دتکتور شعله UV شارپ‌آی مدل Spectrex SharpEye 40/40U

معرفی دتکتور شعله UV شارپ‌آی مدل Spectrex SharpEye 40/40U

دتکتور شعله UV شارپ‌آی مدل Spectrex SharpEye 40/40U

دتکتور شعله SharpEye 40/40U یکی از آشکارسازهای صنعتی شناخته‌شده خانواده SharpEye است که برای تشخیص سریع شعله با استفاده از تابش فرابنفش طراحی شده است. نکته مهم درباره این محصول این است که برخلاف بعضی معرفی‌های اشتباه در بازار، 40/40U یک دتکتور UV خالص است و از فناوری UV/IR استفاده نمی‌کند. این مدل تابش فرابنفش تولیدشده هنگام احتراق را در محدوده مشخصی از طیف بررسی می‌کند و از روی شدت، فرکانس و مدت سیگنال دریافتی تشخیص می‌دهد که آیا شرایط مشاهده‌شده با یک حریق واقعی مطابقت دارد یا خیر. خانواده قدیمی SharpEye 40/40 سال‌ها در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، صنایع شیمیایی و سایر محیط‌های پرخطر استفاده شده و اسناد رسمی آن اکنون توسط Emerson منتشر می‌شوند.

در پروژه‌هایی که سرعت تشخیص شعله اهمیت زیادی دارد، فناوری UV می‌تواند عملکرد بسیار سریعی ارائه دهد. بااین‌حال، همین حساسیت بالا نسبت به تابش فرابنفش باعث می‌شود محل نصب دستگاه با دقت انتخاب شود؛ زیرا منابعی مانند جوشکاری، جرقه و قوس الکتریکی نیز UV تولید می‌کنند و در صورت قرارگرفتن مستقیم در میدان دید Detector می‌توانند باعث هشدار کاذب شوند. به همین دلیل عملکرد مطلوب 40/40U فقط به کیفیت خود تجهیز وابسته نیست و نحوه طراحی و اجرای سیستم‌های اعلام حریق و جانمایی صحیح Detector نقش بسیار مهمی در عملکرد نهایی سیستم دارد.

40/40U دقیقاً چه نوع دتکتوری است؟

Spectrex در این خانواده دو مدل بسیار نزدیک به یکدیگر عرضه کرده است: 40/40U و 40/40UB. هر دو از فناوری UV برای تشخیص شعله استفاده می‌کنند، اما یک تفاوت مهم میان آن‌ها وجود دارد. مدل 40/40U فاقد Built-In Test یا BIT است، در حالی که مدل 40/40UB به سیستم Built-In Test مجهز شده است. User Guide رسمی Spectrex این تفاوت را به‌صراحت بیان می‌کند.

بنابراین اگر محصول موجود دقیقاً 40/40U باشد، نباید قابلیت BIT مدل UB را برای آن درج کرد. این موضوع هنگام تهیه مشخصات فنی، خرید تجهیز جایگزین یا مقایسه دو Detector اهمیت زیادی دارد، زیرا ظاهر آن‌ها می‌تواند بسیار شبیه باشد.

فناوری UV چگونه شعله را تشخیص می‌دهد؟

هنگام سوختن بسیاری از مواد، علاوه بر نور مرئی و انرژی مادون‌قرمز، مقدار مشخصی تابش فرابنفش نیز تولید می‌شود. SharpEye 40/40U برای تشخیص همین انرژی طراحی شده و سنسور آن به محدوده تقریبی 185 تا 260 نانومتر حساس است. این محدوده به دلیل قرارگرفتن در ناحیه‌ای که بخش زیادی از تابش UV خورشیدی توسط جو جذب می‌شود، برای Flame Detection مزیت دارد و به همین دلیل چنین سنسورهایی را در اصطلاح Solar-Blind UV Detector نیز می‌نامند.

