اعلان و اطفاء حریق

همانطور که می دانیم، با توجه به توسعه روزافزون صنعت و همچنين پالايشگاه‌ها و محيط‌هاي مرتبط به صنعت نفت و گاز، حفاظت و مراقبت در برابر خطرات ناشي از نشت گاز و يا انفجار و حريق در اين اماکن از اهــميت بــالايي بـرخـوردار مي‌بـاشد.

آشنـايي بـا انواع سيستم‌هـاي آشكارساز حـريق و گـاز و نحوه عملکرد آنها جهت انتخاب بهينه، در سایت دوربین مداربسته براي متخصصين دست‌انـدرکـار بسيـار حـائز اهـميت مي‌بـاشد. در اين راستـا ذيـلاً ضمن بررسي ساختار كلي داخلـي يك آشكارساز، تــحليلي بــر انواع آشكارسازهـاي شعلـه و گـاز ارائه مي‌گردد.

با توجه به توسعه روزافزون صنعت و همچنين پالايشگاه‌ها و محيط‌هاي مرتبط به صنعت نفت و گاز، حفاظت و مراقبت در برابر خطرات ناشي از نشت گاز و يا انفجار و حريق در اين اماکن از اهــميت بــالايي بـرخـوردار مي‌بـاشد. آشنـايي بـا انواع سيستم‌هـاي آشكارساز حـريق و گـاز و نحوه عملکرد آنها جهت انتخاب بهينه، براي متخصصين دست‌انـدرکـار بسيـار حـائز اهـميت مي‌بـاشد. در اين راستـا ذيـلاً ضمن بررسي ساختار كلي داخلـي يك آشكارساز، تــحليلي بــر انواع آشكارسازهـاي شعلـه و گـاز ارائه مي‌گردد.

ساختار داخلي يك آشكارساز
معمولاً در محیط های صنعتی با توجه به کاربرد های مختلف گازهای سمی و قابل اشتعال، به منظور جلوگیری از بروز حادثه برای پرسنل یا تجهیزات، از این سیستمها استفاده می گردد. لازم به ذکر است نوع گاز مورد فرآورش یا مصرفی، می تواند بر اساس کاربرد و نوع فعالیت صنایع متفاوت باشد؛ بنابرای طراحی سیستم آشکار ساز گاز، متناسب با ویژگی های محیط مورد نظر صورت می پذیرد.

بطـور كلي هـر آشكارساز از چنـدين بـخش تـشكيل مي‌شـود كه مـهمترين بخش آن سنسور (حساسه) آن مي‌باشد كه وظيفه تشخيص شاخص مورد نظر را به عهده دارد. اطلاعات كسب شده توسط سنسور بصورت داده‌هاي آنالوگ بوده كه معمولاً اين اطلاعات توسط مدارات حالت‌دهنده (Conditioning Circuits) تبديل به بازه مقادير قابل فهم براي مدارات تبديل آنالوگ به ديجيتال (ADC) و يا پردازشگرها مي‌شود، پس از ديجيتال شدن، اطلاعات براي پردازش به ريزپردازشگرهاي داخلي آشكارساز ارسال مي‌گردند و بعد از تحليل اين اطـلاعــات و اخــذ نــتيجه مــقتضي در ايـن بـخش، خـروجي به مـدارات انتقـال داده براي ارسال به پردازنده و كنترل‌كننده كلي سيستم تحويل مـي‌شود كه بـسته به نـوع ايـن مـدارات داده‌هـا به پروتكل‌هاي ارتباطي مختلف تبديل و ارسـال مي‌گردند.

انواع آشكارساز‌هاي گاز

در تشخيص نوع گاز، انتخاب سنسور بسته به نوع کاربرد و انتظاري که از سيستم داريم بسيار مهم مي‌باشد چنانچه نوع سنسور و به طريق اولي دتکتور گاز نامناسب انتخاب شود عملکرد تمامي سيستم با اختلال همراه خواهد بود. بايد توجه نمود كه هر سنسوري مزايا و محدوديت‌هاي خاص خود را دارا مي‌باشد، انتخاب نادرست سنسور احتمال خروج از بازه عملکـرد مـناسب و بـرخورد به محـدوديت‌ها و بعضاً خروجي‌هـاي غيـردقيق و نا به هنـگام را در بر خواهد داشت.

در اينجا به تحليل سه نوع از معمول‌ترين سنسورهاي گاز خواهيم پرداخت که دانستن دقيق روش عملکردي آنها براي انتخاب درست آشكارساز گازي بسته به کاربرد آن ضروري مي‌باشد.

آشكارساز گاز الكتروشيميايي

سنسورهاي الكتروشيميايي اغلب براي تشخيص اكسيژن و گازهاي سمي بكار مي‌روند اساس كاركرد آنها بر پايه وقوع واكنش شيميايي در ماده الكتروليت درون سنسور بر اثر وجود گاز هدف مي‌باشد، اين واكنش باعث ايجاد ولتاژ مابين كاتد و آند كه در ماده الكتروليت سنسور قرار گرفته‌اند مي‌گردد كه معمولاً اين ولتاژ، خطي و متناسب با ميزان تجمع گازِ هدف مي‌باشد، پس عمر سنسور نيز بطور معكوس با چگالي گاز اطراف سنسور و همچنين زمان متناسب خواهد بود. در مورد اين سنسورها كاليبراسيون مداوم جهت جبران‌سازي افت سيگنال خروجي سنسور بر اثر طول عمر آن ضروري است.

از آنجايي كه سنسورهاي الكتروشيميايي بسيار حساس به ميزان حجم گاز هستند، توانايي تـــشخيص ميــــزان گــازِ هــــدف در مقيــاس PPM ( درصـد در مـيليون ) و حتـي PPB ( درصد در بيليون ) را دارا مي‌باشند.

سنسورهاي از نوع جسم سخت‌ نيز براي تشخيص گازهاي سمي و احتراق‌پذير از ديگر انواع سنسور اينگونه آشكارسازها است .

گاهي اوقات به اين‌گونه سنسورها، سنسورهاي اكسيد فلز نيمه‌رسانا نيز گفته مي‌شود چرا كه در بـرخورد گـاز مـورد نظر با سطح تماس سنسور، مشخصات هدايت الكتريكي سنسور تـغيير كرده و امـپدانس كلي آن كـاهش مي‌يابد كه تغيير ميزان اين امپدانس بيانگر مقدار گاز تجمع يافته در اطراف سنسور مي‌باشد. در اينجا سيگنال خروجي از سنسور غيرخطي بوده و بطور معكوس با ميزان تجمع گاز متناسب است. خروجي سنسور پس از پردازش توسط مدارات حالت‌دهنده و پردازشگر، سيگنال خروجي آشكارساز را تشكيل مي‌دهد.

نقاط قوت اين دتکتور عبارتند از:

·قيمت نسبتاً پايين دارند.

·دقت و حساسيت بسيار بالا دارد.

·گازهاي قابل تشخيص عبارتند از: اكسيژن، هيدروژن، سولفيد، منواكسيدكربن، دي‌اكسيدنيتروژن و دي‌اكسيدگوگرد.

و محدوديت‌هاي آن عبارتند از:

·سنـسور براي انجام واكنش و در نتيجه عملكرد دقيق به مقدار ثابتي رطوبت نياز دارد.

·عمر سنسور محدود است.

·مواد خارجي بر عملكرد سنسور تأثير نامطلوب داشته و آن را مسموم مي‌كنند.

