نمونه‌برداری‌شده شامل نیمی از مقدار گاز مورد نیاز برای حمایت از احتراق است.

هر غلظتی از گاز یا بخار که بین این دو حد قرار گیرد، در محدوده قابل اشتعال (انفجاری) قرار دارد. مواد مختلف دارای پهنای متفاوتی از محدوده اشتعال‌پذیری هستند — برخی بسیار گسترده و برخی دیگر باریک‌تر هستند. موادی که محدوده اشتعال‌پذیری وسیع‌تری دارند، معمولاً خطرناک‌تر محسوب می‌شوند، زیرا سطوح بیشتری از غلظت آن‌ها می‌تواند دچار اشتعال شود.

فضاهایی که در آن‌ها سطح غلظت گاز پایین‌تر از LEL است (سوخت کافی برای اشتعال وجود ندارد)، «لاغر» (lean) و غیرقابل اشتعال نامیده می‌شوند؛ و فضاهایی که سطح گاز بالاتر از UEL است (اکسیژن کافی برای اشتعال وجود ندارد)، «غلیظ» (rich) و غیرقابل اشتعال تلقی می‌شوند.

فضاهای سمی

پایش گازهای سمی
گاز سمی به گازی گفته می‌شود که توانایی آسیب رساندن به بافت‌های زنده، اختلال در سیستم عصبی مرکزی، ایجاد بیماری‌های شدید یا—در موارد حاد—مرگ را دارد، زمانی که از طریق بلع، تنفس یا جذب از راه پوست یا چشم وارد بدن شود. میزان لازم برای ایجاد این اثرات به‌طور گسترده‌ای با توجه به ماهیت ماده و مدت زمان تماس متفاوت است. «سمیت حاد» به تماس کوتاه‌مدت مانند یک مواجهه‌ی لحظه‌ای اشاره دارد. «سمیت مزمن» به تماس بلندمدت مانند مواجهه‌های مکرر یا طولانی اشاره دارد.

پایش گازهای سمی اهمیت دارد زیرا برخی از این مواد قابل مشاهده یا بوییدن نیستند و اثرات فوری ندارند. بنابراین شناسایی خطر گاز از طریق حواس فرد معمولاً خیلی دیر و پس از رسیدن غلظت به سطح زیان‌آور انجام می‌شود.

اثرهای سمی گازها از بی‌ضرر تا بسیار سمی متغیر است. برخی در مواجهه‌های کوتاه و در سطح پایین نیز تهدیدکننده‌ی زندگی هستند، در حالی که برخی دیگر تنها در مواجهه‌های مکرر و با غلظت بالا خطرناک‌اند. میزان خطری که یک ماده برای یک کارگر ایجاد می‌کند، به عوامل مختلفی بستگی دارد که شامل سطح غلظت گاز و مدت زمان تماس است.

حدود تماس مجاز
کنفرانس آمریکایی متخصصان بهداشت صنعتی دولتی (ACGIH) فهرستی سالانه و بازبینی‌شده از حدود مجاز تماس با ترکیبات صنعتی رایج منتشر می‌کند که با عنوان «مقادیر حد آستانه (TLV) و شاخص‌های تماس زیستی (BEI) بر اساس مستندات حدود آستانه مواد شیمیایی و عوامل فیزیکی» شناخته می‌شود. (برای سفارش نسخه‌ای از آن به www.acgih.org مراجعه کنید).
ACGIH مفهوم مقدار حد آستانه (TLV) را تعریف کرده است؛ TLV به غلظت مجاز یک ماده آلاینده در هوا گفته می‌شود که تصور می‌شود تقریباً همه کارگران بتوانند به‌طور مکرر و روزانه در طول عمر کاری خود در معرض آن قرار گیرند بدون اینکه دچار اثرات زیان‌آور شوند. این مقادیر بر اساس ترکیبی از تجربه صنعتی و مطالعات انسانی و حیوانی تعیین شده‌اند.

