Трехдиапазонные ИК (IR3) извещатели пламени

Что такое трехдиапазонный ИК извещатель пламени?

Значительная часть энергии, выделяющейся при пожаре углеводородов, излучается в инфракрасном диапазоне. Из-за полос излучения горячего диоксида углерода и водяного пара спектральное распределение этого излучения имеет характерный вид. Многоспектральные ИК извещатели пламени принимают решение о пожаре, сравнивая эту картину с картинами источников, не связанных с пламенем, — солнца, горячих металлических поверхностей или светильников.

В подходе, известном в отрасли как трехдиапазонный ИК (IR3), извещатель опирается не на одну ИК-полосу, а оценивает несколько узких полос вместе. Стандартное углеводородное исполнение описанного на этой странице извещателя работает с четырьмя ИК-полосами в диапазоне от 4 до 5 мкм, а исполнение с обнаружением водородного пламени — с четырьмя ИК-полосами в диапазоне от 2 до 5 мкм. Соотношения между полосами, мерцание излучения и устойчивость сигнала во времени обрабатываются совместно, что ограничивает влияние источников помех.

Поскольку технология IR3 работает только в инфракрасной области, она, как правило, менее чувствительна к дыму и масляным парам, ослабляющим УФ-излучение, и обычно обеспечивает большую дальность обнаружения пожаров углеводородов. В том же семействе есть и исполнения, сочетающие ультрафиолетовый и инфракрасный каналы: если приоритетом является очень быстрое срабатывание на малых расстояниях или особые виды пожаров, например горение силана, можно рассмотреть и УФ/ИК извещатели пламени.

Принцип многодиапазонного ИК-обнаружения пламени

Решение извещателя IR3 о пожаре принимается только тогда, когда положительный результат дают и анализ спектральных соотношений, и анализ сигнала во времени:

1.      Разделение излучения узкополосными фильтрами: Инфракрасное излучение, проходящее через окно извещателя, направляется на сенсоры с узкополосными фильтрами, настроенными на разные длины волн. Одна полоса соответствует излучению горячего диоксида углерода, характерному для углеводородного пламени, остальные — опорным участкам спектра вокруг нее.

2.      Вычисление спектральных соотношений: У пламени излучение в полосе диоксида углерода заметно превышает излучение в опорных полосах, тогда как у горячих поверхностей, солнца или ламп энергия распределена по спектру более равномерно. Соотношения между полосами превращают это различие в числовой критерий.

3.      Анализ мерцания и устойчивости сигнала: Турбулентное горение вызывает нерегулярное характерное мерцание интенсивности излучения. Помимо критерия соотношений, извещатель анализирует это поведение во времени: в зависимости от выбранной чувствительности и режима срабатывания сигнал должен нести признаки пожара в течение определенного времени.

4.      Применение чувствительности и режима срабатывания: Один из шести уровней чувствительности и стандартный, очень быстрый или высокоскоростной (обнаружение взрыва) режим срабатывания настраиваются в соответствии с профилем риска применения. В стандартном режиме очаг на расстоянии 40 м обнаруживается типично менее чем за 2 секунды, а на расстоянии 90 м — типично за 10 секунд.

5.      Непрерывный самоконтроль и выходы: Встроенный ИК-тест непрерывно проверяет целостность оптического тракта и электроники, а тест целостности зоны обзора помогает выявить загрязнение или препятствия перед окном. Информация о состоянии передается через реле, ступенчатый выход 0–20 мА, аналоговый выход по напряжению, HART и RS-485 Modbus.

Расширенная спектральная схема для водородных пожаров

Водородное пламя не содержит углерода, поэтому не дает заметного излучения в полосе диоксида углерода и при дневном свете плохо различимо невооруженным глазом. Исполнение с обнаружением водородного пламени использует четыре ИК-полосы в диапазоне от 2 до 5 мкм и оценивает также излучение водяного пара. Для этого исполнения дальность обнаружения водородного факела высотой 0,75 м и шириной 0,25 м составляет 50 м; угол обзора — 90° × 90° для водорода и 80° × 80° для других топлив.

Распознавание горячих источников CO₂

Горячие источники CO₂ без пламени — выхлоп двигателей, дымовые трубы печей или горячие технологические газы — могут давать в полосе диоксида углерода излучение, похожее на пламя. Для применений, где такие источники находятся в зоне обзора, для стандартного углеводородного исполнения можно выбрать опцию расширенного распознавания горячего CO₂.

Инфракрасное обнаружение также требует прямой видимости. Эффективность обнаружения зависит от вида топлива, размера пламени, угла между извещателем и осью пламени и геометрии монтажа; при оценке охвата нужно учитывать, что к краям зоны обзора эффективная дальность уменьшается.

