Kızılötesi (IR) Gaz Dedektörleri

Kızılötesi Gaz Dedektörü Nedir?

Yanıcı gaz dedektörleri, tehlikeli alanlarda kaçak gazın tutuşabilir bir karışım oluşturmadan önce fark edilmesini sağlayan gaz algılama sistemlerinin saha elemanlarıdır. Ölçüm sonucu genellikle alt patlama sınırının (LEL) yüzdesi olarak ifade edilir; %100 LEL, gazın havayla tutuşabilir karışım oluşturduğu en düşük konsantrasyona karşılık gelir. Alarm eşikleri bu ölçeğin alt bölümlerinde tanımlanarak müdahale için zaman kazanılır.

Kızılötesi (IR) gaz dedektörü, hidrokarbon moleküllerinin belirli dalga boylarındaki kızılötesi ışığı soğurması ilkesiyle çalışır. Katalitik sensörlerden farklı olarak ölçüm, sensör yüzeyinde bir yanma reaksiyonuna dayanmaz; bu nedenle ortamda oksijen bulunmasına ihtiyaç duymaz ve katalitik elemanlara özgü zehirlenme mekanizmalarından etkilenmez. Yüksek konsantrasyonlu gaz maruziyeti de optik ölçüm elemanlarında kalıcı hassasiyet kaybına yol açmaz.

Bu sayfada ele alınan dedektör noktasal tiptedir: gazın dedektörün optik ölçüm bölgesine difüzyonla ulaşması gerekir. Bu nedenle kompresör, pompa salmastrası, flanş ve vana grupları gibi olası kaçak kaynaklarının yakınına yerleştirilir. Geniş alanların çevresel izlenmesinde açık yol gaz dedektörleriyle birlikte kullanılabilir. Hidrojen gibi kızılötesi absorpsiyon göstermeyen gazlar bu yöntemle ölçülemez.

Noktasal Kızılötesi Gaz Ölçümünün Çalışma Prensibi

Dedektör, gazın optik yol üzerindeki soğurmasını iki farklı dalga boyunda karşılaştırarak konsantrasyonu hesaplar. Ölçüm zinciri şu adımlardan oluşur:

1.      Gazın ölçüm bölgesine difüzyonu: Ortamdaki gaz, çevre kalkanı veya çevre başlığı üzerinden optik ölçüm bölgesine difüzyonla girer. Çevre kalkanı ölçüm bölgesini yağmur, toz ve doğrudan hava akımından korurken tepki süresini bir miktar uzatır: T90 süresi kalkanla 2 s, kalkansız 1 s'nin altındadır.

2.      Optik yüzeylerin ısıtılması: Optik yüzeyler ısıtılarak nem ve yoğuşmanın ışık yolunu bozması önlenir. Bu yapı, özellikle açık deniz ve yüksek nemli sahalarda ölçüm sürekliliği açısından önem taşır.

3.      Ölçüm ve referans dalga boylarında absorpsiyon: Katı hâl IR kaynağından çıkan ışık, gazın bulunduğu optik yoldan geçerek alıcılara ulaşır. Ölçüm dalga boyu hidrokarbonların C–H bağlarının soğurduğu banda denk gelir; referans dalga boyu ise gazdan etkilenmeyen bir bölgededir. Gaz konsantrasyonu arttıkça yalnızca ölçüm kanalındaki sinyal azalır.

4.      Oran hesabı ve sıcaklık kompanzasyonu: İki kanal arasındaki oran; kaynak yaşlanması, optik kirlenme ve sıcaklık gibi her iki kanalı birlikte etkileyen değişimleri büyük ölçüde dengeler. Sıcaklık kompanzasyonlu algoritma, bu oranı fabrikada tanımlanan kalibrasyon eğrisi üzerinden %LEL değerine dönüştürür.

5.      Öz denetim ve sinyal çıkışı: Dedektör, IR kaynakları ve alıcılarının durumunu sürekli çapraz kontrol ederek gerektiğinde iç düzeltme uygular ve önemli fonksiyonlarını kesintisiz doğrular. Ölçüm değeri 4–20 mA ve HART ile, durum bilgileri ise RS-485 üzerinden Modbus RTU ile aktarılır.