میانگین‌های وزنی زمانی (TWA)
مقادیر TLV معمولاً به‌صورت میانگین وزنی ۸ ساعته در نظر گرفته می‌شوند. جنبه میانگین‌گیری به این معناست که مواجهه‌هایی بالاتر از حد مجاز قابل‌قبول است، به شرطی که با دوره‌هایی از تماس کمتر از حد مجاز جبران شوند.

محدودیت‌های تماس کوتاه‌مدت (STEL)
محدودیت‌های تماس کوتاه‌مدت غلظت‌هایی هستند که بالاتر از میانگین ۸ ساعته‌اند و کارگران می‌توانند برای مدت زمان کوتاه در معرض آن‌ها قرار گیرند بدون اینکه دچار اثرات زیان‌آور شوند. (اگر غلظت به اندازه کافی بالا باشد، حتی یک بار تماس نیز می‌تواند اثرات مضر بر سلامت داشته باشد.)
STEL برای موقعیت‌هایی به‌کار می‌رود که در آن کارگر در معرض غلظت بالای گاز قرار دارد اما فقط برای مدت کوتاهی. این محدودیت‌ها به‌صورت میانگین وزنی ۱۵ دقیقه‌ای تعریف می‌شوند که نباید حتی در صورتی که میانگین ۸ ساعته کمتر از مقدار TLV باشد، از آن فراتر رود.

غلظت‌های سقفی (Ceiling Concentrations)
برای برخی از گازهای سمی، حتی یک تماس که از TLV فراتر رود می‌تواند برای سلامت کارگر خطرناک باشد. در این موارد، از غلظت‌های سقفی استفاده می‌شود تا سطوحی را مشخص کند که هرگز نباید از آن‌ها عبور شود.

حدود مجاز تماس (PELs)
حدود مجاز تماس (Permissible Exposure Limits) توسط اداره ایمنی و بهداشت شغلی ایالات متحده (OSHA) تدوین و اجرا می‌شوند. بخش ۱۹۱۰.۱۰۰۰ از بخش ۲۹ کد مقررات فدرال (CFR) این استانداردها را شامل می‌شود که مشابه مقادیر TLV سازمان ACGIH هستند، با این تفاوت که PEL به‌صورت قانونی الزام‌آور است نه صرفاً توصیه‌شده. با این حال، دقیق‌ترین مقادیر PEL معمولاً در برگه‌های اطلاعات ایمنی مواد (MSDS) درج شده‌اند.

شرایط فوری خطرناک برای زندگی و سلامت (IDLH)
مؤسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی (NIOSH) شرایط تماس IDLH را به‌عنوان شرایطی تعریف می‌کند که در آن، قرار گرفتن در معرض آلاینده‌های هوابرد می‌تواند منجر به مرگ، اثرات مضر فوری یا تأخیری دائمی بر سلامت شود یا مانع از فرار فرد از آن محیط گردد.
از آنجا که مقادیر IDLH برای تضمین توانایی کارگر در فرار از محیط خطرناک در صورت از کار افتادن تجهیزات حفاظت تنفسی تعیین شده‌اند، این مقادیر عمدتاً برای تعیین نوع مناسب وسایل حفاظت تنفسی مطابق با استانداردهای OSHA به‌کار می‌روند.

کاهش یا افزایش سطح اکسیژن

کمبود اکسیژن (Oxygen Deficiency)
هوای طبیعی محیط دارای غلظت ۲۰.۸ درصد حجمی اکسیژن است. زمانی که سطح اکسیژن به کمتر از ۱۹.۵ درصد از کل ترکیب هوا کاهش یابد، آن فضا «کم‌اکسیژن» در نظر گرفته می‌شود. در چنین محیط‌هایی، اکسیژن لازم برای ادامه‌ی حیات ممکن است با گازهای دیگری مانند دی‌اکسید کربن جایگزین شود. این امر منجر به ایجاد فضایی می‌شود که در صورت تنفس، می‌تواند خطرناک یا کشنده باشد.

کمبود اکسیژن همچنین ممکن است بر اثر زنگ‌زدگی، خوردگی، تخمیر یا سایر اشکال اکسایش که اکسیژن مصرف می‌کنند، ایجاد شود. در فرآیند تجزیه مواد، اکسیژن از جو برای تأمین واکنش اکسایش مصرف می‌شود.

