فتوسل مشعل :
شاید بارها کلمه فتوسل مشعل به گوش شما خورده باشد. در واقع منظور از فتوسل مشعل همان سنسور پایش شعله است که در سطح بازار و بین تکنسین های تاسیسات و گاها مهندسین با عنوان فتوسل مشعل از آن یاد میشود. وظیفه فتوسل مشعل پایش مداوم شعله است بنحویکه درصورت روئیت نشدن مشعل توسط فتوسل مشعل و مطابق با شرایط استاندارد، کنترلر مشعل در کمتر از 4 ثانیه مشعل را خاموش نماید.به جرات میتوان گفت که مقاله ذیل، مقاله ای بسیار کامل . منحصر بفرد در زمینه شناخت عملکرد میله یون مشعل و فتوسل مشعل میباشد و مواکد مطالعه آن به افرادی که سروکار با مشعل دارند توصیه میگردد.
فهرست مطالب
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 ( فتوسل مشعل )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.
مشخصات و ویژگیهای شعله :
اطلاع از مشخصات و ويژگيهاي شعله ها ميتواند مقدار زيادي در انتخاب کنترلر مناسب و فتوسل مشعل به ما کمک نمايد. مشخصات اساسي شعله ها عبارتند از :
1-توليد انرژي حرارتي
2 – انبساط حجمي گازها
3 – توليد محصولات فرعي احتراق
4- انتشار تشعشعات شعله
5- 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 ( فتوسل مشعل ) و در مشعلهاي گاز سوز استفاده از ميله هاي يون جهت پايش شعله بسيار مرسوم و متداول ميباشد.
مبانی یونیزاسیون 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 بين100/000 اهم الي 100/000/000 اهم تغيير نمايد و جريان عبوري از شعله در محدوده 2 الي 4 ميکروآمپر قرار دارد. مطابق با شکل روبرو، درصورتيکه 2 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 4 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.
میله 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 1300 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 4 به 1 )
- 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
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 1 ثانيه الي 4 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 400 الي 800 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.
شكل 1 : نمودار تغييرات شدت تشعشع سوختهاي رايج نسبت به تغييرات طول موج
تشعشعات ماوراء بنفش شعله :
درشکل 1 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 10 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 90 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 1000 درجه فارنهايت شروع به انتشار امواج مادون قرمز مينمايند.
تشخیص شعله با امواج ماوراء بنفش :
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 راستاي حذف سيگنالهاي زائد حاصل ميگردد. حبابهاي UV ميبايست فقط به امواج ماوراء بنفش با طول موج کمتر ( بين 200 الي 300 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.
شكل 2 : نمايي از امواج منتشر شده از شعله
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 400 ولت الي 1200 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 .
شكل 3 :حباب ردياب شعله ماوراءبنفش
استفاده از لنز کوارتز در فتوسل مشعل :
استفاده از لنز کوارتز در فتوسل مشعل نيز جهت متمرکز نمودن تشعشعات دريافتي در منطقه الکترودها ميباشد. اختلاف ولتاژ بين الکترودها در هر نيم سيکل AC صفر خواهد بود و به حباب فتوسل مشعل 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. بيشترين 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 2000 درجه فارنهايت ) – جرقه آغاز پروسه احتراق – قوسهاي جوشکاري لامپهاي هالوژني
علل خرابی فتوسل مشعل :
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.
درصورت خرابی فتوسل مشعل حین کار چه اتفاقی خواهد افتاد :
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 0.25 الي 0.75 ثانيه بسته به طراحي – الزاما بايد زمان مذکور کمتر از زمان مجاز تشخيص شعله باشد).
شكل 4 : شماتيك مدار ردياب شعله ماوراءبنفش
استفاده از شاتر خودکنترلر در فتوسل مشعل :
مطابق با شکل 4 ، 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 24 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 5 : نمودار عملكرد ردياب شعله ماوراءبنفش لوله اي تحت جريان متناوب AC
استفاده از اسکنرهای خودکنترل در فتوسل مشعل :
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 (مدیر عامل شرکت اعتلای صنعت پارس)
- کلیه حقوق انتشار مطالب فوق متعلق به شرکت مهندسی اعتلای صنعت پارس بوده و کپی برداری از آن ممنوع می باشد.
شرکت مهندسی اعتلای صنعت پارس نماینده رسمی شرکت اشتعال اراک و شرکت ماشین سازی اراک با اتکا به دانش فنی ، ابزارهای موجود و سوابق فنی موجود، چندین دوره نیز نماینده شرکت پارس مشعل بوده است. کارشناسان و تکنسین های فنی تلاش مینمایند تا در زمان بروز هرگونه خرابی بلافاصله در کنار شما بوده و با بهترین کیفیت، کمترین هزینه و ضمانت فعالیت تعمیرات انجام شده، مجددا آن را به چرخه تولید بازگردانند .
تعمیرگاه تخصصی قطعات مشعل و دیگ :
شما میتوانید پس از بررسی لیست مشتریان ما در بخشهای مسکونی- تجاری – صنعتی – نیروگاهی- نفتی – پالایشگاهی و… و بعد از بررسی رضایتمندی ایشان از فعالیتهای انجام شده و پس از حصول اطمینان تنها با یک تماس وظیفه تعمیرات مشعلها و قطعات دیگ بخار و دیگ آبگرم و دیگ روغن داغ خود را به کارشناسان خبره ما محول بفرمائید.
بدون دیدگاه