Endüstriyel Tesislerde Alev Dedektörü Seçimi

TOLGA AÇAR

 ELEKTRİK – ELEKTRONİK MÜHENDİSİ

Yanıcı malzemelerin üretimi, işlenmesi, depolanması veya taşınmasında yer alan endüstri kuruluşları sürekli olarak güvenilir ve hızlı müdahale imkanı veren yangın algılama sistemlerine ihtiyaç duymaktadır. Bu tür algılama ekipmanlarını seçmek için, kullanıcılar alev dedektörü prensiplerini anlamaya ve bugün mevcut dedektör tiplerini gözden geçirmeye çalışmaktadır. Hazırlamış olduğum bu yazı ile, işlem ve saha performans gerekliliklerine ve sonuçları hafifletmek için tasarlanan tehlike türüne uygun alev dedektörünü daha iyi eşleştirilmesine yardımcı olmak hedeflenmiştir. Yangın ne kadar başlangıçta tespit edilebilirse, söndürmenin de o kadar kolay olduğu açıktır. Bu bağlamda, yangın algılama sistemleri, özellikle tehlikeli alanlarda ve sahalarda kullanılan alev dedektörleri, küçük boyutlu bir yangının geniş açı ile uzun mesafeden algılanabilmeleri nedeniyle yangınla mücadelede en güçlü cihazların başında gelmektedir. Peki öncelikle basit bir şekilde açıklayacak olursak;

1. ALEV DEDEKTÖRÜ NEDİR?

Alev dedektörü, bir alev veya yangının varlığını tespit etmek ve buna cevap vermek için tasarlanmış ve alev algılamaya izin veren bir sensör teknolojisidir. Algılanan bir aleve verilen yanıtlar tesisin Cause&Effect senaryosuna göre değişiklik gösterirken genellikle, alarm sisteminin aktif edilmesi, bir yakıt hattının (bir propan veya doğal gaz hattı gibi) devre dışı bırakılması ve bir yangın söndürme sisteminin etkinleştirilmesini içerebilir. Bir alev dedektörü, alevi tespit etmek için kullandığı mekanizmalar nedeniyle genellikle bir duman veya ısı dedektöründen daha hızlı ve daha doğru tepki verebilir.

Malzemeler ve süreçler daha karmaşık hale geldikçe, potansiyel yanıcı tehlikelerin kapsamı genişlemekte ve büyümektedir. En yaygın endüstriyel yakıtları tespit etmek için gömülü zekaya sahip, giderek sofistike alev algılama teknolojilerine ihtiyaç duyulmaktadır:

En yaygın endüstriyel yakıtlar:

                     • Alkol  •Dizel  •Benzin  • Gazyağı  • Jet Yakıtları  •Etilen  • LNG / LPG  •Hidrojen

• Kağıt / Ahşap  • Tekstil  • Solvent  •Kükürt

• ALEV DEDEKTÖRÜ ÇALIŞMA PRENSİBİ

Çoğu alev dedektörü, alevleri ultraviyole (UV) ve kızılötesi (IR) spektroskopisi ve görsel alev görüntüleme gibi optik yöntemlerle tanımlar. Örneğin bir rafinerideki alevler genellikle oksijen ve ateşleme kaynağı ile beslendiğinde ısı, karbondioksit ve diğer yanma ürünleri üreten hidrokarbonlar tarafından beslenir. Yoğun reaksiyon görünür, UV ve IR radyasyon emisyonu ile karakterizedir. Alev dedektörleri, ışığın belirli dalga boylarındaki emilimini tespit etmek için tasarlanmıştır, böylece alevler ve yanlış alarm kaynakları arasında ayrım yapmalarına izin verir. Birçok çevresel veya endüstriyel kaynaktan gelen yanlış radyasyon, alevin algılanmasını zorlaştırabilecek yangın spektrumunu engelleyebilir. Cihaz bu ortamdan etkilenmemeli ve aynı zamanda yangına karşı iyi bir hassasiyete sahip olmalıdır.

Alev dedektörleri genellikle, seçilen dalga boylarında gelen radyasyonu kaydeden belirli spektral aralıklarda (genellikle dar bant) çalışan optik sensörler kullanır. Sensör tarafından kaydedilen sinyaller daha sonra aşağıdakilerden birini veya daha fazlasını içeren önceden belirlenmiş bir tekniğe göre analiz edilir:

• Titreşen frekans analizi

• Eşik enerji sinyali karşılaştırması

• Birkaç sinyal arasındaki matematiksel korelasyon

• Karşılaştırma teknikleri (Oran,  ve/veya kapısı teknikleri)

• Korelasyon

• ALEV DEDEKTÖRÜ TİPLERİ VE SEÇİMİ

Bugün kullanımda olan başlıca alev algılama teknolojileri: ultraviyole (UV), / kızılötesi (IR),  ultraviyole / kızılötesi (UV / IR), çok spektrumlu kızılötesi (MSIR) ve görsel alev görüntüleme. Hepsi UV, görünür ve IR spektral bantlarda alevler tarafından yayılan radyasyonun görüş hattı tespitine dayanmaktadır (bkz. Şekil 2). Teknolojiler, algılama aralığı, görüş alanı (FOV), tepki süresi ve belirli yanlış alarm kaynaklarına karşı özel bağışıklık da dahil olmak üzere alev izleme uygulamalarının gereksinimlerine uyacak şekilde seçilebilir.