تأثیرات کمبود اکسیژن ممکن است تدریجی یا ناگهانی باشد، که این موضوع به غلظت کلی اکسیژن و همچنین سطوح دیگر گازهای موجود در فضا بستگی دارد. به‌طور کلی، کاهش سطح اکسیژن محیط باعث بروز علائم فیزیولوژیکی زیر می‌شود:

درصد اکسیژن	اثرات فیزیولوژیکی
۱۹.۵ تا ۱۶	بدون اثر قابل مشاهده
۱۶ تا ۱۲	افزایش سرعت تنفس، افزایش ضربان قلب، اختلال در تمرکز، تفکر و هماهنگی حرکتی
۱۴ تا ۱۰	قضاوت نادرست، ضعف در هماهنگی عضلانی، خستگی سریع در اثر فعالیت، تنفس متناوب
۱۰ تا ۶	تهوع و استفراغ، ناتوانی در انجام حرکات شدید یا از دست دادن توان حرکتی، بیهوشی و در ادامه مرگ
کمتر از ۶	دشواری در تنفس، حرکات تشنجی، مرگ

غنی شدن اکسیژن (Oxygen Enrichment)
زمانی که غلظت اکسیژن در فضا به بالاتر از ۲۰.۸ درصد حجمی افزایش یابد، آن محیط «غنی از اکسیژن» محسوب می‌شود و مستعد ناپایداری خواهد بود. در نتیجه افزایش سطح اکسیژن، احتمال و شدت آتش‌سوزی ناگهانی یا انفجار به‌شدت افزایش می‌یابد.

 

فناوری‌های آشکارسازی گاز

امروزه انواع مختلفی از فناوری‌های آشکارسازی گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله رایج‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کاتالیستی مهره‌ای (Catalytic Bead)
  • نیمه‌رسانای اکسید فلز (که با عنوان «حالت جامد» نیز شناخته می‌شود)
  • مادون قرمز نقطه‌ای با مسیر کوتاه (Point Infrared Short Path)
  • مادون قرمز باز با مسیر بلند (Open (Long Path) Infrared)
  • مادون قرمز فوتواکوستیک (Photoacoustic Infrared)
  • الکتروشیمیایی برای آشکارسازی گازهای سمی
  • الکتروشیمیایی برای آشکارسازی اکسیژن
  • رسانایی گرمایی (Thermal Conductivity)
  • یونیزاسیون نوری (Photoionization)
  • مادون قرمز غیرپراکندگی (NDIR)

جدول‌ها و نمودارهای صفحات بعدی عملکرد هر یک از این فناوری‌ها را به‌صورت خلاصه نمایش می‌دهند.

فناوری: کاتالیستی مهره‌ای (Catalytic Bead)

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل احتراق

اصل عملکرد:
از یک مهره کاتالیستی برای اکسید کردن گاز قابل احتراق استفاده می‌کند؛ پل ویتستون تغییر مقاومت ایجاد شده را به سیگنال الکتریکی دتکتور تبدیل می‌کند.

توضیح دقیق:
یک سیم پیچ با پوشش ماده‌ای شیشه‌ای یا سرامیکی که روی آن کاتالیزور قرار دارد، به صورت الکتریکی تا دمایی گرم می‌شود که بتواند گاز تحت پایش را بسوزاند (اکسید کند). این فرآیند گرما تولید کرده و دمای سیم را افزایش می‌دهد. با افزایش دمای سیم، مقاومت الکتریکی آن نیز افزایش می‌یابد. این مقاومت توسط مدار پل ویتستون اندازه‌گیری شده و این اندازه‌گیری به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود که توسط دتکتور گاز استفاده می‌شود. سنسور دوم به نام جبران‌کننده برای جبران تغییرات دما، فشار و رطوبت به کار می‌رود.

