دتکتور شعله UV/IR جنرال مانیتورز مدل General Monitors FL500

معرفی دتکتور شعله UV/IR جنرال مانیتورز مدل General Monitors FL500

دتکتور شعله UV/IR جنرال مانیتورز مدل General Monitors FL500

دتکتور شعله General Monitors FL500 یک آشکارساز صنعتی پیشرفته از نوع UV/IR است که برای تشخیص سریع و مطمئن آتش‌های هیدروکربنی طراحی شده است. این دستگاه به‌صورت هم‌زمان دو نوع تابش مهم ناشی از شعله، یعنی پرتو فرابنفش و مادون‌قرمز را بررسی می‌کند و فقط زمانی شرایط حریق را تأیید می‌کند که الگوی مناسب در هر دو کانال دیده شود. همین روش دوطیفی باعث می‌شود دستگاه در مقایسه با یک دتکتور UV یا IR ساده، مقاومت بیشتری در برابر بسیاری از منابع ایجادکننده هشدار کاذب داشته باشد. MSA نیز FL500 را به‌عنوان یک UV/IR Flame Detector با پاسخ سریع و False Alarm Immunity بالا معرفی می‌کند.

این محصول برای کاربردهای صنعتی سنگین مانند پالایشگاه، پتروشیمی، تأسیسات نفت و گاز، مناطق ذخیره و انتقال سوخت، واحدهای فرایندی، ایستگاه‌های پمپاژ و بسیاری از محیط‌های دارای خطر حریق مناسب است. بدنه استنلس‌استیل 316، سیستم پایش خودکار مسیر اپتیکی، خروجی‌های آنالوگ و دیجیتال، HART، Modbus و Relayهای داخلی باعث شده FL500 بتواند به‌راحتی به سیستم‌های Fire & Gas، PLC و DCS متصل شود. در یک پروژه واقعی، انتخاب این دتکتور باید در کنار جانمایی صحیح، پوشش میدان دید و طراحی کلی سیستم‌های اعلام حریق انجام شود تا Detector بتواند ناحیه خطر را بدون ایجاد نقطه کور تحت پوشش قرار دهد.

فناوری UV/IR در FL500 چگونه کار می‌کند؟

برای درک عملکرد این دستگاه، باید بدانیم که هنگام سوختن بسیاری از مواد، شعله فقط نور مرئی تولید نمی‌کند. انرژی حاصل از احتراق در بخش‌های مختلف طیف الکترومغناطیسی منتشر می‌شود و FL500 دو بخش مهم از این انرژی را بررسی می‌کند. سنسور UV آن به تابش در محدوده 185 تا 260 نانومتر حساس است و سنسور IR روی طول موج مرکزی 4.35 میکرون کار می‌کند. این محدوده مادون‌قرمز برای تشخیص آتش‌های هیدروکربنی اهمیت زیادی دارد، زیرا محصولات احتراق این مواد تابش مشخصی در این بخش از طیف ایجاد می‌کنند.

دستگاه تغییرات شدت UV و IR را به یک پردازنده داخلی می‌فرستد و الگوریتم آن بررسی می‌کند که آیا رفتار سیگنال‌ها با الگوی واقعی یک Flame مطابقت دارد یا خیر. اگر فقط UV دریافت شود، برای مثال در اثر جوشکاری قوسی، یا فقط IR دریافت شود، مانند یک جسم بسیار داغ، FL500 به‌تنهایی Alarm کامل ایجاد نمی‌کند. سیستم زمانی حریق را تأیید می‌کند که ترکیب صحیحی از تابش UV و IR با شدت و رفتار مناسب مشاهده شود.

این ویژگی در محیط‌های صنعتی بسیار مهم است، زیرا Heater، سطح فلزی داغ، Welding، Lightning و سایر منابع تابشی بخشی از شرایط طبیعی سایت هستند. FL500 علاوه بر تحلیل هم‌زمان دو طیف، در بخش IR از مدار تشخیص Flicker شعله استفاده می‌کند و همین موضوع به تفکیک بهتر Fire واقعی از منابع مزاحم کمک می‌کند.

برد تشخیص و سرعت پاسخ

برد تشخیص Flame Detector برای تمام سوخت‌ها یکسان نیست و FL500 نیز از این قاعده مستثنی نیست. نوع ماده قابل اشتعال، اندازه حریق، فاصله، زاویه Detector و شرایط محیطی همگی روی Performance اثر می‌گذارند.

