Меню Рубрики

Установка датчика контроля пламени

Датчики контроля пламени – особенности, устройство и принцип работы

Так как в промышленности сейчас очень широко используются топки для создания разного рода материала, то очень важно следить за ее стабильной работой. Чтобы обеспечить это требование, нужно использовать датчик контроля пламени. Контролировать наличие позволяет определенный набор датчиков, основное предназначение которого – это обеспечение безопасной работы разного рода установок, сжигающих твердое, жидкое или газообразное топливо.

Описание прибора

Кроме того, что датчики контроля пламени занимаются обеспечением безопасной работы топки, они также принимают участие и при розжиге огня. Этот этап может осуществляться в автоматическом или же полуавтоматическом режиме. Во время работы в этом же режиме они следят за тем, чтобы топливо сгорало с соблюдением всех требуемых условий и защиты. Другими словами, постоянное функционирование, надежность, а также безопасность работы топочных печей полностью зависят от правильной и безотказной работы датчиков контроля пламени.

Методы контроля

На сегодняшний день разнообразие датчиков позволяет применять различные методы контроля. К примеру, чтобы контролировать процесс сжигания топлива, находящегося в жидком или газообразном состоянии, можно использовать методы прямого и косвенного контроля. К первому методу можно отнести такие способы, как ультразвуковой или же ионизационный. Что касается второго метода, то в данном случае датчики реле-контроля пламени будут контролировать немного другие величины – давление, разрежение и т.д. На основе полученных данных система будет делать вывод о том, подходит ли пламя под заданные критерии.

К примеру, в газовых нагревателях небольшого размера, а также в отопительных котлах отечественного образца используются приборы, которые основаны на фотоэлектрическом, ионизационном или же термометрическом методе контроля пламени.

Фотоэлектрический метод

На сегодняшний день наиболее часто применяется именно фотоэлектрический способ контроля. В таком случае приборы контроля пламени, в данном случае это фотодатчики, фиксируют степень видимого и невидимого излучения пламени. Другими словами, аппаратура фиксирует оптические свойства.

Что касается самих приборов, то они реагируют на изменение интенсивности поступаемого потока света, которое выделяет пламя. Датчики контроля пламени, в данном случае фотодатчики, будут отличаться друг от друга по такому параметру, как длина волны, получаемой от пламени. Очень важно учитывать данное свойство при выборе прибора, так как характеристика спектрального типа пламени сильно отличается в зависимости от того, какой тип топлива сжигается в топке. Во время сгорания топлива существует три спектра, в котором формируется излучение – это инфракрасный, ультрафиолетовый и видимый. Длина волны может быть от 0,8 до 800 мкм, если говорить об инфракрасном излучении. Видимая же волна может быть от 0,4 до 0,8 мкм. Что касается ультрафиолетового излучения, то в данном случае волна может иметь длину 0,28 – 0,04 мкм. Естественно, что в зависимости от выбранного спектра, фотодатчики также бывают инфракрасными, ультрафиолетовыми или датчиками светимости.

Однако у них есть серьезный недостаток, который кроется в том, что у приборов слишком низкий параметр селективности. Это особенно заметно, если котел обладает тремя или более горелками. В таком случае велик шанс возникновения ошибочного сигнала, что может привести к аварийным последствиям.

Метод ионизации

Вторым по популярности является метод ионизации. В данном случае основа метода – это наблюдение за электрическими свойствами пламени. Датчики контроля пламени в таком случае называют датчиками ионизации, а принцип их работы основан на том, что они фиксируют электрические характеристики пламени.

У данного метода есть довольно сильное преимущество, которое заключается в том, что метод практически не имеет инерции. Другими словами, если пламя гаснет, то процесс ионизации огня пропадает моментально, что позволяет автоматической системе тут же прекратить подачу газа к горелкам.

Надежность устройств

Надежность – это основное требование к данным приборам. Для того чтобы достичь максимальной эффективности работы, необходимо не только правильно подобрать оборудование, но еще и правильно его установить. В данном случае важно не только выбрать правильный метод монтажа, но и место крепления. Естественно, что любой тип датчиков обладает своими преимуществами и недостатками, однако если неверно выбрать место установки, к примеру, то вероятность возникновения ложного сигнала сильно увеличивается.