محدوده اندازه‌گیری:
درصدی از حد پایین انفجار (% LEL)

مزایا:
طول عمر بالا، حساسیت کمتر به تغییرات دما، رطوبت، تراکم و فشار؛ دقت بالا؛ پاسخ سریع؛ توانایی پایش گستره وسیعی از گازها و بخارهای قابل احتراق در هوا.

معایب:
مستعد مسمومیت سنسور؛ نیاز به هوا یا اکسیژن؛ طول عمر کاهش‌یافته در مواجهه‌های مکرر یا مداوم با غلظت‌های بالای LEL.

فناوری: نیمه‌رسانای اکسید فلز (Metal Oxide Semiconductor)

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل احتراق؛ گازهای سمی

اصل عملکرد:
این دتکتور از اکسید فلزی ساخته شده است که در واکنش به حضور گاز، مقاومت آن تغییر می‌کند؛ این تغییر مقاومت اندازه‌گیری شده و به مقدار غلظت گاز تبدیل می‌شود.

توضیح دقیق:
یک ماده نیمه‌رسانا (اکسید فلز) روی یک بستر عایق بین دو الکترود قرار می‌گیرد.
بستر تا دمایی گرم می‌شود که حضور گاز می‌تواند باعث تغییر برگشت‌پذیر در رسانایی ماده نیمه‌رسانا شود. وقتی گازی وجود ندارد، اکسیژن به صورت یون روی سطح جذب شده و سنسور نیمه‌رسانا می‌شود؛ وقتی مولکول‌های گاز مورد نظر حضور دارند، جایگزین یون‌های اکسیژن شده و مقاومت بین الکترودها کاهش می‌یابد. این تغییر به‌صورت الکتریکی اندازه‌گیری شده و متناسب با غلظت گاز است.

محدوده اندازه‌گیری:
قسمت در میلیون (PPM)

مزایا:
حساسیت بالا (قادر به تشخیص غلظت‌های پایین)؛ دامنه دمای عملکرد وسیع؛ عمر طولانی.

معایب:
غیر اختصاصی (حساسیت متقاطع به ترکیبات دیگر)؛ خروجی غیرخطی؛ حساس به تغییرات رطوبت؛ مستعد مسمومیت.

 

 

فناوری: مادون قرمز نقطه‌ای با مسیر کوتاه (Point Infrared Short Path)
(همچنین با نام مادون قرمز غیرپخشی یا NDIR شناخته می‌شود)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل احتراق

 

اصل عملکرد:
این فناوری از قابلیت جذب پرتو مادون قرمز توسط گازها استفاده می‌کند. دو نمونه گاز شامل گاز مورد نظر و یک گاز مرجع بی‌اثر در معرض تابش مادون قرمز قرار می‌گیرند. میزان عبور نور از هر نمونه اندازه‌گیری شده و با هم مقایسه می‌شود تا غلظت گاز هدف تعیین گردد.

 

توضیح دقیق:
از یک منبع مادون قرمز با مدولاسیون الکتریکی و دو آشکارساز استفاده می‌شود که انرژی مادون قرمز را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. هر آشکارساز به دامنه خاصی از طول موج مادون قرمز حساس است.
پرتو ساطع‌شده از منبع از طریق یک پنجره وارد حجم باز محفظه می‌شود. ممکن است از یک آینه در انتهای مسیر برای بازتاب انرژی و هدایت آن به سمت آشکارسازها استفاده شود.

وجود گاز قابل احتراق باعث کاهش شدت پرتو دریافتی توسط آشکارساز تحلیلی می‌شود، اما شدت پرتو دریافت‌شده توسط آشکارساز مرجع تغییر نمی‌کند.
میکروپروسسور نسبت این دو سیگنال را بررسی کرده و آن را به درصد حد پایین انفجار (%LEL) تبدیل می‌کند.

 

محدوده اندازه‌گیری:
درصد حد پایین انفجار (%LEL)

مزایا:
دقت و گزینش‌پذیری بالا
دامنه اندازه‌گیری وسیع
نیاز به نگهداری پایین
مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی مسموم‌کننده
عدم نیاز به اکسیژن یا هوا
پایداری کالیبراسیون (عدم نیاز به کالیبراسیون دوره‌ای)
عملکرد ایمن در خطا (Fail-to-safe)
نسبت به دتکتورهای مسیر باز، اندازه‌گیری دقیق در محل نقطه‌ای

 

معایب:
مناسب برای تشخیص گاز هیدروژن نیست.

