بسمه تعالي

بويلرهاي چند (Implosion) يا در خود جمع شدن (Explosion)معرفي استاندارد جلوگيري از انفجار

ها وذكر نكات مهم فني پيرامون آنها بين اهميت شعله با تأكيد بر NFPA 8502:1999) ينيروگاه ( مشعله

شركت مديريت توليد برق شهيد رجايي-مهندس حميد كاتبي: دآوريترجمه و گر

: مقدمه

توصيه به رعايت نكات فني در طراحي، نصب و NFPA 8502:1999هدف از تدوين و ارائه استاندارد باشد و در اين جهت حداقلهاي برداري به منظور جلوگيري از انفجار يا در خود جمع شدن كوره بويلر مي بهرههاي سوخت و هوا و گاز خروجي كه بايد رعايت بويلر و سيستمبرداري و تعميرات مات طراحي، نصب وبهرالزا

ها و نقش آنها در بين شوند در اين استاندارد بيان شده است در اين مقاله بدليل اهميت و حساسيت شعلهجع به نكات فني مربوط به انواع ي استاندارد فوق راري از انفجار كوره پس از معرفي كلحفاظت بويلر و جلوگي

. بحث شده است بين شعله

: انفجارات كوره

علل اساسي انفجارات كوره بروز جرقه در زماني كه مخلوط قابل انفجار سوخت و هوا در فضاي داخل كوره و دت انفجار بستگي به ميزان نسبت بينيا داكتهاي عبور گاز خروجي كوره جمع شده باشد است دامنه و ش

انفجار كوره در اثر عملكرد نامناسب . دارد) در زمان بروز جرقه(وخت و هواي وجود در مخلوط قابل احتراق سبرداري و يا طراحي مناسب تجهيزات يا سيستم كنترل و يا اختالل در عملكرد آنها ممكن است پرسنل بهره

. باشد رخ دهد بعضي از عوامل انفجار كوره بشرح ذيل مي

a( تواند باعث فقدان شعله و تأمين سوخت و هواي مشعلهاي اصلي يا انرژي ايگنايتور ميبروز وقفه در . جمع شدن مخلوط سوخت و هوا و جرقه با تأخير شود

b( نشتي سوخت و جمع شدن آن در كوره و بروز جرقه در زمان مناسب

c( كوشش مكرر ناموفق جهت روشن كردن يك مشعل بدون انجام عمليات پاكسازي(purging) . ا گردد منجر به جمع شدن مخلوط سوخت و هومناسب كه

d( حاليكه مخلوط سوخت و هوا در اثر فقدان شعله يا احتراق ناقص يك يا چند مشعل در جمع شدن . روشن هستندساير مشعله بصورت نرمال

e( جمع شدن مخلوط قابل انفجار سوخت و هوا در هنگام شات دان يك مشعل و بروز جرقه در زمان براي استارت مجدد مشعل كوشش

داليلي كه در باال ذكر شد بصورت نمونه و احتمالي هستند و ممكن است انفجار كوره به داليلي غير از اين . موارد رخ دهد

(implosion)گردد در خود جمع شدن عالوه بر انفجار كوره مشكل ديگري كه باعث تخريب كوره مي زير امكان در خود جمع شدن كوره طگردد، در شراي ميكوتاه بداناي يل اهميت موضوع اشارهكه بدل است

. وجود دارد

a( و اختالل در عملكرد تجهيزاتي كه در جريان گاز خروجي كوره نقش دارند مانند سيستم تغذيه هوا

) IDF يا FDF(خروج گاز

b( ركاهش ناگهاني فشار گاز داخل كوره ناشي از كاهش سريع سوخت ورودي يا تريپ بويل

. گردد شدن كوره ميسياري از موارد باعث در خود جمع در ب(b) و (a)تركيب دو شرط

(BMS)الزم به ذكر است سيستم اصلي كه مديريت احتراق بويلر را به عهده دارد سيستم مديريت مشعلها

