التركيز على الطيارين المضيئين

كلايتون أ. فرانسيس, Zeeco Inc. ، الولايات المتحدة الأمريكية ، تناقش متطلبات أنظمة الكشف التجريبية الحديثة عن التوهج.

داخل المصنع ، سواء لإنتاج الهيدروكربونات أو نقلها أو معالجتها ، يعد التوهج جهازا مطلوبا لتخفيف السلامة. تعمل المشاعل على حرق الغازات القابلة للاشتعال والسامة التي يتم تخفيفها بطريقة طارئة لحماية سلامة المصنع والأشخاص القريبين. أحد المكونات الحتمية لنظام التوهج هو الطيار لأن الطيار المشتعل يضمن الاشتعال السليم لتلك المعاول المضيئة في حالات الطوارئ. وبدون طيار موثوق به، يمكن للإطلاقات أن تنفيس عن الغلاف الجوي - مع عواقب بيئية وسلامة الأفراد ومتفجرات. ويكتسي تحديد حالة المشروع التجريبي المشتعل أهمية حاسمة، كما أنه في العديد من المرافق في جميع أنحاء العالم يمثل تفويضا قانونيا.

أوجه القصور الحالية في تكنولوجيا الكشف التجريبي

قبل ظهور الكشف الموثوق بالألياف البصرية ، اعتمدت صناعة النفط والغاز على المزدوجات الحرارية لتحديد حالة الاحتراق. كان هذا عموما نهجا موثوقا به للمهمة النموذجية ، ولكن توجد أوجه قصور واضحة عند استخدام المزدوجات الحرارية للكشف عن اللهب التجريبي. وقد حدد المستعملون النهائيون لمعدات الاحتراق عدة تحديات تتعلق بتكنولوجيات الكشف التجريبية التقليدية. بسبب هذه العيوب ، تم غربلة معايير الحل التجريبي الجديد للتوهج إلى السطح. ستناقش هذه المقالة هذه المعايير بمزيد من التفصيل.

التمييز الدقيق بين اللهب التجريبي الفردي

يضع بائعو التوهج المتطورون المزدوجات الحرارية بحيث تكون أكثر استجابة للهب التجريبي للتوهج كمنفصلة عن لهب التوهج العام. وبهذه الطريقة، يتم نقل حالة تجريبية حصرية إلى نظام التحكم في معظم العمليات. ومع ذلك ، نظرا لأن المزدوجات الحرارية تكتشف الحرارة ، حتى أكثر الأنظمة كفاءة تخضع لمؤشرات تجريبية إيجابية خاطئة على الجانب السفلي من الريح من التوهج عندما يصبح الطيار مشبعا بالحرارة بسبب اصطدام اللهب. ومن الأفضل ضمان التشغيل الآمن للتوهج من خلال التحديد المنفصل لكل حالة تجريبية على حدة، ولكن في بعض الأحيان، لا يتوفر ذلك ببساطة مع المزدوجات الحرارية.

حل قوي أو قابل للصيانة يدوم بين التحولات

في حين أن المزدوجات الحرارية هي واحدة من أقوى التقنيات المطبقة للكشف التجريبي ، إلا أنها لا تزال في النهاية تقنية قابلة للاستهلاك. Zeeco يحمي ويحافظ على سلامة المزدوجة الحرارية من خلال بئر حراري متكامل في السكن التجريبي ، والتنسيب الاستراتيجي ، والتدريع ، والعزل. ومع ذلك ، فإن العديد من المصانع تدفع التحولات إلى ما بعد خمس سنوات ، لذلك حتى مع تدابير الحماية هذه ، ستحتاج المزدوجات الحرارية إحصائيا إلى استبدالها داخل النافذة. معظم المزدوجات الحرارية هي نوع ثابت لا يمكن صيانته إلا عندما يتم إغلاق التوهج (وبالتالي المحطة التي يخدمها التوهج) وغير منتجة. تتغلب أنظمة المزدوجة الحرارية القابلة للسحب إلى حد كبير على التحدي المتمثل في صيانة المزدوجات الحرارية وإمكانية الوصول إليها ، ولكنها موجودة في أقلية صغيرة من جميع منشآت التوهج.

