روش های پایش شعله ۲

/ / مقالات

خاصيت تشعشع شعله :

بهره برداري از تشعشعات منتشره از شعله يکي از غالب ترين روشهاي تشخيص شعله در صنايع ميباشد. خاصيت تشعشعي شعله منجر به تحريک سنسورهاي اپتيکال خواهد شد.با توجه به نياز به تشخيص سريع اختلالات احتمالي درشعله ( بالاخص در صنايع حساس و بزرگ ) بکارگيري سنسورهاي الکترونيکي در صدر درخواستها قرار دارد. بسته به نوع سوخت مصرفي و ظرفيت مشعل، زمان تشخيص عيوب احتمالي در شعله از ۱ ثانيه الي ۴ ثانيه متغير ميباشد.

تشعشعات منتشره از شعله ها در بازه مشخصي از طيف امواج الکترومغناطيسي بنام طيف شعله ( Flame Spectrum  ) قرار دارد. طيف مذکور شامل تشعشعات ماوراء بنفش – مرئي – مادون قرمز ميباشد. تشعشعات ماوراء بنفش و مادون قرمز در دوطرف طيف شعله قرار داشته و فقط طول موجهاي ۴۰۰ الي ۸۰۰ نانومتري در محدوده بينايي بشر قرار دارند.نورهاي آبي مرئي در سمت تشعشعات ماوراء بنفش و نورهاي قرمز در بخش مادون قرمز طيف شعله قراردارند. سنسورهاي شعله در محدوده هاي ماوراء بنفش – مادون قرمز و مرئي قابل فعاليت ميباشند. پارامترهاي متنوعي در انتخاب سنسوري مناسب براي تشخيص شعله، تعيين کننده ميباشند.

آموزش رله lfl siemens

درشکل ۱ طيف شعله و نمودار سوختهاي معمول قابل روئيت ميباشد. امواج ماوراءبنفش با اختصاص محدوده‌اي حدود يک درصد از کمترين بخش از سه جز تشعشع شده از شعله ميباشد. عموما محدوده يک سوم اوليه شعله منبع اصلي تشعشعات ماوراءبنفش ميباشد و شعله هاي دمابالا مقادير زيادتري از امواج ماوراء بنفش را از خود متشعشع مينمايند . هر دو سوخت گاز و گازوئيل باندازه کافي از خود امواج ماوراءبنفش منتشر مينمايند. تشعشعات مرئي نيز چيزي در حدود ۱۰ درصد از کل تشعشعات را به خود اختصاص ميدهند و براي بشر در رنگهاي مختلف مرئي ميباشند :

  • رنگهاي آبي با ترکيبي از نارنجي و زرد براي شعله هاي گازسوز
  • رنگ زرد درخشان براي شعله هاي با سوخت گازوئيل و پودر زغال سنگ

امواج مادون قرمز نيز چيزي در حدود ۹۰ درصد از کل تشعشعات را به خود اختصاص داده و عمدتا در دو سوم بعدي شعله منتشر ميشوند.قطعات داغ کوره ها ( نظير مواد نسوز ) در دماهاي بالاتر از ۱۰۰۰ درجه فارنهايت شروع به انتشار امواج مادون قرمز مينمايند.

تشخيص شعله با امواج ماوراءبنفش :

اسکنرهاي شعله که با متد UV کار ميکنند از محفظه اي حساس به امواج ماوراءبنفش استفاده مينمايند و در اين روش زماني حضور شعله تائيد ميگردد که تشعشع امواج ماوراء بنفش دريافت گردد. تمايز و درک تفاوت بين شعله اصلي و شعله هاي مجاور و يا پس زمينه با استفاده از تغيير در قدرت ديد اسکنرها امکان پذير خواهد بود که اين مسئله نيز از طريق تنظيم ميزان حساسيت سنسور يا تغيير محدوده فعاليت ( آستانه واکنش ) سنسور در

مشعل-احتراق-آموزش مشعل

 راستاي حذف سيگنالهاي زائد حاصل ميگردد. حبابهاي UV ميبايست فقط به  امواج ماوراء بنفش با طول موج کمتر ( بين ۲۰۰ الي ۳۰۰ نانومتر ) حساس بوده و نسبت به سيگنالهاي خورشيدي واکنشي نداشته باشد. عدم واکنش نسبت به سيگنالهاي خورشيدي بسيار مهم است زيرا دراينصورت ديگر حضور نورهاي زائد منجر به اختلال عملکرد مشعل نخواهد شد. حباب سنسور UV از جنس کوارتز بوده که پس از پر شدن با گاز بصورت کامل آب بند ميگردد. UV شامل دو الکترود متصل به يک منبع ايجاد کننده اختلاف ولتاژ AC نيز ميباشد. الکترونها در اثر اختلاف ولتاژ آزاد شده و گاز داخل UV در خلال يونيزه شدن به صورت يک هادي عمل ميکند.سپس جريان الکتريکي  از يک الکترود به الکترود ديگر ( کاتد به آنود ) ايجاد خواهد گرديد.