Если подвести итог, то можно сказать, что для максимальной надежности системы, а также для того, чтобы максимально сократить количество остановок котла по причине возникновения ошибочного сигнала, необходимо устанавливать несколько типов датчиков, которые будут использовать абсолютно разные методы контроля пламени. В таком случае надежность общей системы будет достаточно высокой.

Комбинированное устройство

Необходимость в максимальной надежности привела к тому, что были изобретены комбинированные датчики-реле контроля пламени Archives, к примеру. Основное отличие от обычного прибора в том, что устройство использует два принципиально разных метода регистрации – ионизационный и оптический.

Что касается работы оптической части, то в данном случае она выделяет и усиливает переменный сигнал, который характеризует протекающий процесс горения. Во время горения горелки пламя нестабильно и пульсирует, данные фиксируются встроенным фотодатчиком. Зафиксированный сигнал передается на микроконтроллер. Второй же датчик ионизационного типа, который может получать сигнал только при условии, что существует зона электропроводности между электродами. Данная зона может существовать лишь при наличии пламени.

Таким образом, получается, что устройство оперирует двумя разными способами контроля пламени.

Датчики маркировки СЛ-90

На сегодняшний день один из довольно универсальных фотодатчиков, который может регистрировать инфракрасное излучение пламени – это датчик-реле контроля пламени СЛ-90. Данное устройство обладает микропроцессором. В качестве основного рабочего элемента, то есть приемника излучения, выступает полупроводниковый инфракрасный диод.

Элементная база данного оборудования подобрана таким образом, чтобы устройство могло нормально функционировать при температуре от –40 до +80 градусов по Цельсию. Если использовать специальный охлаждающий фланец, то эксплуатировать датчик можно при температуре до +100 градусов по Цельсию.

Читайте также:  Установки и образцы поведения государство

Что касается выходного сигнала датчика контроля пламени СЛ-90-1Е, то это не только светодиодная индикация, но и контакты реле «сухого» типа. Максимальная коммутационная мощность данных контактов составляет 100 Вт. Наличие этих двух выходных систем позволяет использовать приспособление этого типа практически в любой системе управления автоматического типа.

Контроль горелки

Достаточно распространенными датчиками контроля пламени горелки стали приборы LAE 10, LFE10. Что касается первого прибора, то он применяется в системах, где используется жидкое топливо. Второй датчик более универсален и может применяться не только с жидким топливом, но и с газообразным.

Чаще всего оба эти устройства применяются в таких системах, как двойная система контроля горелок. Может успешно применяться в системах жидкотопливных воздуходувных газовых горелок.

Отличительной особенностью данных устройств стало то, что можно устанавливать их в любом положении, а также крепить непосредственно к самой горелке, на пульте управления или же на распределительном щите. При монтаже этих устройств очень важно правильно уложить электрические кабели, чтобы сигнал доходил до приемника без потерь или же искажений. Чтобы этого достичь, нужно укладывать кабели от этой системы отдельно от других электрических линий. Также нужно использовать отдельный кабель для этих датчиков контроля.

источник

Контроль наличия пламени

Тепловые агрегаты, работающие на природном газе (печи, котлы, стенды нагрева и т.п.) должны оборудоваться системой контроля наличия пламени. В процессе работы тепловых агрегатов возможны ситуации, при которой пламя горелки (факел) потухнет, но газ будет продолжать поступать во внутреннее пространство агрегата и окружающую среду и при наличии искры или открытого огня возможно воспламенение этого газа и даже взрыв. Наиболее часто потухание пламени происходит из-за отрыва факела.

Наличие пламени контролируют либо с помощью ионизационного электрода, либо с помощью фотодатчика. Как правило, с помощью ионизационного электрода контролируют горение запальника, который, в свою очередь, в случае необходимости воспламенит основную горелку. Фотодатчиками контролируют пламя основной горелки. Фотодатчик для контроля пламени запальника не применяют ввиду малого размера пламени запальника. Применение ионизационного электрода для контроля пламени основной горелки не рационально, так как электрод, помещенный в пламя основной горелки будет быстро обгорать.

Фотодатчики различаются по чувствительности к различной длине волны светового потока. Одни фотодатчики реагируют только на видимый и инфракрасный спектр светового потока от горящего пламени, другие воспринимают только его ультрафиолетовую составляющую. Самым распространенным фотодатчиком, реагирующим на видимую составляющую светового потока, является датчик ФДЧ.

Световой поток воспринимается фоторезистором датчика, и после усиления преобразуется либо в выходной сигнал 0-10В, пропорциональный освещенности, либо подается на обмотку реле, контакты которого замыкаются, если освещенность превышает установленный порог. Тип выходного сигнала — сигнал 0-10В или контакты реле — определяется модификацией ФДЧ. Фотодатчик ФДЧ обычно работает с вторичным прибором Ф34. Вторичный прибор обеспечивает питание ФДЧ напряжением +27В, на нем также выставляются пороги срабатывания в том случае, если используется ФДЧ с токовым выходом. Кроме того, в зависимости от модификации, Ф34 может контролировать сигнал от ионизационного электрода запальной горелки, управлять розжигом и работой горелки с помощью встроенных реле.

К недостаткам фотодатчиков видимого света можно отнести то, что они реагируют на любой источник света — солнечный свет, свет фонарика, световое излучение нагретых элементов конструкции, футеровки сталеразливочных ковшей и т.п. Это ограничивает их применение, например в стендах нагрева, так как ложные срабатывания от светящейся разогретой футеровки ковшей блокируют работу автоматики (ошибка «ложное пламя»). Наиболее широко ФДЧ применяются на печах сушки песка, ферросплавов и т.п. — там где температура нагрева редко превышает 300-400°С, а значит отсутствует свечение разогретых элементов конструкции печи.

Отличительной особенностью ультрафиолетовых фотодатчиков (УФД), например UVS-1 фирмы Kromschroeder, является то, что они реагируют только на ультрафиолетовую составляющую светового потока, излучаемого пламенем горелки. В световом потоке от разогретых тел, элементов конструкций печей, футеровки ковшей ультрафиолетовая составляющая мала. Поэтому к посторонней засветке датчик «равнодушен», как и к солнечному свету.

Основой этого датчика является вакуумная лампа — электронный фотоумножитель. Как правило, питаются эти датчики напряжением 220В и имеют токовый выходной сигнал, который меняется от 0 до нескольких десятков микроампер. К недостаткам ультрафиолетовых датчиков можно отнести то, что вакуумная лампа фотоумножителя имеет ограниченный срок службы. Через пару лет эксплуатации лампа теряет свою эмиссионную способность и датчик перестает работать. Сигнал с УФД передается на автомат горения серии IFS, функции которого аналогичны функциям Ф34.

Фотодатчики должны иметь, так сказать, визуальный контакт с пламенем горелки, поэтому они расположенны в непосредственной близости от него. Как правило, они распологаются со стороны горелки под углом 20-30° к ее оси. Из-за этого они подвержены сильному нагреву тепловым излучением от стенок агрегата и радиационному нагреву через визирное окно. Для зашиты фотодатчика от перегрева применяют защитные стекла и принудительный обдув. Защитные стекла производятся из жаропрочного кварцевого стекла и устанавливаются на некотором удалении перед визирным окном фотодатчика. Обдув датчика осуществляется либо вентиляторным воздухом (если горелка установки работает на вентиляторном воздухе), либо сжатым воздухом пониженного давления. Подаваемый объем воздуха осуществляет охлаждение фотодатчика не только за счет процессов теплоотдачи, но и из-за того, что вокруг него создается область повышенного давления, которая как бы отталкивает горячий воздух, не давая ему контактировать с датчиком.