در تست رسمی MSA، FL500 در تنظیم حساسیت بالا توانسته یک آتش n-Heptane با مساحت یک فوت مربع را در فاصله 90 فوت، معادل حدود 27.4 متر با زمان پاسخ حدود 6 ثانیه تشخیص دهد. همان آتش در فاصله 60 فوت با زمان پاسخ کمتر از 3 ثانیه شناسایی شده است.

نمونه‌ای از Performance رسمی این Detector برای سوخت‌های مختلف به شکل زیر است:

این اعداد مربوط به شرایط کنترل‌شده آزمایش هستند. MSA نیز تصریح می‌کند که حرکت باد و Turbulence شعله می‌توانند روی اندازه‌گیری Range اثر بگذارند؛ بنابراین فاصله‌های فوق نباید به‌عنوان برد تضمین‌شده برای تمام پروژه‌ها در نظر گرفته شوند.

میدان دید بسیار گسترده

یکی از ویژگی‌های شاخص FL500 میدان دید وسیع آن است. MSA در صفحه رسمی محصول، Cone of Vision برابر 130 درجه را اعلام می‌کند. این یعنی Detector می‌تواند بخش وسیعی از فضای مقابل خود را ببیند و در صورت جانمایی صحیح، Area قابل‌توجهی را پوشش دهد.

نمودارهای رسمی Field of View نشان می‌دهند که حتی در زاویه‌های حدود ±65 درجه نیز دستگاه برای برخی Fire Scenarioها توانایی Detection دارد، هرچند Detection Range در زاویه‌های دور از محور مرکزی کاهش پیدا می‌کند.

به همین دلیل، عبارت «میدان دید 130 درجه» نباید به این معنا برداشت شود که Detector در تمام زاویه‌ها همان برد محور مرکزی را دارد. در طراحی واقعی، وجود مخزن، ستون، Pipe Rack، Compressor، Pump و سایر تجهیزات می‌تواند دید دستگاه را محدود کند. بنابراین Coverage Mapping و بررسی Line of Sight برای تعیین محل صحیح نصب ضروری است.

سه سطح حساسیت قابل تنظیم

FL500 سه سطح حساسیت High، Medium و Low دارد و مهندس می‌تواند Detector را متناسب با فاصله حریق هدف و شرایط محیط تنظیم کند. این تنظیم از طریق DIP Switch، Modbus یا HART قابل انجام است.

حساسیت بالا برای پروژه‌هایی مناسب است که Detector باید Fire را از فاصله بیشتری تشخیص دهد، اما همیشه نباید بالاترین Sensitivity را انتخاب کرد. اگر محیط دارای Background Radiation یا شرایط خاص عملیاتی باشد، انتخاب سطح مناسب باید بر اساس Hazard Assessment و Coverage واقعی انجام شود.

Alarm Low و Alarm High

FL500 دو سطح Alarm دارد. وقتی الگوریتم دستگاه شرایط Fire را تشخیص دهد، ابتدا Alarm Low بلافاصله فعال می‌شود. اگر وضعیت Flame برای مدت تعیین‌شده ادامه پیدا کند، Alarm High نیز فعال خواهد شد.

زمان تأخیر Alarm High قابل تنظیم است و چهار انتخاب دارد:

2، 4، 8 یا 10 ثانیه

این تنظیم می‌تواند از طریق DIP Switch، HART یا Modbus تغییر کند.

این ساختار به سیستم کنترل اجازه می‌دهد میان Detection اولیه و یک Fire Condition ادامه‌دار تفاوت قائل شود. برای مثال، می‌توان Alarm Low را برای اعلام سریع وضعیت استفاده کرد و Alarm High را در Cause & Effect برای اقدامات مهم‌تر در نظر گرفت.

سیستم COPM؛ پایش دائمی مسیر اپتیکی

یکی از مهم‌ترین قابلیت‌های FL500 سیستم Continuous Optical Path Monitoring یا COPM است. این سیستم هر دو دقیقه مسیر نوری دستگاه را از سنسورهای داخلی تا پنجره اپتیکی همراه با بخش‌های الکترونیکی مرتبط بررسی می‌کند.