اختلاف ولتاژ مورد نياز جهت ايجاد قوس الکتريکي بين الکترودها (در صورت وجود تشعشعات کافي امواج ماورائبنفش و يونيزه شدن گاز داخل حباب )  بين ۴۰۰ ولت الي ۱۲۰۰ ولت AC ميباشد و در اين حالت اصطلاحا گفته ميشود که حباب در حال آتش کردن (  Firing )   است.

در طراحي حبابهاي UV سعي ميگردد تا قوس الکتريکي ايجاد شده در طول الکترودها مدام به عقب و جلو حرکت نمايد تا از استقرار دريک نقطه خاص و گرم شدن بيش از حد نقطه مذکور و آسيب ديدکي الکترودهاي UV جلوگيري شود .

                            

 استفاده از لنز کوارتز نيز جهت متمرکز نمودن تشعشعات دريافتي در منطقه الکترودها ميباشد. اختلاف ولتاژ بين الکترودها در هر نيم سيکل AC صفر خواهد بود  واين به حباب اجاز ميدهد تا به حالت غير يونيزه خود (  quenched state  ) بازگردد. بديهي است که در نيم سيکل بعدي ولتاژ،درصورت روئيت شعله و وجود تشعشعات ماوراءبنفش، مجددا جريان بين الکترودها برقرار خواهد شد. تعداد دفعات آتش کردن (  Firing ) الکترودها در هر سيکل Count ناميده ميشود. مشعل صنعتی-آموزش مشعل-احتراقبيشترين دفعات آتش کردن (Firing ) در يک ثانيه تعداد Count ها در يک نيم سيکل ضرب در دوبرابر فرکانس ولتاژ منبع ميباشند. زمانيکه شعله تشکيل شده و اشعه ماوراءبنفش در حال تابش به حباب UV ميباشد، سيستم شروع به شمارش ميکند و زمانيکه شعله خاموش ميشود، تابش اشعه ماوراءبنفش اتمام يافته و سيستم شمارش را متوقف مينمايد. رله کنترل کننده شعله نيز جزئي از مدار برقي است که تعداد دفعات آتش کردن را شمارش ميکند. زمانيکه دفعات شمارش به مقداري برسد که بعنوان حد مجاز روئيت شعله از قبل تنظيم شده است، آنگاه رله مشعل، روئيت شعله را اعلام خواهد نمود و تا زمانيکه شرايط تعريف شده در پيش تنظيم رعايت شده باشد، در همان وضعيت باقي خواهد ماند . تعداد شمارشها دقيقا بازگو کننده شدت امواج ماوراءبنفش دريافتي از شعله ميباشد و به عبارت ديگر منابع تابش امواج ماوراءبنفش با شدت بالا در ثانيه چندين هزار بار ثانيه شمارش ميگردند.در نهايت ميتوانيم اينگونه بگوئيم که تعداد شمارشها بيانگر شدت شعله ميباشد. اگرچه UV Cell ها مسئول شناسايي امواج ماوراءبنفش ناشي از تشکيل شعله ميباشند ليکن ممکن است اين سنسورها نسبت به ساير منابع توليد کننده امواج ماوراءبنفش نظير منابع ذيل  نيز واکنش نشان دهند.

 سطوح داغ نسوز ( بالاتر از ۲۰۰۰ درجه فارنهايت ) – جرقه آغاز پروسه احتراق – قوسهاي جوشکاري لامپهاي هالوژني    

اتخاذ تمهيدات مقتضي جهت جلوگيري از تاثير گذاري ساير منابع توليد کننده تشعشعات ماوراءبنفش بر روي تشخيص دهنده شعله ضروري است. UV Cell ها بدليل فاسد شدن نوع گاز شارژ شده در داخل آن ، از کار مي افتند که منشاء آن ميتواند يکي از موارد ذيل باشد :

  • بسيار داغ شدن UV Cell
  • قرار گرفتن در معرض ولتاژ بسيار بالا
  • قرار گرفتن طولاني مدت در مقابل تشعشعات ماوراء بنفش

UV Cell ميتواند به شکل هاي ذيل خراب شود: آتش کردن آن بصورت متوالي بنحويکه حتي پس از خاموش شدن شعله اصلي، جرقه الکترودها ادامه داشته باشد – عدم آتش کردن مناسب که منجر به خاموشي ناخواسته مشعل خواهد شد – جرقه زدن  الکترودها پيش از روئيت شعله و بدون دريافت تشعشعات ماوراء بنفش

سيستمهاي محافظت از شعله همواره و در زمان راه اندازي مشعل، درصورت ارسال سيگنال روئيت شعله، UV Cell را معيوب تشخيص داده و سيستم را در حالت قفل پايدار (lockout ) قرار خواهند داد.   