Читайте также:  Установка креплений marker jester

Контроль наличия пламени запальника в большинстве случаев осуществляется ионизационным электродом. Принцип контроля пламени по ионизации основан на том, что при сжигании газа образуется множество свободных электронов и ионов. Эти частицы «притягиваются» к ионизационному электроду и вызывают протекание тока ионизации величиной в десятки микроампер. Ионизационный электрод соединяется с входом прибора контроля наличия ионизации (автоматом горения). Если при горении пламени запальника образуется достаточное количество свободных электронов и отрицательных ионов, то в автомате горения срабатывает пороговое устройство разрешающее работу (или розжиг) основной горелки. В случае если интенсивность ионизации падает ниже определенного уровня, то основная горелка отключается даже в том случае, если она работала нормально. На размещенном ниже видео показано, как благодаря нагреву воздуха между обкладками конденсатора (в нашем случае одна обкладка это контрольный электрод, другая обкладка — корпус запальника) в цепи начинает протекать электрический ток.

Основными причинами пропадания ионизации являются отсутствие требуемого соотношения газ-воздух запальника, загрязнение или обгорание ионизационного (контрольного) электрода. Еще одной причиной пропадания сигнала ионизации может являться уменьшение сопротивления между ионизационным электродом и корпусом запальника, которое чаще всего происходит из-за оседания токопроводящей пыли на запальное устройство.

Автомат горения часто выполняет не только функцию контроля наличия пламени — на нем строиться вся автоматика управления розжигом горелки, как, например, это реализовано в автомате горения ASL50P фирмы Hegwein.

Как правило, ионизационный электрод размещается вдоль оси запальной горелки, конец электрода должен находиться в «корне» пламени запальника. В некоторых запальных устройствах ионизационный электрод выполняет функцию запального электрода. В этом случае на него в течении фиксированного времени подается высокое напряжение с запального трансформатора для поджига запальника. После того как поджиг запальника произведен контрольный электрод переходит в режим контроля ионизации – цепи поджига отключаются и электрод соединяется с входом автомата горения. В этом случае возможна еще одна причина пропадания сигнала ионизации, связанная с обрывом во вторичной обмотке трансформатора. Но искра в этом случае может все равно нормально генерироваться, поэтому данную неисправность иногда трудно определить.

Большое значение для стабильной работы запального устройства имеет правильно выставленное соотношение газ-воздух. В большинстве случаев требуемые значения давления газа и воздуха приводятся изготовителем в паспорте запальной горелки. Не смотря на то, что говоря «соотношение газ-воздух» в большинстве случаев имеют в виду их объемное соотношение (один объем газа на десять объемов воздуха), но настраивают запальник, да и горелку, впрочем, тоже, по давлению, так как это сделать намного проще и дешевле. Для этого конструкцией запальника предусмотрено подключение контрольного манометра к газовому и воздушному тракту в определенных местах.

Ионизационный электрод крепиться к корпусу запальника через керамическую изолирующую втулку и соединяется с входом автомата горения экранированным одножильным кабелем. Если ионизационный электрод используется еще и в качестве запального, то с запальным трансформатором он соединяется специальным высоковольтным кабелем, например, ПВ-1. Изолирующая втулка изготавливается из керамики с большим содержанием Al2O3, которая характеризуется высокой механической прочностью, температурной стойкостью и электрической прочностью до 18 кВ . Ионизационный электрод изготавливается канталя — металлического сплава устойчивого к высоким температурам и электрохимической коррозии

Установки постоянно работающие при температурах свыше 800°С (мартеновские печи, например) могут и не оснащаться системами контроля наличия факела. Это связано с тем, что температура воспламенения газа находиться в пределах 645 – 750°С. Таким образом, в случае отрыва факела исходящий из сопла горелки газ воспламениться от разогретой кладки внутреннего пространства теплового агрегата. Очень часто перед соплом горелки выкладывают специальный горелочный камень – он воспламеняет поток газа и стабилизирует горение.

Для повышения надежности работы и уменьшения количества остановов установки из-за пропадания ионизации можно сделать контроль наличия пламени не постоянным, осуществляя его по схеме «ИЛИ». В этом случае, если установка прогрелась до температур свыше 750°С и сигнал ионизации с запальной горелки по какой то причине пропал, то основная горелка все равно продолжит работу.

Дополнительную информацию вы можете найти в разделе «Вопрос-ответ».