(Burner management system)باشد كه به منظور كاركرد ايمن بويلر در زمان راه اندازي و ميبرداري نرمال و خارج شدن و افزايش، كاهش بار طراحي شده است عالوه بر آن سيستم حفاظتهاي بويلر بهره

و حفاظت BMSنقش مهمي در جلوگيري از بروز حوادث فوق الذكر دارد و مدارات منطقي بايد در سيستم جلوگيري كورهع شدنبويلر طوري طراحي گردند كه از بروز حوادث مختلف از جمله انفجار ودر خود جم

ح راجع به الزامات اساسي براي عملكرد صحيح و بطور مشرNFPA8502:1999نمايند كه در استاندارد

كه . باشد ها مطلب ارائه شده است يكي از تجهيزات مهم در سيستم مديريت مشعل شعله بين مي اين سيستممه راجع به انواع آن و نكات فني مرتبط بحث نقش مهمي در حفاظت كوره و جلوگيري از انفجار دارد كه در ادا

. گردد مي

: يپ مشعل عبارتند ازساسي براي سيستم مونيتورينگ و ترالزامات ا

a( وضعيت ناپايداري احتراق بايد به اطالع اپراتور برسد تا اقدام مناسب بعمل آيد .

b( دون احتراق شات دان اضطراري مشعل بايد در شرايط خطرناكي كه منجر به جمع شدن سوخت ب . گردد گردد و بصورت اتوماتيك انجام يم

: انواع شعله بين

: سه نوع كلي شعله بين وجود دارد

. گردد اي يونيزاسيون كه در مشعل ايگنايتور استفاده مي شعله بين ميله -1

بينند و شدت نور با طيف هاي تشعشعي كه تشعشعات ناحيه تحت نظارت خود را مي بين شعله -2

ل كنند مث گيري مي موجود را اندازه )flicker(رفليكص و همچنين فركانس فركانس خا

(UV/IR)و تركيبي (IR) مادون قرمز – (UV)هاي ماورابنفش بين شعله

كنند و سيگنال مدار بسته استفاده مي(CCTV) كه از دوربين )Visual(هاي بصري بين شعله -3گردد آشكار ساز سيگنال زي شعله منتقل ميويديويي دوربين به يك واحد پردازشگر جهت آشكارسا

. كند مي وجود آثار شعله خروجي مربوطه را فعالموجود را تحليل كرده و در صورت

اي يونيزاسيون هاي ميله بين شعله

شوند انرژي آزاد شده ناشي از احتراق باعث استفاده مي) ايگنايتور(ها براي مشعل پايلوت اين شعله بين از شعله الكترونها سبك هستند و. هاي مثبت تشكيل گرددلكترونها از اتمها آزاد شده و يوناشود كه مي

ال اگر ح).1شكل (مانند در نزديكي شعله باقي ميفاصله مي گيرند ولي يونهاي مثبت سنگينتر هستند و

شعله در اثر روي الكترودها قرار گيرد در هنگام وجود DC ولتاژ الكترود نزديك شعله قرار گيرند ودو آيد شوند و جريان الكتريكي بوجود مي با بار غير همنام مي هايها جذب الكترودوالكترونيونيزاسيون يونها

توان وجود يا فقدان شعله را گردد و بدين ترتيب مي و با خاموش شدن شعله جريان الكتريكي نيز قطع مييرا اگر يك اتصالي ناشي از ذرات معلق در اين روش يك پتانسيل خطرناك وجود دارد ز. اعالم كرد

گردد در حاليكه ممكن وجود شعله اعالم ميموجود در محيط ايجاد شود جريان شعله بين برقرار شده و تواند منجر به انفجار كوره گردد است شعله خاموش شده ولي جريان سوخت ادامه پيدا كند و اين مي

توان از خاصيت يكسوسازي ميACي و استفاده از ولتاژ ا بنابراين با طراحي خاصي ازشعله بين ميله

خواهد DCشعله استفاده كرد و در اين صورت در هنگام وجود شعله جريان الكتريكي داراي مولفه و در زمانيكه اتصالي بين الكترودها ايجاد شود بدليل فقدان شعله جريان الكتريكي كه ايجاد )2شكل (بود

