راهنمای جامع طراحی سیستم‌های تشخیص شعله بر اساس استاندارد NFPA 72
در محیط‌های صنعتی که با خطرات آتش‌سوزی روبه‌رو هستند، استفاده از سیستم‌های تشخیص شعله (Flame Detection Systems) یکی از مهم‌ترین اقدامات برای افزایش ایمنی است. استاندارد NFPA 72 به عنوان یک مرجع جهانی برای طراحی و نصب این سیستم‌ها، دستورالعمل‌های دقیقی ارائه می‌دهد که در این مقاله به آن‌ها خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید تا با مفاهیم کلیدی از جمله حساسیت دتکتور، طراحی آتش، فاصله‌گذاری، و تأثیر نوع سوخت آشنا شوید.
دتکتور شعله چیست و چگونه کار می‌کند؟
دتکتور شعله دستگاهی است که با تحلیل تابش‌های نوری حاصل از احتراق، حضور شعله را تشخیص می‌دهد. این تابش‌ها معمولاً در طول‌موج‌هایی مانند ۲.۵ میکرون (برای بخار آب) و ۴.۳۵ میکرون (برای دی‌اکسید کربن) ساطع می‌شوند. برخی دتکتورها برای تشخیص این طیف‌ها بهینه‌سازی شده‌اند و به همین دلیل انتخاب نوع مناسب آن برای شرایط سوخت و محیط اهمیت زیادی دارد.
بیشتر بخوانید: تاندا (TANDA)؛ پیشرو در تولید سیستم‌های اعلام حریق هوشمند
۱. حساسیت دتکتور شعله
عریف حساسیت
طبق NFPA 72، حساسیت دتکتور شعله معمولاً به فاصله‌ای اطلاق می‌شود که در آن دتکتور می‌تواند آتشی با اندازه مشخص را تشخیص دهد. برای تست این ویژگی، از آتش‌هایی با مساحت استاندارد (مثلاً ۰.۹ متر مربع با سوخت بنزین بدون سرب) استفاده می‌شود.
نکته مهم:
توان تابشی شعله لزوماً با مساحت آتش تناسب ندارد، بلکه به ارتفاع و عرض شعله بستگی دارد. به عبارتی، فاکتورهایی مانند نوع سوخت و شدت شعله، تأثیر مستقیم بر عملکرد دتکتور دارند.
۲. طراحی آتش برای شبیه‌سازی در سیستم
برای اینکه یک سیستم تشخیص شعله کارآمد طراحی شود، باید ابتدا مشخصات آتش هدف تعیین شود:
- نرخ آزادسازی حرارت (مثلاً بر حسب کیلووات)
- ارتفاع و عرض شعله
- محل قرارگیری شعله نسبت به دیوار یا گوشه‌ها (که بر ارتفاع شعله تأثیر دارد)
فرمول محاسبه ارتفاع شعله:
hf = k × Q^0.4
- hf: ارتفاع شعله
- Q: نرخ آزادسازی حرارت
- k: ضریب تأثیر دیوار (۱ برای فضای باز، ۲ نزدیک دیوار، ۴ در گوشه)
با داشتن این پارامترها می‌توان مساحت تابشی (Ar) را نیز محاسبه کرد که معیاری برای توان تابشی آتش به دتکتور است.
۳. محاسبه پاسخ دتکتور به آتش
پس از محاسبه مساحت تابشی آتش طراحی‌شده، باید بررسی شود که آیا دتکتور مورد نظر می‌تواند چنین آتشی را در فاصله مشخص تشخیص دهد یا خیر. این تحلیل با استفاده از فرمول زیر انجام می‌شود:
S = (k × c × Ar) / (ζ × d^2)
- S: توان تابشی لازم برای فعال‌سازی دتکتور
- ζ: ضریب خاموشی جو
- d: فاصله بین آتش و دتکتور
با حل این معادله، می‌توان حداکثر فاصله تشخیص (d) را برای شرایط واقعی محیطی محاسبه کرد.
۴. اصلاحات مربوط به زاویه دید
دتکتورهای شعله حساسیت بالایی به موقعیت شعله نسبت به میدان دید خود دارند. اگر شعله خارج از محور نوری قرار بگیرد، حساسیت کاهش می‌یابد. این موضوع باید در طراحی فاصله و محل نصب دتکتورها در نظر گرفته شود.
- اگر شعله احتمالاً در خارج از میدان دید قرار دارد، یا باید فاصله کاهش یابد، یا دتکتور بیشتری اضافه شود.
- برخی تولیدکنندگان نمودار قطبی حساسیت برای جبران زاویه دید ارائه می‌دهند.
بیشتر بخوانید: کاربرد حسگر شعله در صنایع؛ هر آنچه باید بدانید
۵. تأثیر نوع سوخت بر عملکرد دتکتور
یکی دیگر از عوامل مهم در انتخاب دتکتور، نوع سوخت احتمالی آتش‌سوزی است. برخی دتکتورها برای سوخت خاصی طراحی شده‌اند و نسبت به انواع دیگر سوخت، پاسخ‌دهی ضعیفی دارند.
اگر سوخت مورد استفاده با سوخت تست‌شده در فرایند لیستینگ دتکتور تفاوت دارد، باید با استفاده از “ضریب تصحیح سوخت” فاصله یا اندازه آتش اصلاح شود.
۶. خاموشی جوی و تأثیر آن بر دقت دتکتور
جو به دلیل وجود بخار آب، ذرات معلق و سایر عناصر، بخشی از تابش شعله را جذب می‌کند. این پدیده به عنوان خاموشی جوی (Atmospheric Attenuation) شناخته می‌شود.
هر دتکتور دارای ضریب خاصی از خاموشی در طول‌موج‌های عملیاتی است که باید از مستندات فنی آن استخراج شود.
برای تخمین دقیق این ضریب، از دو آتش آزمایشی با اندازه متفاوت استفاده می‌شود تا بتوان ζ را برای شرایط خاص تعیین کرد.
۷. اصول مهم در فاصله‌گذاری دتکتورها
در استاندارد NFPA 72، برای انتخاب محل نصب دتکتورها به موارد زیر تأکید شده است:
- ✔ اندازه آتش مورد انتظار
- ✔ نوع سوخت
- ✔ حساسیت دتکتور
- ✔ میدان دید و عدم وجود مانع
- ✔ تأثیر شرایط محیطی مانند گرد و غبار، دود یا بخار
- ✔ هدف نهایی سیستم (تشخیص سریع یا پوشش حداکثری)
فرمول‌های فاصله‌گذاری از رابطه قانون معکوس مربع توان تابشی تبعیت می‌کنند. هرچه فاصله افزایش یابد، توان تابشی دریافتی توسط دتکتور کاهش می‌یابد.
۸. سایر ملاحظات در طراحی سیستم‌های تشخیص شعله
- دتکتورها باید در محیط‌هایی نصب شوند که در محدوده دمایی و رطوبتی مجاز عملکرد داشته باشند.
- در فضاهای باز، باید از نفوذ باران، برف یا گردوغبار به لنز دتکتور جلوگیری شود.
- برخی دتکتورها دارای قابلیت تشخیص شعله از طریق تصویر ویدئویی هستند که باید مطابق الزامات خاص خود طراحی شوند.
- از نصب دتکتور در نزدیکی منابع نوری شدید (مثل نور خورشید مستقیم یا شعله‌های دیگر) که می‌توانند باعث آلارم‌های کاذب شوند، خودداری شود.
نتیجه‌گیری
طراحی و اجرای صحیح سیستم‌های تشخیص شعله بر اساس استاندارد NFPA 72 نیازمند درک دقیق از مفاهیم فنی، ویژگی‌های دتکتورها، شرایط محیطی و مشخصات آتش است. توجه به پارامترهایی مانند نوع سوخت، میدان دید، خاموشی جوی و تصحیح زاویه‌ای از جمله عواملی است که عملکرد دقیق سیستم را تضمین می‌کند.
در مجموعه Spin Electric همواره تلاش داریم تا با تکیه بر دانش فنی و رعایت استانداردهای جهانی، راهکارهایی ایمن و کارآمد برای صنایع ارائه دهیم. اگر نیاز به طراحی یا مشاوره در زمینه سیستم‌های تشخیص شعله دارید، با ما در تماس باشید.
