روشهای پایش شعله ۱

کنترل ايمني شعله :

سيستم هاي کنترل ايمني شعله

( Flame Safeguard controls  ( FSG اجزايي کاملا زيربنايي و حياتي در مديريت عملکرد مشعلها ميباشند.اين سيستمها وظيفه پايش شعله را برعهده داشته و درصورت حضور و يا عدم حضور شعله ميبايست بلافاصله آخرين وضعيت را منعکس نمايند. اين ارزيابي در بازه زماني تحت عنوان (( زمان تشخيص اختلال شعله )) (flame failure response time (FFRT  بنحويکه سيستم کنترل ايمني شعله از امواج تشعشعي شعله هاي مجاور  و يا تشعشعات ديواره هاي کوره متاثر نباشد، انجام ميگردد.

در محيط هاي صنعتي عمدتا سيستمهاي پايش شعله در معرض دماهاي بسيار بالا، ارتعاشات، آلودگي ها و رطوبت ناشي از سوختهاي مايع قرار داشته و در مناطقي با شرايط کاري سخت نصب ميگردند. موارد ذکر شده بخوبي نشان ميدهند که در انتخاب مناسب سيستم کنترل ايمني شعله ميبايست مواردي همچون نوع پروسه، مواد توليدي و شرايط محفظه احتراق لحاظ گردد و طراح ميبايست کنترلري  متناسب با شرايط موجود و نوع پروسه توليد را لحاظ نمايد.

اطلاع از مشخصات و ويژگيهاي شعله ها ميتواند مقدار زيادي در انتخاب کنترلر مناسب به ما کمک نمايد. مشخصات اساسي شعله ها عبارتند از :

 ۱-توليد انرژي حرارتي

  ۲ – انبساط حجمي گازها

 ۳ – توليد محصولات فرعي احتراق

 ۴- انتشار تشعشعات شعله

۵- يونيزاسيون در داخل محيط شعله

انرژي حرارتي نميتواند بعنوان شاخص مناسبي جهت پايش کنترل شعله لحاظ گردد. از طرفي سرعت پاسخگويي سنسورهاي حرارتي جهت اعلام حضور و يا عدم حضور شعله بسيار کند بوده و از طرف ديگر با توجه به ضرورت استقرار سنسور درداخل شعله ، هزينه نگهداري و تعميرات سنسورهاي مذکور بسيار گزاف خواهد بود .

اگرچه انبساط حجمي گازهاي ماحصل احتراق مخلوط سوخت و هوا قابل اندازه گيري بوده و ميتواند بعنوان يکي شاخص هاي پايش شعله مد نظر قرار گيرد، ليکن جهت پايش تغييرات فشار در محيط شعله اصلي مشعل نياز است تا با استفاده از لوله کشي تغييرات جزئي فشار در دهانه خروجي مشعل به تجهيزات اندازه گيري کننده تغييرات فشار منتقل گردد و تمامي اين موارد مستلزم هزينه هاي نگهداري و تعميرات بسيار گزافي ميباشد.  

توليد محصولات فرعي احتراق. اگرچه روش مذکور ، روشي خوب براي ارزيابي پروسه احتراق ميباشد، ليکن مشابه با انرژي حرارتي بدليل سرعت پاسخگويي پائين در اين روش و در محفظه هاي احتراقي با مشعلهاي متعدد قابل استفاده نميباشد.

انتشار تشعشعات شعله و يونيزاسيون فضاي داخل شعله، از رايجترين روشهاي پايش شعله ميباشند . در محفظه هاي احتراق چند مشعله استفاده از تشعشعات شعله اصلي و در مشعلهاي گاز سوز استفاده از ميله هاي يون جهت پايش شعله بسيار مرسوم و متداول ميباشد.

مباني يونيزاسيون شعله :

حرارت شعله باعث ميگردد تا مولکولهاي داخل و اطراف شعله با يکديگر شروع به برخورد نمايند. نيروي ناشي از  برخورد مولکولها با يکديگر منجر به آزادسازي برخي از الکترونهاي خارجي اتمهاي تشکيل دهنده اين مولکولها خواهد گرديد .دراثر تغيير ذکر شده، يونهاي مثبت و الکترونهايي توليد خواهند گرديد که شرايط توليد جريان بسيار ضعيفي را در محيط شعله ايجاد مينمايند و به کل اين پروسه يونيزاسيون شعله گفته ميشود.

