شیر دِلوج (Deluge Valve) و سیستمهای دِلوج در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی
شیر دِلوج (Deluge Valve) و سیستمهای دِلوج در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی
مقدمه
در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، پالایشگاهها و نیروگاهها، برخی تجهیزات و واحدهای فرایندی در معرض خطر بالای حریق قرار دارند و در صورت وقوع آتشسوزی، سرعت گسترش حریق میتواند بسیار زیاد باشد.
در این مناطق، سیستمهای معمولی اسپرینکلر ممکن است برای شرایط مورد نظر کافی نباشند؛ زیرا در سیستم اسپرینکلر معمولی، هر Sprinkler Head بهصورت مستقل و در اثر افزایش دمای محیط فعال میشود.
در مقابل، در سیستم Deluge، نازلها یا تجهیزات تخلیه معمولاً از نوع Open Nozzle هستند و پس از فعال شدن شیر Deluge، آب بهصورت همزمان از تمام نازلهای یک محدوده تخلیه میشود.
به همین دلیل، سیستم Deluge یکی از مهمترین سیستمهای حفاظت فعال در برابر حریق برای مناطق پرخطر صنعتی محسوب میشود.
- Deluge Valve چیست؟
Deluge Valve یک شیر کنترل هیدرولیکی است که برای آزادسازی سریع آب از شبکه Fire Water به سمت یک سیستم لولهکشی مجهز به Open Nozzle طراحی میشود.
در حالت عادی:
Fire Water Supply
→
Deluge Valve
→
Open Nozzle Network
اما در حالت حریق، پس از دریافت فرمان فعالسازی:
Detection / Actuation
→
Deluge Valve Opens
→
Water Flows to All Open Nozzles
→
Fire Protection Area Covered
به این ترتیب، برخلاف سیستم اسپرینکلر معمولی، آب میتواند تقریباً بهصورت همزمان در کل محدوده طراحیشده تخلیه شود.
- تفاوت Deluge System و Sprinkler System
یکی از مهمترین تفاوتهای این دو سیستم، نوع تجهیزات تخلیه آب است.
Sprinkler System
معمولاً دارای Sprinklerهای بسته است.
در حالت عادی:
Pipe Network → Pressurized
و هر Sprinkler در اثر رسیدن دمای محیط به دمای عملکرد خود باز میشود.
Deluge System
معمولاً دارای:
Open Nozzle
است.
در حالت عادی:
Nozzle → Open
اما:
Deluge Valve → Closed
در زمان حریق:
Detection System
→
Deluge Valve Open
→
Water Discharge Through All Open Nozzles
بنابراین، در سیستم Deluge کل منطقه تحت حفاظت میتواند تقریباً بهصورت همزمان آب دریافت کند.
- کاربرد Deluge در صنایع نفت و گاز
سیستمهای Deluge در مناطقی استفاده میشوند که احتمال وقوع حریق شدید یا نیاز به خنککاری سریع تجهیزات وجود دارد.
برخی کاربردهای رایج عبارتاند از:
- تجهیزات فرایندی
- واحدهای نفت و گاز
- پمپها
- کمپرسورها
- توربینها
- تجهیزات حاوی هیدروکربن
- Pipe Rack
- Loading Area
- تجهیزات خاص فرایندی
نوع حفاظت باید بر اساس Fire Hazard Assessment و سناریوی حریق تعیین شود.
- Deluge برای حفاظت تجهیزات فرایندی
یکی از کاربردهای مهم Deluge، حفاظت از تجهیزات فرایندی در برابر حریق است.
در صورت وقوع حریق، سیستم میتواند سطح تجهیزات را با حجم قابل توجهی از آب پوشش دهد.
اهداف سیستم ممکن است شامل:
- کنترل حریق
- کاهش شدت حرارت
- Cooling
- Exposure Protection
- جلوگیری از گسترش حریق
باشد.
در بسیاری از کاربردهای صنعتی، هدف اصلی Deluge الزاماً خاموش کردن کامل حریق نیست؛ بلکه کاهش اثرات حرارتی و جلوگیری از تشدید حادثه اهمیت زیادی دارد.
- Deluge برای Cooling
یکی از کاربردهای بسیار مهم سیستم Deluge، خنککاری تجهیزات در معرض حرارت است.
برای مثال، در صورت وقوع حریق در یک تجهیز فرایندی، سیستم Deluge میتواند روی تجهیزات مجاور آب پاشش کند.
هدف:
Heat Exposure Reduction
و:
Equipment Cooling
است.
این موضوع در جلوگیری از:
- افزایش دمای تجهیزات
- افزایش فشار داخلی
- آسیب حرارتی
- گسترش حریق
اهمیت دارد.