 

فناوری: مادون قرمز مسیر باز (Open Path Infrared)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل احتراق

اصل عملکرد:
عملکرد مشابه دتکتورهای مادون قرمز نقطه‌ای دارد، با این تفاوت که منبع مادون قرمز از آشکارساز جدا شده است.

 

توضیح دقیق:
دتکتورهای مسیر باز مادون قرمز، مفهوم تشخیص نقطه‌ای را به مسیرهایی با طول تا ۱۰۰ متر گسترش می‌دهند. مانند نمونه‌های نقطه‌ای، این دتکتورها از دو پرتو استفاده می‌کنند:

• پرتو “نمونه” در طول موجی از مادون قرمز قرار دارد که توسط هیدروکربن‌ها جذب می‌شود.
• پرتو “مرجع” در طول موجی خارج از محدوده جذب گاز قرار دارد.

نسبت بین این دو پرتو به‌طور پیوسته مقایسه می‌شود:
در حالت بدون گاز، نسبت سیگنال‌ها ثابت باقی می‌ماند.
وقتی ابر گاز از مسیر عبور می‌کند، پرتو نمونه به نسبت غلظت گاز جذب یا تضعیف می‌شود، اما پرتو مرجع بدون تغییر باقی می‌ماند.
سیستم، حاصل‌ضرب غلظت متوسط گاز در عرض ابر گاز را محاسبه کرده و مقدار را به‌صورت درصد حد پایین انفجار بر متر (%LEL/m) نمایش می‌دهد.

 

محدوده اندازه‌گیری:
درصد حد پایین انفجار بر متر (%LEL/m)

 

مزایا:
دقت و گزینش‌پذیری بالا
دامنه اندازه‌گیری وسیع
نیاز به نگهداری پایین
مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی مسموم‌کننده
عدم نیاز به اکسیژن یا هوا
پایداری کالیبراسیون (عدم نیاز به کالیبراسیون دوره‌ای)
عملکرد ایمن در خطا (Fail-to-safe)

 

معایب:
مناسب برای تشخیص گاز هیدروژن نیست
برخلاف فناوری نقطه‌ای، محل نشت گاز را به‌طور دقیق مشخص نمی‌کند
نیاز به مسیر باز و بدون مانع بین منبع و آشکارساز دارد

فناوری: مادون قرمز مسیر باز (Open Path Infrared)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل اشتعال (Combustible gases)

 

اصل عملکرد:
مشابه دتکتورهای مادون قرمز نقطه‌ای (Point IR) عمل می‌کند، با این تفاوت که منبع تابش مادون قرمز و آشکارساز از یکدیگر جدا هستند.

 

توضیح تفصیلی:
دتکتورهای مسیر باز مادون قرمز، روش تشخیص نقطه‌ای را به مسیری با طول حداکثر ۱۰۰ متر گسترش می‌دهند. مانند فناوری نقطه‌ای، این سیستم از دو پرتو استفاده می‌کند:

• پرتو نمونه (Sample Beam): در طول موج مادون قرمز قرار دارد که توسط گازهای هیدروکربنی جذب می‌شود.
• پرتو مرجع (Reference Beam): خارج از محدوده جذب گاز قرار دارد و تحت تأثیر حضور گاز نیست.

نسبت شدت این دو پرتو به‌صورت پیوسته مقایسه می‌شود:
اگر گازی وجود نداشته باشد، نسبت دو سیگنال ثابت می‌ماند.
وقتی ابری از گاز از مسیر عبور می‌کند، شدت پرتو نمونه کاهش می‌یابد، ولی پرتو مرجع ثابت باقی می‌ماند.
سیستم با مقایسه این نسبت، مقدار حاصل‌ضرب میانگین غلظت گاز و عرض ابر گاز را محاسبه می‌کند.