برطرف خواهد شد DCاهد بود بنابراين نقطه ضعف جدي سيستم با ولتاژ خوDCگردد فاقد مولفه مي يونيزاسيون در مراجع فني مورد شعله بينالزم به ذكر است توضيحات كاملتري راجع به نحوه عملكرد

. استفاده در اين مقاله ذكر شده است

١شکل

٢شکل

: هاي تشعشعي بين شعله

ي از امواج شد زيرا پس از تشكيل آن طيف و سيعبا شعله يك پديده الكترومغناطيسي ميبطور كلي

و رئي نور م،گردد كه شامل امواج مادون قرمز الكترومغناطيسي در فركانسهاي مختلف توليد و ساطع ميسوختهاي مختلف در حين سوختن تشعشعات مخصوص به خود را توليد )3شكل(.باشد ماورابنفش مي

باشد و يكي از پارامترهاي كنند و نسبت بين شدت امواج با فركانسهاي مختلف در آنها متفاوت مي ميدر سوختهاي باشد مثالً نوع سوخت مورد استفاده مي ، شعلهنتخاب شعله بين مناسب براي حفاظتا

مثالً هيدروژن از يو در سوختهاي غير كربن IRهاي مادون قرمز بيشتر از شعله بينيكربن

منابع توانند هاي غير از شعله نيز مي گردد در ضمن پديده استفاده ميUVهاي ماوراء بنفش بين شعله و جرقه و قوس الكتريكي ح داغ داخل كوره و نور خورشيدوتشعشع امواج الكترومغناطيسي باشند مثل سط

در سيستمهاي توانند منجر به بروز آالرمهاي كاذب و غيره كه ميxجوشكاري و رعد و برق و اشعه شعله بين گردند كه در تكنولوژيهاي جديد براي حذف آنها تدابير الزم انديشيده شده است كه در ادامه

. گردد بطور خالصه به آنها اشاره مي

نوع -UV 3 ماورابنفش -IR 2 مادون قرمز -1. عله بين تشعشعي وجود دارد شبطور كلي سه نوع

UV/IRتركيبي

٣شکل

: IRهاي مادون قرمز شعله بين

شامل امواج ) 1nmتا nm 750( امواج الكترومغناطيسي بين طول موجيمحدوده وسيعي از طيف فركانس

براي آشكار سازي شعله مورد ) 4400nmتا nm 750( اي بين باشد و محدوده ميIRمادون قرمز اغ داخل كوره نيز امواج مادون قرمز در اين محدوده وح دگيرد الزم به ذكر است سط استفاده قرار مي

ي از بروز آالرم كاذب در شعله بيننمايند بنابراين براي حذف امواج آنها و جلوگير ساطع ميي رافركانس و يهاي تك فركانس بطور كلي دونوع شعله بين مادون قرمز داريم شعله بين. نياز به تدابير خاصي دارد

: شود كه در ذيل راجع به آنها توضيح داده مييهاي چند فركانس شعله بين

:هاي تك فركانس مادون قرمز شعله بين-1

nm 4400 داراي يك سنسور حساس به اموج مادون قرمز با طول موج يكانسهاي تك فر بين شعله

باشد است بنابراين نسبت كه مربوط به شعله ناشي از سوختن سوختهاي هيدرو كربن مي 4300mmتا باشد در تشعشعي حساس نميمنابع به تشعشعات ناشي از سطوح داغ درون كوره و نور خورشيد و ساير

امواج مادون قرمز (Flicker) و فركانس (Intensity)هاي مادون قرمز دامنه بين انواع جديد شعلهگردد الزم به ذكر است در اثر شود و با توجه به ميزان آنها وجود يا فقدان شعله اعالم مي گيري مي اندازه

د دهد كه منجر به ايجا رخ ميكي چ انفجارات كوي سوختن مواد هيدروكربن حينواكنشهاي شيميايي

و امواج مادون قرمز ناشي از سطوح داغ و ساير منابع تشعشعي (200Hz~0)شود س فليكر ميفركانباشند بنابرين براي تشخيص شعله از اين پارامتر همراه با شدت امواج مادون فاقد اين فركانس فليكر مي

)5و4شكل(. گردد قرمز استفاده مي

٥شکل ٤شکل

: هاي مادون قرمز چند فركانس شعله بين-2

كه معموالً ناشي حساسيت دارند 1100nmبيشتر از سنسورهاي مادون قرمز نسبت به تشعشعات با طول موج

مربوط به فركانس 4400nm~4300 ي فركانسه محدود .باشد از حرارت شعله يا سطوح داغ داخل كوره مي

با اتباشد كه در هنگام سوختن سوختهاي هيدروكربني تشعشع ميCO2)( مولكولهاي گاز كربنيكرزونانسشود هاي مادون قرمز چند فركانس از دو يا سه سنسور استفاده مي بينگردد در شعله اين طول موج ساطع مي

تشعشعات S2 را دريافت مي كند وسنسور 1100nm ~4100nm تشعشعات با طول موج S1 سنسور مثالً

و مدارات الكترونيكي )6شكل ( جذب مي كند )CO2مربوط به ( را 4300nm~4400nmيا طول موج

ميزان انرژي ناشي از سنسور .كنند گيري مي را اندازهS2 و S1 ناشي از سنسورهاي اين دامنه ولتĤژنسبت بين

(CO2)S2بايست بسيار بيشتر از ميS1 باشد تا وجود شعله ناشي از سوختهاي هيدروكربني تأييد شود چون ش است باشد وشعله خامو از سطوح داغ داخل كوره ميدر غيراينصورت تشعشعات مادون قرمز دريافتي ناشي

)6شكل (. دهد ميش افزايقت آنرا دوضعكند و در كم مياحساسيت شعله رالبته اين روش دركل

٦شکل

(UV)هاي تشعشعي ماورا بنفش شعله بين

كانس با طول موج هاي ماورا بنفش قادر به جذب انرژي تشعشعات در محدوده فر سنسور شعله بين

185nm ~ 260nmالزم به ذكر است تشعشعات .دباش مي UV 280 خورشيد داراي طول موجnm شود بنابراين آالرم كاذب نخواهيم داشت ولي در است و در سنسورهاي دقيق اين طول موج حذف مي

ز خطا وجود و بروسنسورهاي ارزان قيمت با پهناي فركانس غير دقيق امكان جذف انرژي نور خورشيد

و هيدروژن و ) مخصوصاً گاز (يهاي ناشي از سوختهاي هيدروكربن به اكثر شعلهUVاي آشكارسازه. داردگيرند ولي در مقابل نور ناشي از عوامل شعله مثل حساس هستند و بطور وسيع مورد استفاده قرار ميهغير

و در مورد مشعلهاي نيروگاهي حساس هستندقه و قوس الكتريكي جوشكاري و جرXرعد و برق و اشعه . گيرند و حساسيت مناسبي دارند در سوخت گاز مورد استفاده قرار مي

(UV/IR)هاي تشعشعي تركيبي شعله بين

باشند كه بطور مستقل عمل ميUV و يك سنسور IRهاي داراي يك سنسور بين شعلهاين نوعهاي مناسبي براي حذف آالرمهاي كاذب هستند كنند ولي داراي مدارات الكترونيك مشترك و قابليت مي

دهي سريعي دارند ولي در مقابل آلودگيهاي ناشي از روغن و بخارات آب نقطه ضعف دارند و زمان پاسخ

در جائيكه ساير منابع تشعشعي مثل ياين شعله بين براي تشعشع آتش ناشي از سوختهاي هيدروكربن

. باشد دارد مناسب ميقوس الكتريكي وجود و Xسطوح داغ و اشعه

) Visual (هاي بصري شعله بين

كنند در اين شعله بينها از هاي بصري از جديدترين تكنولوژي در تشخيص شعله استفاده مي عله بينش

ستفاده و الگوريتمهاي پيشرفته اCCTVتكنيكهاي پردازش تصويري با استفاده از دوربين مدار بسته زش شده و مشخصات شعله موجود شده است و بر اساس اين الگوريتمها تصاوير زنده ويديويي پردا

كند تشعشعات با توجه به اينكه اين سيستم از تصاوير ناشي از نور مرئي استفاده مي .گردد ميتفسير وجود ذرات آب روي لنز مادون قرمز ناشي از سطوح داغ داخل كوره تأثيري روي اين سيستم ندارد ضمناً

تواند از آب نور ميكند نيز بي تأثير است زيرا هاي مادون قرمز را مختل مي بين دوربين كه عملكرد شعلهگردد از معايب اين روش اين است كه فقط شعله عبور كند در حاليكه اموج مادون قرمز در آب جذب مي

حساسيتي ندارد ضمناً شعله مشعلها بصورت ويديويي كند و به آتشهاي بدون شعله قابل توجه را آشكار ميبرداري از نيروگاه باشد كه به اپراتورها در عملكرد صحيح بهره قابل نمايش در مونيتورهاي اتاق فرمان مي

)7شكل (. كمك كند

٧شکل

. ها بيان شده است طي جدول شماره يك نقاط فوت و ضعف انواع شعله بين

نوع شعله بين نقاط قوت نقاط ضعف جوشكاري Xآالرم كاذب ناشي از اشعه

رعد و برق از كار افتادن در مقابل قطرات روغن-

چند منظور براي شعله سوخت –مناسب طبيعي گاز

UV

حساسيت به تشعشع جسم داغ درون كوره

رات آب و از كار افتادن در مقابل قط وجود يخ

– جوشكاري xعدم حساسيت به اشعه براي شعله سوخت مايع –رعد و برق

IR تك فركانس

كاهش زمان پاسخ دهي -از كار افتادن در مقابل -

رات آب و وجود يخ قط

رمهاي كاذب مصونيت باال در مقابل آالناشي از جسم داغ درون كوره افزايش

حساسيت

IR چند فركانس

هاي ناشي از مناسب براي شعله هاي هيدروكربنيوختس

رات آب از كار افتادن در مقابل قط وجود يخ و روغن

مصدوميت باال در مقابل آالرمهاي كاذب

UV/IR

شهاي ناشي عدم پاسخ به آت - لاز سوختن هيدروژن و متانو

بدليل نبودن شعله پاسخ دهي كند -

له هاي شع ه ب فقطحساسيت - درخشندگي زياد با

اپراتور ديدن مستقيم شعله توسط-عدم حساسيت در مقابل تشعشع جسم -

داغ درون كوره عدم تأثير آب روي لنز آن - غير شعله ي عدم تأثير منابع تشعشع-

روي عملكرد آن مثل جوشكاري و غيره

(visual)بصري

1جدول

انتخاب شعله بين

. براي انتخاب شعله بين بايد موارد ذيل مد نظر قرار گيرد

... ) مازوت، زغال سنگ، گازوئيل، گاز و (نوع سوخت مصرفي مشعل -1

) گوشهنصب در ديواره يا در(نحوه آرايش نصب مشعلها در كوره -2

) جرقه زن(كالس مشعلهاي پايلوت -3

: نوع سوخت

ليد كنند براي سوختهاي هاي ناشي از سوختن هيدروكربن اشعه ماورابنفش و مادون قرمز تو تمام شعله

مناسب است ولي در سوختهاي سنگين مثل مازوت بدليل وجود UV گازوئيل شعله بين سبك مثل گازو

كند بنابراين ن اين ذرات عبور مي از بيIRشود ولي اشعه جذب مي UVذرات هيدروكربن نسوخته اشعه

براي سوخت مازوت مناسبتر هستند IRهاي شعله بين

:آرايش مشعلها

بطور كلي دو نوع آرايش نصب مشعل در كوره بويلرهاي نيروگاهي وجود دارد

آرايش نصب مشعل در ديوار -1

آرايش نصب مشعل در گوشه -2

. گردد نصب ميUV يك شعله بين وIRديوار براي هر مشعل يك شعله بين ل در شعدر نوع نصب مهاي مخصوص در نوع نصب مشعل در گوشه عالوه بر نصب شعله بين براي هر مشعل بايد شعله بين

نيز نصب گردد چون پس از تشكيل گوي آتش در داخل كوره هر گونه (Fireball)نظارت گوي آتش . باشد احتراق ميكل در سيستمايايداري نشانه بروز مشناپ

: كالس مشعلها-3

تعريف شده است كه NFPA85.2 براي مشعلهاي جرقه زن در استاندارد 3 و2 و 1بطور كلي سه كالس .بطور مشروح در استاندارد فوق آورده شده است

. در نظر بگيريمبراي خريد و نصب شعله بين بايد موارد ذيل را ) IR يا UV(پس از انتخاب نوع شعله بين

گردد باند فركانسي وسيع باعث ايجاد آالرمهاي كاذب مي: باند فركانسي )1

. در چه رنج فركانس بايد شعله آشكار گردد: رنج )2

. گردداي بايدآشكار اي و يا چه زاويه شعله در چه فاصله: زاويه ديد )٣

عله بين در نصب شاي فضايي خاص كه بايد موقع مخروطي ناقص با زاويه: مخروط ديد )4 .نظر گرفته گردد

آيا امكان تنظيم لنز وجود دارد: ييكپارچگي نور )5

قابليت پشتيباني توسط سازنده )6

گردد از نظر ميمحلي كه شعله بين نصب : (HAZARD Zone)منطقه خطرناك )7 گيرد اي از نواحي قابل انفجار قرار مي امكان انفجار در چه ناحيه

باشد آيا آشكار ساز داراي نشان دهنده وضعيت روي بدنه خود مي: نشان دهنده )8

تواند مانع ارسال سيگنال آالرم شود آيا بروز عيب مي )9

. باشد آيا شعله بين داراي هيتر براي جلوگيري از يخ زدگي مي )10

آيا شعله بين داراي مدارات متمايز كننده تشعشعات جسم داغ درون كوره از تشعشعات )11 باشد ناشي از شعله مي

ها حاصل شدهاست و بين الزم به ذكر است اخيراً پيشرفتهاي بسياري در زمينه تكنولوژي ساخت شعله

Fail Sale ( مصونيت در مقابل عيبهاي آنها در مقابل مدلهاي قديمي بسيار باال رفته است از جمله قابليت

مدار الكترونيك كه همزمان سيگنال اده از دو با استفSelf Mointoring). (و امكان خود آزمايي) .نمايند كنند و وضعيت ديگر را هر لحظه چك مي سنسورها را دريافت ميورودي

SIL مبحث .اند ه را بهبود داد(Safety integrity level)م بدين ترتيب سطح يكپارچگي ايمني سيست

اده از مراجع معرفي شده در انتهاي مطرح شده است و براي شناخت آن استفIEC 61508در استاندارد .مقاله توصيه مي گردد

و پيش نويس استاندارد توانير ساير مراجع معرفي NFPA 8502:1999الزم به ذكر است بجز استاندارد ميد است مطالب مطروحه براي همكاران ا.باشد د و مطالعه مين قابل دانلوشده در اين مقاله بطور رايگا

. گرامي سودمند باشد

:مراجع

1- NFPA8205:1999 Furnace Explosions/Implosions In Multiple

Burner Boilers

2- Flame & Gas Detection Handbook (WWW.ICEWEB.COM .AU) 3- Flame Detector Selection. Micropack Engineering LTD.

4- Flame Safeguarding using Ionization detection. Durag inc.

5- Handbook of Fire and explosion protection. Denis p. Nolan

Publication:1996

6- Safety Instrumented System. Paul Gruhn. ISA .2006

) قدس نيرو-ستميقاي رآ(توانيرشعله مپيش نويسي استاندارد حفاظت بويلرهاي چند -7