- Deluge در حفاظت از مخازن
در Tank Farm، سیستمهای Deluge یا Water Spray ممکن است برای اهداف مختلفی استفاده شوند.
برای مثال:
- Cooling مخازن مجاور
- Exposure Protection
- حفاظت تجهیزات خاص
در بسیاری از موارد، برای اطفای حریق مستقیم مخزن حاوی مایع قابل اشتعال، سیستم فوم بهعنوان سیستم اصلی مورد توجه قرار میگیرد و سیستم آب برای Cooling و Exposure Protection استفاده میشود.
فلسفه دقیق حفاظت باید بر اساس نوع مخزن و ماده ذخیرهشده تعیین شود.
- Deluge در حفاظت توربین و تجهیزات خاص
در برخی نیروگاهها و تأسیسات صنعتی، تجهیزات خاصی مانند:
- Turbine
- Generator
- Transformer
- Oil-Filled Equipment
ممکن است دارای ریسک حریق باشند.
بسته به نوع تجهیز و خطر موجود، ممکن است از سیستمهای:
- Deluge
- Water Spray
- Foam
- Clean Agent
استفاده شود.
انتخاب سیستم مناسب باید بر اساس نوع ماده قابل اشتعال و سناریوی حریق انجام شود.
- اجزای اصلی سیستم Deluge
یک سیستم Deluge معمولاً شامل اجزای زیر است:
- Deluge Valve
- Fire Water Supply
- Deluge Valve Trim
- Open Nozzles
- Detection System
- Actuation System
- Manual Release
- Alarm Devices
- Drain
- Test Connection
- Control Panel در سیستمهای دارای کنترل الکتریکی
است.
تمام این اجزا باید بهصورت یکپارچه طراحی و تست شوند.
- Deluge Valve Trim
مجموعه تجهیزات جانبی متصل به Deluge Valve را معمولاً Trim مینامند.
Trim میتواند شامل تجهیزاتی مانند:
- Priming Line
- Pressure Gauge
- Alarm Test Valve
- Drain Valve
- Main Drain
- Check Valve
- Release System Components
باشد.
طراحی دقیق Trim به نوع شیر و روش Actuation بستگی دارد.
- نحوه عملکرد Deluge Valve
در حالت عادی، Deluge Valve بسته است و آب در قسمت ورودی شیر تحت فشار قرار دارد.
قسمت خروجی سیستم معمولاً شامل لولهکشی متصل به Open Nozzleها است.
در صورت تشخیص حریق:
Fire Detection
↓
Release System Activated
↓
Deluge Valve Opens
↓
Water Enters Distribution Piping
↓
Water Discharges Through All Open Nozzles
به دلیل باز بودن نازلها، آب میتواند بهصورت سریع در کل منطقه تحت حفاظت توزیع شود.
- روشهای Actuation
سیستم Deluge میتواند با روشهای مختلف فعال شود.
روشهای رایج عبارتاند از:
Pneumatic Actuation
با استفاده از فشار هوا یا گاز.
Hydraulic Actuation
با استفاده از فشار آب هیدرولیکی.
Electric Actuation
با استفاده از فرمان الکتریکی از سیستم تشخیص حریق.
Electro-Pneumatic
ترکیبی از سیستم الکتریکی و پنوماتیکی.
انتخاب روش مناسب به فلسفه طراحی سیستم و شرایط پروژه بستگی دارد.
- Pneumatic Release System
در برخی سیستمها، فعال شدن Deluge Valve از طریق یک سیستم پنوماتیکی انجام میشود.
برای مثال:
Fire Detection
↓
Pneumatic Pressure Released
↓
Deluge Valve Actuated
↓
Valve Opens
این روش میتواند در برخی محیطهای صنعتی که نیاز به سیستم Release خاص دارند مورد استفاده قرار گیرد.
- Hydraulic Release System
در سیستمهای Hydraulic Release، عملکرد شیر بر اساس فشار هیدرولیکی و تغییر وضعیت مدار کنترل انجام میشود.
در حالت عادی، فشار آب در مدار Release باعث نگه داشتن شیر در وضعیت بسته میشود.
با فعال شدن سیستم:
Release Pressure Drops
↓
Deluge Valve Opens
این روش یکی از روشهای قدیمی و قابل اعتماد برای Actuation سیستمهای Deluge است.
- Electric Release System
در سیستمهای Electric Release، سیستم اعلام و تشخیص حریق میتواند فرمان باز شدن Deluge Valve را صادر کند.
برای مثال:
Flame Detector
یا:
Heat Detector
یا:
Fire Alarm Signal
↓
Release Control Panel
↓
Solenoid Valve
↓
Deluge Valve Activation
در پروژههای صنعتی، این روش میتواند با سیستم Fire & Gas یکپارچه شود.