Kanal Montajlı Uygulamalar

Havalandırma kanalları ve hava emiş hatları gibi kanal içi ölçüm noktaları için 15 cm ve 35 cm uzantılı uzun problu versiyonlar bulunur. Bu versiyonlar DIN 150 ve DIN 200 PN6, JIS 150 ve JIS 200 5K, JIS 105 10K uyumlu veya kelepçeli tip AISI 316 kanal flanş kitleriyle monte edilebilir; kanal flanşı için ayrı bir gaz test kiti kullanılabilir.

Gazsız Fonksiyon Testi ve Bump Test

Rutin kontrollerde metan için %50 LEL eşdeğeri sağlayan gazsız test aparatı, sahaya test gazı taşımadan alarm zincirinin doğrulanmasına yardımcı olur. Gazla fonksiyon testi (bump test) gerektiğinde test gazı nozulu, el tipi, kısa veya orta boy bump test muhafazaları ve uzaktan bump test kiti kullanılabilir. Sahada kalibrasyon ayarı yapılmaması, periyodik fonksiyon testleri ve proof test gereksinimini ortadan kaldırmaz.

Kızılötesi yanıcı gaz dedektörünün farklı hidrokarbonlara verdiği yanıt, kalibrasyon gazına göre farklılık gösterebilir. Tesiste birden fazla gaz türü bulunuyorsa kalibrasyon gazı seçimi ve alarm eşikleri bu farklar dikkate alınarak belirlenmelidir; algılama performansı gazın dağılımına ve dedektörün kaçak kaynağına göre konumuna bağlıdır.

Öne Çıkan Özellikler

·         Çift dalga boylu optik ölçüm: Ölçüm ve referans dalga boylarının birlikte kullanılması, optik kirlenme ve kaynak yaşlanmasının okumaya etkisini sınırlar.

·         Sahada kalibrasyon ayarı gerektirmeyen yapı: Dedektör fabrikada kalibre edilir; iç çapraz kontrol mekanizması kalibrasyonun dar tolerans içinde korunmasını amaçlar ve sahada kalibrasyon ayarı yapılmaz.

·         5 yıllık proof test aralığı: Uzun proof test aralığı, güvenlik enstrümanlı fonksiyonlarda bakım planlamasının kolaylaşmasına yardımcı olur.

·         Gazsız fonksiyon testi: Özel test aparatıyla sahaya test gazı taşımadan fonksiyon kontrolü yapılabilir.

·         Isıtmalı optik: Optik yüzeylerdeki nemin dağıtılması, yoğuşmaya bağlı ölçüm sapmalarını ve arızaları önlemeye yardımcı olur.

·         Hızlı tepki: Çevre kalkanıyla T90 = 2 s, kalkansız kullanımda T90 < 1 s tepki süresi sunulur.

·         Geniş ortam koşulu aralığı: –40 °C ile +75 °C arasında çalışma ve %0–99 bağıl nem aralığı, iç ve dış saha uygulamalarına uyum sağlar.

·         Titreşime dayanıklı yapı: IEC 60079-29'a göre yapılan titreşim testlerinde fonksiyon kaybı, arıza sinyali ve yanlış alarm olmadan tanımlı tolerans içinde çalışma doğrulanmıştır.

·         Çoklu çıkış ve durum göstergesi: Source veya sink 4–20 mA, HART, RS-485 Modbus RTU ve dedektör önündeki çok renkli LED gösterge birlikte sunulur.

·         Yanlış kablolama koruması: Elektronik devre, terminal kablolarının yanlışlıkla ters bağlandığı durumda enerjilendirmeye dayanacak şekilde tasarlanmıştır; ani kalkış akımı 1 A ile sınırlıdır.

Kanal montajlı uzun prob seçenekleri: 15 cm ve 35 cm uzantılı versiyonlar, kanal içi gaz ölçümü için flanşlı montaja olanak tanır.

Teknik Özellikler

Aşağıdaki değerler, bu sayfada ele alınan noktasal kızılötesi gaz dedektörü için tipik teknik verilerdir. Hedef gaz, LEL referans standardı, çıkış konfigürasyonu ve onay seçeneği sipariş aşamasında belirlenir; nihai değerler seçilen konfigürasyona göre teyit edilmelidir.

Tepki süresi çevre kalkanının kullanılıp kullanılmamasına göre değişir; arktik konfigürasyonda güç tüketimi artar ve –20 °C altında başlangıç süresi uzar. Doğruluk değeri kalibrasyon gazı içindir; farklı hidrokarbonlarda okuma farklılık gösterebilir.