Ключевые особенности

·         Большая дальность обнаружения: Обнаружение до 90 м для пожаров бензина и н-гептана на противне и до 63 м для дизельного топлива, керосина и авиатоплива позволяет контролировать обширные открытые зоны.

·         Три режима срабатывания: В зависимости от задачи можно выбрать стандартный режим, очень быстрый режим (типично менее 1 с на расстоянии 30 м) и режим обнаружения взрыва за 50 мс через аналоговый выход по напряжению.

·         Шесть уровней чувствительности: Чувствительность обнаружения настраивается в шесть ступеней с учетом размера защищаемой зоны и плотности источников помех.

·         Широкий угол обзора: Стандартное углеводородное исполнение обеспечивает угол обзора 100° по горизонтали и 95° по вертикали; для исключения нежелательных участков можно использовать ограничитель угла обзора.

·         Тест целостности зоны обзора и встроенный ИК-тест: Непрерывная проверка оптического тракта и электроники помогает выдавать сигнал неисправности при состояниях, ухудшающих обнаружение, — например, при загрязнении или перекрытии окна.

·         Двухрежимный обогрев оптики: Режимы обогрева малой и стандартной мощности позволяют сбалансировать энергопотребление и защиту оптики в зависимости от риска обледенения и конденсации.

·         Универсальная схема подключения: Единая схема подключения на 17 клемм избавляет от необходимости выбирать отдельное заказное исполнение для каждой комбинации выходов.

·         Встроенный регистратор событий: Сохранение прошлых тревог и неисправностей в памяти прибора упрощает разбор инцидентов и анализ обслуживания.

·         Заводская калибровка: Извещатель поставляется откалиброванным на заводе и адаптируется к применению на объекте настройкой параметров конфигурации.

·         Два варианта корпуса: Можно выбрать корпус из электрополированной нержавеющей стали 316 или из алюминия с полиуретановым покрытием и содержанием меди менее 1 %.

Технические характеристики

Ниже приведены типовые данные стандартного углеводородного исполнения и исполнения с обнаружением водородного пламени технологии IR3. Дальности обнаружения указаны для максимальной чувствительности и очага на противне 0,1 м²; окончательные значения для выбранного исполнения и конфигурации следует подтверждать на этапе проекта.

Значения для пожаров водорода и аммиака относятся только к исполнению с обнаружением водородного пламени; для стандартного углеводородного исполнения дальность обнаружения этих топлив не определена. На объекте фактическую дальность изменяют ветер, размер пламени и угол между извещателем и осью пламени.

Основные преимущества

·         Эффективный контроль больших площадей: Большая дальность обнаружения позволяет охватить открытые технологические площадки и резервуарные парки меньшим числом извещателей; окончательное количество определяется оценкой размещения.

·         Непрерывность обнаружения при дыме и загрязненной атмосфере: Поскольку УФ-диапазон не используется, в средах, где плотный дым или масляные пары ослабляют УФ-излучение, эффективность обнаружения снижается меньше.

·         Устойчивость к ложным срабатываниям: Анализ спектральных соотношений, оценка мерцания и опциональное распознавание горячего CO₂ ограничивают ложные тревоги, которые могли бы вызвать солнечный свет, горячие поверхности и выхлопные газы.

·         Применимость в экстремальном климате: Рабочий диапазон от –60 до +85 °C, двухрежимный обогрев оптики и степень защиты IP68 позволяют применять извещатель на объектах от арктических районов до жаркого пустынного климата.

·         Прослеживаемость после инцидента: Встроенный регистратор событий сохраняет историю тревог и неисправностей для анализа, что помогает в поиске первопричин и принятии решений по обслуживанию.

·         Гибкая интеграция: Реле, ступенчатый токовый выход, аналоговый выход по напряжению, HART и RS-485 Modbus упрощают интеграцию с существующими системами обнаружения пожара и загазованности, ПЛК и РСУ.

·         Применимость в проектах функциональной безопасности: Благодаря совместимости с SIL 3 извещатель можно рассматривать для функций с высоким целевым уровнем полноты безопасности; сам контур все равно требует отдельной верификации.

Области применения

Трехдиапазонные ИК извещатели пламени применяются на промышленных и коммерческих объектах, где требуется обнаружение пламени на больших расстояниях с высокой устойчивостью к ложным срабатываниям:

Объекты нефтегазовой отрасли и трубопроводы

Применяются для контроля обширных зон на больших расстояниях на наземных и морских промысловых объектах, компрессорных и насосных станциях и трубопроводных сооружениях.

Химические и нефтехимические предприятия

Контролируют установки, где перерабатываются горючие химические вещества — растворители, акрилаты и винилацетат; дальность обнаружения для этих веществ составляет до 75 м.