در محيط داخل شعله خاصيت هدايت الکتريکي بسيار پائيني وجود دارد و مقاومت الکتريکي آن ميتواند بين۱۰۰/۰۰۰ اهم الي ۱۰۰/۰۰۰/۰۰۰ اهم تغيير نمايد و جريان عبوري از شعله در محدوده ۲ الي ۴ ميکروآمپر قرار دارد. مطابق با شکل روبرو، درصورتيکه ۲ الکترود در محيط شعله قرار داده شوند و بين آنها اختلاف ولتاژ وجود داشته باشد، آنگاه شاهد عبور جريان بين اين دو ميله خواهيم بود.

 طبيعتا يونهاي مثبت شارژ شده به سمت ميله داراي بار منفي حرکت خواهند نمود که در همين راستا از مکانيزم ذکر شده ميتوان جهت پايش شعله استفاده نمود و جهت جلوگيري از خطاهاي احتمالي ( براي مثال اتصال کوتاه شدن ميله ها )، از خاصيت يکسو نمودن ‌جريان عبوري از شعله استفاده ميکنيم. جهت يکسو نمودن جريان، ميله زمين تقريبا ۴ برابر بزرگتر از ميله آتش انتخاب ميگردد.سپس ولتاژ AC بين ميله ها اعمال ميگردد.

درسيکل نيمه اول جريان AC، ميله آتش داراي بار مثبت و ميله زمين داراي بار منفي خواهد بود و يونهاي مثبت از ميله آتش به طرف ميله زمين جريان خواهند يافت. سطح زياد ميله زمين منجر به افزايش قابليت نگهداري الکترونها و درنتيجه عبور جريان قوي تر در خلال نيم سيکل جريان AC خواهد شد.

از طرف ديگر در خلال نيم سيکل دوم جريان AC عکس پروسه فوق الذکر اتفاق خواهد افتاد. دراين شرايط جريان بسيار کمي بين ميله ها عبور خواهد نمود و بدين ترتيب جريان AC تبديل به يک جريان يکسو خواهد گرديد . جريان تعريف شده براي کنترلر مشعل نيز يک جريان يکسو ميباشد.بدين ترتيب درصورت وقوع هرگونه اتصال کوتاهي بين ميله ها، کنترلر تشخيص داده و فالت خواهد داد.نمونه اي از ميله زمين بزرگتر، نازل و دهانه مشعل است که در شکل مقابل قابل روئيت ميباشد.

ميله آتش :

ميله اي است با قطر بسيار کم که توسط پايه هايي عايق محافظت و نگهداري ميگردد.سرميله ميبايست در داخل منطقه آتش قرار بگيرد. جنس آنها عموما از آلياژي به نام کانتول ( Kanthol  ) ميباشد که قادر به فعاليت و کارکرد در دماهايي تا ۱۳۰۰ درجه سانتيگراد است. علاوه بر کانتول مواد و آلياژهاي ديگري همچون گلوبار (  Globar  ) نيز در دسترس ميباشند.

شرایط مورد نياز جهت عملکرد موفق ميله يون عبارتند از :

• فقط استفاده در مشعلهاي گاز سوز ( بالاخص پيش مخلوط ) مجاز است.
• رعايت صحيح نسبت سطح ميله زمين به ميله آتش ( حداقل ۴ به ۱ )
• پايداري شعله ( عدم وجود حرکت در شعله و يا ميله ها )
• استقرار مناسب ميله در داخل شعله و رعايت کوتاهترين فاصله ( تاحدي که شاهد جريان مناسب باشيم )
• يکسو سازي مناسب جريان AC

ترجمه – گردآوری و تدوین : مهندس حسن خلخالی (کپی برداری از مطالب فوق در صورت ذکر منبع بلامانع است )