УФ/ИК извещатели пламени

Что такое УФ/ИК извещатель пламени?

Обнаружение пожара на промышленном объекте начинается с правильного выбора между тепловыми и дымовыми извещателями и извещателями пламени. На открытых технологических площадках, в ангарах с высокими перекрытиями и на участках, открытых ветру, дым и горячие газы могут рассеяться, так и не достигнув извещателя. Извещатели пламени работают иначе: они регистрируют электромагнитное излучение горения в пределах прямой видимости и не ждут, пока дым или тепло дойдут до прибора.

УФ/ИК извещатель относится к семейству оптических извещателей и объединяет две разные спектральные области. Ультрафиолетовый сенсор реагирует на коротковолновое УФ-излучение возбужденных молекул в зоне пламени, инфракрасный — на полосу около 4,5 мкм, в которой интенсивно излучает горячий диоксид углерода, образующийся при горении углеводородов. Электроника анализирует сигналы обоих каналов по частоте, интенсивности и длительности, а решение о тревоге принимается только тогда, когда оба канала одновременно фиксируют признаки пламени.

Благодаря такой схеме дальности обнаружения определены не только для углеводородных топлив — бензина, н-гептана, дизельного топлива, авиатоплива, СУГ и метана, — но и для метанола, изопропилового спирта, гранул полипропилена и бумаги. Технология УФ/ИК уместна там, где одновременно требуются быстрое срабатывание на средних расстояниях и устойчивость к ложным срабатываниям. Для открытых площадок, где нужна большая дальность обнаружения, в качестве альтернативы можно рассмотреть трехдиапазонные ИК (IR3) извещатели пламени, работающие только в инфракрасных полосах.

Принцип работы УФ/ИК извещателя пламени

В УФ/ИК извещателе решение о тревоге основано на совместной оценке двух независимых спектральных каналов. Цепочку обнаружения можно представить следующими этапами:

1.      УФ-канал: регистрация коротковолнового излучения: УФ-сенсор чувствителен к диапазону 0,185–0,260 мкм. Коротковолновая часть солнечного излучения в значительной мере поглощается атмосферой, поэтому излучение в этой полосе на открытой площадке служит весомым признаком пламени. Встроенная в УФ-канал специальная логическая схема дополнительно помогает подавлять тревоги, вызванные солнечным светом.

2.      ИК-канал: контроль полосы излучения диоксида углерода: ИК-сенсор работает в диапазоне 4,4–4,6 мкм. Горячий диоксид углерода, выделяющийся при сгорании углеводородных топлив, дает в этой области выраженное излучение, поэтому ИК-канал особенно чувствителен к пожарам углеводородных топлив и газов.

3.      Анализ частоты, интенсивности и длительности: Из-за турбулентного горения пламя мерцает характерным образом. Извещатель оценивает сигнал каждого канала по частотному составу, интенсивности излучения и устойчивости во времени, чтобы отличать пламя от других источников — например, от стабильно нагретых поверхностей или кратковременных вспышек.

4.      Совпадение сигналов каналов и решение о тревоге: Тревога формируется, когда излучение одновременно регистрируется в УФ- и ИК-каналах. Чтобы кратковременные события не приводили к тревоге, можно задать задержку до 30 секунд; поскольку она прибавляется к общему времени срабатывания, ее необходимо учитывать при анализе сценариев пожара.

5.      Передача состояния и диагностической информации: Состояния «тревога», «предупреждение» и «неисправность» передаются в систему управления через релейные контакты и ступенчатый сигнал 0–20 мА. Срабатывание только ИК- или только УФ-канала отображается на токовом выходе собственными уровнями, поэтому оператор может дистанционно видеть, какой канал среагировал.

Как УФ- и ИК-каналы дополняют друг друга

УФ-обнаружение обычно отличается быстрой реакцией, однако на него могут влиять мощные источники УФ-излучения, такие как электродуговая сварка и молнии, а плотный дым, масляная пленка на окне или некоторые органические пары способны ослаблять УФ-излучение. ИК-обнаружение более устойчиво к дыму, но горячие поверхности и модулированные источники излучения могут создавать сигнал в ИК-канале. Требование одновременного подтверждения обоими каналами снижает вероятность того, что помехи, характерные для каждой из технологий, сами по себе вызовут тревогу.

Для регистрации УФ- и ИК-излучения необходима прямая видимость. Конструктивные препятствия между извещателем и возможным очагом пожара, плотный дым и загрязнение окна снижают эффективность обнаружения; кроме того, она зависит от вида топлива, размеров пламени и геометрии монтажа и должна оцениваться отдельно для каждого применения.

Ключевые особенности

·         Двухканальная схема УФ/ИК: Совместная оценка сигналов ультрафиолетового и инфракрасного (4,5 мкм) сенсоров обеспечивает быструю и подтвержденную тревогу при пожарах углеводородов.