Резервуарные парки, склады топлива и газа

Устанавливаются на мачтовых или поворотных кронштейнах для контроля сценариев пожара пролива по периметру резервуаров, на наливных эстакадах и на участках переработки и хранения топлива и газа.

Производство водорода, гидрирование и топливные элементы

Исполнение с обнаружением водородного пламени предназначено для выявления плохо различимого водородного пламени на установках гидрирования в нефтепереработке, пищевой и химической промышленности, а также на объектах с водородными топливными элементами.

Станции зарядки аккумуляторных батарей и автомобилестроение

Определенная дальность обнаружения для пожара одиночной литий-ионной ячейки позволяет организовать раннее обнаружение пламени в зонах зарядки аккумуляторов и на автомобильных заводах.

Объекты энергетики

Применяются для контроля рисков пожара углеводородов на участках топливоподготовки, в турбинных отсеках и зонах вспомогательных систем.

Производство взрывчатых веществ, боеприпасов и удобрений

На производственных и складских площадках, где возможны быстро развивающиеся пожары и взрывы, высокоскоростной режим срабатывания можно оценить с учетом требований применения.

Склады опасных материалов, горнодобывающая и авиакосмическая отрасли

Создают уровень обнаружения пламени на складах опасных материалов, в хранилищах, на горнодобывающих объектах и в производственных зонах авиакосмической отрасли.

Как выбрать извещатель пламени IR3

Правильный выбор исполнения и конфигурации определяет реальную эффективность извещателя на объекте. Перед технической оценкой полезно уточнить следующее:

Вид топлива и тип пожара

·         Какие топлива присутствуют в защищаемой зоне — углеводороды, спирты, твердые горючие материалы или водород; для пожаров водорода и аммиака требуется исполнение с обнаружением водородного пламени

·         При особых рисках, например пожарах силана или металлов, — отдельная оценка применимости IR3 и рассмотрение решений на основе УФ/ИК

·         Наличие горячих источников CO₂, таких как выхлоп двигателей или дымовые трубы печей, и необходимость опции распознавания горячего CO₂

Расстояние, угол обзора и охват

·         Наименьший очаг, который должен быть обнаружен, и его возможное удаление от извещателя

·         Угол обзора в зависимости от исполнения (100° × 95° или 80° × 80°) и меньшая эффективная дальность у краев зоны

·         Резервуары, оборудование и конструкции площадок, перекрывающие прямую видимость; применение ограничителя угла обзора для нежелательных участков

·         Высота монтажа, угол наклона и выбор мачтового, канального или поворотного кронштейна

Режим срабатывания и логика тревоги

·         Какой из режимов — стандартный, очень быстрый или обнаружение взрыва — соответствует сценарию риска

·         Выбор уровня чувствительности с учетом размера зоны и источников помех

·         Согласование с логикой запуска системы пожаротушения и голосования (voting)

Условия окружающей среды и бюджет мощности

·         Выбор режима обогрева с учетом температуры окружающей среды и риска обледенения и конденсации

·         Учет потребляемого тока от 60 до 280 мА в зависимости от режима обогрева при расчете питания и сечения кабеля

·         Корпус из нержавеющей стали для солевой или коррозионной атмосферы; необходимость воздушной защиты окна (air shield) и защитной крышки

Интеграция и сертификация

·         Формат сигнала, требуемый системой управления: реле, ступенчатый 0–20 мА, аналоговый выход по напряжению или цифровая связь

·         Сертификация для взрывоопасных зон, требуемая в стране проекта (ATEX/IECEx/UKCA, США и Канада, INMETRO, EAC, Китай)

·         Целевой уровень полноты безопасности для приборной функции безопасности и необходимая сертификационная документация

Если на технологической площадке существует и риск утечки газа, обнаружение пламени целесообразно планировать вместе с линейными детекторами горючих газов и точечными ИК-детекторами газа. Размещение извещателей следует оценивать на основе анализа рисков объекта и применимых проектных критериев.

Сертификаты для взрывоопасных зон и стандарты соответствия

Ниже кратко приведены варианты сертификации, доступные для извещателя пламени IR3 в зависимости от заказной конфигурации, и применимые стандарты соответствия.

Объем сертификатов характеристик и детали маркировки взрывозащиты могут зависеть от выбранного исполнения, материала корпуса и кода сертификации, поэтому для проектной документации рекомендуем запрашивать действующие копии сертификатов.