درصورتيکه UV Cell در خلال کارکرد عادي شعله خراب شود، خرابي UV Cell تا زمان راه اندازي مجدد مشعل مشخص نخواهد گرديد. جهت جلوگيري از وقوع مشکل مذکور سيستمهايي طراحي و ساخته شده اند که در آن سيستم حفاظت شعله خودش را چک و پايش ميکند . سيستم پايش شعله خودکنترل در مدلهاي UV ، شامل شاترهاي اپتيکالي هستند که در مسير تشعشعات  ماوراءبنفش به UV قرار دارند . شاتر بصورت متوالي  باز و بسته ميگردد و در نتيجه مسير تشعشعات ماورائ بنفش براي بازه هاي کوتاهي مسدود خواهد گرديد ( معمولا بين ۰.۲۵ الي ۰.۷۵ ثانيه بسته به طراحي – الزاما بايد زمان مذکور کمتر از زمان مجاز تشخيص شعله باشد).

شكل ۲ : شماتيك مدار ردياب شعله ماوراءبنفش

مطالب مرتبط دیگر :  بهینه سازی مصرف انرژی در کوره ذوب آلومینیوم

مطابق با شکل ۲ ، سيستم حفاظت از شعله مذکور، مکانيزم شاتر خودکنترلر را فعال نموده و منتظر ميماند تا پالسهاي شمارش در بازه زماني بسته بودن شاتر قطع گردد. درصورتيکه در زمان بسته بودن دريچه شاتر کماکان پروسه شمارش پالسها ادامه داشته باشد، بلافاصه سيستم در وضعيت قطع ايمن قرار گرفته و مدار صحت روئيت شعله در وضعيت باز قرار خواهد گرفت . فعال شدن رله خطا در واقع مويد بروز مشکل در مدار اسکنر شعله ميباشد. از همين رو نياز است تا در منطق سيستمهاي BMS بازه زماني تعريف شذه اي پيش از خاموش شدن مشعل براي اين موضوع لحاظ گردد.

زمانيکه از آشکارسازهاي UV ماورائ بنفش استفاده ميگردد، استفاده از اسکنرهاي داراي ويژگي خود پايش در مشعلها و يا فعاليتهاي دائمي (Continuous Operation ) ، الزامي است . لازم به يادآوري است که تعريف و تعيين شرايط فعاليت دائم توسط مقامات ذيصلاح محلي و مشرف بر ظوابط و قوانين ايمني انجام ميگردد. اين بازه زماني ميتواند از يک تا ۲۴ ساعت تغيير نمايد. درصورتيکه تجهيز داراي فعاليت دائمي باشد ( زمان فعال بودن آن بيش از زمان تعريف شده براي فعاليت دائم باشد )، آنگاه تجهيز آشکارساز شعله به ويژگي خود کنترلي ضروري است.

شكل ۳ : نمودار عملكرد ردياب شعله ماوراءبنفش لوله اي تحت جريان متناوب AC

مطالب مرتبط دیگر :  مشعلهای Recuperative چگونه کار میکنند؟

علاوه بر ويژگيهاي ذکر شده براي اسکنرهاي خودکنترل، ضروري است تا مطابق با يک سيستم FSG درنظر گرفته شده براي فعاليت هاي مداوم، کليه حالتهاي خرابي تجهيزاتي براي کليه اجزا و قطعات سيستم پوشش داده شود .

 استفاده از امواج ماوراءبنفش در تشخيص شعله از طريق بکارگيري تجهيزاتي همچون لوله هاي UV در واقع به تفسير سيگنالهاي دريافتي محدود ميگردد. زمانيکه امواج ماوراءبنفش دريافت ميگردند، آن بدان معني است که شعله وجود دارد. تنها راه تشخيص اينکه آيا سيگنالهاي دريافتي مربوط به شعله اصلي است يا شعله مجاور و يا گداختگي ديواره کوره ، حجم سيگنالهاي در درسترس جهت تفسير ميباشد.

 تجهيز UV فقط يک درصد از طيف هاي مرئي شعله را تخمين ميزند. درصورت بروز احتراق ناقص تجهيز UV عملکرد نامناسبي پيدا کرده و حتي بدليل وجود محصولات احتراق – دود – بخار آب و ساير مواد در اطراف شعله فعاليت آن مختل ميگردد. با توجه به توضيحات فوق الذکر امواج ماوراء بنفش براحتي توسط سنسور مجاور شعله اصلي دريافت ميگردد  و انتشار امواج تشعشعي از ديواره هاي داغ و شعله هاي مجاور داراي قدرت بسيار کمي خواهد بود . لذا درصورت بکارگيري اسکنر مناسب و سيستم کنترل مربوطه کماکان سنسورهاي UV ميتوانند بعنوان يک سنسور ساده-قابل اعتماد با کارائي مناسب در سيستمهاي چند مشعله بکار گرفته شوند .

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

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *