Объекты сжиженного природного газа (СПГ) в замерзшей российской Арктике, буровые платформы на волнах Северного моря, трубопроводы, пересекающие многокилометровую толщу вечной мерзлоты или зыбучие пески пустыни, это некоторые из условий, в которых промышленные пожарные и газовые извещатели сталкиваются с экстремальными условиями, но должны работать точно и надежно.

Отправить заявку

Начните с процессов с высокой степенью риска, добавьте горючие или токсичные жидкости и газы, а затем поместите эти опасности в отдаленные места и негостеприимную среду. Это реальная формула для самых сложных систем пожарной и газовой безопасности в промышленности. Компоненты этих систем функциональной безопасности должны быть спроектированы таким образом, чтобы справляться с широким спектром внешних воздействий, от экстремальных температур до сильных дождей и песчаных бурь, вибраций или подвижек грунта. В то же время системы управления, которые управляют функциями обнаружения, оповещения и смягчения последствий, должны работать без сбоев или ложных срабатываний, а часто и без участия человека на расстоянии от сотен до тысяч миль.

Современные передовые пожарные и газовые детекторы и системные контроллеры имеют специальные функции для безопасной и эффективной работы в суровых и удаленных условиях. Ниже приводится обзор характеристик, на которые следует обращать внимание при выборе оборудования функциональной безопасности, а также некоторые советы по установке и эксплуатации для применения в экстремальных условиях.

Расположенный за Полярным кругом, Ямал представляет собой новаторский проект по разработке огромных газоконденсатных месторождений на российском полуострове Ямал. Экстремальные холода и ветры, длительные периоды темноты, снегопады, которые никогда не тают, а также туман и иней, которые накапливаются и замерзают на оборудовании, в совокупности требуют высокоэффективных технологий, таких как детекторы пламени и газа, предназначенные для данного применения.

Обнаружение пламени и роль оптических технологий

Оптические датчики пламени обеспечивают скорость и точность обнаружения, которые не могут обеспечить тепловые датчики, а современные оптические датчики пламени предназначены для работы в широком диапазоне субоптимальных условий. Усовершенствованные инфракрасные (ИК) детекторы обеспечивают превосходную обработку сигналов, которая сводит к минимуму вероятность ложных срабатываний, вызванных ИК-излучением горячего технологического оборудования.

В дополнение к особенностям электронной конструкции, варианты механической конструкции также могут повысить эффективность обнаружения пламени. Оптические извещатели пламени могут быть оснащены погодозащитными экранами, которые функционируют как поля шапки, чтобы предотвратить скопление дождя и снега на оптических поверхностях извещателей. Детекторы также могут быть оснащены нагревателями линз для таяния снега и льда или во влажных условиях для предотвращения образования конденсата и ускорения процесса сушки.

Методы установки также могут помочь свести к минимуму влияние осадков на работу оптического извещателя пламени. Поскольку детекторы обычно контролируют процессы на своем уровне или ниже, пользователи могут направлять детекторы на 10–20 градусов вниз. Это обеспечивает дополнительную физическую защиту оптики, а также способствует естественному удалению осадков под действием силы тяжести.

В районах, где сильный дождь сопровождается сильным ветром, нет физического способа предотвратить скопление осадков на оптике извещателя. В конце концов, это накопление приведет к значительному сокращению исходной дальности обнаружения устройства. Детекторы, оснащенные функцией самоконтроля, могут выдавать уведомление о снижении производительности в виде неисправности. Если этот тип неисправности часто возникает на участке, где наблюдаются сильные осадки, переносимые ветром, некоторые извещатели позволяют пользователям регулировать время между автоматическими самопроверками и увеличивать необходимое количество последовательных неудачных проверок (чтобы позволить суровым погодным условиям пройти) до того, как неисправность будет устранена. Изучение журналов событий извещателя может помочь пользователям определить типичную продолжительность состояния отказа оптических характеристик.