·         Автоматический и ручной самотест: Встроенный самотест (BIT) периодически проверяет целостность оптического тракта и электроники; во время обслуживания его можно запустить вручную. Отрицательный результат самотеста отображается на токовом выходе отдельным уровнем 2 мА.

·         Оптическое окно с обогревом: Обогрев окна препятствует накоплению снега, льда и конденсата на оптической поверхности и помогает сохранять непрерывность обнаружения в холодном и влажном климате.

·         Три независимых релейных выхода: Беспотенциальные контакты SPST с нагрузочной способностью 2 А при 30 В пост. тока предназначены для функций «тревога», «неисправность» и вспомогательной функции.

·         Ступенчатый сигнал состояния 0–20 мА: Состояния «норма», «предупреждение», «тревога», «неисправность» и «ошибка самотеста», а также срабатывание только ИК- или только УФ-канала передаются по одной аналоговой линии собственными уровнями тока.

·         Настройка по HART и RS-485 Modbus: Параметры чувствительности, задержки и обслуживания можно считывать и изменять по HART или RS-485 Modbus без выхода на объект.

·         Широкий угол обзора: Угол обзора 100° по горизонтали и 95° по вертикали позволяет одному извещателю контролировать большой объем.

·         Регулируемая задержка тревоги: Задержка до 30 секунд позволяет адаптировать поведение тревоги к зонам, где часто возникают кратковременные переходные события.

·         Корпус и кронштейн из нержавеющей стали: Корпус и монтажный кронштейн из электрополированной нержавеющей стали 316L рассчитаны на коррозионную атмосферу морских и химических объектов.

·         Наработка на отказ: Средняя наработка на отказ (MTBF) не менее 150 000 часов делает планирование обслуживания более предсказуемым.

Технические характеристики

Ниже приведены типовые технические данные УФ/ИК извещателя пламени, описанного на этой странице. Материал корпуса, температурное исполнение, вариант подключения и объем сертификации зависят от заказной конфигурации, поэтому окончательные значения следует подтверждать на этапе проекта.

Дальности обнаружения указаны для максимальной чувствительности и заданных тестовых очагов. На объекте фактическую дальность изменяют ветер, размер пламени, вид топлива, угол между извещателем и осью пламени и чистота окна; к краям зоны обзора эффективная дальность, как правило, уменьшается.

Основные преимущества

·         Подтвержденное решение о тревоге: Требование одновременного обнаружения в двух разных спектральных областях снижает вероятность того, что тревогу вызовет единичный источник помех, и помогает избежать ненужных остановов установки и срабатываний систем пожаротушения.

·         Быстрая реакция на пожары углеводородов: Типовое время срабатывания 5 секунд помогает обнаружить пожар жидкого топлива или газа до его развития и дает системе управления возможность действовать на ранней стадии.

·         Непрерывность работы в тяжелых погодных условиях: Обогрев окна, широкий диапазон рабочих температур и испытания на воздействие соляного тумана, вибрации и механических ударов создают основу для непрерывного наблюдения на открытых площадках.

·         Удаленная диагностика и удобство обслуживания: Ступенчатые уровни тока, HART и RS-485 Modbus позволяют контролировать из операторной состояние извещателя, сработавший канал и сведения о неисправностях.

·         Гибкая интеграция в систему: Сочетание релейных, аналоговых и цифровых выходов упрощает подключение извещателя к различным приемно-контрольным панелям систем обнаружения пожара и загазованности, ПЛК и РСУ.

·         Применимость в проектах функциональной безопасности: Сертификат SIL 2 по IEC 61508 позволяет рассматривать извещатель для приборных функций безопасности; верификацию SIL на уровне контура все равно необходимо выполнять отдельно.

·         Признанные сертификаты характеристик: Сертификаты EN 54-10 и FM 3260 помогают выполнить требования к характеристикам извещателей пламени, которые встречаются в спецификациях страховщиков и заказчиков.

Области применения

УФ/ИК извещатели пламени применяются там, где перерабатываются или хранятся углеводородные топлива, растворители и горючие материалы. Основные области применения:

Объекты нефтегазовой отрасли

Применяются для контроля рисков пожара жидкого топлива и газа вокруг сепараторов, насосных и компрессорных агрегатов на наземных и морских технологических объектах. Корпус из нержавеющей стали подходит для насыщенной солями морской атмосферы.

Химические и нефтехимические предприятия

Обеспечивают раннее обнаружение пламени на установках, где обращаются горючие растворители, мономеры и промежуточные продукты; сертификат для взрывоопасных зон охватывает среды группы IIC.

Резервуарные парки и склады топлива

Устанавливаются на мачтовых кронштейнах или крепятся U-образными болтами для контроля сценариев пожара пролива вокруг резервуаров, на наливных эстакадах и в насосных станциях.