واحد اندازه‌گیری: درصد حد انفجار پایین در واحد متر (%LEL/m)

 

مزایا:

• دقت و گزینش‌پذیری بالا
• دامنه وسیع اندازه‌گیری
• نیاز به نگهداری بسیار کم
• مقاوم در برابر مسمومیت شیمیایی
• نیاز نداشتن به هوا یا اکسیژن محیط
• پایداری بسیار خوب در کالیبراسیون (عدم نیاز به کالیبراسیون منظم)
• طراحی Fail-to-safe (ایمن در صورت بروز خطا)

 

معایب:

• برای تشخیص گاز هیدروژن مناسب نیست

• نسبت به فناوری نقطه‌ای، توانایی تعیین دقیق محل نشت گاز را ندارد
• نیاز به مسیر مستقیم و بدون مانع بین منبع و آشکارساز دارد

 

 

فناوری: مادون قرمز فوتواکوستیک (Photoacoustic Infrared)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل اشتعال و گازهای سمی (Combustible gases; Toxic gases)

 

اصل عملکرد:
از توانایی جذب پرتو مادون قرمز توسط گاز و تغییرات فشار ناشی از آن استفاده می‌شود.

 

توضیح تفصیلی:
نمونه گاز در معرض نور مادون قرمز قرار می‌گیرد. زمانی که مولکول‌های گاز نور را جذب می‌کنند، ضربان یا پالس فشاری تولید می‌شود.
مقدار این پالس فشاری مستقیماً نشان‌دهنده غلظت گاز موجود است.
این تغییرات فشار توسط میکروفون یا سنسور حساس به فشار تشخیص داده می‌شود و به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌گردد.

واحدهای اندازه‌گیری:

• درصد حد انفجار پایین (%LEL)
• درصد حجمی (% by volume)
• قسمت در میلیون (PPM)
• قسمت در میلیارد (PPB)

 

مزایا:

• حساسیت بالا
• خروجی خطی
• استفاده آسان
• مقاوم در برابر مسمومیت سنسور
• پایداری بلندمدت

 

معایب:

• برای تشخیص گاز هیدروژن مناسب نیست

 

فناوری: الکتروشیمیایی برای گازهای سمی (Electrochemical Toxic Gases)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای سمی (Toxic gases)

 

اصل عملکرد:
واکنش الکتروشیمیایی برای تولید جریانی که متناسب با غلظت گاز است.

 

توضیح تفصیلی:
سنسور شامل یک محفظه با ژل یا الکترولیت و دو الکترود فعال است:

• الکترود اندازه‌گیری (آند)
• الکترود متقابل (کاتد)
  یک الکترود سوم (مرجع) ولتاژ ثابت بین آند و کاتد را حفظ می‌کند.

نمونه گاز از طریق غشاء وارد محفظه می‌شود.

در آند واکنش اکسیداسیون و در کاتد واکنش کاهش رخ می‌دهد.
در نتیجه، یون‌های مثبت به سمت کاتد و یون‌های منفی به سمت آند حرکت می‌کنند.
این جریان الکتریکی متناسب با غلظت گاز سمی تولید می‌شود.

واحد اندازه‌گیری:
قسمت در میلیون (PPM) برای گازهای سمی

 

مزایا:

• حساسیت بالا
• خروجی خطی
• کاربری آسان

 

معایب:

• عمر مفید محدود
• تأثیرپذیر از گازهای مزاحم (interferents)
• کاهش طول عمر در محیط‌های بسیار خشک یا بسیار گرم

 

 

 

 

دتکتور گاز الکتروشیمیائی گازهای سمی

Electrochemical Toxic Sensor

 

 

فناوری: الکتروشیمیایی برای سنجش اکسیژن (Electrochemical Oxygen)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
کمبود یا غنی‌شدگی اکسیژن (O₂)

 

اصل عملکرد:
واکنش الکتروشیمیایی برای تولید جریانی که متناسب با غلظت اکسیژن است.