Арктические газодобывающие регионы, в которых температура достигает -60 градусов по Цельсию (-76 градусов по Фаренгейту) и которые могут быть скованными льдом в течение семи-девяти месяцев в году, изолированы от нефтегазовой инфраструктуры и, следовательно, нуждаются в надежно работающем оборудовании без контроля человека.

Детекторы газа для сложных условий

Способность быстро и точно обнаруживать утечки летучих или горючих газов имеет решающее значение, но, опять же, экстремальные условия могут вызвать проблемы с доступными технологиями обнаружения газа. Например, выдувание песка может поставить под угрозу работу акустического течеискателя, забив его фильтр и/или повредив датчик до такой степени, что он выйдет из строя. Кроме того, проблематичный ультразвуковой шум может создаваться высокоскоростными частицами, ударяющимися о датчик.

Эти проблемы пустынной среды можно свести к минимуму за счет правильной конструкции фильтра твердых частиц акустического детектора. Фильтры с большим размером пор могут эффективно блокировать большинство прямых ударов частиц, не задерживая песок и не вызывая его скопления на датчике.

Сдвиг грунта, типичная проблема для трубопроводов или перерабатывающих установок в районах вечной мерзлоты, и вибрация — факторы окружающей среды, которые могут повлиять на работу детектора газа на линии прямой видимости. В этих условиях составители спецификаций продукта должны обращать внимание на такие характеристики продукта, как жесткие монтажные рычаги, которые не ослабляют вибрацию от монтажной поверхности, и оптика, разработанная с относительно большими допусками на выравнивание, чтобы допустить большее рассогласование между источником света детектора и приемником.

В то время как в пустынных местах для переработки нефти и газа могут наблюдаться экстремальные годовые температуры, достигающие 47 градусов C (116,6 градусов F) и всего 12,8 градусов C (55,04 градусов F), перенос песка может стать еще большей проблемой для производительности средств функциональной безопасности.

Стандарты оборудования для экстремальных условий

И датчики пламени, и датчики газа должны пройти заводские испытания, чтобы убедиться, что они будут работать надежно и не будут вызывать ложных тревог или отказов при экстремальных температурах и/или при больших перепадах температур. Компоненты обнаружения также должны быть рассчитаны на работу в широком диапазоне температур или испытаны производителем детектора, чтобы проверить их способность соответствовать заданным температурным требованиям.

Что касается корпусов детекторов, то для экстремальных внешних условий требуется упаковка, способная выдерживать удары и толчки, а также защищать внутренние компоненты во влажной, пыльной, кислой и едкой среде. Прочная конструкция из нержавеющей стали или алюминия обеспечивает оптимальную защиту от окружающей среды.

Для помещений класса I, особенно в экстремальных условиях, требуется конструкция извещателей, учитывающая взрывоопасность окружающих опасных веществ. Эти устройства должны соответствовать специальным стандартам пожаро- и взрывобезопасности, которые требуют, чтобы конструкции оборудования были сертифицированы, чтобы оставаться взрывобезопасными при диапазон температур, в котором, по заявлению производителя, могут работать извещатели. Это означает, что корпуса извещателей должны предохранять внутренние взрывы, чтобы горячий газ и другие побочные продукты не могли выйти наружу и воспламенить окружающие опасные вещества. Например, корпуса взрывозащищенных извещателей должны быть сертифицированы, чтобы гарантировать, что они не изменятся при экстремальных температурах.

Другие сторонние сертификаты подтверждают, что детекторы выдерживают суровые морские условия, например, на буровых платформах или на палубах плавучих установок по производству сжиженного природного газа. Стандарты обнаружения пожара и газа в этих приложениях имеют более строгие требования к окружающей среде и электромагнитной совместимости.

Сильный ветер, дождь или снег могут привести к неисправности датчиков пламени из-за погодных условий, поскольку инфракрасное излучение поглощается молекулами воды. Чтобы свести к минимуму скопление влаги или конденсата на оптике детектора, ищите ИК-детекторы с нагревателями линз и экраном устройства.

Планирование удаленных мест

Как на море, так и на суше, экстремальные условия и отдаленные места часто идут рука об руку, а это означает, что системы обнаружения пламени и газа, наиболее серьезно проверяемые элементами, также расположены в отдаленных, труднодоступных местах. Это делает особенно важным выбор прочных и долговечных компонентов для систем удаленного обнаружения, а также наличие большого количества запасных частей на удаленных объектах.

Еще одно ключевое соображение, касающееся систем удаленного обнаружения, заключается в том, как система будет работать, если поблизости будет мало людей, которые осведомлены о ней. В подобных случаях расширенные средства связи могут смягчить недостатки удаленности. После получения сигнала об утечке, задымлении или пламени от детекторов, входящих в его состав, система удаленного обнаружения должна иметь возможность уведомить соответствующий персонал, где бы он ни находился, через Интернет-соединение. Кроме того, подключенные устройства должны иметь функции автоматического самотестирования, которые извлекают диагностическую информацию из устройств и делают ее доступной для удаленного персонала, имеющего доступ к системе.

Акустические детекторы утечек газа работают, распознавая уникальные звуковые «отпечатки пальцев» различных газов. Тем не менее, звук и удары выдуваемых частиц песка могут создавать неприятный ультразвуковой шум и приводить к возможным неисправностям в ветреной среде пустыни. Детекторы используют поролоновый фильтр для устранения ультразвукового шума из-за столкновения частиц с микрофоном.

Проектирование систем – резервирование

Для систем обнаружения пламени и газа в удаленных местах следует также рассмотреть вопрос о резервировании, исходя из предполагаемого воздействия отказа компонента. Несмотря на то, что система может продолжать эффективно функционировать, несмотря на отказ системного компонента, отказ управляющего контроллера может сделать систему бесполезной, если только она не включает резервный контроллер, который может автоматически взять на себя управление в таких ситуациях.

В дополнение к резервным контроллерам на удаленных объектах иногда развертываются резервные детекторы. Основной причиной использования резервных датчиков пламени является снижение вероятности ложных срабатываний, которые приводят к дорогостоящим остановкам производства. Это делается путем реализации схемы «голосования», которая включает установку нескольких детекторов в области, обычно покрываемой только одним. В этой конфигурации один сигнал пожарной тревоги инициирует уведомление о потенциальной угрозе, а два (или более) сигнала пожарной тревоги вызывают исполнительное действие (отключение и/или подавление).

Сертификация систем функциональной безопасности

В дополнение к сертификатам детекторов, общая система пожарной и газовой безопасности должна быть сертифицирована третьей стороной, чтобы отражать уровень производительности и надежности, требуемый приложениями в экстремальных условиях. Специальные стандарты функциональной безопасности устанавливаются такими организациями, как IEC и Международное общество автоматизации (ISA).

Сертификация — это процесс, который включает в себя первоначальную оценку безопасности, определение действий, которые необходимо предпринять для создания или модернизации платформы безопасности, а также проведение оценки систем соответствующими сертифицирующими компаниями и агентствами. Процесс также требует определения того, что компоненты и узлы соответствуют требуемым кодам и стандартам.

Существует множество компаний, предлагающих сертифицировать продукты на предмет функциональной безопасности. Эти агентства должны быть аккредитованы для конкретных стандартов, используемых для сертификации продуктов и/или систем. Владелец или оператор системы функциональной безопасности должен изучить и выбрать надлежащие рейтинги классификации опасных зон, а также параметры производительности и функциональной безопасности, которые наилучшим образом соответствуют конкретным потребностям и задачам процесса или объекта, включая работу в экстремальных условиях.

В итоге

Современные промышленные процессы с высокой степенью риска все чаще происходят в изолированных и негостеприимных уголках земного шара. Эти настройки требуют функциональной безопасности, обеспечиваемой системами обнаружения пожара и газа и снижения опасности, и, в частности, они требуют детекторов и систем управления, способных противостоять экстремальным вызовам, связанным с погодой, окружающей средой и удаленностью.

Отправить заявку