Авиационные ангары и авиация

Используются в ангарах с высокими перекрытиями для обнаружения пожаров авиатоплива до образования дымового слоя; могут рассматриваться и для производственных площадок авиакосмической отрасли.

Объекты энергетики

Контролируют зоны с риском пожара углеводородов — турбинные отсеки и участки топливоподготовки, системы подачи жидкого топлива и газа.

Фармацевтика, лакокрасочное производство, полимеры и клеи

Способствуют раннему распознаванию пожара на производственных участках, где используются спирты и растворители, а также в процессах с полимерными гранулами и клеями.

Типографии и склады

Создают дополнительный уровень обнаружения пламени в типографиях, где одновременно присутствуют бумага, краски и растворители, и на складах горючих материалов.

Объекты переработки и утилизации отходов

Применяются для контроля сценариев пожара, в которых могут участвовать разные виды топлива, в зонах приемки, хранения и переработки горючих отходов.

Как выбрать УФ/ИК извещатель пламени

Выбор извещателя пламени следует рассматривать вместе со сценариями пожара на объекте. Для технической оценки рекомендуем уточнить следующее:

Сценарий пожара и вид топлива

·         Вероятные виды топлива: жидкие углеводороды, газы, спирты или твердые горючие материалы

·         Минимальный размер очага, который необходимо обнаружить, и его максимальное удаление от извещателя

·         Возможность струйного или факельного горения при утечках газа под давлением

·         Наличие неуглеводородных топлив, например водорода, — в этом случае нужно рассматривать извещатели с другой спектральной схемой

Зона обзора и геометрия монтажа

·         Угол обзора (100° по горизонтали, 95° по вертикали) и уменьшение эффективной дальности на краях зоны

·         Препятствия в зоне прямой видимости: резервуары, трубные эстакады, оборудование и площадки обслуживания

·         Необходимость контроля критичных зон несколькими извещателями с разных направлений

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

Источники ложных срабатываний и условия окружающей среды

·         Потенциальные источники помех: электродуговая сварка, молнии, горячие поверхности и солнечные блики

·         Риск плотного дыма, масляных паров или загрязнения окна, способных ослабить УФ-излучение

·         Снег, лед и конденсат; необходимость погодозащитного козырька или аксессуара воздушной защиты окна (air shield)

·         Температура окружающей среды: стандартно от –55 до +75 °C или опционально от –55 до +85 °C

Электрический интерфейс и интеграция в систему

·         Питание 24 В пост. тока и бюджет тока с учетом обогрева окна

·         Тип сигнала, ожидаемый системой управления: реле, ступенчатый 0–20 мА (sink/source) или цифровая связь

·         Выбор варианта подключения при заказе с учетом того, что HART доступен в вариантах с активным токовым выходом (source)

·         Логика тревоги, неисправности и голосования (voting) в системе обнаружения пожара и загазованности

Требования к сертификации и безопасности

·         Классификация взрывоопасной зоны, группа газов, температурный класс и наличие горючей пыли

·         Целевой уровень SIL для приборной функции безопасности

·         Требование спецификации о сертификате характеристик EN 54-10 или FM 3260

Размещение извещателей и оценку зоны обзора следует выполнять на основе анализа пожарных рисков объекта и применимых проектных критериев. Если на технологической площадке существует и риск утечки газа, концепцию обнаружения пламени рекомендуем планировать вместе с линейными детекторами горючих газов и точечными ИК-детекторами газа.

Сертификаты для взрывоопасных зон и стандарты характеристик

Ниже кратко приведены сертификаты и стандарты соответствия, определенные для УФ/ИК извещателя пламени, описанного на этой странице.

Объем сертификации может зависеть от материала корпуса, температурного исполнения и заказной конфигурации. Для проектной документации рекомендуем отдельно подтверждать действующие копии сертификатов на этапе закупки.

Решения TLY Enerji для обнаружения пламени по технологии УФ/ИК

TLY Enerji рассматривает обнаружение пламени не как простую поставку прибора, а как уровень защиты, который нужно проектировать исходя из сценариев пожара на объекте. При анализе применения мы учитываем защищаемое оборудование, вероятные виды топлива, ожидаемый размер пламени, прямую видимость из возможных точек монтажа и источники ложных срабатываний на площадке. На этой основе мы помогаем заказчику сделать технически обоснованный выбор между технологией УФ/ИК и многодиапазонной ИК-технологией.

Мы поддерживаем проектные команды при согласовании выходов и схемы подключения выбранных извещателей с системой обнаружения пожара и загазованности, ПЛК или РСУ, при подготовке перечней сигналов и документации на подключение, планировании функциональных проверок с имитатором пламени на этапе пусконаладки и составлении программы периодических испытаний. По вопросам размещения извещателей и оценки зоны обзора мы оказываем инженерную поддержку в соответствии с анализом рисков и проектными критериями объекта.