Başlıca Avantajlar

·         Zehirlenmeye karşı dayanıklı ölçüm: Ölçüm katalitik bir yüzey reaksiyonuna dayanmadığı için silikon, kükürt bileşikleri gibi katalitik sensörleri etkileyebilen maddelerden kaynaklanan hassasiyet kaybı riski bulunmaz.

·         Oksijenden bağımsız çalışma: Optik ölçüm, ortamdaki oksijen seviyesine bağlı olmadığından inertleme uygulanan veya oksijeni düşük alanlarda da yanıcı gaz ölçümü sürdürülebilir.

·         Azaltılmış bakım yükü: Sahada kalibrasyon ayarı gerektirmeyen yapı, 5 yıllık proof test aralığı ve gazsız fonksiyon testi, saha bakım süresini ve test gazı lojistiğini azaltır.

·         Hızlı ve kararlı alarm: Kısa T90 süresi ve oran tabanlı ölçüm, kaçağın erken fark edilmesini ve alarm eşiklerinin kararlı biçimde değerlendirilmesini destekler.

·         Zorlu saha koşullarına dayanım: 316 paslanmaz çelik gövde, IP66/IP67 ve NEMA 4X koruma, ısıtmalı optik ve titreşim dayanımı açık deniz ve kıyı tesisleri için uygun bir yapı sunar.

·         Uzaktan durum izleme: Modbus RTU üzerinden aktarılan durum bilgileri, dedektörlerin kontrol odasından izlenmesine ve bakımın ihtiyaca göre planlanmasına yardımcı olur.

·         Fonksiyonel güvenlik uygunluğu: IEC 61508'e göre SIL 2 sertifikası seçeneği, dedektörün güvenlik enstrümanlı fonksiyonlarda değerlendirilmesine imkân verir; döngü seviyesindeki doğrulama ayrıca yapılmalıdır.

Uygulama Alanları

Noktasal kızılötesi gaz dedektörleri, hidrokarbon gazlarının bulunabileceği tehlikeli alanlarda kaçak kaynaklarına yakın ölçüm için kullanılır:

Kara ve Açık Deniz Petrol ve Gaz Tesisleri

Proses tesisleri ve boru hatlarında separatör, kompresör ve pompa gruplarının yakınında kaçak izlemesi yapılır.

Platformlar ile FPSO ve FLNG Gemileri

Yüzer üretim ve sıvılaştırma ünitelerinde tuzlu atmosfer ve titreşim koşullarında, ısıtmalı optik ve paslanmaz çelik gövdeyle sürekli ölçüm sağlar.

Rafineriler

Proses ünitelerinde metan ve propan başta olmak üzere hidrokarbon kaçaklarının %LEL düzeyinde izlenmesinde kullanılır.

Kimya ve Petrokimya Tesisleri

Yanıcı gaz besleme hatları, reaktör çevresi ve kompresör binalarında noktasal gaz algılama katmanı oluşturur.

Enerji Üretim Tesisleri

Doğal gaz besleme istasyonları, gaz türbini muhafazaları ve yakıt hazırlama alanlarında kaçak algılama sağlar; kanal montajlı versiyonlar havalandırma hatlarında kullanılabilir. Yanma kontrolüne yönelik baca gazı oksijen ölçümü ise yerinde oksijen analizörleri ile ayrı bir ihtiyaç olarak ele alınır.

Tank Depolama ve Boşaltma Tesisleri

Tank çevresi, pompa odaları ve boşaltma noktalarında olası kaçak kaynaklarına yakın konumlandırılır.

Gaz Dolum ve Dağıtım Terminalleri

Dolum rampaları, kompresör ve regülatör istasyonlarında propan ve metan kaçaklarının izlenmesinde kullanılır.

Gaz Taşıma ve Boru Hatları

Kompresör istasyonları, vana odaları ve ölçüm istasyonlarında noktasal gaz algılama sağlar.