إشارة فورية للهب / لا لهب لكل طيار

وقد تصاعدت الدعوة إلى الكشف الفوري عن حالة الطيار على مر السنين. قد يخرج الطيار ، وحتى بدون وجود لهب مضيء ، قد يستغرق الأمر عدة دقائق حتى يبرد البئر الحراري والدرع التجريبي إلى ما دون نقطة تبديل المزدوجات الحرارية ، والتي تشير بعد ذلك فقط إلى "عدم وجود لهب طيار" للمشغل. إذا كان التوهج يستخدم غاز تطهير قابل للاحتراق ، فمن المحتمل ألا يبرد المزدوج الحراري التجريبي في اتجاه الريح بما يكفي لتسجيل طيار غير فعال. حتى مع برمجة المنحدرات أو نقاط التبديل المتعددة أو الإرسال التناظري لإشارة درجة الحرارة ، فإن المزدوجات الحرارية التجريبية لا تشير على الفور إلى حالة الطيار الحقيقية. في حين أن هذا العيب مفهوم إلى حد كبير وتم قبوله في الصناعة في الماضي ، فإن العواقب المحتملة للسلامة والبيئة للإشارة المتأخرة أصبحت الآن مصدر قلق متزايد.

التمييز الدقيق بين الطيار واللهب المشتعل

يتم تطبيق تقنيات أخرى في محاولة للتغلب على أوجه القصور المتصورة في المزدوجات الحرارية ، ولكن هذه بدورها تسبب مشاكل تشغيلية ووظيفية أخرى. في بعض الأحيان ، فقد التوهج معظم أو كل إشارات الطيار الحرارية قبل عدة أشهر أو سنوات من انقطاع الصيانة المخطط له يمكن أن يحل محل المعدات التالفة. كإجراء مؤقت للحصول على بعض المؤشرات على وجود الطيارين ، يمكن للمشغلين تثبيت شاشة تعمل بالأشعة تحت الحمراء (IR) ، مثبتة على الدرجة. في حين أن إشارة اللهب فورية ويتم الحفاظ على المعدات بسهولة مع التوهج عبر الإنترنت ، فإن الإشارة غالبا ما لا تميز بين الطيارين أو بين لهب الطيار ولهب التوهج. يتم إعطاء إشارة لهب عامة ، ولكن واحد أو أكثر من الطيارين قد لا يعمل بالفعل. يتم إعطاء المشغل إحساسا زائفا بالأمان من خلال القراءة الإيجابية الخاطئة.

ماذا عن قضبان تأين اللهب؟

يمكن تطبيق قضبان تأين اللهب على طياري التوهج الفرديين ، ومن خلال القيام بذلك ، يتم إعطاء إشارة طيار فردية منفصلة وفورية. ومع ذلك ، فإن البيئة المفتوحة للتوهج هي تطبيق أكثر حدة لقضبان اللهب من تركيب السخان النموذجي ، وقد أشارت تجربة الصناعة بشكل عام إلى أنه لا يمكن توقع أن تعمل قضبان اللهب بشكل موثوق بين فرص الإغلاق. توجد تقنيات أخرى أقل شيوعا ولكنها يمكن أن تقصر عن تحقيق الهدف الكامل المتمثل في الكشف التجريبي السريع والدقيق والمتين للغاية.

تصميم نظام الألياف البصرية

الجميع تقريبا اليوم على دراية بسهولة التقاط صورة باستخدام هاتف ذكي. في الواقع ، يمكن أن تنافس جودة ووضوح صور الهواة التي تم التقاطها اليوم عبر الهاتف الذكي جودة ووضوح المعدات الاحترافية المحمولة قبل 30 عاما. تستخدم تقنية الألياف البصرية - باستخدام نبضات من الضوء تنتقل عبر كابل زجاجي رقيق أو بلاستيك أساسي أو ألياف - منذ عقود لنقل البيانات عبر مسافات طويلة.

استخدام تقنية الكشف البصري في الكشف عن اللهب التجريبي في ممارسة غير شائعة. ومع ذلك ، فإن هذه الأنظمة اليوم عادة ما "تراقب" اللهب المتوهج من مسافة بعيدة وتواجه صعوبة في التمييز بين اللهب التجريبي واللهب المتوهج. ولمواجهة هذا التحدي، Zeeco VerifEYE يستخدم نظام المراقبة التجريبية للألياف البصرية تقنية الألياف البصرية ، المثبتة بشكل متكامل في برنامج Flare Pilot ، لنقل حالة الإشعال التجريبي لكل شعلة تجريبية فريدة إلى شاشة في الصف في الوقت الفعلي. يميز المستشعر البصري في الشاشة حالة الطيار ويتحكم في اشتعال الطيار ووظيفته.

كان لا بد من تركيز الكثير من جهود التطوير من أجل توظيف تكنولوجيا الألياف البصرية بنجاح بهذه الطريقة على الجزء العلوي الحرج البالغ 10 أقدام الموجود داخل المنطقة المتأثرة بحرارة التوهج (HAZ). يجب أن تتحمل أي معدات موجودة في HAZ درجات الحرارة القصوى الموجودة أثناء اكتشاف اللهب على مدى عمر كبير. وقد حل المهندسون هذا التحدي من خلال تركيز مجموعة الألياف البصرية في أنابيب ما قبل الخلط بين الهواء والغاز (الشكل 1). يخلق التدفق المستمر للهواء والغاز أثناء التشغيل حاجزا حراريا ضد درجات حرارة الاحتراق. على عكس التقنيات الأخرى مثل المزدوجات الحرارية وقضبان اللهب ، فإن الألياف البصرية ليست على اتصال باللهب حيث ينتهي الطرف المتلقي للألياف بأمان أقل من طرف الغاز. على الرغم من أن مجموعة أجهزة الاستشعار محمية من HAZ ، إلا أن الألياف والسيراميك المتخصصة تضمن قدرة الجهاز على تحمل الحرارة ، وكذلك الطيار نفسه.

الشكل 1. مسار الألياف البصرية (الخط الأحمر) من خلال تجميع الطيار، وتبين الحاجز الحراري الذي يوفره تدفق الهواء والغاز إلى الطيار. يوضح هذا نهاية "التجميع" للمستشعر على مسافة محمية من منطقة الاحتراق.

تم اختيار السحابات والموصلات الميكانيكية لنظام المراقبة التجريبي للألياف البصرية هذا ، مع مراعاة ختم الغاز والحركة الحرارية والتجميع الميداني لضمان المتانة وسهولة الاستخدام. يستخدم النظام مجموعة معيارية من أجزاء كابلات الألياف المتينة من أجل المتانة والقدرة على تحمل التكاليف وسهولة التركيب لتركيب الكابل أسفل مكدس التوهج (الشكل 2). يخلق التأثير الكلي لجوانب التصميم هذه نظاما تجريبيا للمراقبة لا يتطلب أي صيانة منتظمة أو متوقعة بين عمليات إغلاق المحطة. الإلكترونيات القابلة للصيانة في الصف ، خارج HAZ ، ويمكن الوصول إليها بسهولة أثناء التوهج في الخدمة.

الشكل 2. مكدس التوهج، الذي يظهر تركيب التجميع الذي يحتوي على حزم كابلات الألياف البصرية المدمجة.

تركز زاوية الرؤية الضيقة للألياف على الجزء الخلفي من فوهة الطيار حيث يتم تثبيت لهب الطيار. المنظر الكامل للألياف مشبع بطاقة الأشعة تحت الحمراء ، والتي يتم جمعها ونقلها إلى الصف. ويبلغ إجمالي كمية إشارة الأشعة تحت الحمراء المتاحة للمستشعر عند الدرجة ثلاثة أوامر من حيث الحجم أكبر من الحد الأدنى لحجم نقطة التبديل، مما يعني أن التدهور الطبيعي للمعدات بمرور الوقت لن يمنع قدرة النظام على تحديد حالة الطيار. بالإضافة إلى مستشعر الألياف البصرية الذي يركز على الطيارين الفرديين، تشتمل الشاشة في الصف على تقنية وميض اللهب للتمييز بين الطيار واللهب المشتعل. نظرا لأن اللهب التجريبي ممزوج مسبقا بالهواء ويخرج من خلال فتحات صغيرة ، فإن لديه "وميض" سريع التردد يمكن تمييزه بواسطة الكاشف البصري ، والذي يختلف عن النبض الأبطأ لهب التوهج. ثم يزيل البرنامج الموجود داخل الشاشة البصرية وميض التردد المنخفض ويمكنه التمييز بين اللهب التجريبي والتوهج. لا يتم إعطاء أي إشارة تجريبية إيجابية خاطئة ، ويتم تنبيه المشغلين إلى المشاكل المحتملة قبل أن يتمكنوا من الظهور كلهب توهج مطفأ.

الشكل 3. يتم التحقق من نظام الألياف البصرية للهب التجريبي في 4 ثوان. يحدث التحقق الحراري من اللهب التجريبي في 1 دقيقة و 26 ثانية.

الشكل 4. يتحقق نظام الألياف البصرية من العديد من حالات الفشل التجريبية وإعادة الإعمار الناجحة. لا تصل المزدوجة الحرارية إلى نقطة التبديل المحددة أثناء الفشل المتقطع. يسجل النظام الفشل النهائي بعد 0.166 ثانية من حدوثه ويسجل المزدوجان الحراريان فشلا بعد 23 دقيقة من حدوث الفشل النهائي.

استنتاج

التكنولوجيا المتقدمة هي ما أصبح المستهلكون يتوقعونه من الإلكترونيات ، وهو ما يجب أن تطلبه صناعات العمليات من معدات السلامة. يمكن الحصول على إشارة لهب تجريبية دقيقة ومتينة وفورية من خلال الجيل التالي من تقنية الكشف عن الطيار.