سیستم های حفاظت از شعله مشعل

سیستم های حفاظت از شعله مشعل ترکیبی است از سیستم های کشف شعله، سیستم های ارتباط و رله ها که وجود یک شعله مناسب در کوره را حس کرد ه و در صورت بروز یک حالت خطرناک (شعله) یا (احتراق نامناسب)، باعث بستن مسیر سوخت ورودی می شود.

سیستم های نوین کنترل احتراق بصورتی تنگاتنگ با سیستم های حفاظت از شعله و نیز کلیدهای کنترل فشار، سیستم های قطع سوخت بهنگام کم آبی، و دیگر کنترل های ایمنی قطع انرژی ورودی به دیگ بهنگام بروز یک وضعیت خطرناک، در ارتباط است.

در نتیحه می توان گفت که یک سیستم نوین حفاظت از شعله، در واقع دو عمل انجام می دهد:

1.  حس وجود یک شعله خوب یا احتراق مناسب
2.  برنامه ریزی کاری یک مشعل، بصورتی که موتورها، بادبزن ها، شیرهای سوخت و اشتغال، فقط در صورت لزوم، و آنهم به ترتیبی مناسب، تحریک شوند.

انفجار کوره در سیستم های حفاظت از شعله مشعل

انفجار کوره، عبارت است از اشتعال و احتراق تقریباً آنی مخلوطی با قابلیت انفجار یا قابلیت اشتغال بسیار بالا، از گاز، بخار ، یا غبار، که در داخل کوره دیگ و مسیرهای متصل به آن جمع شده است. نیروی ناشی از این انفجار، بطور معمول بیشتر از مقداری است که دیگ بتواند در مقابل آن مقاومت نماید .

در انفجارهای ضعیف تر، که پف، الو گرفتن، یا پس ورزیدن نامیده می شوند، شعله ممکن است بطور ناگهانی، بطول چندین متر، از تمام دریچه های احتراق یا دید بیرون بزند. در نتیجه تمام افراد واقع در مسیرشعله، ممکن است دچار سوختگی های خطرناک یا مرگبار شوند.

این انفجارهای ضعیف، اگر هم به خسارات واقعی منجر نشوند، حاکی از وجود شرایط خطرناک در دیگ می باشند.

خرابی های انفجارهای قوی تر در کوره :

بر هم زدن تیغه های جهت دهنده در کوره، شکم دار کردن دیواره های آجر کاری شده، کندن قسمت های نسوز، پراندن آجر کاری بالای دیگ (در برخی از دیگ ها)، پراندن دیوارهای جانبی، شکستن لوله های رابط، و حتی تخریب دیگخانه. دلایل اصلی انفجار کوره، عبارتند از:

1.  خاموش شدن شعله ، ناشی از ورود مایعات یا گازهای خنثی به سیستم سوخت دیگ
2. تخلیه ناکافی کوره با هوا، پیش از افروختن مشعل
3. خطاهای انسانی
4. خراب بودن کنترل کننده های خودکار تنظیم سوخت
5.  وجود نشت از شیر قطع سوخت
6.  نامتعادل بودن نسبت هوا به سوخت
7. خراب بودن سیستم های تغذیه سوخت
8. کاهش اختلاف فشار بین دو سر کوره
9. معیوب بودن شمعک های  (افروزنده)

درون ریختن (در هم فرو رفتن)

مواردی چند از درون ریختن (در هم فرو رفتن) کوره نیز سبب برخسارات عمده در دیگ های نیروگاهی شده اند.

این درون ریختن کوره، در دیگ های با طرح اختلاف فشار متعادل شده، و سوزاننده سوخت های فسیلی، در اثر بروز نیروهائی بیشتر از مقاومت ساختمانی کوره دیگ، بوجود آمده است.

درون ریختن، در دیگ های زغال سنگ سوز یا نفت سوز، اتفاق افتاده است. آمار دفعات وقوع این حادثه برای هر دو سوخت، به یک نسبت است. این حادثه، برای دیگ های گاز سوز، گزارش نشده است ، زیرا این دیگ ها، بندرت از نوع اختلاف فشار متعادل شده، می باشند.

تمام حوادث گزارش شده از این نوع ، برای دیگ های اختلاف فشار متعادل شده ای که بادبزن مکشی آن، توانائی ایجاد مکشی قوی داشته و بنا به عللی، به صورت موقتی، تحت شرایط کم جریان (پرمکش) عمل نموده است، اتفاق افتاده است .