اگر یخ، گردوغبار، آلودگی یا جسم خارجی پنجره Detector را مسدود کند و دو تست متوالی با خطا مواجه شوند، دستگاه وضعیت Fault ایجاد می‌کند. در این حالت خروجی آنالوگ به حدود 2mA می‌رسد، Fault Relay تغییر وضعیت می‌دهد و خطا از طریق Modbus نیز گزارش می‌شود. پس از ایجاد COPM Fault، دستگاه به‌جای هر دو دقیقه، هر 30 ثانیه مسیر اپتیکی را دوباره بررسی می‌کند تا رفع مشکل را سریع‌تر تشخیص دهد.

این قابلیت در سایت‌هایی که Dust، Oil Mist، رطوبت یا آلودگی محیطی وجود دارد بسیار ارزشمند است. بااین‌حال، COPM جای سرویس دوره‌ای را نمی‌گیرد و پنجره اپتیکی همچنان باید تمیز و بدون مانع نگه داشته شود.

خروجی آنالوگ و نمایش وضعیت‌های مختلف

FL500 از خروجی آنالوگ Source یا Sink استفاده می‌کند و محدوده کلی سیگنال آن از 0 تا 20 میلی‌آمپر است. در حالت عملیاتی، سیستم از سطوح مختلف جریان برای نمایش وضعیت دستگاه استفاده می‌کند.

وجود سطوح 8 و 12 میلی‌آمپر قابلیت جالبی ایجاد می‌کند؛ زیرا سیستم مرکزی می‌تواند تشخیص دهد Detector فقط IR یا فقط UV دریافت کرده است. این اطلاعات هنگام عیب‌یابی یا بررسی منابع مزاحم محیط بسیار کاربردی هستند.

حداکثر Load مجاز روی خروجی آنالوگ نیز 600 اهم اعلام شده است. خروجی دستگاه می‌تواند به PLC، DCS یا Fire & Gas Controller متصل شود و در سیستم‌های ساختمانی یا آدرس‌پذیر نیز از طریق Interface مناسب به کنترل پنل اعلام حریق منتقل شود.

HART 7 و Modbus RTU

FL500 از HART 7 پشتیبانی می‌کند و به‌طور کامل با FieldComm سازگار است. این قابلیت اجازه می‌دهد کاربر علاوه بر مقدار Current Loop، اطلاعات دیجیتال، وضعیت دستگاه، Configuration و Diagnostic Data را نیز دریافت کند.

ارتباط دیگر دستگاه RS-485 Modbus RTU است. طبق مشخصات رسمی، تا 128 Detector را می‌توان مستقیماً در یک شبکه قرار داد و با استفاده از Repeater تعداد دستگاه‌ها می‌تواند تا 247 واحد افزایش پیدا کند. Baud Rateهای 2400، 4800، 9600 و 19200 نیز قابل انتخاب هستند.

این قابلیت‌ها در پروژه‌های بزرگ اهمیت زیادی دارند، زیرا تیم بهره‌برداری می‌تواند وضعیت دتکتورها را از اتاق کنترل مشاهده کند و بسیاری از تنظیمات را بدون بازکردن Housing انجام دهد.

Relayهای داخلی 5 آمپر

FL500 دارای Relayهای SPDT داخلی است و ظرفیت آن‌ها در کاربردهای مربوطه تا 5 آمپر می‌رسد. MSA برای کاربردهای آمریکای شمالی Rating برابر 5A در 250VAC یا 5A در 30VDC برای بار مقاومتی اعلام می‌کند.

این Relayها امکان اتصال Detector به Input Module، Alarm System یا بعضی تجهیزات کنترلی را فراهم می‌کنند. بااین‌حال، اگر قرار باشد فرمان مهمی مانند Shutdown یا اطفای اتوماتیک صادر شود، باید Cause & Effect و فلسفه ایمنی پروژه به‌طور کامل بررسی شوند.

سه نشانگر LED برای مشاهده سریع وضعیت

روی FL500 سه LED وجود دارد که وضعیت Normal، Fault و Alarm را به‌صورت مستقیم نمایش می‌دهند. MSA این ویژگی را با عنوان Status at a Glance معرفی کرده است.

وجود این نشانگرها در زمان Commissioning و Maintenance بسیار مفید است، چون تکنسین بدون اتصال ابزار خاص می‌تواند وضعیت اولیه Detector را بررسی کند و سریع‌تر تشخیص دهد مشکل مربوط به Fault، Alarm یا شرایط Normal است.

بدنه Stainless Steel 316

Housing استاندارد FL500 از 316 Stainless Steel با پوشش Powder Coated ساخته شده است. قطر دستگاه حدود 114 میلی‌متر، طول آن حدود 140 میلی‌متر و وزن آن تقریباً 4 کیلوگرم است.

