الكاشف البصري للهب Visual Flame Detector

Optical flame detection has evolved over the last 30 years with improved sensors, processing power, and high electronics reliability, which has greatly improved the acceptance and  use of automatic optical fire detection in the harshest of environments and applications.

Single wavelength ultraviolet (UV) detectors were originally used for the protection of large integrated oil and gas production platforms in the North Sea, followed by single wavelength infrared (IR) detectors, but problems with false alarms from numerous natural and artificial sources both on the platforms and from adjacent installations prompted the oil industry to search for a better technology. This paper covers the recurring problem of flare reflections on offshore platforms and how the evolving technology of visual flame detection has solved this problem.

*

تطورت عملية الكشف الضوئي Optical Flame Detection عن اللهب على مدار الثلاثين عامًا الماضية باستخدام أجهزة استشعار يتم تحسينها و رفع قوة المعالجة الإلكترونية و رفع موثوقية الدوائر الإلكترونية ، مما أدى إلى تحسن كبير في قبول واستخدام الكشف الضوئي الأوتوماتيكي عن الحرائق في أقسى البيئات والتطبيقات.

تم استخدام كاشفات الأشعة فوق البنفسجية أحادية الطول الموجي Single Wavelength Ultraviolet (UV) Detectors لحماية منصات الكبيرة لإنتاج النفط والغاز في بحر الشمال ، تلي ذلك استخدام كاشفات الأشعة تحت الحمراء أحادية الطول الموجي Single Wavelength Infrared (IR) detectors ، ولكن ظهرت مشاكل من الإنذارات الكاذبة نتيجة العديد من المصادر الطبيعية والصناعية على المنصات البحرية والمنشآت القريبة منها ، مما دفع صناعة النفط للبحث عن تقنية جديدة أفضل. تغطي هذه المقالة مشكلة تكرار انعكاسات الشعلة Flare Reflections على المنصات البحرية وكيف أن التكنولوجيا المتطورة للكشف الضوئي عن اللهب قد حلت هذه المشكلة.

*

نشأت بدايات الإكتشاف البصري لللهب Visual Flame Detection من التطورات في صناعة النفط والغاز البحرية في بحر الشمال في منتصف التسعينات. حيث بدأ قطاع النفط في المملكة المتحدة UK النظر في استخدام مرافق إنتاج النفط والغاز العائمة Floating Oil And Gas Production Facilities ، لتطوير انتاج النفط من المياه العميقة حيث ستكون التكلفة أكبر للإنتاج باستخدام المنصات الثابتة التقليدية . وطلق علي هذه المرافق العائمة اختصار FPSO ويعني  التخزين والتفريغ العائم للإنتاج Floating Production Storage And Offloading  (خلق ذلك عدد من التحديات تختلف عن المنصات الثابتة التقليدية ، بما في ذلك التحديات الخاصة بكشف اللهب بالطريقة التقليدية باستخدام الأشعة تحت الحمراء.

.

The origins of visual flame detection came from developments in the North Sea offshore oil and gas industry in the mid 1990’s. The UK oil sector started to look at the use of floating oil and gas production facilities, to develop oil reserves in deeper water than conventional fixed platforms could be cost effectively deployed. These floating facilities called FPSO’s (floating production storage and offloading (created a wealth of different challenges from conventional fixed platforms, including challenges to conventional infrared flame detectors.

*

نظرًا للقرب النسبي للشعلة Flare من وحدات الإنتاج العلوية المكشوفة ، فإن الإشعاع المنعكس يمكن أن يؤثر سلبًا على تشغيل نظام كشف اللهب Flame Detection System . وتجدر الإشارة إلى أن هذه المشاعل Relief Flares يمكن أن يصل حجمها إلى 1000 مرة حجم حريق الإختبار المستخدم لتحديد نطاق كاشف اللهب Flame Detector Range . وبما أن هناك العديد من الأسطح العاكسة على المرافق ، بما في ذلك المواسير Piping والأوعية Vessels والوحدات ، فإن الانعكاسات الناتجة عن عملية التوهج يمكن أن تكون متعددة الاتجاهات وليس من السهل تحديدها أو عزلها. كان استخدام المظلات Shields أو الواقيات Hoods للحد بشكل جزئي من مجال رؤية Field Of View أجهزة الكشف عن اللهب التقليدية بمثابة حل وسط وكانت بعض شركات النفط مترددة في القيام به ولكن لم يكن لديها خيار. في الممارسة العملية ، ثبت لاحقا عدم فاعلية استخدام المظلات Shields أو الواقيات Hoods .

.

Due to the relative close proximity of the process relief flare to the top side exposed production modules, reflected radiation could adversely affect the operation of the flame detection system. It should be noted that these process relief flares can be up to 1,000 times the size of the industry standard test fire used to specify flame detector range. As there are multiple highly reflective surfaces on the facilities, including piping, vessels and skids, reflections from the process flare could be multi directional and not easy to identify or isolate. The use of shields or hoods to partially limit the field of view of the conventional flame detectors was a compromise that some oil companies were reluctant to undertake but had no choice. In practice, the use of shields or hoods was later proven to be ineffective.

*

في عام 1997 م ، كانت إحدى الشركات النفطية الكبرى التي أجرت اختبارات مكثفة لكاشفات اللهب البصرية Optical Flame Detectors منذ التطوير الأولي لحقل النفط الرئيسي الأول في بحر الشمال في أوائل السبعينيات ، وفي مرحلة التصميم الأولي لأول FPSO لتطوير حقل نفطي في شمال المحيط الأطلسي ، غرب جزر شيتلاند ، كان مديرو الشركة على دراية بالتحدي الذي يمثله توهج الشعلة على مقربة شديدة من مرافق الإنتاج في الجانب العلوي ، واتصلت بشركة متخصصة متخصصة في أجهزة الكشف عن الحرائق للمساعدة في العمل على نوع جديد من نظم الكشف عن اللهب التي يمكنها توفير الحماية من الحرائق مع قدرتها علي تجاهل الانعكاسات الناجمة عن توهج الشعلة .

.

In 1997, a major oil company that had done extensive testing of optical flame detectors since the initial development of the first major oil field in the North Sea in the early 1970’s was in the preliminary design phase of its first FPSO to develop an oil field in the North Atlantic Ocean, West of the Shetland Islands.  Company managers were aware of the challenge from the process relief flare being in such close proximity to the top side production facilities and contacted a specialized fire detection consulting company to help work on a new type of flame detection system that would ignore reflections from the flare, whilst still providing fire detection coverage in these areas.

*

اختبر الخبير الاستشاري العديد من النماذج التجارية لكاشفات اللهب ، وكمستشار لصناعة النفط في بحر الشمال طور فهمًا متخصصًا وغير متحيز لنقاط القوة والضعف في أجهزة استشعار اللهب البصرية Optical Flame Sensors . تم اجراء هذه الاختبارات جنبا إلى جنب مع البحث في استخدام حساسات النوع Charged Coupled Device CCD والتي أدت إلي تطوير أول نظام للكشف عن اللهب بصريا Visual Flame Detection System في أول منشأة من النوع FPSO في بحر الشمال.

.

The consultant had been testing various brands of flame detectors as a consultant to the North Sea oil industry and had developed a specialized and unbiased understanding of the strengths and weaknesses of optical flame sensors. Some of this testing combined with research into the use of charged coupled device (CCD) image sensors for flame detection brought about the development of the first visual flame detection system for this first North Sea FPSO.

*

التقنية The Technology

تستخدم أجهزة الكشف عن اللهب البصري Visual Flame Detectors تقنية تصوير فيديو باستخدام حساسات استشعار قياسية من النوع CCD المستخدمة في كاميرات الدوائر التلفزيونية المغلقة ، بالإضافة إلى استخدام خوارزميات Algorithms متقدمة. تقوم هذه الخوارزميات Algorithms بمعالجة صورة الفيديو المنقولة بالبث المباشر Live Video Image من مصفوفة حساسات CCD وتترجمها إلي مواصفات لللهب.

.

Visual flame detectors employ a video imaging technique using standard CCD sensors that are used in closed circuit television cameras, combined with advanced algorithms. These algorithms process the live video image from the CCD array and interpret flame characteristics.

*

ورغم الكثير من التطوير لكاشف اللهب المعتمد علي التصوير Visual Imaging Based Flame Detection لتحسين تجاهل الانعكاسات الضوئية الناتجة من الشعلة Flare ، لم تكن الحساسية لكشف الحريق الهدف الرئيسي. وكان لكاشفات اللهب المعتمدة على الأشعة تحت الحمراء IR based flame detectors سرعة استجابة أفضل ويمكن أن ترى الحرائق على مسافات أكبر ، ولكن سرعان ما تم اكتشاف أنه من خلال عدم استخدام الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء الخاص بمعظم أجهزة كشف اللهب ، فلن تتأثر كاشفات اللهب المعتمدة علي تحليل الصور Imaging Based Detectors بمشكلة الإمتصاص المائي أثناء سقوط المطر ولم تتأثر بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون الخاصة بعادم التوربينات الغازية وغيرها من المصادر. وبسبب التبعية المكانية ، فإن كاشفات اللهب البصرية Visual Flame Detectors لن تضبط حساسيتها تبعاً لما هو موجود في مجال رؤية الكاشف.

.

As most of the original development of visual imaging based flame detection was carried out to ignore the reflections from the process flare, fire sensitivity was not the major objective. IR based flame detectors had better response times and could see fires at greater distances, but it was soon discovered that by not using the IR wavelength associated with most flame detectors, imaging based detectors were not affected by water absorption from rain or from CO2 emissions from gas turbine exhaust and other sources.

Due to their spatial dependency, visual flame detectors would not adjust their sensitivity depending on what was in the field of view of the detector.

*

في أواخر الثمانينيات تطلبت تطبيقات أخرى لكاشفات اللهب مثل حماية حظائر الطائرات التجارية والعسكرية أن تتمكن أجهزة كشف اللهب الأوتوماتيكية من الإستجابة للحرائق المتواجدة على مسافات تتراوح بين 150 و 200 قدم. هذا أصبح مواصفات الصناعة الواقعية.

.

وبما أن هذه الكواشف قد تم تطبيقها على صناعة النفط البحرية ، لم تكن هذه المشكلة واضحة بسبب المكان المحدود للغاية وذو الكثافة العالية لمناطق معالجة النفط والغاز ، فإن المسافات من موقع الكاشف إلى مصدر الحريق الفعلي نادراً ما تجاوزت 15- 20 قدم ، وبالتالي فإن المدى المحتمل البالغ 200 قدم مع الحساسية لأجهزة كشف اللهب التقليدية لم يكن ضروري ، ولكن ربما أدت إلى زيادة في الإنذارات الكاذبة الناتجة من الإنعكاسات الضوئية من الشعلة Flare . وعلى الرغم من أن أول جيل للكاشف البصري عن اللهب كان ذو حساسية  أقل من 50 في المئة منها في كاشفات اللهب التقليدية ، فلم يكن ذلك هام في منصة بحرية ذات مساحة محدودة. ومع ذلك ، فإن العيب الرئيسي لكاشف اللهب المعتمد على الرؤية هو أنه لا يستطيع الكشف عن الحرائق غير المرئية مثل حرائق الهيدروجين أو اللهب الضعيف للغاية مثل لهب الميثانول النقي والكبريت النقي . فالسطوع الناتج عن حرائق المواد الهيدروكربونية هو أحد الخصائص الأساسية التي تعتمد عليها فكرة عمل هذه التقنية.

.

إلى جانب إخراج فيديو ببث مباشر من كاشف اللهب البصري ، يمكن للمشغلون المتواجدون في أماكن بعيدة داخل المحطة القيام بتأكيد الخطر من خلال مشاهدة الفيديو ويمكنهم اتخاذ مسار عمل أكثر استنارة وأكثر أمانًا لمكافحة الحريق عند اكتشافه باستخدام كاشف اللهب البصري. قامت بعض الشركات المصنعة لكاشفات اللهب التقليدية المعتمدة علي الأشعة تحت الحمراء متعددة التردد Multi -Spectrum IR ووكذلك النوع الهجين الأشعة فوق البنفسجية UV / الأشعة تحت الحمراء IR مؤخراً بإدخال موديلات مزودة بكاميرا مراقبة مثبتة بمسامير لتحقق نفس القدرة على التحقق من الحريق بمشاهدة الكاميرا. بطبيعة الحال ، لا يتم حل القضية الأساسية للإنذارات الكاذبة الناتجة من الإنعكاسات الضوئية من الشعلة بطريقة الجمع تلك بين كاشف لهب Flame Detector وكاميرا Camera . (المصدر)

.

Other applications for flame detectors in the late 1980’s like the protection of commercial and military aircraft hangars dictated that automatic flame detectors respond to fires at distances of 150 -200 feet. This became the de facto industry specification.

As these detectors were then applied to the offshore oil industry, it was not readily apparent that, due to the very confined and condensed nature of the oil and gas processing areas, distances from a detector location to the actual fire source rarely exceeded 15- 20 feet, so the 200 feet potential range and sensitivity of these conventional flame detectors was not only unnecessary, but probably led to an increase in the false alarms from flare reflections. So even though the first generation visual flame detector had less than 50 percent of the sensitivity, compared to conventional type flame detectors, it did not matter in the close confines of an offshore platform. Nevertheless, a major weakness of visual based flame detection is that it cannot detect invisible type fires such as hydrogen or very weak flames such as pure methanol and pure sulphur.

Brightness associated with most hydrocarbons fires is one of the fundamental parameters of how the technology works. Combined with the live video output of the visual flame detector, operators in remote parts of the plant have the benefit of confirming the hazard and can take a more informed and safer course of action to combat the fire when detected with a visual flame detector. Some manufacturers of conventional multi -spectrum IR and combination UV/IR detectors have recently introduce models with a bolt-on surveillance camera to achieve the same verification capability. Naturally, the fundamental issue of false alarms from flare reflections is not resolved with this combination flame detector and camera. [Source]

*

مصطلحات

الكاشف البصري للهب

Video-Based Multi-Feature Flame detection system – Imaging Based Flame Detectors

*

اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوكأو 

***************************************************************

 

handwave-yellow

مواضيع ذات صلة

 .

الفرق بين لوحة الحريق التقليدية Conventional Fire Alarm System ولوحة الحريق المعنونة Addressable Fire Alarm System

.

أنواع أجهزة الكشف عن الحريق والغاز Types of F&G Detection Devices

.

كاشفات الغاز Gas Detectors

.

كاشفات الدخان المفردة Stand Alone Smoke Detectors

.

الكاشف الخطي للحرارة Linear Heat Detector

.

معلومات حول كاشف الدخان المنزلي

.

handwave-yellow

Share this...شارك المقالة
Share on Facebook
Facebook
Tweet about this on Twitter
Twitter
Share on LinkedIn
Linkedin

**************************************

ملاحظة

  • إذا كان لديك مقالة تريد نشرها أو لديك تعديل أو اقتراح جيد ، فمن فضلك سجل اقتراحك في تعليق علي الموضوع .
  • أو راسلنا علي البريد التالي لنشر مقال خاص بك : info@inst-sim.com

مكتبة محاكاة الأجهزة


أترك تعليق