دستگاه فقط وجود UV را بررسی نمی‌کند، بلکه رفتار سیگنال را نیز تحلیل می‌کند. شدت تابش، تعداد پالس‌ها، فرکانس و مدت آن‌ها در تصمیم‌گیری Detector نقش دارند. اگر الگوی دریافتی با شرایط تعریف‌شده برای Fire مطابقت داشته باشد، دستگاه وارد وضعیت هشدار یا Alarm می‌شود.

این روش باعث می‌شود 40/40U بتواند نسبت به بسیاری از حریق‌ها با سرعت بالایی واکنش نشان دهد، اما از طرف دیگر باید منابع مصنوعی UV در محل نصب شناسایی شوند.

هشدار مهم درباره جوشکاری و قوس الکتریکی

یکی از مهم‌ترین نکاتی که درباره این محصول باید شفاف بیان شود، حساسیت آن به منابع UV غیرحریق است. Spectrex در راهنمای رسمی هشدار می‌دهد که Detector نباید مستقیماً در معرض منابعی مانند جوشکاری، جرقه یا قوس الکتریکی قرار گیرد، زیرا این منابع می‌توانند باعث False Alarm شوند.

این مسئله برای محیط‌های صنعتی بسیار مهم است. اگر در یک سالن به‌طور مداوم عملیات Welding انجام می‌شود یا Arc Flash بخشی از فرآیند طبیعی سایت است، باید زاویه نصب Detector به‌گونه‌ای انتخاب شود که این منابع مستقیماً در میدان دید آن قرار نگیرند. در بعضی پروژه‌ها نیز ممکن است استفاده از UV/IR یا Multi-Spectrum Detector به دلیل مقاومت بیشتر در برابر چنین منابعی انتخاب مناسب‌تری باشد.

تشخیص حریق‌های هیدروکربنی، گازی و هیدروژن

Spectrex در User Guide خانواده 40/40U/UB اعلام می‌کند که این Detectorها توانایی تشخیص آتش سوخت‌های هیدروکربنی، آتش گاز و همچنین شعله نامرئی هیدروژن را دارند. علاوه بر این، کاربرد آن‌ها برای برخی Hydrideها، آمونیاک و بعضی حریق‌های آلی نیز ذکر شده است.

وجود قابلیت Hydrogen Flame Detection از نظر فناوری UV منطقی است، زیرا شعله هیدروژن می‌تواند در محدوده فرابنفش انرژی قابل‌تشخیصی تولید کند، حتی زمانی که برای چشم انسان به‌سختی قابل مشاهده باشد.

بااین‌حال، در پروژه‌ای که Hydrogen Detection یک الزام ایمنی رسمی و حساس است، بهتر است علاوه بر User Guide، Certificate و Fire Test مربوط به Part Number واقعی نیز بررسی شوند. صرف اینکه فناوری UV قادر به دیدن هیدروژن است، جایگزین بررسی Approval دقیق پروژه نمی‌شود.

برد تشخیص برای سوخت‌های مختلف

Detection Range در Flame Detector به نوع سوخت وابستگی زیادی دارد. برخلاف تصور رایج، نمی‌توان یک عدد را به‌عنوان برد ثابت برای تمام Fireها معرفی کرد. Spectrex برای 40/40U در بالاترین سطح حساسیت نتایج متفاوتی برای سوخت‌های مختلف ارائه کرده است.

این اعداد مربوط به Fire Testهای مشخص سازنده هستند و باید به همین شکل تفسیر شوند. اندازه آتش، زاویه Detector، حرکت هوا، دود، موانع و تنظیم حساسیت همگی می‌توانند برد واقعی را تغییر دهند.

به همین دلیل هنگام جانمایی، فقط نوشتن عبارتی مانند «برد 15 متر» کافی نیست. طراح باید ابتدا مشخص کند ماده قابل اشتعال اصلی سایت چیست و سپس Coverage را با توجه به همان Fire Scenario بررسی کند.