آشكارساز گاز با سنسور کاتاليزوري (Catalytic)

سنسور اين کاشف از يک دانه از ماده کاتاليزوري که باعث تسريع واکنش گازهاي هيـدروكربني كه اغلـب احتـراق‌پذير و خطرناک مي‌باشند، تشکيل شده است؛ که اين ماده در اطـراف يک سيم رسانا در يک پايه موازي از مدار پل وتستون و در مجاورت گازهاي احتــراق‌پذيـر هيـدروكربني و دانه ديگـر بـه عنوان مـرجع در شـاخه مـوازي ديـگر پل که در مـجاورت گـاز قـرار نـدارد نصب مي‌گردد. در مجاورت اين ماده گازهاي احتراق‌پذير در حد پايين‌تر از حد پايين انفجاري(LEL) كه از قبل تعيين شده، واکنش نشان داده و حرارت حاصل از اين واکنش باعث انبساط سيم رسانا و در نتيجه کاهش مقاومت و افزايش هدايت آن مي‌شود، اين امر باعث ايجاد ولتاژ تفاضلي در خروجي پل شده که اين ولتاژ بطور خطي متناسب با ميزان گاز مي‌باشد.

چنانچه ميزان گاز از حد بالاي انفجار(UEL) عبور کند اين ماده اشباع شده و خروجي معکوس و نادرست خواهيم داشت، پس تنظيم و کاليبراسيون مدون سنسور اين کاشف بسيار مهم مي‌باشد. مدارات حالت‌دهنده و پردازشگر، خروجي کاشف را بسته به ميزان گاز مورد نظر حس شده توسط سنسور ايجاد مي‌نمايند.

نقاط قوت اين دتکتور عبارتند از:

·قيمت نسبتاً پايين دارد.

· به تمامي انوع گازهاي هيدروکربن احتراق پذير حساس مي‌باشد.

و محدوديت‌هاي آن عبارتند از:

·سنسور کاشف نيازمند کالبيراسيون مداوم مي‌باشد.

·هيدروکربن‌هاي هالوژنه باعث ايجاد ذرات نمک در اطراف سنسور شده و عملکرد آن را محدود مي‌نمايند.

·مواد اوليه نظير سرب اثرات نامطلوب بر عملکرد سنسور دارند و سنسور را مسموم مي‌كند.

·عمر سنسور محدود است .

آشكارساز گاز مادون قرمز

آشكارساز گاز مادون قرمز موضعي

اين آشكارساز داراي يک محفظه نمونه‌برداري مي‌باشد که گازهاي پراکنده شده در اين محفظه مورد تابش اشعه مادون قرمز قرار مي‌گيرند، با عبور اشعه از ميان گاز برخي از طول موج‌هاي اشعه توسط ذرات هيدروکربني گاز جذب مي‌شوند که مقدار اين جذب متناسب با ميزان ذرات هيدروکربن گاز تجمع يافته در محفظه نمونه‌برداري و به طريق اولي محيط اطراف آشكارساز مي‌باشد. موج با مشخصات تغيير يافته توسط يک گيرنده مادون قرمز در طرف ديگر محفظه دريافت مي‌گردد. شدت تغييرات مشخصات نور مادون قرمز بر اثر جذب طول موج‌هاي آن توسط ذرات گازهاي هيدروكربني در مقايسه با مشخصات يک تشعشع مرجع که در معرض اين گازها قرار ندارد، از طريق مدارات حـالت‌دهنـده و پردازشگرهاي داخلي کاشف محاسبه گشته و سيگنال خروجي کاشف را بسته به ميزان تجمع اين گازها در محيط اطراف آشكارساز، شکل مي‌دهند.

نقاط قوت اين دتکتور عبارتند از:

·حساس به انواع گازهاي هيدروکربني مي‌باشد.

·در مقابل گازهاي سمي و آسيب رسيدن به خود سنسور مصون مي‌باشد.

·نگهداري آن ساده و کم هزينه مي‌باشد.

·طول عمر سنسور زياد مي‌باشد.

·كاليبراسيون ساده دارد.

و محدوديت‌هاي آن عبارتند از:

·به گازهاي غير هيدروکربني مثل هيدروژن حساس نمي‌باشد.

آشكارساز گاز مادون قرمز براي محيط‌هاي وسيع

اساس کار اين کاشف مانند مدل موضعي مي‌باشد با اين تفاوت که فرستنده و گيرنده مـوج مـادون قـرمـز جـدا از يــکديگر مي‌باشند يعني دتکتور از دو قسمت فرستنده و گيرنده تشکيل مي‌شـود که در مسـافت‌هـاي زيـاد در مقـابل يـکديگر قـرار مي‌گيـرند و يک مـحيط بـزرگ ( حدود 150 متر در برخي مدل‌ها) را تحت پوشش خود قرار مي‌دهند. اين آشكارسازها براي حفاظت محيط‌هاي اطراف پالايشگاه در مقابل خروج توده‌هاي عظيم گازي مناسب مي‌باشند.

نقاط قوت اين دتكتور عبارتند از:

·مناسب براي محيط‌هاي باز مي‌باشند.

·يك پوشش وسيع دارد كه نياز به دتكتورها و سيم‌كشي اضافي را كاهش مي‌دهد.

·نگهداري آن ساده و كم‌ هزينه است.

·زمان تشخيص سريع دارند.

و محدوديت‌هاي آن عبارتند از:

·به گازهاي غيرهيدروكربني مثل هيدروژن حساس نمي‌باشند.

انواع آشكارسازهاي شعله

این نوع از آشکارسازها جهت تشخیص شعله آتش و باتوجه به نوع اشعه ساطع شده از آن مورد استفاده قرار می گیرند که ممکن است این اشعه ها قابل رویت یا غیر قابل رویت توسط چشم انسان باشد. فن‌آوري نوري تشخيص شعله در مواردي كه احتياج به تشخيص سريع حريق و حفاظت از يك محوطه باز مطرح است بسيار كارآمد مي‌باشد، ولي در انتخاب بهينه سيستم فاكتورهاي متعددي را بايد در نظر گرفت كه درك صحيح از چگونگي عملكرد آشكارساز از مهمترين اين فاكتورها مي‌باشد.

آشكارساز شعله مادون قرمز تک فرکانسي

آشكارساز تک فرکانسي به طول موج ناشي از تشعشعات در باند باريکي در حدود 4/4 ميکرون حساس بوده، که همين امر اساس روش تشخيص آن مي‌باشد. اين کاشف از سنسور پيرو الکتريک استفاده مي‌کند که حساس به تغييرات شدت تشعشع نور مادون قرمز بوده و براي جلوگيري از بروز خطا بر اثر نورهاي چشمک‌زن موضعي و جسم داغ از يک فيلتر ميان گذر در فرکانس پايين استفاده مي‌كند. لازم به توضيح است که آشكارساز شعله مادون قرمز ناشي از سوختن سوخت‌هاي هيدروکربني در همين باند مي‌باشد. توجه به اين نکته نيز حائز اهميت است که تشعشعات مادون قرمز نور خورشيد در اين باند توسط اتمسفر زمين جذب مي‌شود و لذا نور خورشيد به عملکرد آشكارساز تأثيري ندارد.

پــس از تـشخيص شعلـه تـوسط سنـسور، مـدارات حــالت‌دهنده و پـردازشگـر، سيگنـال خـروجي آشكارساز را بـراي اعـلام هشدار ايجاد مي‌نمايند.

نقاط قوت اين دتکتور عبارتند از:

·در مقابل آلوده کننده‌ها از قبيل روغن، گرد و غبار و کثيفي مصون مي‌باشد.

·سرعت تشخيص بسيار بالا (کمتر از 30 ميلي ثانيه) دارد.

·به نورهاي ناشي از خورشيد، جوشکاري، جرقه، اشعه X، رعد و برق حساس نمي‌باشد.

و محدوديت آن عبارت است از:

·بـراي آتش‌هاي غيرکربني مناسب نيست.

· آب باران، بخار آب و يا يخ زدگي ممكن است باعث بسته شدن لنز دتكتور شود.

·انواع نامرغوب آن در مقابل تشعشعات پراكنده عکس‌العمل نشان مي‌دهند.

آشكارساز شعله مادون قرمز با طيف چندگانه

در اين حالت آشكارساز داراي چند سنسور مي‌باشد که هر کدام داراي يک فيلتر ميان گذر بوده که اجازه رسيدن تشعشع مادون قرمز با طول موج مشخص را به سنسور مي‌دهند.

در مورد حريق‌هاي هيدروکربني تشعشع مادون قرمز عبوري از باند مجاز يکي از فيلترها در مقايسه با ساير فيلترها بيشتر مي‌باشد که مدارات الکترونيک و پردازشگر داخل دتکتور اختلاف شدت تشعشع دريافت شده توسط سنسورها را به يک نسبت تبديل کرده و درصورت وجود همين نسبت در هر لحظه و بطور همزمان بين تمامي سنسورها، مدارات پردازنده، سيگنال خروجي دتکتور را براي اعلام هشدار ايجاد مي‌نمايند.

با اين روش دتکتور تشعشع قوي لحظه‌اي ناشي از يک منبع حرارتي را به عنوان تشعشع ناشي از آتش نمي‌پذيرد چرا که در اينجا نسبت بين شدت تشعشعات مادون قرمز رسيده به سنسورها رعايت نگرديده است.

نقاط قوت اين دتکتور عبارتند از:

·تمامي خواص مدل تک فرکانسي را دارا مي‌باشد.

·حداقل هشدار نادرست را دارد.

·به تشعشعات ناشي از جسم سياه حساس نمي‌باشد.

·پوشش وسيع براي تشخيص دارند (60 متر در برخي مدل‌ها).

و محدوديت آنها عبارتند از:

·سرعت تشخيصپايين‌تر نسبت به مدل تک فرکانسي دارد .

·فقط حسـاس به آتش‌هاي نـاشي از سـوخت‌هاي هيـدروکربني بوده و ساير شعله‌هاي ناشي از سوختن فلزات، آمونياک، هيدروژن و سولفور را تشخيص نمي‌دهد چرا که اين‌گونه حريق‌ها به اندازه کافي اشعه مادون قرمز براي تحريک سنسورهاي اين کاشف توليد نمي‌نمايند.

آشكارساز شعله ماوراءبنفش (UV)

آشكارساز شعله ماوراءبنفش از يک مجراي حساس به تشعشعات تابيده شده با طول موج در بازه 1000 تا 3000 انگسترم براي تشخيص شعله استفاده مي‌کند.

دانستن اين نکته نيز حائز اهميت است که طول موج اشعه ماوراءبنفش تابيده شده توسط خورشيد که به زمين مي‌رسد از حدود 2800 انگسترم شروع مي‌شود، پس چنانچه رنج تشخيص سنسور وسيع باشد، توسط اشعه ماوراء بنفش خورشيد تحريک مي‌گردد، در نتيجه اين گونه آشكارسازها براي محيط‌هاي داخلي مناسب مي‌باشند ولي سنسورهاي با رنج محدودتر از 1800 تا 2500 انگسترم نيز وجود دارند و تقريباً تمامي انواع آتش، تشعشعات با اين طول موج را ايجاد مي‌نمايند. ضمناً تشعشعات ماوراءبنفش خورشيد در اين حوزه توسط اتمسفر زمين جذب مي‌شوند، لذا نور خورشيد به عملکرد اين گونه سنسورها اثري ندارد و استفاده از آنها در محيط‌هاي داخلي و خارجي بلامانع مي‌باشد.