Решения TLY Enerji для обнаружения пламени по технологии IR3

Преимущество в охвате, которое дают извещатели IR3 большой дальности, реализуется на объекте только при правильном размещении и правильной настройке. Поэтому TLY Enerji начинает работу с анализа применения, в котором совместно рассматриваются геометрия защищаемой зоны, перечень топлив, вероятные источники помех и климатические условия; выбор углеводородного или водородного исполнения, уровня чувствительности и режима срабатывания основывается на результатах этого анализа.

Наша инженерная команда оказывает поддержку в согласовании выходов и протоколов связи с системой обнаружения пожара и загазованности, ПЛК или РСУ, расчете бюджета мощности с учетом режима обогрева, подготовке проектной документации, планировании функциональных испытаний с имитатором пламени при пусконаладке и использовании данных журнала событий в процессах обслуживания. При рассмотрении вариантов размещения извещателей мы также предоставляем инженерное заключение с учетом анализа рисков объекта.

Часто задаваемые вопросы

Что такое трехдиапазонный ИК извещатель пламени?

Трехдиапазонный ИК извещатель пламени (IR3) — многоспектральный оптический пожарный извещатель, который одновременно анализирует инфракрасное излучение пламени в нескольких узких полосах. Сравнивая излучение в полосе диоксида углерода с опорными полосами вокруг нее, он отличает пожар от солнечного света, горячих поверхностей и освещения. Такие извещатели применяются прежде всего для обнаружения пожаров углеводородов на больших расстояниях на обширных открытых площадках.

Как работает многодиапазонный ИК извещатель пламени?

Излучение, попадающее в извещатель, распределяется между сенсорами с узкополосными фильтрами, настроенными на разные длины волн. Соотношения между полосами сравниваются с характерным спектральным распределением пламени, дополнительно оцениваются частота мерцания и устойчивость излучения. Когда все критерии подтверждают признаки пламени для выбранного уровня чувствительности и режима срабатывания, формируется тревога, которая передается через релейные, токовый, потенциальный или цифровые выходы.

Чем отличаются извещатели пламени IR3 и УФ/ИК?

Извещатель IR3 работает только в инфракрасных полосах и обеспечивает дальность обнаружения до 90 м для пожара бензина или н-гептана на противне. У УФ/ИК исполнений того же семейства это значение составляет 28 м; зато технология УФ/ИК может срабатывать очень быстро — порядка 20 мс при вспышке на расстоянии 3 м — и охватывает особые виды пожаров, например горение силана. Выбор следует делать с учетом расстояния, типа пожара и источников помех.

Может ли извещатель IR3 обнаружить водородное пламя?

Водородное пламя не образует диоксида углерода, поэтому стандартное углеводородное исполнение для водородных пожаров не подходит. Исполнение с обнаружением водородного пламени использует четыре ИК-полосы в диапазоне от 2 до 5 мкм и способно обнаружить водородный факел высотой 0,75 м и шириной 0,25 м на расстоянии 50 м. Угол обзора этого исполнения для водорода составляет 90° × 90°.

Почему дальность обнаружения зависит от вида топлива?

Топлива различаются температурой горения, размером пламени, образованием сажи и излучением диоксида углерода и водяного пара, поэтому меняются интенсивность и спектральный состав излучения, доходящего до извещателя. Например, для бензина дальность обнаружения составляет 90 м, для метанола — 55 м, для бумаги — 34 м. На объекте эффективную дальность также меняют ветер, размер пламени и угол между извещателем и осью пламени.

Как выбрать чувствительность и режим срабатывания?

Чувствительность выбирается из шести уровней с учетом размера защищаемой зоны и плотности источников помех: более высокая чувствительность дает большую дальность, но требует более тщательной оценки рисков помех. Стандартный режим срабатывания рассматривают для обычного обнаружения пожара, очень быстрый — для быстро развивающихся пожаров, а высокоскоростной — для особых сценариев, где требуется обнаружение взрыва через аналоговый выход по напряжению.

Как проверяют извещатель пламени IR3?

Встроенный ИК-тест непрерывно проверяет оптический тракт и электронику, а тест целостности зоны обзора помогает выявить загрязнение или перекрытие окна. При периодических проверках на объекте используют имитатор пламени, сертифицированный для взрывоопасных зон и подходящий для соответствующего исполнения: цепь тревоги подтверждается без создания реального огня. Очистку окна и периодичность испытаний следует планировать в соответствии с регламентами обслуживания объекта.

Как предотвратить обледенение и конденсацию в холодном климате?

Извещатель оснащен двухрежимным обогревом оптики — малой и стандартной мощности — и может работать при температуре до –60 °C. Обогрев препятствует образованию льда и конденсата на окне и помогает сохранить эффективность обнаружения. Поскольку в стандартном режиме обогрева потребление в состоянии тревоги возрастает до 280 мА, мощность источника питания и сечение кабеля следует рассчитывать на это значение.