 

توضیح تفصیلی:
سنسور شامل محفظه‌ای حاوی ژل یا الکترولیت و دو الکترود است:

• الکترود اندازه‌گیری (آند)
• الکترود مرجع/متقابل (معمولاً از جنس سرب)

نمونه گاز از طریق غشاء وارد محفظه می‌شود.
واکنش اکسیداسیون در آند و واکنش کاهش در کاتد رخ می‌دهد.
جریان یونی ایجادشده، متناسب با غلظت اکسیژن، یک جریان الکتریکی تولید می‌کند که توسط دستگاه اندازه‌گیری می‌شود.

واحد اندازه‌گیری:
درصد حجمی اکسیژن (% Volume)

 

مزایا:

• حساسیت بالا
• خروجی خطی
• کاربری آسان
• مقاوم در برابر سمّی شدن سنسور

معایب:

• عمر مفید محدود
• تأثیرپذیر از گازهای مزاحم (interferents)
• کاهش عمر در محیط‌های بسیار خشک یا بسیار گرم، یا در شرایط اکسیژن غنی‌شده

 

 

 

دتکتور گاز الکتروشیمیائی گاز اکسیژن

Typical Electrochemical Oxygen Sensor

 

 

دتکتور گاز  رسانایی حرارتی معمولی

Typical Thermal Conductivity Sensor

 

فناوری: رسانش گرمایی (Thermal Conductivity)

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای قابل اشتعال و گازهای سمی

 

اصل عملکرد:
سنجش توانایی گاز برای انتقال حرارت با مقایسه آن با یک گاز مرجع (معمولاً هوا)

توضیح تفصیلی:
در این روش از دو سنسور استفاده می‌شود:

• سنسور آشکارساز (Detecting Sensor)
• سنسور جبران‌کننده (Compensating Sensor)

هر دو سنسور در یک پل ویتستون (Wheatstone Bridge) قرار دارند.
سنسور آشکارساز در معرض گاز موردنظر قرار دارد، در حالی که سنسور جبران‌کننده در محفظه‌ای با هوای تمیز مهر و موم شده است.
وقتی گاز وارد سنسور آشکارساز می‌شود، باعث خنک شدن آن می‌گردد که این امر مقاومت الکتریکی را تغییر می‌دهد.
این تغییر مقاومت متناسب با غلظت گاز است.
سنسور جبران‌کننده تضمین می‌کند که تغییر دما ناشی از خود گاز است نه دمای محیط یا عوامل دیگر.

واحد اندازه‌گیری:
PPM تا ۱۰۰٪ حجمی

 

مزایا:

• دامنه وسیع اندازه‌گیری

 

معایب:

• غیر اختصاصی (به سایر ترکیبات نیز واکنش نشان می‌دهد)
• برای گازهایی با رسانش گرمایی نزدیک به یک (مانند هوا، NH₃، CO، NO، O₂، N₂) مناسب نیست
• اندازه‌گیری گازهایی با رسانش گرمایی کمتر از یک دشوارتر است
• خروجی سیگنال همیشه خطی نیست

 

فناوری: یونیزاسیون نوری (Photoionization – PID)

 

نوع گاز قابل تشخیص:
گازهای سمی (ترکیبات آلی)

 

اصل عملکرد:
مبنای آشکارسازی بر اساس یونیزه کردن گاز با استفاده از پرتو فرابنفش (UV)

 

توضیح تفصیلی:
دتکتور یونیزاسیون نوری (PID) از یک لامپ فرابنفش برای یونیزه کردن ترکیب موردنظر استفاده می‌کند.
مولکول‌های گاز تحت تابش فرابنفش یونیزه شده و یون‌ها تولید می‌شوند.
این یون‌ها روی یک الکترود جمع‌آوری می‌گردند و جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند.
مقدار این جریان متناسب با غلظت گاز است و به‌صورت عددی در واحد PPM یا مقادیر زیر PPM (sub-ppm) روی نمایشگر دستگاه نشان داده می‌شود.