источник

Горит ли газ? Датчики наличия пламени АДП-01

Разработанные и выпущенные конструкторским бюро «АГАВА» датчики контроля наличия пламени АДП-01 применяются для автоматизации тепловых агрегатов. В настоящий момент в линейку входит уже 9 приборов, различающихся принципом действия и входами/выходами. Особое внимание уделяется двум новым приборам из данной линейки: ультрафиолетовым датчикам АДП‑01.9 и АДП‑01.10.

Топливные агрегаты, работающие на газе и жидком топливе, обязательно должны быть оснащены системой контроля наличия пламени. Пламя в зоне горения не всегда отличается устойчивостью, в некоторых ситуациях может произойти его отрыв. В этот момент горение прекращается, а газ продолжает подаваться, что создает угрозу взрыва газовоздушной смеси в топке.

Наличие факела контролирует и индицирует датчик пламени. Если пламя гаснет, датчик передает в систему аварийный сигнал, в ответ на который срабатывает предохранительная аппаратура (отсечные клапаны).

Несмотря на то что современные системы обнаружения пламени хорошо отработаны, они обладают рядом недостатков, такими как конечная надежность и достоверность обнаружения пламени или его отсутствия, селективность, чувствительность к посторонним засветкам. Некоторые приборы имеют высокую стоимость.

Последний фактор является существенным для объектов ЖКХ, оттого так важно в этой сфере появление недорогих, но отвечающих всем современным требованиям приборов. Компания ООО КБ «АГАВА» из Екатеринбурга, внедряющая системы АСУ ТП и разрабатывающая для них оборудование КИПиА, известна именно такими решениями: качественными, но по разумной цене, созданными с опорой на собственный двадцатилетний опыт и в соответствии с нуждами потребителей.

Читайте также:  Установка биксеноновых фар на vw polo

Основной сегмент бизнеса конструкторского бюро «АГАВА» составляет автоматизация тепловых агрегатов (котлов, топок, печей) и разработка контрольно-измерительного оборудования для этой отрасли. Сегодня мы заострим внимание на таком приборе, как датчик пламени.

Назначение датчика-реле контроля пламени АДП-01 (рис. 1) – фиксировать наличие пламени в топке котла, а в случае его исчезновения формировать сигнал для автоматики защиты.

Рис. 1. Датчик-реле контроля пламени АДП‑01 (датчик пламени)

Датчики серии АДП‑01 выпускаются уже несколько лет. К настоящему моменту в линейку входят 9 приборов, различающихся в первую очередь чувствительными элементами: это оптические сенсоры (фотодиоды и фоторезисторы), ионизационный сенсор и (последняя разработка) ультрафиолетовый сенсор.

В корпусе небольшого прибора (габаритные размеры датчика составляют 98 × 56 мм, вес – 125 г) находится печатная плата, на которой смонтированы электронные компоненты. На задней крышке расположены три светодиода, выходной разъем и переменный резистор, предназначенный для регулировки чувствительности прибора. На передней части корпуса находится чувствительный элемент.

Пульсации или излучение пламени преобразуются с помощью чувствительного элемента в электрический сигнал, который после обработки сравнивается с пороговым уровнем. Если сигнал больше порогового уровня, на датчике горит зеленый светодиод, если меньше – зажигается красный светодиод: это знак, что пламя отсутствует, а газ подается. Остальные светодиоды индицируют интенсивность пламени. Также при превышении порога формируется выходной сигнал.

Для подключения к системе автоматизации каждый датчик пламени снабжен выходом одного из двух типов: это может быть открытый коллектор или контакты реле.

Датчики пламени АДП‑01.9 и АДП‑01.10

По просьбам проектировщиков и наладчиков, часто сталкивающихся с проблемами настройки режимов горения котлов и печей, компания «АГАВА» освоила выпуск новых изделий: датчиков пламени АДП‑01.9 и АДП‑01.10. От приборов предыдущих серий эти датчики отличаются чувствительным элементом, реагирующим на ультрафиолетовое излучение.

