Công nghệ phát hiện và giám sát ngọn lửa Flame Monitor Technologies

25/01/2024 - 2137 lượt xem

Công nghệ phát hiện ngọn lửa đã không còn quá xa lạ trong lĩnh vực công nghệ thiết bị bảo vệ, tuy nhiên, liệu ta đã nắm được bản chất của công nghệ này? Hãy cùng Evertech Việt Nam tìm hiểu trong bài viết lần này nhé!

A. Giới thiệu công nghệ

Công nghệ phát hiện ngọn lửa nói chung được chia ra thành 4 loại:

1. Smoke Detectors/ Công nghệ phát hiện đám khói

Ảnh: Thiết bị phát hiện đám khói

Công nghệ phát hiện đám khói được sử dụng phổ biến trong các hệ thống báo cháy tại các tòa chung cư, các nhà xưởng, v.v. Chức năng của loại thiết bị tập trung vào phát hiện các đám khói từ các đám cháy có thể có ngọn lửa hoặc không có ngọn lửa.

2. Thermal or Heat Detectors/ Máy dò nhiệt

Ảnh: Đầu dò nhiệt cho máy dò nhiệt

Như tên gọi, chức năng của máy dò nhiệt tập trung vào việc phát hiện sự thay đổi nhiệt độ tăng hoặc giảm của một bề mặt hoặc một không gian cần giám sát mà vượt quá giới hạn cho phép cháy tạo lửa, từ đó đưa ra cảnh báo cháy cho người vận hành.

3. Gas Detectors/ Cảm biến phát hiện dò khí gas

Ảnh: Thiết bị phát hiện khí gas

Cảm biến phát hiện khí gas được sử dụng để phát hiện và ngăn chặn những đám cháy có thể xảy ra do khí gas bị dò gỉ, một trong những đám cháy có mức độ tàn phá khủng khiếp nhất.

4. Flame Detectors/ Cảm biến phát hiện ngọn lửa

Cảm biến phát hiện ngọn lửa tập trung vào việc phát hiện, theo dõi, giám sát các hệ thống nơi mà các đám cháy tạo ra ngọn lửa bập bùng, sản phẩm phù hợp với việc theo dõi ngọn lửa tại các đầu đốt có công suất lớn.

Ảnh: Thiết bị phát hiện và giám sát ngọn lửa

Trong một bài viết trước đây, Evertech Việt Nam đã gửi đến quý bạn đọc sản phẩm Camera Nhiệt, vậy Cảm biến phát hiện ngọn lửa và Camera Nhiệt có gì khác nhau?

Vậy, công nghệ lõi của Flame Detectors là gì?

a. Khái niệm ngọn lửa

Sự đốt cháy ngọn lửa của hydrocarbon chủ yếu tạo ra nước (H2O) và Carbon Dioxide (CO2)

Sự trở lại trạng thái ban đầu của các phân tử này diễn ra thông qua sự phát xạ photon ở các bước sóng cụ thể:

Chính những Photon này tạo ra màu của ngọn lửa mà ta đang nhìn thấy: Lửa vàng: Phát xạ photon của CO2, lửa xanh: Phát xạ Photon của H2O

Ảnh: Hình ảnh ngọn lửa được tạo ra bởi phát xạ Photon

b. Nguyên lí chung của Flame Detectors

Áp dụng tính chất quang phổ hồng ngoại (IR) và tia cực tím (UV) của ngọn lửa với các công nghệ của các hệ thống phát hiện ngọn lửa trên thế giới được thiết kế để hấp thụ áng sáng tại các bước sóng cụ thể: Thạch anh, Lithium
Công nghệ mới và tối ưu giúp phân biệt ngọn lửa với các báo động sai từ các yếu tố khác: khói, nhiệt, gas
Có 3 loại công nghệ chính là:

- UV(Untraviolet) - Tia cực tím,

- UV/IR – Kết hợp tia cực tím và tia hồng ngoại

- Multi-Spectrum infraded (IR3)

Ảnh: Công nghệ phát hiện và giám sát ngọn lửa

Cảm biến là một ống ảnh bao gồm cực dương và cực âm được đặt trong một hiệu điện thế lớn (khoảng 300V) và được bịt kín trong ống thạch anh chứa đầy khí trơ. Các Photon được chiếu sáng bởi bức xạ UV tấn công các electron được giải phóng tại cực âm, từ đó chúng bị hút về phí cực dương. Các phân tử khí chứa trong bóng đèn bị Ion hóa bởi các Electron- chất mang năng lượng, tạo ra phản ứng dây chuyền. Sau đó, những phản ứng mang năng lượng này tạo ra tín hiệu đầu ra dưới dạng chuỗi xung điện áp bởi máy dò.

Đôi khi, loại máy dò này được sử dụng cho các đám cháy chất lỏng dễ cháy như hydrocarbon nhưng nó không chỉ giới hạn ở điều này. Máy dò là một trong số ít thiết bị cho phép phát hiện các đám cháy kim loại, amoniac và hydro.

Loại máy dò này có thể cung cấp thời gian phản hồi cực nhanh, hàng trăm mili giây hoặc ít hơn và đạt độ nhạy lên tới pico watt/cm2. Tuy nhiên, khả năng phát hiện của máy dò này bị suy giảm khi có khói. Do đó, trong trường hợp xảy ra cháy nhiên liệu trong môi trường kín, nếu cảm biến tia cực tím không "nhìn thấy" ngọn lửa tương đối sớm thì nó có thể không phát hiện ra đám cháy.

Theo cách tương tự, bức xạ UV bị hấp thụ bởi các màng dầu có thể lắng đọng trên cửa sổ của máy dò hoặc bởi các hợp chất hữu cơ khác có trong môi trường. Những yếu tố này sẽ hạn chế độ nhạy phát hiện.

Máy dò cũng nhạy cảm với bão sét, hồ quang điện và tia X, những thứ có thể tạo ra cảnh báo sai.

Như đã đề cập ở trên, hiện nay, có 3 công nghệ chính đó là:

- UV(Untraviolet) - Tia cực tím,

- UV/IR – Kết hợp tia cực tím và tia hồng ngoại

- Multi-Spectrum infraded (IR3)

Ảnh: Biểu đồ bức xạ hồng ngoại trong phổ điện từ

1. Nguyên lý hoạt động của UV Flame Detectors

- Ngọn lửa tia cực tím tỏa ra trong phạm vi 1850 đến 2450 angstrom. (hoặc 185 đến 245 nm)

- Hầu như tất cả các đám cháy đều phát ra bức xạ trong dải này, trong khi bức xạ của mặt trời ở dải này bị bầu khí quyển Trái đất hấp thụ. (nhớ tầng ozone)

- Phát hiện ngọn lửa ở tốc độ cao (3-4 mili giây) do bức xạ năng lượng cao UV phát ra từ cháy nổ ngay lúc chúng bắt lửa.

- Môi trường làm việc:

+ Máy dò trong nhà lý tưởng để phát hiện cháy tốc độ cao

+ Có thể phát hiện lửa bên trong lò hơi

Ảnh: Biểu đồ phân bố quang phổ bức xạ của ngọn lửa

Ưu điểm:

- Đa năng, áp dụng được với hầu hết các nhu cầu ở hầu hết các vật liệu cháy

- Tốc độ phát hiện cực nhanh, nhất là các ứng dụng phát hiện cháy nổ

- Không ảnh hưởng bởi nước dù nước có lắng đọng trên ống kính

- Không bị ảnh hưởng bởi bức xạ mặt trời

- v.v

Nhược điểm:

- Bị ảnh hưởng nhiều bởi khói, dầu mỡ dẫn đến báo động sai

- Chỉ có thể phát hiện được nguồn lửa có nhiệt độ dưới 125 độ C

- Không bị ảnh hưởng bởi hơi

- Sẽ không bị chặn bởi nước

- Không bị ảnh hưởng bởi bức xạ mặt trời

2. Nguyên lý hoạt động của UV/IR Flame Detectors

- Kết hợp giữa UV/IR, cảm biến hồng ngoại là loại cảm biến hồng ngoại ngưỡng 4,3 Micromet

Ưu điểm:

- Tỷ lệ báo động sai rất thấp

- Máy dò không bị ảnh hưởng bởi bức xạ mặt trời do được kết hợp UV

- Máy dò phản ứng với tốc độ vừa phải và tăng khả năng miễn dịch báo động sai đối với máy dò UV.

- Để tạo ra cảnh báo, cả hai loại đều yêu cầu sự hiện diện đồng thời của tín hiệu IR và UV và chúng phải đáp ứng yêu cầu về tỷ lệ giữa mức tín hiệu IR và UV.

Nhược điểm:

- Có thể bị mù bởi dầu mỡ trên ống kính

- Nhiệt độ chỉ đạt được tại ngưỡng 600 độ C

- Tín hiệu đầu vào của thiết bị phụ thuộc vào độ bập bùng của ngọn lửa

3. Nguyên lý chung của IR3 Flame Detectors

- Đầu báo lửa hồng ngoại đa phổ hoạt động tốt ở những vị trí mà nguồn đốt tạo ra đám cháy có khói. Nhiều vùng phổ hồng ngoại giúp tăng cường sự phân biệt giữa nguồn ngọn lửa và bức xạ nền không ngọn lửa.

- Những máy dò này phù hợp cho cả trong nhà và ngoài trời, hoạt động ở tốc độ vừa phải với phạm vi lên tới 210 feet - 64m tính từ nguồn lửa.

- Chúng cung cấp khả năng miễn dịch tương đối cao đối với các vật thể nóng, ví dụ: ánh sáng mặt trời, bức xạ hồng ngoại từ hàn hồ quang và sét.

- Bằng các tế bào quang điện để theo dõi một số bước sóng có tần số bức xạ lửa chiếm ưu thế, quá trình xử lý vi mô được sử dụng để so sánh các phép đo với tần số xung quanh bình thường, cảnh báo khi tần số đạt trên mức nhất định.