سنسور ماوراءبنفش در پاسخ به تشعشعات دريافتي در پهناي باند مذکور، يک قطار پالس توليد مي‌کند که فرکانس اين پالس‌ها بسته به شدت اشعه ماوراءبنفش رسيده به سنسور متغير مي‌باشد. مدارات حالت‌دهنده و پردازشگر سيگنال خروجي آشكارساز را براساس فرکانس اين قطار پالس، ايجاد مي‌نمايند.

در کل با يک انتخاب مناسب، آشكارساز شعله ماوراء بنفش يک کاشف همه منظوره با قابليت اطمينان خوب، سرعت تشخيص بالا و خطاي کم مي‌باشد.

نقاط قوت اين دتکتور عبارتند از:

·حـريق نـاشي از رنج وسيعي از سوخت‌هاي متفاوت از قبيل هيدروکربن (مايع، جامد، گاز)، فلزات، سولفور، هيدروژن، هيدرازن، آمونياک و ... را تشخيص مي‌دهد.

·سرعت تشخيص بالا (کمتر از 10 ميلي ثانيه) دارد.

·در برخي انواع به تشعشعات خورشيد حساس نيست.

و محدوديت‌هاي آنها عبارتند از:

·بر اثر تشعشعات ناشي از جوشکاري از نوع قوس الکتريکي تحريک مي‌شود.

·احتمال تحريک بر اثر جرقه، قوس‌هاي الکتريکي، اشعه Xو رعد و برق وجود دارد.

·در مدل‌هاي داراي سنسور با رنج وسيع بر اثر اشعه ماوراءبنفش خورشيد تحريک مي‌شوند.

·بـرخي گـازها و بخارات ممکن است مانع رسيدن اشعه ماوراءبنفش به سنسور شود.

آشكارساز شعله ترکيبي مادون قرمز و ماوراءبنفش

اين آشكارساز داراي يک سنسور مادون قرمز تک فرکانسي و يک سنسور ماوراء بنفش بوده که هر يک بطور مستقل همانطوري که قبلاً توضيح داده شد عمل مي‌نمايند حال آنکه مدارات الکترونيکي و پردازشگر داخلي دتکتور، سيگنال‌هاي خروجي هر دو سنسور را بطور همزمان مورد پردازش قرار داده و در نتيجه خروجي هر دو سنسور بطور همزمان ملاک عملکرد آشكارساز خواهد بود که اين امر باعث افزايش قابليت اطمينان مي‌گردد.

بايد خاطر نشان کرد که دتکتور بر اثر تحريک هر دو سنسور تحريک مي‌شود و با توجه به اين نکتـه که سنسور ماوراءبنفش تقريباً تمامي انواع حريق‌ها را تشخيص مي‌دهد ولي سنسور مادون قرمز محدوديت در تشخيص حريق‌هاي ناشي از فلزات، آمونياک، هيدروژن و سولفور را دارد، پس دتکتور ترکيبي نيز در مورد حريق ناشي از اين گونه مواد محدوديت دارد.

در مجموع اين آشكارساز براي محل‌هايي که آتش هيدروکربني محتمل بوده ولـي تـشعشعـات نــاشي از حريق‌هاي كنترل شده پراكنده غيرهيدروكربني، جســم داغ، اشعـه X، جـوشکاري الکتـريکي نيز وجـود دارد توصيه مي‌شود.

نقاط قوت اين کاشف عبارتند از:

·حداقل آلارم خطا را دارد.

·سرعت تشخيص بالا (کمتر از 500 ميلي ثانيه) دارد.

·به تشعشعات ناشي از خورشيد، جوشکاري، قوس الکتريکي، اشعه X، جسم داغ جرقه و رعد و برق حساس نمي‌باشد.

و محدوديت‌هاي آن عبارتند از :

·براي آتش‌هاي غير کربني مناسب نيست.

·برخي گازها و بخارات ممکن است مانع رسيدن اشعه ماوراءبنفش به سنسور UV شود.