Kızılötesi Gaz Dedektörü Seçiminde Dikkat Edilecek Kriterler

Noktasal gaz dedektörünün etkinliği, doğru gazın doğru noktada ölçülmesine bağlıdır. Teknik değerlendirme için aşağıdaki başlıkların netleştirilmesi önerilir:

Hedef Gaz ve Ölçüm Gereksinimi

·         Tesisteki baskın hidrokarbon ve kalibrasyon gazı seçimi: metan veya propan

·         Birden fazla hidrokarbon bulunuyorsa kalibrasyon gazına göre yanıt farklılıkları

·         LEL referans standardı: NFPA (2017) veya IEC/ISO

·         Hidrojen ve toksik gazlar gibi IR yöntemiyle ölçülemeyen risklerin ayrı teknolojilerle ele alınması

Montaj Noktası ve Aksesuarlar

·         Kaçak kaynağına mesafe ve gazın havaya göre yoğunluğu — havadan hafif metan için yüksek, havadan ağır propan için düşük seviye montaj

·         Serbest montaj veya 15 cm / 35 cm uzantılı kanal montajı

·         Direk montaj kiti (2 inç veya 3–4 inç), güneşlik, sivrisinek filtresi, çevre kalkanı veya çevre başlığı ihtiyacı

·         Aspirasyonlu numune alma gerekiyorsa aspirasyon kiti kullanımı

Çevre Koşulları

·         Ortam sıcaklığının –40 … +75 °C aralığında kalıp kalmadığı

·         Soğuk iklimlerde arktik konfigürasyon ve –20 °C altında uzayan başlangıç süresi

·         Yağmur, toz ve doğrudan rüzgâr maruziyetine göre çevre kalkanı seçimi ve tepki süresine etkisi

Test ve Bakım Stratejisi

·         Proof test periyodunun güvenlik gereksinimleriyle uyumu

·         Gazsız test aparatı, uzaktan bump test kiti veya bump test muhafazası tercihi

·         Kalibrasyon sertifikası ihtiyacı

Sistem Entegrasyonu ve Onaylar

·         4–20 mA çıkışın source veya sink olarak yapılandırılması

·         HART ve Modbus RTU üzerinden durum izleme ihtiyacı

·         Proje ülkesine göre ATEX, IECEx, INMETRO veya ABD–Kanada patlama geçirmez onayı

·         SIL 2 sertifikası gereksinimi

Noktasal dedektörler, geniş alan izlemesi için açık yol dedektörleriyle ve yangın riski bulunan alanlarda IR3 alev dedektörleri veya UV/IR alev dedektörleriyle birlikte planlandığında daha bütünlüklü bir koruma sağlar. Güvenlik amaçlı LEL ölçümü; proses gaz kromatografları veya oksijen ve yanıcı gaz transmitterleri gibi proses ölçüm cihazlarından ayrı bir ihtiyaç olarak değerlendirilmelidir.

Tehlikeli Alan Onayları ve Uygunluk Standartları

Kızılötesi gaz dedektörü için sipariş aşamasında seçilebilen onaylar ve tanımlanan uygunluk standartları aşağıda özetlenmiştir.

Tehlikeli alan işaretleme ayrıntıları (gaz grubu, sıcaklık sınıfı) ve gaz algılama performans onaylarının kapsamı proje bazında geçerli sertifika kopyaları üzerinden teyit edilmelidir. Kalibrasyon sertifikası ve SIL 2 sertifikası varsayılan olarak verilmez; gerekiyorsa siparişte ayrıca talep edilmelidir.

TLY Enerji Kızılötesi Gaz Algılama Çözümleri

Noktasal gaz dedektörlerinin etkinliği, doğru gazın doğru noktada ve doğru referansla ölçülmesine bağlıdır. TLY Enerji, projelerde öncelikle tesisteki hidrokarbon envanterini, olası kaçak kaynaklarını, gazların havaya göre yoğunluğunu ve ortam koşullarını inceler; kalibrasyon gazı, LEL referans standardı, montaj aksesuarları ve çevre koruma elemanlarının seçimini bu verilere dayandırır.

Dedektörlerin 4–20 mA, HART ve Modbus RTU çıkışlarının gaz algılama kontrol sistemine, PLC veya DCS altyapısına bağlanması, alarm seviyeleri ile arıza durumlarının sinyal listesine işlenmesi, devreye alma sırasında gazla fonksiyon kontrollerinin planlanması ve proof test ile bump test programlarının hazırlanması konularında mühendislik desteği veririz. Noktasal ve açık yol dedektörlerin birlikte kullanıldığı yerleşim alternatiflerinin değerlendirilmesinde de proje ekiplerine teknik görüş sunarız.

Sıkça Sorulan Sorular

Kızılötesi gaz dedektörü nedir?

Kızılötesi gaz dedektörü, hidrokarbon gazlarının belirli dalga boylarındaki kızılötesi ışığı soğurması ilkesiyle çalışan ve konsantrasyonu %LEL cinsinden ölçen sabit bir gaz algılama cihazıdır. Montaj noktasındaki gazı ölçtüğü için noktasal dedektör olarak adlandırılır. Petrol ve gaz, kimya, enerji ve depolama tesislerinde metan veya propan kaçaklarının erken fark edilmesi için kullanılır.