استفاده از SS316 برای محیط‌های صنعتی اهمیت زیادی دارد، به‌خصوص در Offshore، مناطق ساحلی و واحدهای شیمیایی که رطوبت و خوردگی می‌توانند تجهیزات را تحت تأثیر قرار دهند.

IP66/IP67 و کار در شرایط سخت

FL500 دارای درجه حفاظت IP66/IP67 و Type 6P است. همچنین محدوده دمایی دستگاه بسته به Approval بین 55- تا 85+ درجه سانتی‌گراد اعلام شده است. برای FM محدوده تقریباً 50- تا 85+ و برای CSA، ATEX، UKCA و IECEx حدود 55- تا 85+ درجه ذکر شده است.

این محدوده دمایی وسیع و بدنه استنلس‌استیل باعث می‌شوند Detector برای نصب Outdoor و محیط‌های سخت صنعتی مناسب باشد.

البته درجه حفاظت واقعی Installation فقط به Housing وابسته نیست. Cable Gland، Plug، Seal و روش اجرای کابل نیز باید مطابق الزامات پروژه باشند.

تغذیه و مصرف توان

ولتاژ نامی FL500 برابر 24VDC است و دستگاه در محدوده 20 تا 36VDC کار می‌کند. مصرف توان حداکثر 3 وات و جریان معمول آن حدود 80 تا 150 میلی‌آمپر است. در زمان اجرای COPM، جریان می‌تواند تا حدود 200 میلی‌آمپر افزایش پیدا کند.

در طراحی Power Supply باید علاوه بر مصرف عادی، Peak Inrush و Voltage Drop کابل نیز در نظر گرفته شوند. این موضوع زمانی مهم‌تر می‌شود که تعداد زیادی Detector از یک منبع مشترک تغذیه شوند.

تفاوت FL500 و FL500-H2

یکی از نکات مهم هنگام خرید این محصول، تفاوت میان FL500 UV/IR و FL500-H2 است. MSA به‌صراحت اعلام می‌کند این دو مدل قابل جایگزینی مستقیم با یکدیگر نیستند.

FL500 UV/IR استاندارد برای تشخیص حریق‌های هیدروکربنی بهینه شده است، در حالی که FL500-H2 به‌طور ویژه برای تشخیص شعله هیدروژن طراحی شده است. بنابراین اگر پروژه مربوط به Hydrogen Facility باشد، نباید فقط به ظاهر مشابه دو Detector توجه کرد و مدل مناسب باید بر اساس نوع Fire Scenario انتخاب شود.

این نکته به‌خصوص از آن جهت مهم است که صفحه رسمی MSA تست‌های FM برای چند سوخت مختلف از جمله Hydrogen را نیز فهرست می‌کند؛ اما از نظر طراحی محصول، مدل H2 نسخه اختصاصی برای Hydrogen Application محسوب می‌شود.

جانمایی صحیح FL500

MSA توصیه می‌کند Detector در محلی نصب شود که افراد یا تجهیزات نتوانند میدان دید آن را مسدود کنند و دسترسی مناسب برای Cleaning و Inspection وجود داشته باشد. سازنده همچنین پیشنهاد می‌کند FL500 حدود 15 تا 20 درجه رو به پایین نصب شود تا احتمال جمع‌شدن گردوغبار و رطوبت روی Optical Window کاهش پیدا کند.

این توصیه ساده در عملکرد بلندمدت Detector اهمیت زیادی دارد. اگر دتکتور کاملاً افقی یا رو به بالا نصب شود، Dust، Water و سایر آلودگی‌ها راحت‌تر روی پنجره اپتیکی جمع می‌شوند.

در پروژه‌های بزرگ، محل Detector باید بر اساس نوع ماده قابل اشتعال، نقاط احتمالی نشتی، موانع، جهت جریان هوا و Fire Scenario واقعی انتخاب شود. در چنین شرایطی، بررسی یکپارچه توسط ایمن سازه وزین می‌تواند انتخاب Detector و طراحی سایر تجهیزات اعلام و اطفای حریق را هماهنگ کند.

تست عملکرد با TL105

MSA برای تست FL500 از TL105 Test Lamp استفاده می‌کند. این تجهیز پرتابل و Explosion-Proof برای شبیه‌سازی الگوی تابشی شعله طراحی شده و به تکنسین اجازه می‌دهد بدون ایجاد Fire واقعی عملکرد Detector را بررسی کند. صفحه رسمی MSA نیز TL105 را به‌عنوان ابزار اختصاصی تست FL500 معرفی کرده است.

Functional Test اهمیت زیادی دارد، زیرا فقط سلامت مدار داخلی را بررسی نمی‌کند و نشان می‌دهد Detector واقعاً قادر است یک منبع شبیه‌سازی‌شده شعله را تشخیص دهد و خروجی‌های Alarm را فعال کند.

استانداردها و تأییدیه‌ها

FL500 در نسخه‌های مربوطه دارای مجموعه گسترده‌ای از تأییدیه‌هاست؛ از جمله FM، CSA، ATEX، IECEx، UKCA، DNV، HART Registered و EN54-10. MSA همچنین این مدل را برای کاربردهای SIL معرفی می‌کند. Approval دقیق باید بر اساس Part Number و Nameplate همان Detector بررسی شود.

Safety Manual رسمی نشان می‌دهد که سطح قابل دستیابی SIL به نوع خروجی وابسته است؛ Relay Output در شرایط تعریف‌شده تا SIL 2 و خروجی 4–20mA تا SIL 3 ارزیابی شده است. این موضوع به معنی SIL 3 بودن خودکار کل Fire & Gas System نیست، زیرا سطح ایمنی نهایی به Controller، معماری Loop، Voting و Proof Test نیز بستگی دارد.

کاربردهای General Monitors FL500

FL500 بیشترین کاربرد را در نقاطی دارد که احتمال ایجاد Hydrocarbon Fire وجود دارد و در عین حال منابع مزاحم نوری و حرارتی در محیط زیاد هستند. Pump Area، Compressor Area، Loading Facility، Process Unit، Fuel Storage و Tank Farm از نمونه‌های رایج چنین محیط‌هایی هستند.

ترکیب UV و IR به Detector کمک می‌کند Fire واقعی را با اطمینان بیشتری تشخیص دهد و در عین حال COPM، HART، Modbus و خروجی‌های متنوع امکان Monitoring و Maintenance پیشرفته را فراهم می‌کنند. به همین دلیل FL500 فقط یک Flame Sensor ساده نیست، بلکه می‌تواند بخشی از یک سیستم کامل Fire & Gas باشد.

وضعیت فعلی FL500

برخلاف برخی مدل‌های قدیمی General Monitors مانند FL3112 یا FL4000H، FL500 همچنان یک محصول فعال در سبد MSA است. صفحه رسمی MSA امکان Configure Product، دریافت مستندات، فایل‌های HART و DTM و استعلام خرید را برای این مدل ارائه می‌کند.

این موضوع باعث می‌شود FL500 علاوه بر Replacement پروژه‌های موجود، برای پروژه‌های جدید نیز گزینه قابل‌بررسی باشد.

برای مشاهده مشخصات و مستندات رسمی سازنده می‌توان به صفحه رسمی General Monitors FL500 در MSA Safety مراجعه کرد.

جدول مشخصات فنی General Monitors FL500

جمع‌بندی

دتکتور شعله General Monitors FL500 یک آشکارساز صنعتی UV/IR است که برای تشخیص سریع حریق‌های هیدروکربنی و کاهش هشدارهای کاذب طراحی شده است. سنسور UV در محدوده 185 تا 260 نانومتر و سنسور IR در طول موج 4.35 میکرون فعالیت می‌کنند و دستگاه با تحلیل هم‌زمان این دو سیگنال، Fire واقعی را از بسیاری از منابع تابشی غیرحریق تفکیک می‌کند.

میدان دید تا 130 درجه، برد تست تا حدود 27.4 متر برای n-Heptane، سه سطح حساسیت، COPM هر دو دقیقه، خروجی 4–20mA، HART 7، Modbus RTU، Relayهای 5 آمپر، بدنه SS316 و IP66/IP67 باعث شده‌اند FL500 برای محیط‌های صنعتی سنگین گزینه‌ای قدرتمند باشد.

مزیت مهم دیگر این مدل این است که هنوز یک محصول فعال MSA محسوب می‌شود و برای پروژه‌های جدید نیز قابل استفاده است. البته در پروژه‌های Hydrogen باید مدل FL500-H2 جداگانه بررسی شود، زیرا MSA دو نسخه را برای کاربردهای متفاوت طراحی کرده است.