Зачем понадобилась новая разработка? Дело в том, что оптические сигнализаторы пламени, которые имеют в качестве сенсора фотодиоды и фоторезисторы, реагируют на пульсацию факела. В 90 % случаев такой принцип действия себя оправдывает, однако иногда бывает, что факел гаснет, а оптический датчик все равно показывает наличие пламени, потому что он регистрирует ложные пульсации, оставшиеся из-за колебаний воздуха или газов на фоне раскаленной стенки топки.

Еще одной проблемой, известной всем котлостроителям и эксплуатационщикам, является низкая селективность датчиков пламени, особенно характерная для трех и более горелочных котлов (печей). Это чревато как минимум хлопком газа, а как максимум – масштабной аварией котла или котельной.
Новые датчики АДП‑01.9 и АДП‑01.10 реагируют на наличие ультрафиолетового излучения, а оно бывает только при горении газового факела. Таким образом, снимается проблема «раскаленной стенки топки».

Таблица 1. Применение датчика пламени АДП‑01 для различных типов котлов

Кроме того, поскольку ультрафиолетовые приборы практически не реагируют на посторонние засветки в видимой части спектра, снижается вероятность того, что датчик зафиксирует факел «чужой» горелки, то есть улучшаются показатели селективности работы системы обнаружения пламени в целом.

Ультрафиолетовый датчик впервые применяется в приборах линейки АДП‑01. Это универсальный прибор для любых газовых горелок и запальников, в том числе для котлов и печей с эффектом светлой топки и с повышенными требованиями к селективности.

Следует добавить, что стоимость приборов из линейки АДП-01 сегодня составляет немногим больше 7 тысяч рублей.
В таблицу 1 сведены рекомендации по применению всех датчиков пламени серии АДП‑01.

Вместо послесловия. Блиц-интервью с Олегом Владимировичем Полтавцевым, коммерческим директором ООО КБ «АГАВА»

Автоматизация тепловых агрегатов настолько специфическая область, что непросто разобраться во всех связанных с ней терминах, понятиях и ситуациях. Поэтому мы обратились к специалисту, чтобы задать ему несколько вопросов о датчиках пламени, применяющихся для автоматизации котлов.

ИСУП: Ваши датчики пламени обладают двумя типами выходов: с открытым коллектором и с контактами реле. Какие чаще заказывают?

О. В. Полтавцев: С релейным выходом. Это более универсальное и надежное решение.

ИСУП: Датчик АДП‑01.6 имеет контрольный электрод, который не входит в состав изделия. На чем базируется его принцип действия?

О. В. Полтавцев: В случаях, когда невозможно установить АДП‑01 так, чтобы он не видел пламя соседних горелок, используется модель АДП‑01.6 с контрольным электродом. Пламя горелки или запальника «задевает» электроды и между ними появляется ток ионизации, который после усиления, обработки и сравнения с порогом формирует дискретный сигнал.

ИСУП: Насколько устойчив корпус датчика пламени АДП‑01 к высоким температурам?

О. В. Полтавцев: Максимальная рабочая температура датчиков АДП‑01 составляет 60 °C. Если в предполагаемом месте установки температура выше, мы рекомендуем дополнительно использовать фланец АГСФ.716673.001.

ИСУП: Расскажите подробнее о проблеме раскаленной стенки топки.

О. В. Полтавцев: Фотодиодные и фоторезисторные датчики пламени реагируют на пульсации, которые могут возникать не только от пламени, но и (при его отсутствии) от колебаний воздуха или газа на фоне раскаленной топки, если расстояние от стенки топки до датчика небольшое. В этом случае нужно устанавливать либо ионизационные датчики, либо модификации АДП‑01.9 или АДП‑01.10 (для газовых горелок).

ИСУП: Что такое недостаточная селективность контроля пламени?

О. В. Полтавцев: Это тот случай, когда прибор «видит» пламя чужой горелки и принимает его за свое. То есть, если по какой-то причине горелка не разожглась, а датчик «поймает» отсвет факела соседней или противоположной горелки, то автоматика будет «думать», что все в порядке, и вовремя не остановит подачу газа. Это чревато в лучшем случае хлопком газа, но может привести и к масштабной аварии котла или котельной.

Материалы опубликованы в журнале «ИСУП», № 5(65)_2016

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector