سیستم F & G مخفف سیستم پایش گاز و آتش (Fire and Gas Detection System) سامانه‌ای است که وظیفه‌ی شناسایی شعله و گازهای سمی یا قابل انفجار در محیط را برعهده دارد. این سیستم در صنایعی مانند کارخانه ها، پتروشیمی ها، پالایشگاه ها، نیروگاه ها و محیط‌های شیمیایی که معمولا مایعات و گازهای قابل اشتعال و سمی در آنها به وفور یافت می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد. با اینکه وظیفه‌ی این سیستم تشخیص و پیشگیری از حریق است اما با سیستم اعلام حریق تفاوت‌های متعددی دارد.
در این مقاله قصد داریم به بررسی مختصری از سیستم فوق و انواع آن بپردازیم. پس اگر به دنبال کسب اطلاعات بیشتر و آشنایی تخصصی‌تر با این سیستم هستید، خواندن این مطلب را از دست ندهید.
چیست؟ F&G سیستم
سیستم پایش گاز و آتش بخشی از یک سیستم ترکیبی شامل اجزا و مدارهایی است که برای نظارت بر محیط و ارسال سیگنال یا اعلام هشدار در مورد وجود شعله، گازهای سمی یا قابل اشتعال و غبارات قابل اشتعال در محیط طراحی شده‌اند. این سیستم پیوسته تمامی فضاها را برای یافتن این شرایط غیر نرمال بررسی کرده و به افراد حاضر در شرایط خطر هشدار داده و متناسب با سطح خطر شناسایی شده اقدامات لازم را انجام می‌دهد.
سیستم F&G برای خودکارسازی اقدامات اضطراری کنترل و حفاظت کاملا یکپارچه برای جلوگیری از تشدید خطر و گسترش حریق مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین استفاده از این سیستم برای بازگشت سریع از شرایط غیرعادی و راه اندازی مجدد تمامی فعالیت‌ها به شکل عادی، بسیار اهمیت دارد.
سیستم F&G چه تفاوتی با سیستم اعلام حریق دارد؟
ممکن است برای شما این سوال پیش آمده باشد که سیستم پایش گاز و آتش با سیستم اعلام حریق چه تفاوتی دارد که این تجهیزات را برای استفاده در محیط‌های صنعتی ارجح بر سیستم اعلام حریق قرار می‌دهد.
پاسخ این سوال در شرایط متفاوت محیط های صنعتی و شهری و حساسیت حفاظت از این محیط ها نهفته است. در سرتاسر کارخانجات فرآوری و محیط های صنعتی که مختصرا به آنها اشاره شد، افراد با ریسک‌های گوناگونی روبرو می‌شوند. برای مثال تاسیسات شیمیایی همواره به طور معمول خطرات بالقوه ای را شامل می شود، از سمی بودن و واکنش پذیری مواد اولیه، تا آزاد شدن انرژی از واکنش های شیمیایی، دمای بالا ، فشارهای زیاد و غیره. بعلاوه در اکثر تاسیسات و کارخانجات گرد و غبارهایی در هوا وجود دارد که مستعد مشتعل شدن و ایجاد خطر هستند.
در چنین شرایطی نکاتی چون سرعت و دقت تشخیص و عمل، عدم ایجاد خطر توسط تجهیزات و مقاومت آنها در مقابل وقوع خطرات احتمالی بسیار حائز اهمیت است. تجهیزات این سیستم ها معمولا از سرعت تشخیص و پاسخ بالایی برخوردار بوده و در عرض کمتر از چندثانیه خطر را شناسایی کرده و اعلام می‌کنند.
از سوی دیگر این تجهیزات در برابر نفوذ گرد و خاک و آب (IP این تجهیزات معمولا 66 و 67 است) بسیار مقاوم بوده و به همین جهت امکان ورود غبارات قابل اشتعال به داخل آن ها، ایجاد جرقه و اشتعال تجهیز وجود ندارد و همین امر میزان ایمنی محیط را افزایش خواهد داد. البته برخورداری از چنین بدنه‌های مقاومی آسیب پذیری تجهیزات در صورت وقوع حوادث را نیز به حداقل می‌رساند. به همین دلیل تجهیزات F&G را ضد انفجار می‌گویند و برخورداری از گواهینامه های ATEX، IECEx، FM و UL در این تجهیزات بسیار اهمیت دارد.
همچنین عدم نفوذ جریان الکتریکی داخل تجهیز به بدنه و خارج دستگاه به جهت جلوگیری از ایجاد اتصال با غبارات موجود در هوا و اشتعال بسیار مهم بوده که برای آن هم تمهیداتی اندیشیده شده است.
تفاوت سیستم F&G و سیستم اعلام حریق به اینجا و مقاومت بدنه ختم نمی‌شود. این تجهیزات در مقایسه با سیستم اعلام حریق خروجی‌های متفاوتی mA 4-20 داشته و از پروتکل‌های خاصی RS-485، HART برای ارتباط با پنل مرکزی استفاده می‌کنند. بعلاوه عدم ارسال هشدارهای کاذب یا خطا در این تجهیزات بسیار اهمیت دارد و از همین رو تجهیزات سیستم پایش گاز و آتش باید حتما گواهینامه‌ی SIL آن هم سطح 2 یا 3 را دریافت کرده باشند.
معرفی انواع سیستم های F&G
سیستم های F&G در سه گروه زیر جهت استفاده در پروژه های مختلف تولید شده و مورد استفاده قرار می گیرند. هر یک دارای مزایا و معایب خاص خود هستند.
1. Stand Alone
2. PLC Based
3. Rack Mount
از نظر فنی مواردی همچون سطح یکپارچگی ایمنی، تعداد و نوع I/O ها و همچنین پروتکل های ارتباطی در تعیین این سیستم ها موثر است.
سیستم های Stand Alone
برای مانیتور کردن تعداد محدودی از I/O ها می توان از این سیستم ها استفاده کرد. در این سیستم های فقط یک آشکارساز گاز به صورت آنالوگ و چند آشکارساز گاز به صورت دیجیتال می توانند به این سیستم وصل گردند. سیستم های Stand Alone یا تک کاناله می توانند به صورت پیوسته سیگنال آنالوگ 4-20 میلی آمپری را در یک صفحه نمایش دیجیتال مانیتور نمایند. این سیستم های معمولا دارای رله های خروجی آلارم و خطای سیستم کنترل برای انتقال سیگنال به سیستم دیگر هستند.
سیستم های PLC Based
زمانی که میزان ایمنی و خطای سیستمی پر اهمیت می شود سیستم های PLC مورد استفاده قرار می گیرند. هدف استفاده از این سیستم ها این است که در هنگام بروز خطا سیستم سریعا به حالت ایمن برود و در همان حالت باقی بماند. بدیهی است که استفاده از این سیستم ها، هزینه پروژه را افزایش می دهد.
پیکره بندی سیستم های PLC Based
• سیستم PLC برای سیستم کنترل مرکزی یا CIE استفاده می شوند.
• سخت افزار هر PLC متشکل است از CPU، کارت ماژول های I/O، منبع تغذیه و پردازنده ارتباطی.
• سیستم های PLC Based دارای کارت ماژول های ورودی کانوشنال نیستند. منظور از سیگنال های ورودی کانوشنال سیگنال هایی هستند که به صورت صفر و یکی نیستند و آلام و فالت هر کانال با استفاده از تغییرات جریانی مشخص می گردند.
• سیستم های PLC Based دارای کارت ماژول های سیگنال های آنالوگ 4-20 میلی آمپری و دیجیتال 0 یا 1 هستند.
• این سیستم ها تاییدات مربوط به استانداردهای NFPA72 یا EN54 را ندارند.
• سیستم های PLC Based که به عنوان سیستم F&G استفاده می شوند غالبا به صورت Fail Safe طراحی می گردند.
• این سیستم ها دارای کارت ماژول های پروتکل های اعلان حریق آدرس پذیر نیستند.
یک سیستم F&G مطابق با شکل بالا باید تمامی سیگنال های مربوطه از قبیل اعلام حریق، گازسنجی و اطفا حریق را به همراه الزامات استانداردی آن پوشش دهد. از طرفی باید به دلیل سطح ایمنی بالا، برای این سیستم ها سطوح یکپارچه ایمنی نیز تعربف گردد. سیستم های F&G به صورت Rack Mount تنها سیستم هایی هستند که تمامی این قابلیت ها را به صورت یک پکیج دارا می باشند.
پیکره بندی سیستم های F&G به صورت Rack Mount
• سیستم Rack Mount برای سیستم کنترل مرکزی یا CIE استفاده می شود.
• سخت افزار این سیستم ها متشکل است از CPU، کارت ماژول های I/O، منبع تغذیه و پردازنده ارتباطی.
• سیستم های Rack Mount دارای کارت ماژول های ورودی کانوشنال هستند. منظور از سیگنال های ورودی کانوشنال سیگنال هایی هستند که به صورت صفر و یکی نیستند و آلام و فالت هر کانال با استفاده از تغییرات جریانی مشخص می گردند. هر کانال این کارت ماژول ها دقیقا مانند یک زون سیستم کانوشنال عادی کار می کند.
• سیستم های Rack Mount دارای کارت ماژول های سیگنال های آنالوگ 4-20 میلی آمپری هستند.
• این سیستم ها تاییدات مربوط به استانداردهای NFPA72 یا EN54 را دارند.
• سیستم های Rack Mount که به عنوان سیستم F&G استفاده می شوند غالبا به صورت Fail Safe طراحی نمی گردند.
• این سیستم ها دارای کارت ماژول های پروتکل های اعلان حریق آدرس پذیر هستند.
• هزینه این سیستم ها غالبا از سیستم های PLC Based کمتر می باشد.
مزایای استفاده از سیستم F&G
با پیاده‌سازی یک سیستم پایش گاز و آتش یکپارچه براساس آخرین تکنولوژی‌های موجود، صنایع می‌توانند الزامات ایمنی و حفاظت خود را برآورده کرده و سرمایه‌های هنگفت حاضر در پروژه‌ها اعم از افراد و تجهیزات را حفظ و نگهداری نمود .
اهداف سیستم F&G عبارت است از:
• کاهش ریسک و عواقب ناشی از حوادث
• کاهش احتمال وقایع خطرناک
• تضمین یک محیط کاری ایمن برای افراد
• تضمین وجود تجهیزات فرار به میزان کافی
• فراهم کردن تجهیزات ایمنی کافی برای تشخیص، جداسازی و به حداقل رساندن نشت گازها و مایعات سمی و قابل اشتعال در محیط
• فراهم کردن سیستم‌های حفاظت حریق مناسب به جهت کنترل و اطفای سریع هرگونه حریق قابل پیش‌بینی که در شرایط و عملیات عادی قابل انتشار است
• به حداقل رساندن احتمال آلودگی محیط در اثر نشت، تخلیه یا شعله‌ور شدن تصادفی مواد خطرناک
همانطور که ذکر شد این سیستم در مکان‌های صنعتی و پرخطر از قبیل عرشه‌های استخراج و پالایش نفت، صنایع نفت و گاز، پالایشگاه‌ها، پتروشیمی‌ها، محیط‌های شیمیایی، صنایع دریایی، انبار و پایانه‌های سوخت، خطوط لوله نفت و گاز، نیروگاه‌ها، معدن، انبار چوب و کاغذ به کار گرفته می‌شود.
تجهیزات سیستم F&G در طی سالهای اخیر توسعه‌ی فوق‌العاده‌ای داشته‌اند. استفاده از تکنولوژی‌های به روز و هوشمند در این تجهیزات به منظور کاهش هشدارهای اشتباه، نرخ تشخیص آنها را بهبود بخشیده است. ایجاد امکان اتصال دتکتورهای گاز و آتش به سیستم ایمنی محیط فاکتور بسیاری مهمی است که عملکرد این سیستم را به سمت افزایش قابلیت اعتماد و به عبارتی داشتن سطح یکپارچگی ایمنی (SIL) بالاتر سوق خواهد داد.
انواع سیستم های F&G
در گذشته، تجهیزات سیستم‌های F&G یا به صورت مستقل عمل می‌کردند (Standalone) یا از طریق سیم به یک کنترل پنل متصل می‌شدند و با استفاده از رله‌ها با آن ارتباط برقرار می‌کردند، اقدامات کنترل و کاهش ریسک نیز از طریق فعال‌سازی دستی صورت میگرفتند. اما این روش‌ها بهترین اقدامات قابل انجام در جهت کاهش خطرات توسط سیستم پایش گاز و آتش به حساب نمی‌آیند. امروزه این سیستم‌ها عموما از نوع برنامه پذیر(PES) هستند و از آنجا که این تجهیزات با تمامی فرایندهای ایمنی محیط به صورت یکپارچه عمل می‌کنند اقدامات دفع خطر نیز از طریق سیستم خاموشی اورژانسی (ESD) یا مستقیما توسط سیستم F&G انجام خواهد گرفت.
اجزای سیستم F&G
یک سیستم پایش گاز و آتش خوب، دتکتورهای شعله و گاز را در کنار کنترل پنل های متعارفی و آدرس پذیر و سیستم‌های اطفای حریق پاک مانند Inert Gas ها استفاده می‌کند.
برای طراحی یک سیستم F&G مناسب، باید آنالیز ریسک انجام شود. گزارش این آنالیز، ملزومات سیستم را مشخص خواهد کرد: چه نوع از دتکتورهایی باید استفاده شوند، سرعت پاسخ‌دهی دتکتورها چه میزان باید باشد، چه تعداد زون/ منطقه حریق باید تعریف شود، تجهیزات هشدار چگونه عمل کنند، چه اطلاعاتی باید در اختیار متصدی قرار داده شود و غیره.
اما مهم‌ترین تجهیزات این سیستم همان دتکتورهای شعله و دتکتورهای گاز هستند که در ادامه انواع آنها را نام خواهیم برد.
دتکتورهای گاز
این دتکتورها به دو دسته‌ی عمده تقسیم می‌شوند:
• دتکتور گازهای قابل اشتعال
• دتکتور گازهای سمی
دتکتورهای گاز بر اساس قابل تشخیص سنسورهای متفاوتی دارند که این سنسورها عبارتند از کاتالیستی (Catalytic / Pellistor)، الکتروشیمیایی (Electro Chemical)، فروسرخ (IR) و خطی (Open Path)
دتکتورهای شعله
این دتکتورها براساس طیف نوری که برای تشخیص حریق استفاده می‌کنند شامل انواع زیر هستند:
• دتکتور فروسرخ
• دتکتور فرابنفش
• دتکتور مادون قرمز / ماورابنفش
• دتکتور دوگانه فروسرخ
• دتکتور سه گانه فروسرخ
براساس گازها و مواد قابل اشتعال موجود در محیط و میزان دقت و سرعت واکنش مورد نیاز دتکتور شعله‌ی مناسب انتخاب خواهد شد.