 

واحد اندازه‌گیری:
PPM و زیر PPM

 

مزایا:

• سرعت پاسخ‌دهی بسیار بالا
• توانایی تشخیص در سطوح بسیار پایین
• قابلیت تشخیص طیف گسترده‌ای از ترکیبات

 

معایب:

• هزینه بالا
• نیاز به نگهداری بیشتر
• نیاز به کالیبراسیون مکرر
• غیر اختصاصی بودن (عدم تمایز دقیق بین ترکیبات مشابه)
• حساسیت به رطوبت

 

دتکتور گاز فوتویونیزاسیون

Photoionization Sensor Design

روش‌های نمونه‌برداری گاز

سه روش اصلی برای نمونه‌برداری از گاز وجود دارد:

۱. نمونه‌برداری به روش انتشار (Diffusion Sampling)
۲. نمونه‌برداری با پمپ (Pumped Sampling)
۳. نمونه‌برداری با مکش (Aspirated Sampling)

 

نمونه‌برداری به روش انتشار (Diffusion Sampling)

در این روش، انتقال گاز به سمت حسگر از طریق حرکت طبیعی مولکول‌ها از ناحیه‌ای با غلظت بالا به ناحیه‌ای با غلظت پایین صورت می‌گیرد.
واژه «انتشار» به فرایندی اشاره دارد که در آن مولکول‌ها یا ذرات دیگر به دلیل حرکت حرارتی تصادفی خود با یکدیگر مخلوط می‌شوند.
شرایط محیطی مانند دما، جریان‌های هوا و سایر عوامل محیطی بر میزان و سرعت انتشار تأثیر می‌گذارند.

 

مزایا:

• نصب دتکتور دقیقاً در نقطه موردنظر برای نمونه‌گیری انجام می‌شود.
• پاسخ‌دهی سریع به دلیل عدم نیاز به انتقال نمونه
• عدم نیاز به پمپ یا فیلتر و در نتیجه نگهداری ساده‌تر

 

نمونه‌برداری با پمپ (Pumped Sampling)

در این روش، یک پمپ برای مکش نمونه گاز از یک مکان دوردست به داخل یا از میان حسگر به‌کار گرفته می‌شود.
با استفاده از نمونه‌برداری پمپی، امکان جمع‌آوری نمونه‌ها به‌صورت همزمان از دو یا چند محل مختلف وجود دارد.

 

مزایا:

• قابلیت نمونه‌گیری از فواصل دور
• امکان پایش هم‌زمان چند نقطه
• مناسب برای کاربردهایی که در آن حسگر نمی‌تواند مستقیماً در محل نمونه‌برداری نصب شود

 

توجه:

• این روش نیاز به تجهیزات مکانیکی (پمپ) دارد که ممکن است نیازمند نگهداری منظم باشند.
• ممکن است به زمان انتقال نمونه نیاز داشته باشد که باعث تاخیر در پاسخ‌دهی شود.

 

شرایط مناسب برای نمونه‌برداری پمپی (Pumped Sampling):

مواردی که این روش توصیه می‌شود:

• نقطه نمونه‌برداری بسیار گرم یا بسیار سرد است.
• دسترسی به محل نمونه‌برداری دشوار است.
• بخارهای سنگین وجود دارد که به‌خوبی با نیروهای طبیعی پخش نمی‌شوند.
• در برخی کاربردها، استفاده از پمپ می‌تواند سیستم را از کلاس ضدانفجار (XP) به کلاس کاربرد عمومی (GP) تبدیل کند.
  (در این حالت، ممکن است نیاز به نصب مهارکننده شعله (Flashback Arrestor) بین ورودی نمونه و حسگر باشد.)
• مناسب برای فضاهای بسته و محدود (Confined Spaces)

 

نمونه‌برداری آسپیره (Aspirated Sampling)

در این روش، نمونه گاز با استفاده از مکش غیرفعال یا جریان طبیعی به داخل یا از میان حسگر کشیده می‌شود.

 

مزایای نمونه‌برداری آسپیره نسبت به پمپی:

• هزینه پایین‌تر
• نگهداری کمتر به‌دلیل نبود قطعات متحرک
  (در مقایسه با پمپ که نیاز به تعمیرات دوره‌ای دارد)

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

جایی که:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

جایی که:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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