زمان پاسخ سریع SharpEye 40/40U

یکی از مزیت‌های مهم Detectorهای UV سرعت Response آن‌هاست. برای 40/40U، زمان پاسخ معمول حدود 3 ثانیه اعلام شده است و در بخش عملکرد برای سوخت‌های مختلف، حداکثر زمان پاسخ در شرایط تست می‌تواند تا حدود 10 ثانیه نیز برسد.

این تفاوت طبیعی است، زیرا Flame کوچک از فاصله زیاد انرژی بسیار کمتری نسبت به یک Fire بزرگ و نزدیک به Detector ایجاد می‌کند. بنابراین Response Time همیشه باید همراه با فاصله و نوع Fire بررسی شود.

سرعت بالای Detection در صنایعی که آتش می‌تواند در مدت کوتاهی گسترش پیدا کند اهمیت زیادی دارد؛ برای مثال در نواحی ذخیره و انتقال سوخت یا محیط‌هایی که گاز قابل اشتعال وجود دارد، چند ثانیه اختلاف در Detection می‌تواند در زمان شروع اقدامات اضطراری تأثیرگذار باشد.

میدان دید گسترده

SharpEye 40/40U دارای میدان دید تقریباً 100 درجه در جهت افقی و حدود 95 درجه در جهت عمودی است. این زاویه نسبتاً گسترده به Detector اجازه می‌دهد بخش قابل‌توجهی از Area مقابل خود را مشاهده کند.

بااین‌حال، Flame Detector برای عملکرد صحیح به Line of Sight نیاز دارد. اگر Tank، Vessel، Pipe Rack، ستون، دیوار یا ماشین‌آلات بین دتکتور و محل احتمالی Fire قرار داشته باشد، ناحیه‌ای کور ایجاد می‌شود. بنابراین میدان دید 100 درجه فقط یک پارامتر هندسی است و به‌تنهایی نشان‌دهنده Coverage واقعی سایت نیست.

در پروژه‌های صنعتی بهتر است Detectorها طوری جانمایی شوند که محل‌های پرریسک در دید مستقیم قرار بگیرند و در مناطق حساس، پوشش آن‌ها تا حدی با یکدیگر هم‌پوشانی داشته باشد. این موضوع باید در کنار معماری کنترل پنل اعلام حریق و Cause & Effect پروژه در نظر گرفته شود.

تنظیم تأخیر زمانی Alarm

SharpEye 40/40U امکان تنظیم Alarm Delay را نیز در اختیار کاربر قرار می‌دهد. مقادیر قابل انتخاب شامل:

0، 3، 5، 10، 15، 20 و 30 ثانیه

هستند.

وجود Delay به طراح اجازه می‌دهد رفتار سیستم را متناسب با شرایط سایت تنظیم کند. در بعضی محیط‌ها ممکن است لازم باشد Detector فقط پس از ادامه داشتن سیگنال برای چند ثانیه Alarm ایجاد کند، در حالی که در یک منطقه با ریسک بالا، کمترین Delay می‌تواند اولویت داشته باشد.

تنظیم زمان تأخیر باید بر اساس فلسفه Fire & Gas پروژه انجام شود و افزایش آن بدون دلیل فنی توصیه نمی‌شود.

Heated Optical Window و عملکرد بهتر در شرایط جوی سخت

تمام Detectorهای این نسل از سری 40/40 به Heated Optical Window مجهز شده‌اند. سیستم Heater سطح اپتیکی را تقریباً 3 تا 5 درجه سانتی‌گراد گرم‌تر از محیط نگه می‌دارد تا احتمال تشکیل Condensation، برف یا یخ روی Window کاهش پیدا کند.

Heater می‌تواند در سه حالت اصلی کار کند:

در حالت Auto می‌توان دمای فعال‌شدن Heater را تنظیم کرد. در راهنمای 2019 محدوده تنظیم تقریباً 0 تا 30 درجه سانتی‌گراد ذکر شده و مقدار پیش‌فرض نیز در محدوده حدود 5 درجه قرار دارد.

این قابلیت در نصب Outdoor، محیط‌های سرد، مناطق مرطوب و Offshore اهمیت زیادی دارد؛ زیرا حتی مقدار کمی بخار یا یخ روی Optical Window می‌تواند میزان تابشی را که به سنسور می‌رسد کاهش دهد.

خروجی آنالوگ و نمایش وضعیت دستگاه

40/40U بسته به Wiring Configuration می‌تواند از خروجی 0–20mA Stepped استفاده کند. این خروجی به سیستم مرکزی اجازه می‌دهد وضعیت Detector را بر اساس میزان جریان تشخیص دهد.

نوع دقیق Output و Wiring باید از روی Part Number کامل دستگاه بررسی شود، زیرا خانواده 40/40 با چند Configuration مختلف عرضه شده است.

این خروجی می‌تواند به PLC، DCS یا Fire & Gas Controller متصل شود. در معماری‌های اعلام حریق نیز می‌توان با Interface مناسب وضعیت Detector را به کنترل پنل اعلام حریق آدرس‌پذیر منتقل کرد.

ارتباط HART

بعضی Wiring Optionهای 40/40U که دارای خروجی آنالوگ مناسب هستند، از HART نیز پشتیبانی می‌کنند. HART امکان مشاهده Status، تغییر بعضی تنظیمات و انجام Maintenance و Diagnostics را فراهم می‌کند. User Guide این قابلیت را برای Optionهای مربوطه توضیح داده است.

بنابراین بهتر است در مشخصات محصول نوشته شود:

HART در Configurationهای سازگار

و نه اینکه این قابلیت بدون شرط به تمام Part Numberهای 40/40U نسبت داده شود.

ارتباط RS-485 و Modbus

دتکتور شعله SharpEye 40/40U از ارتباط دیجیتال RS-485 مبتنی بر Modbus نیز پشتیبانی می‌کند. این شبکه به سیستم مرکزی اجازه می‌دهد چند Detector را پایش یا Configure کند. در معماری‌های بزرگ، تا حدود 247 Detector می‌توانند از طریق شبکه Modbus آدرس‌دهی شوند.

این قابلیت برای سایت‌هایی که تعداد زیادی Flame Detector نصب شده‌اند اهمیت دارد؛ زیرا وضعیت دستگاه‌ها می‌تواند بدون مراجعه دائمی به محل نصب از اتاق کنترل بررسی شود.

Relayهای داخلی

بسته به Wiring Option، خانواده 40/40U می‌تواند دارای Relayهای:

• Alarm
• Fault
• Auxiliary

باشد.

ظرفیت کنتاکت‌های Relay در Configurationهای مربوطه تا حدود 2 آمپر در 30VDC اعلام شده است.

وجود Relayهای مختلف باعث می‌شود Detector بتواند در معماری‌های متفاوت با سیستم کنترل یا Input Module ارتباط برقرار کند. بااین‌حال، Configuration واقعی باید از روی Part Number یا Wiring Diagram تجهیز بررسی شود.

اتصال به سیستم اعلام یا اطفای حریق

دتکتور شعله SharpEye 40/40U می‌تواند به‌صورت Stand-Alone به Alarm System متصل شود یا بخشی از یک Fire & Gas System بزرگ‌تر باشد. User Guide حتی امکان ارتباط مستقیم آن با Automatic Fire Extinguishing System را نیز در معماری مناسب توضیح می‌دهد.

البته در پروژه‌های واقعی، فعال‌سازی سیستم اطفا معمولاً فقط بر اساس یک Relay ساده انجام نمی‌شود. نوع Voting، تعداد Detectorها، Cause & Effect و الزامات ایمنی پروژه باید مشخص باشند.

در پروژه‌هایی که طراحی یکپارچه Detection، Alarm و Suppression نیاز است، ایمن سازه وزین می‌تواند انتخاب و جانمایی تجهیزات را همراه با معماری سیستم بررسی کند.

بدنه مقاوم برای محیط‌های صنعتی

40/40U در نسخه‌های مختلف با Housing 316 Stainless Steel یا Copper-Free Aluminum عرضه می شود. نسخه استنلس‌استیل برای شرایط خورنده، Offshore و مناطق ساحلی مناسب‌تر است، در حالی که نسخه آلومینیومی وزن کمتری دارد.