Часто задаваемые вопросы

Что такое УФ/ИК извещатель пламени?

УФ/ИК извещатель пламени — оптическое средство обнаружения пожара, которое контролирует ультрафиолетовое и инфракрасное излучение пламени двумя отдельными сенсорами. Тревога формируется, когда признаки пламени одновременно наблюдаются в коротковолновом УФ-диапазоне и в ИК-полосе около 4,5 мкм. Такие извещатели применяются в зонах с риском пожара углеводородов: на нефтегазовых и химических объектах, в резервуарных парках и ангарах.

Как УФ/ИК извещатель пламени предотвращает ложные срабатывания?

Извещатель выдает тревогу только при одновременной регистрации излучения в УФ- и ИК-каналах. Поэтому источники, излучающие только в УФ-диапазоне, например электродуговая сварка, или только в ИК-диапазоне, например горячие поверхности, сами по себе тревогу не вызывают. Кроме того, сигналы анализируются по частоте, интенсивности и длительности, специальная логическая схема УФ-канала ограничивает влияние солнечного света, а задержку можно установить до 30 секунд. Тем не менее возможные источники помех следует оценивать уже на этапе размещения.

Какова дальность обнаружения УФ/ИК извещателя пламени?

При максимальной чувствительности и очаге на противне площадью 0,1 м² дальность обнаружения составляет 28 м для н-гептана и бензина, 21 м для дизельного топлива, керосина и изопропилового спирта и 17 м для метанола. Для факельного горения метана и СУГ — 18 м. На реальном объекте дальность зависит от вида топлива, размеров пламени, ветра, угла между извещателем и осью пламени и чистоты окна.

Чем отличаются извещатели пламени УФ/ИК и IR3?

УФ/ИК извещатель сочетает один ультрафиолетовый и один инфракрасный канал и обеспечивает быстрое подтвержденное обнаружение на средних расстояниях. Извещатели IR3 сравнивают несколько узких полос только в инфракрасной области; для пожаров углеводородов они, как правило, дают большую дальность обнаружения и меньше подвержены влиянию дыма и масляных паров, ослабляющих УФ-излучение. Выбор следует делать с учетом сценария пожара, расстояний и имеющихся источников помех.

Для чего нужен обогрев оптического окна?

Обогреваемое оптическое окно предотвращает накопление снега, льда и конденсата на его поверхности в холодной и влажной среде. Такие отложения ослабляют излучение пламени, доходящее до извещателя, и могут сократить дальность обнаружения, поэтому обогрев особенно важен на морских объектах и в регионах с суровой зимой. При включенном обогреве потребляемый ток растет: следует закладывать максимум 110 мА в дежурном режиме и 160 мА в режиме тревоги.

Какими выходами извещатель подключается к системе управления?

Извещатель имеет три беспотенциальных реле для функций «тревога», «неисправность» и вспомогательной функции, а также ступенчатый выход 0–20 мА. Токовый выход использует разные уровни: например, 4 мА — норма, 16 мА — предупреждение, 20 мА — тревога. Опциональная связь HART доступна в вариантах подключения с активным токовым выходом (source), а интерфейс RS-485 Modbus служит для настройки и контроля в компьютеризированных системах.

Как проверяют извещатель пламени?

Извещатель периодически проверяет целостность оптического тракта и электроники автоматическим встроенным самотестом; тест можно запустить и вручную. При функциональных проверках на объекте применяется подходящий для извещателя комплект имитатора пламени, который позволяет проверить цепь тревоги без создания реального огня. Периодичность испытаний и критерии приемки следует планировать с учетом регламентов обслуживания объекта и требований к испытаниям приборных функций безопасности.

Какие сертификаты для взрывоопасных зон имеет извещатель?

Описанный на этой странице извещатель имеет сертификаты ATEX и IECEx для группы газов IIC и температурного класса T4, а также для сред с горючей пылью группы IIIC. В Северной Америке сертификаты FM, FMC и CSA допускают применение в зонах Class I Div. 1 и Class II/III Div. 1. По характеристикам извещатель сертифицирован по EN 54-10 и FM 3260, по функциональной безопасности — на соответствие SIL 2 по IEC 61508.

Сколько извещателей пламени нужно для защиты зоны?

Количество извещателей зависит от геометрии защищаемой зоны, минимального размера очага, который нужно обнаружить, вида топлива, препятствий и логики голосования в системе управления. Для критичных зон распространенный подход — контроль одного и того же участка несколькими извещателями с разных направлений. Окончательное количество и места установки определяются по результатам оценки размещения, основанной на анализе рисков объекта и применимых проектных критериях.