Her dedektör ailesinin belirli uygulamalarda kullanılması önerilir. Bu uygulamalar genellikle çevresel faktörlerin neden olduğu yanlış alarmların ne ölçüde büyük sorunlar yaratabileceği değerlendirilerek belirlenir

1. Ultraviyole (UV) Alev Dedektörleri

Ultraviyole dedektörleri (UV), doğal arka plan radyasyonunun etkilerini en aza indirmek için tipik olarak dalga boyu 300 nm’den az olan UV radyasyonuna (güneş kör bölgesi) tepki verebilir. (185nm-260nm arası bir bant genişliğini izleyen bu alev dedektörlerinde yanlış alarm oluşturmaz.)

Bu tür dedektör, son derece hızlı tepki süresi, yüzlerce milisaniye veya daha kısa bir süre sağlayabilir ve pico watt / cm2’ye kadar bir hassasiyete ulaşabilir. Bununla birlikte, bu dedektörlerin algılama kapasitesi duman varlığında azalır. Buna bağlı olarak da, kapalı bir ortamda yakıt yangını durumunda, UV sensörü alevleri nispeten erken göremezse, yangını algılamayabilir. Ayrıca yıldırım, ark kaynağı, radyasyon ve güneş radyasyonu gibi elektrik deşarjlarına karşı hassas olduklarından, iç mekanda kullanıma daha eğimlidir. Yangınları ve patlamaları 3-4 milisaniye içinde tespit edebilse de, yukarıda sıralamış olduğum diğer UV kaynakları tarafından tetiklenebilecek yanlış alarmları en aza indirmek için genellikle 2-3 saniyelik bir gecikme süresi dahil edilir.Bazen, bu tip dedektör hidrokarbon yangınları gibi yanıcı sıvı yangınlar için kullanılır, ancak sadece bununla sınırlı değildir. Dedektör, metal yangınlarının, amonyak ve hidrojenin saptanmasına izin veren birkaç cihazdan biridir.

• Kızılötesi (IR) Alev Dedektörleri

Bir IR detektörü, termal radyasyonu tespit edebilen ve alınan ışık sinyalinin varyasyonlarına oldukça duyarlı bir piroelektrik sensördür. Bir lityum kristali, bir OP amplifikatörü veya bir alan etkili transistör ile ilişkilidir.

IR dedektörü dumanlı ortamlarda ve kötü yanma oranlı yangınlarda (örneğin gaz yağı) etkilidir, ancak sulu ortamlara (don, sis, vb.) Ve çevrede bulunan diğer birçok etkileşimli IR kaynağına duyarlıdır. Bu kaynaklar algılanması gereken sinyallerin üzerine gelebilir. Ayrıca kara cisim radyasyonunun (ısıtıcılar, akkor lambalar, güneş ışığı titreyen halojen lambalar ve diğerleri) neden olduğu yanlış alarmlara da maruz kalmaktadır. Bu güçlü duyarlılığa karşı koymak ve yanlış alarmları önlemek için, şimdi tek bir cihazda çoklu IR (3IR dediğimiz) birkaç sensör kullanılmaktadır. Genellikle UV dedektöründen daha güvenilir ve daha ucuz olan bu cihaz, bileşenler üzerinde daha az ciddi kısıtlamalar nedeniyle arızadan önce daha uzun bir aralığa (MTBF) sahiptir.

• 3 Sensörlü Kızılötesi (3IR) Alev Dedektörleri

Çoğu IR dedektörü, tüm ortamlarda bulunan sabit arka plan IR radyasyonunu göz ardı edecek şekilde tasarlanmıştır. Bunun yerine 3 sensörlü IR dedektörler, aniden değişen veya artan radyasyon kaynaklarını tespit etmek için tasarlanmıştır. Mevcut pazar, açıkça çoklu IR alev dedektörlerine yöneliktir. Alevsiz IR radyasyonunun değişen modellerine maruz kaldığında, IR ve UV / IR dedektörleri yanlış alarmlara daha eğilimli olurken, IR3 dedektörleri biraz daha az duyarlı hale gelir, ancak yanlış alarmlara karşı daha dayanıklıdır.3 sensörlü kızılötesi dedektörler, arka plan radyasyonunun (kara cisim radyasyonu) etkilerini baskılamak için algoritmalar kullanır, yine bu radyasyon ile hassasiyet azalır.