ابعاد تقریبی Detector حدود:

101 × 117 × 157 میلی‌متر است.

وزن نسخه استنلس‌استیل تقریباً 2.8 کیلوگرم و نسخه آلومینیومی حدود 1.3 کیلوگرم است.

این ساختار نسبتاً فشرده امکان نصب Detector روی Tilt Mount و تنظیم دقیق زاویه آن نسبت به Fire Hazard را فراهم می‌کند.

درجه حفاظت محیطی

دتکتور شعله SharpEye 40/40U دارای درجه حفاظت IP66 و IP67 و در نسخه‌های مربوطه NEMA 6P است. این سطح Protection امکان استفاده از Detector را در بسیاری از شرایط Outdoor و صنعتی فراهم می‌کند.

بااین‌حال، حفاظت نهایی مجموعه نصب‌شده به Cable Gland، Plug و روش Sealing نیز وابسته است. اگر Cable Entryها به‌درستی آب‌بندی نشوند، IP Rating خود Housing نمی‌تواند حفاظت کل Installation را تضمین کند.

محدوده دمای کاری

در اسناد خانواده 40/40U، محدوده دمایی بسته به Approval و Configuration متفاوت است. User Guide تأییدیه ATEX را برای محدوده‌ای تا حدود 55- تا 75+ درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهد.

بنابراین هنگام استفاده در دماهای بسیار بالا یا پایین باید Nameplate و Certificate مربوط به همان Part Number بررسی شود. بهتر است در صفحه فروش نیز به جای اعلام یک محدوده مطلق برای تمام نسخه‌ها، به تفاوت Certificationها اشاره شود.

تأییدیه‌های صنعتی

خانواده SharpEye 40/40U/UB در نسخه‌های مختلف دارای Approvalهایی مانند ATEX، IECEx، FM و CSA بوده است و عملکرد Flame Detection آن نیز در استانداردهایی مانند EN54-10 و FM3260 ارزیابی می شود.

این گواهی‌ها برای پروژه‌های نفت، گاز و صنایع سنگین اهمیت زیادی دارند، اما Approval دقیق هر دستگاه باید با Certificate و Nameplate همان Part Number تطبیق داده شود.

کاربرد در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

دتکتور شعله SharpEye 40/40U به دلیل Response سریع و قابلیت شناسایی حریق‌های هیدروکربنی و گازی، برای نقاطی مانند Process Area، Fuel Storage، Pump Area، Compressor Station و Loading Facility قابل استفاده است.

در این محیط‌ها باید عملیات Welding و سایر منابع UV در زمان طراحی در نظر گرفته شوند. اگر Detector در محل نامناسب قرار گیرد، منبع UV غیرحریق می‌تواند عملکرد آن را تحت تأثیر قرار دهد.

کاربرد در تشخیص هیدروژن

یکی از کاربردهای مهم فناوری UV، تشخیص Hydrogen Flame است. شعله هیدروژن ممکن است در نور روز تقریباً نامرئی باشد، اما تابش UV تولید می‌کند و 40/40U طبق User Guide سازنده قادر به تشخیص آن است.

بااین‌حال، در پروژه‌های هیدروژن جدید بهتر است علاوه بر توانایی فنی Sensor، Fire Test و Approval موردنیاز کارفرما نیز بررسی شوند. نسل‌های جدید Spectrex مدل‌هایی دارند که به‌طور مشخص برای Hydrogen Application طراحی و تأیید شده‌اند.

تفاوت 40/40U با یک UV/IR Detector

تفاوت اصلی این دو فناوری در تعداد محدوده‌های طیفی مورد بررسی است. 40/40U فقط UV را تحلیل می‌کند، در حالی که UV/IR Detector علاوه بر UV، یک کانال مادون‌قرمز نیز دارد و برای تأیید حریق معمولاً به وجود الگوی مناسب در هر دو کانال توجه می‌کند.

این جدول به معنی برتری مطلق یک فناوری بر دیگری نیست. انتخاب باید بر اساس Fire Scenario و شرایط واقعی محیط انجام شود.

وضعیت فعلی SharpEye 40/40U

SharpEye 40/40U اکنون یک محصول Legacy و Discontinued محسوب می‌شود. Emerson در نامه رسمی Transition مورخ ژوئن 2021 اعلام کرد نسل قدیمی SharpEye 40/40 از خط تولید خارج خواهد شد و آخرین تاریخ سفارش آن 31 دسامبر 2021 تعیین شد.

برای مدل‌های 40/40U و 40/40UB، Emerson مسیر جایگزینی را با مدل‌های 40/40C-LB یا 40/40D-LB با Channel Configuration مناسب معرفی کرده است.

نسل فعلی Spectrex 40/40 نیز اکنون با خانواده‌های 40/40C و 40/40D عرضه می‌شود و امکانات پیشرفته‌تری مانند Multi-Spectrum Detection، Diagnostics جدید و ارتباطات به‌روزتر دارد.

این موضوع به معنی بی‌استفاده‌شدن 40/40U نیست. تعداد زیادی از این Detectorها همچنان در سایت‌های صنعتی فعال هستند و برای Spare، Replacement و Maintenance موردنیازند. اگر قرار است یک دستگاه قدیمی تعویض شود، Wiring Option، نوع Output، Approval و ارتباط آن با Controller موجود باید پیش از انتخاب Replacement بررسی شوند.

تجهیزات جانبی و تست عملکرد

برای خانواده Spectrex تجهیزات مختلفی برای نصب و تست وجود دارد. Tilt Mount امکان تنظیم دقیق زاویه Detector به سمت ناحیه خطر را فراهم می‌کند و Flame Simulatorهای Spectrex نیز برای تست کامل عملکرد دتکتور بدون ایجاد آتش واقعی طراحی شده‌اند. Emerson همچنان Flame Simulatorهایی سازگار با سری قدیمی 40/40 ارائه می‌کند که می‌توانند مسیر اپتیکی، Wiring و فعال‌شدن Alarm را بررسی کنند.

در محیط‌هایی که Oil Vapor، Dust یا Sand وجود دارد نیز Air Shield می‌تواند به کاهش تجمع آلودگی روی پنجره Detector کمک کند.

جدول مشخصات فنی Spectrex SharpEye 40/40U

جمع‌بندی

دتکتور شعله Spectrex SharpEye 40/40U یک آشکارساز UV سریع و صنعتی است که تابش فرابنفش در محدوده 185 تا 260 نانومتر را بررسی می‌کند. این Detector برای تشخیص حریق‌های هیدروکربنی، گازی و طبق راهنمای سازنده شعله هیدروژن طراحی می شود و در محیط‌هایی که نیاز به Response سریع وجود دارد می‌تواند عملکرد مناسبی داشته باشد.

در مقابل، چون 40/40U فقط از فناوری UV استفاده می‌کند، منابعی مانند Welding، Spark و Electronic Arc باید هنگام طراحی به‌طور جدی در نظر گرفته شوند. میدان دید گسترده، Heated Optics، ارتباط Modbus، HART در نسخه‌های مربوطه و Housing صنعتی از دیگر قابلیت‌های این خانواده هستند.

همچنین تفاوت 40/40U و 40/40UB نباید نادیده گرفته شود؛ 40/40U فاقد Built-In Test است و BIT فقط در نسخه 40/40UB وجود دارد.

دتکتور شعله SharpEye 40/40U اکنون در گروه Legacy قرار دارد و نسل قدیمی آن از سال 2021 متوقف می شود. Emerson برای جایگزینی آن مدل‌های جدید 40/40C-LB و 40/40D-LB با تنظیمات کانال مناسب را معرفی کرده است.

برای مشاهده نسل فعلی این محصولات می‌توان به صفحه رسمی Spectrex 40/40 Series در Emerson مراجعه کرد.