هیچ یک از حوادث درون ریختن، در حالات عادی آتش کردن سوخت اصلی، اتفاق نیافتاده است؛ پاره ای پیش از اتمام مرحله کاهش سوخت و پاره ای دیگر، پس از قطع سوخت اصلی اتفاق افتاده است.

عوامل مسبب درون ریختن کوره ها

1. درست کار نکردن وسائل تنظیم کننده ورود هوا به درون کوره و مکش گازهای احتراق از آن. این حالت، کوره را در معرض بیشترین مکش  بادبزن مکشی، که بطور معمول در محدوده  کم جریان پرمکش از یک بادبزن گریز از مرکز اتفاق می افتد، قرار می دهد. این حالت، اغلب با وقفه ای در مسیر جریان هوا، از بادبزن دمشی، همراه است.
2. پائین آمدن سریع دما و فشار گازهای درون کوره، که بطور معمول پس از کاهش سریع سوخت ورودی، یا قطع آن ، یا خاموشی شعله، اتفاق میافتد.

بسیاری از وسایل نظارت بر شعله، بر اصول فیزیکی زیر استوار است( به شکل ۱۱ ـ ۱۵ ـ الف مراجعه نمائید):

• شعله ، ناحیه ای یونیزه شده ایجاد می نماید. به این مفهوم که منطقه قادر به هدایت جریان الکتریسیته است. آشکارسازهای نوع میله ـ شعله ای هادی، از ویژگی هادی الکتریسیته بودن شعله، جهت زیر نظر گرفتن آن؛ استفاده می نماید.
• شعله، می تواند یک جریان الکتریسته متناوب را یکسو نماید. این کار می توان توسط بزرگتر اختیار نمودن یکی از دو قطب جریان، واقع در عرض شعله انجام داد در نتیجه میزان جریان الکترون ها از میان شعله ، در یک جهت بسیار بیشتر از جهت مقابل آن خواهد بود.

تابش نور، از ویژگی های شناخته شده هر آتش می باشد. شعله، بصورت امواج مولد گرما و نور، انرژی می تاباند.

سه نوع تابش ناشی از یک شعله، عبارتند از:

• 
  نور مرئی، که چشم انسان قادر به دیدن آن است. طول موج های مربوط به تابش مرئی، فقط در محدوده از ۴% تا ۸% میکرومتر(m ) (که پیشتر میکرون نامیده می شد)، متمرکز است. کادمیم، بهنگام قرار گرفتن در معرض نور مرئی، از خود الکترون هایی که انرژی آنها در محدوده  انرژی آنها در محدوده انرژی نور مرئی است، منتشر می نماید .

بنابراین، اگر یک لامپ نوری کادمیمی، در طرح یک مدار الکترونیکی مناسب، منظور گردد، بهنگام قرار گرفتن کادمیم در معرض نور کافی، الکتریسیته در درون مدار جریان خواهد یافت.این الکتریسیته می تواند جهت تحریک مدارهای رابط، برای کشف شعله ، مورد استفاده قرار گیرد.

•  تابش مادون قرمز، که در برگیرنده اکثر طول موج های مفید و بیشترین توان های تابشی است. آشکار سازهای مادون قرمز ، برای شعله های ناشی از گاز یا سوخت های نفتی، مناسب هستند.
• از آنجا که مواد نسوز داغ نیز از خود امواج مادون قرمز منتشر می نمایند، ناظرهای مادون قرمز نباید این چنین مناطقی را ببینند. در سلول های نوری، جهت احساس تابش مادون قرمز، از سلول های سولفورسرب استفاده می شود.
• این سلول برخلاف لامپ نوری کادمیمی، الکترون منتشر نمی سازد؛لیکن بهنگام قرارگرفتن در معرض تابش مادون قرمز، مقاومت الکتریکی آن کاهش می یابد. هر چه انرژی تابشی بیشتر باشد، کاهش مقاومت سولفور سرب نیز بیشتر خواهد بود. از این ویژگی سلول های سولفور سرب می توان در مدارهای الکترونیکی مناسب، جهت کشف شعله استفاده نمود.
•  تابش ماوراء بنفش. آشکار سازهای ماوراء بنفش، جدیدترین آشکارسازهای مبتنی بر احساس انرژی تابشی امواج ماوراء بنفش موجود در شعله می باشند. این نوع آشکارساز، در مقابل نور مرئی و امواج مادون قرمز، حساس نیست؛ در نتیجه، مواد نسوز داغ که امواج ماوراء بنفش قابل توجهی از خود منتشر نمیسازند، برکار آن تاثیر نمیگذارند.
• هنگام عبور تابش ناشی از یک شعله، از درون پنجره های دید کوارتزی واقع بروی آشکار سازهای ماوراء بنفش، امواج ماوراء بنفش بداخل لامپ حس کننده شعله منتقل شده و لامپ از نظر الکتریکی هادی می شود. قدرت علامت حاصل از یابنده ماوراء بنفش، یا جریان الکتریکی عبور نموده از لامپ حس کننده شعله، به نوع سوخت، اندازه و دمای شعله، و فاصله بین آشکارساز شعله و خود شعله بستگی دارد.
•  پاره ای از طول موج های معمول در یک شعله، و واکنش دستگاه های معمول شعله یاب را در این طول موج ها، بصورت درصدی ازبیشترین  واکنش دستگاه، نشان می دهد.

نوع شعله یاب، به سوخت مصرفی، نوع مشعل، اندازه و آرایش دیگ بستگی دارد. شعله یاب ها در محدوده ای وسیع، از گونه مصرفی بروی دیگ های کوچک خانگی تا گونه مصرفی بروی دیگ های بزرگ، متنوع می باشند.

انواع آشکارسازها، و کار هریک بقرار زیر می باشند:

1.  کلید دودکشی، حسگر گرما؛
2. میله شعله ای یکسو کننده، حسگر گرما؛
3. لامپ نوری یکسو کننده، حسگر گرما؛
4.  سلول نوری سولفور سرب، حسگر تابش مادون قرمز؛
5.  سلول نوری سولفور کادمیم، حسگر نورمرئی؛
6. لامپ شعله یاب ماوراء بنفش، حسگر نور مرئی؛

گرچه تمام شعله یاب ها ، اگر به صورت مناسب نصب شوند، می توانند حقاظتی قابل توجه ارائه دهند؛ ولی هریک، دارای محدودیت هائی هستند که باید آنرا در نظر گرفت. ب

سلول سولفور سرب و سلول فتوالکتریک، دارای محدودیت های زیر می باشند(بین دو نوع، تفاوت هائی موجود است):

•  تمایز بین مشعل ها ـ با بیش از چهار مشعل در یک آتشدان، تعیین محل سلول حسگر، آنچنانکه بهنگام خاموش شدن شعله مشعل مربوط به آن، توسط شعله یک مشعل مجاور تحریک نشود، مشکل خواهد بود.
• دمای فضای اطراف سلول حسگر ـ بالا بودن دمای فضای اطراف سلول های ـ حسگر (دمای فضای در برگیرنده این سلول ها، به آسانی می تواند افزایش یابد)، می تواند سبب ایجاد علامت های گمراه کننده و غلط؛ و کوتاهی عمر سلول شود. جهت – حذف یا بحداقل رساندن این محدودیت ها، از سرمایش با هوا یا آب استفاد ه می شود.

میله شعله ای، دارای محدودیت های زیر می باشد

• عمر کاری کوتاه در دمای بالا
• جرم گرفتن عایق ها، که باعث بروز اتصالی در مدار و خاموشی دیگ می شود
• وجود مشکل در تامین مکان کافی برای میله جهت زیر نظر گرفتن شعله
• محدودیت در استفاده از آن به شعله افروزها و شمعک های کوچک.
• مقایسه هائی بین سیستم های گوناگون حفاظت از شعله، انجام گرفته است.

سیستم بر این اساس که شعله یا سلول نوری نگرنده بر آن، توانائی هدایت الکتریسیته و یکسو سازی جریان متناوب را داراست، استوار می باشد.

پتانیسل متناوب، به یک الکترود نافذ در شعله، یا به یک سلول نوری نگزنده بر آن اعمال می شود. جریان یکسو شده حاصل، که فقط بهنگام حضور شعله قابل تولید است، بنوبه خود توسط یک رابط ، کشف می شود.

جلو گیری از انفجار کوره، موردی است که در آئین نامه های مجمع ملی جلوگیری از آتش سوزی (انجمنی در ایالات متحده آمریکا)، و نیز توسط مجامع مهندسی بیمه آتش سوزی، به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است. آئین نامه شماره ۸۵ مجمع ملی جلوگیری از آتش سوزی، از نظر تشریح مقررات راجع به پیشگیری از انفجار کوره، مرجعی سودمند است.

بعنوان مثال آئین نامه های شماره B ـ ۸۵ و Tـ ۸۵ این مجمع، که بترتیب برای آتشکاری با گاز و سوخت های نفتی می باشند، مقرر می دارند که روش های آغاز آتشکاری، باید توسط کلیدهای خودکار، برنامه ریزی شوند.

نکات عمده روش آغاز بکار غیرخودکار(دستی)، جهت آتش نمودن گاز، به اختصار، به شرح زیر است:

• تمام  یا بیشتر کلیدهای تنظیم هوای مشعل را در وضعیت مربوط به آتشکاری معمولی قرار دهید. سپس بمدت ۵ دقیقه، و با جریانی از هوا، با حداقل ۲۵ درصد جریان هوا در بار کامل ، کوره و مسیرگازهای احتراق را بروبید.
• در تمام طول مرحله آغاز بکار، وضعیت کلیدهای تنظیم، و جریان هوای کل را در همان حد مربوط روییدن، حفظ نمائید.
• فشار سرـ لوله سوخت را آنچنان تنظیم نمائید که جریان سوخت به مشعل، با جریان هوای آن متناسب باشد.
• متناسب با افزایش نیاز گرمائی، مشعل ها را یک به یک روشن نموده و فشار سر ـ لوله سوخت و موقعیت کلیدهای تنظیم را همان حد و موقعیت نخستین ، نگاه دارید. به مجرد خاموش شدن هر مشعل، کلید تنظیم مشعل را بسته و در وضعیت خاموش قرار دهید. چون کوره از نظر هوا غنی است، مشعل های اضافی را می توان بدون هیچ گونه افزایشی در جریان هوا، تا زمانیکه میزان جریان سوخت به ۲۵ درصد میزان مربوط به بار کامل می رسد (یا هر درصدی از میزان جریان هوا که بهنگام روبیدن بکار رفته)، فعال نمود.

تصریح دیگری که در آئین نامه های جلوگیری از آتش سوزی، و نیز در آئین نامه ایمنی ASME، تحت عنوان، کنترل ها و وسایل ایمنی برای دیگ های آتش شونده خودکار یافت می شود، استفاده از این سیستم های دو شیره قطع سوخت، بروی مدار سوخت می باشد.

این تصریح، بطور کلی خواهان این است که مدار اصلی گاز، به دو شیر ایمنی قطع سوخت، که با دست بتوان آنها را دوباره بکار انداخت، مجهز باشد. این آرایش، قطع سوخت به مشعل را، حتی هنگامیکه یکی از شیرها عمل ننموده و باز بماند، تضمین می نماید.

در برنامه های دولتی بازرسی دیگ ها، جهت حذف خطرات ناشی از انفجار کوره، قوانین دولتی، بیش از پیش گنجانده می شود. بعنوان مثال، مقررات زیر در آئین نامه بازرسی دیگ های گرمایشی خودکار یکی از ایالات (در ایالات متحده آمریکا) آمده است:

دیگ های گازسوز

1. پیش از اینکه به باز شدن شیر اصلی گاز، چه بطور دستی، چه بطور خودکار، اجازه داده شود؛ با کامل نمودن یک مدار الکتریکی، شمعک را باید بطور دستی، یا بطور خودکار، مورد آزمایش قرار داد.
2. برای مرحله افروختن، باید یک برنامه زمانبندی شده، بر مبنای میزان سوخت مصرفی بوجود آورد. بعنوان مثال، برای مواردیکه میزان انرژی ورودی، بین ۴۰۰۰۰۰ تا ۵۰۰۰۰۰۰ می باشد، برنامه زمانی افروختن، برای مشعلچه دیگ های آتش شونده خودکار، و مشعل اصلی، هر یک نباید از ۱۵ ثانیه تجاوز نماید.
3. کنترل های مربوط به خاموشی شعله، باید سوخت را در یک محدوده زمانی مشخص، که به میزان سوخت ورودی مشعل بستگی دارد، قطع نماید. برای مشعلی با شدت انرژی ورودی ۴۰۰۰۰۰ یا بیشتر، مدار الکتریکی مربوط به شیر اصلی سوخت، باید بطور خودکار، بفاصله ۴ ثانیه پس از خاموش شدن شعله، تحریک شود؛ و شیر تحریک شده، باید در طی مدت ۵ ثانیه بعدی بطور خودکار بسته شود.

دیگ های نفت سوز

برای این حالت، مقرراتی مشابه با آنچه که در بالا به آن ها اشاره گردید در نظر گرفته شده است، با این تفاوت که زمان واکنش کنترل ها جهت قظع مشعل، به ازای شدت سوخت ورودی (برحسب گالن برساعت یا لیتربر ساعت)، مشخص شده است. شعله باید بطور پیوسته توسط کنترل ها زیر در نظر گرفته شود.