Üçlü IR alev dedektörleri, IR spektral bölgesindeki üç spesifik dalga boyu bandını ve bunların oranlarını karşılaştırır. Bu durumda, bir sensör 4.4 µm aralığına bakar, diğer sensörler 4.4 µm’in üstündeki ve altındaki referans dalga boylarına bakar. Bu ayrım, dedektörün alevsiz IR kaynakları ve yanma sürecinde sıcak karbondioksit yayan gerçek alevleri ayırt etmesini sağlar.

Bu alev dedektörleri, yanma kaynaklarının dumanlı yangın çıkardığı yerlere çok uygundur. Bu enstrümanlar ark kaynağı, yıldırım, güneş ışığı ve endüstriyel arka planlarda karşılaşılabilecek diğer sıcak nesneler tarafından üretilen kızılötesi radyasyona nispeten yüksek bağışıklık gösterir.

• Ultraviyole/Kızılötesi (UV/IR) Alev Dedektörleri

Bir UV optik sensörü bir IR sensörü ile entegre edildiğinde, bir alev tarafından yayılan UV ve IR radyasyonuna duyarlı bir çift bant dedektörü oluşturulur. Bu yanlış alarmları en aza indirmeye yardımcı olur. Kombine UV / IR alev dedektörü, UV dedektöründen daha fazla bağışıklık sağlar, ortalama tepki hızlarında çalışır ve hem iç hem de dış mekan kullanımı için uygundur. Bununla birlikte, UV dedektörlerinde olduğu gibi, bu cihazların algılama aralığı yoğun dumanla azaltılabilir. Bu gelişmiş teknolojinin bile sınırlamaları vardır, çünkü her yangın türünün kendine özgü UV / IR çıkışı oranı vardır. Örneğin, bir hidrojen alevi çok az IR ile yüksek miktarda UV radyasyonu üretirken, bir kömür yangını çok az UV radyasyonu ve yüksek miktarda IR radyasyonu üretecektir. Güçlü UV sinyali, dedektörün mantığının IR kanalıyla karşılaştırılmasını engeller, böylece yangını algılama yeteneğini bozar. UV / IR dedektörü her iki sinyali bir “ve kapısı” ile birleştirdiğinden, algılanmayacak bir tür yangın olabilir. Yangın sinyalinin güvenilirliğini sağlamak için, bir ayırma devresi UV radyasyon eşik sinyalini, IR eşik sinyalini, oranlarını ve bunların titreme modlarını karşılaştırır. Sadece tüm parametreler algılama matematiksel algoritmasını karşıladığında yangın alarmı doğrulanır.

• Kızılötesi/Kızılötesi (IR/IR) Alev Dedektörleri

Bu alev dedektörleri ise IR spektral bandında iki dar spektral aralığını birleştirir. Çift ​​IR dedektörleri. yangın sinyali analizi için 0.9pm ve 4.3µm’lik iki dar bant kullanır.

Son yıllarda yapılan çalışmalarda, yangının 4.3µm-4.5µm’deki ana spektral karakteristik özelliğinin ayrıntılı bir şekilde analiz edildiği çift IR algılama teknolojisine başka bir yaklaşım ortaya çıkmıştır. Bu analizin temeli, iki spektral aralığın analiz edildiği “diferansiyel spektral” yaklaşımdır: Bir spektral aralık yangın tarafından güçlü bir şekilde yayılırken, ikinci spektral aralık çevre tarafından zayıf bir şekilde yayılır, bu nedenle bu iki sinyal arasındaki oranı önemli ölçüde verir. Yangın sinyal işleme için böyle bir matematiksel araç kullanmaktadır. Bu tür IR dedektörleri, bu iki kanaldaki radyasyonu algılar ve giriş sinyallerini aşağıdaki parametrelere göre işler:

• Titreme analizi

• Belirli bir eşiğin üzerindeki radyasyon yoğunluğu

• İki sensörde alınan her iki sinyal arasındaki oran

Özetle, çift IR yangın algılama teknolojisi: bazı iç mekan ve sınırlı dış mekan kısa mesafe uygulamalarında uygun olmasına rağmen, bu teknolojinin uzun menzilli yangın algılamaya uygulanmasını önleyen ciddi sınırlamalar vardır.

Sınırlayıcı faktörler:

• Gelen sinyalin atmosferik zayıflaması

• Uzun mesafelere maruz kalan iki IR kanalı arasındaki oran

• Dar bant filtreleri nedeniyle zayıf giriş sinyalleri

Sonuç olarak; bu makale ile amaçlanan alev dedektörleri teknolojileri konusunda bilgi vermek, tecrübe edindirmek ve ürün seçimi aşamasında dikkat edilmesi gereken kriterleri gösterebilmektir. Her gün ihtiyaçlara cevap vermek adına geliştirilen bu teknolojiler, tesislerimizin güvenliğinde en etkili ekipmanlar olmaya devam edecektir. Tesis tehlike sınıfı farketmeksizin, tehlikeye en uygun seçimlerle, en uygun uygulama-montaj yöntemleriyle, en doğru sonuçları almak hedeflenmektedir