IR gaz dedektörü ile katalitik gaz dedektörü arasındaki fark nedir?

Katalitik sensörler gazı ısıtılmış bir katalizör yüzeyinde yakarak oluşan sıcaklık değişimini ölçer; bu nedenle oksijene ihtiyaç duyar ve bazı maddelerle zehirlenebilir. Kızılötesi dedektörler ise gazın ışık soğurmasını ölçer; oksijen gerektirmez, zehirlenmeden etkilenmez ve yüksek konsantrasyonlarda kalıcı hassasiyet kaybına uğramaz. Buna karşılık hidrojen gibi IR absorpsiyonu göstermeyen gazları algılayamaz.

Kızılötesi gaz dedektörü hidrojen algılayabilir mi?

Hayır. Hidrojen molekülü kızılötesi bölgede belirgin bir absorpsiyon göstermediği için IR yöntemle ölçülemez. Bu sayfada ele alınan dedektör metan veya propan için fabrikada yapılandırılır ve hidrokarbon gazlarını hedefler. Hidrojen kaçağı riski bulunan alanlarda farklı algılama teknolojileri değerlendirilmelidir; hidrojen yangınları için ise hidrojen algılama özellikli alev dedektörleri ayrıca incelenebilir.

Kızılötesi gaz dedektörü kalibrasyon gerektirir mi?

Dedektör fabrikada kalibre edilir ve sahada kalibrasyon ayarı yapılmaz. IR kaynakları ve alıcılar sürekli çapraz kontrol edilerek gerektiğinde iç düzeltme uygulanır. Bununla birlikte güvenlik fonksiyonunun doğrulanması için gazsız test aparatı veya test gazıyla periyodik fonksiyon testleri yapılmalı, proof test 5 yıllık aralık esas alınarak tesisin güvenlik gereksinimlerine göre planlanmalıdır.

IR gaz dedektörünün tepki süresi ne kadardır?

Tepki süresi T90 olarak tanımlanır ve çevre kalkanı kullanıldığında 2 saniye, kalkan olmadan 1 saniyenin altındadır. Çevre kalkanı yağmur, toz ve doğrudan rüzgâra karşı koruma sağlarken gazın ölçüm bölgesine ulaşmasını bir miktar yavaşlatır. Tepki süresi, gazın dedektöre ulaşma süresini içermediğinden montaj noktasının kaçak kaynağına yakınlığı toplam algılama süresinde belirleyicidir.

Gaz dedektörü hangi yüksekliğe monte edilmelidir?

Montaj yüksekliği hedef gazın havaya göre yoğunluğuna bağlıdır. Havadan hafif metan kaçak kaynağının üst seviyesinde birikme eğilimindeyken, havadan ağır propan zemine yakın bölgelerde ve çukurlarda toplanır. Dedektör bu davranışa göre ve kaçak kaynağına yakın konumlandırılmalı; havalandırma akışları, engeller ve bakım erişimi de dikkate alınmalıdır. Nihai yerleşim, tesisin risk değerlendirmesiyle belirlenmelidir.

Soğuk iklimlerde IR gaz dedektörü nasıl çalışır?

Dedektör –40 °C'ye kadar çalışabilir ve ısıtmalı optik sayesinde optik yüzeylerde yoğuşma oluşumu önlenir. –20 °C üzerindeki ortamlarda başlangıç süresi 2 dakikanın altındayken, daha soğuk ortamlarda 20 dakikaya kadar uzayabilir. Çok soğuk sahalar için ortalama güç tüketimi 5 W'ın altında olan arktik konfigürasyon seçilebilir; besleme ve kablolama bu değere göre planlanmalıdır.

Dedektör kontrol sistemine hangi çıkışlarla bağlanır?

Ölçüm değeri, source (varsayılan) veya sink olarak yapılandırılabilen 4–20 mA analog çıkışla aktarılır ve bu sinyal üzerinde HART dijital haberleşmesi bulunur. RS-485 seri portu üzerinden Modbus RTU ile durum izleme verileri okunabilir. Dedektör önündeki çok renkli LED gösterge sahada durumun hızlıca görülmesini sağlar; elektronik devre yanlış kablolamaya karşı korumalıdır.