- Fire & Gas System و Deluge
در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، سیستم Deluge ممکن است بخشی از سیستم Fire & Gas باشد.
برای مثال:
Flame Detector
↓
Fire & Gas Panel
↓
Voting Logic
↓
Deluge Release
در پروژههای حساس، ممکن است از منطق Voting مانند:
2ooN
استفاده شود تا احتمال فعال شدن ناخواسته سیستم کاهش پیدا کند.
منطق دقیق Voting باید بر اساس فلسفه Fire & Gas پروژه تعیین شود.
- Manual Release
در بسیاری از سیستمهای Deluge، علاوه بر فعالسازی خودکار، امکان فعالسازی دستی نیز در نظر گرفته میشود.
برای مثال:
Manual Release Station
↓
Deluge Valve Opens
این قابلیت در شرایطی مفید است که:
- اپراتور حریق را مشاهده کند.
- سیستم تشخیص خودکار عمل نکند.
- نیاز به فعالسازی سریع وجود داشته باشد.
محل Manual Release باید در یک نقطه امن و قابل دسترس قرار گیرد.
- Open Nozzle
یکی از ویژگیهای اصلی سیستم Deluge، استفاده از Open Nozzle است.
در حالت عادی:
Nozzle → Open
اما:
Deluge Valve → Closed
در زمان فعال شدن سیستم:
Deluge Valve → Open
و آب از تمام نازلهای بازشده در شبکه تخلیه میشود.
نوع نازل و الگوی پاشش باید بر اساس هدف حفاظت انتخاب شود.
- انواع نازلهای Deluge
بسته به کاربرد، ممکن است از نازلهایی با الگوهای مختلف استفاده شود.
برای مثال:
- Cone Spray
- Full Cone
- Hollow Cone
- Flat Spray
- Wide Angle Spray
انتخاب نوع نازل به مواردی مانند:
- هدف حفاظت
- فاصله نازل تا تجهیز
- دبی مورد نیاز
- فشار کاری
- زاویه پاشش
وابسته است.
- طراحی هیدرولیکی سیستم Deluge
سیستم Deluge به دلیل تخلیه همزمان آب از تعداد زیادی نازل، میتواند نیاز آبی بسیار بالایی داشته باشد.
در محاسبات باید موارد زیر بررسی شوند:
- دبی کل سیستم
- فشار مورد نیاز نازلها
- افت فشار لولهها
- افت فشار اتصالات
- ارتفاع
- تعداد نازلها
- جریان همزمان
در نهایت باید اطمینان حاصل شود که Fire Pump و شبکه Fire Water توان تأمین شرایط طراحی را دارند.
- Deluge Zone
هر سیستم Deluge معمولاً یک محدوده مشخص را تحت پوشش قرار میدهد.
این محدوده ممکن است شامل:
- یک تجهیز
- یک واحد فرایندی
- یک بخش از Pipe Rack
- یک Transformer
- یک محدوده خاص
باشد.
هر Zone باید دارای فلسفه مشخصی برای:
Detection
Release
Water Demand
باشد.
- Detection و Deluge
انتخاب سیستم Detection باید با نوع خطر هماهنگ باشد.
ممکن است از تجهیزات زیر استفاده شود:
- Flame Detector
- Heat Detector
- Linear Heat Detection
- Smoke Detector
- Gas Detector
در محیطهای باز صنعتی، Flame Detector و Heat Detection میتوانند کاربرد بیشتری نسبت به Smoke Detector داشته باشند.
انتخاب نهایی باید بر اساس سناریوی حریق و شرایط محیطی انجام شود.
- Deluge و سیستم Foam
در برخی کاربردهای خاص، سیستم Deluge میتواند برای تخلیه محلول فوم نیز استفاده شود.
در این حالت:
Foam Concentrate
Water
↓
Foam Solution
↓
Deluge Valve
↓
Open Foam Nozzles
این سیستم باید دارای تجهیزات مناسب برای Proportioning فوم باشد.
بنابراین، Deluge Valve میتواند در یک سیستم Water Deluge یا در برخی سیستمهای Foam Application مورد استفاده قرار گیرد.
- Water Deluge و Foam Deluge
Water Deluge
برای کاربردهایی مانند:
- Cooling
- Exposure Protection
- Fire Control
مورد استفاده قرار میگیرد.
Foam Deluge
برای کاربردهایی که نیاز به پوشش فوم دارند استفاده میشود.
انتخاب بین این دو باید بر اساس:
Fuel Type
Fire Scenario
Extinguishing Strategy
انجام شود.
- Deluge و Fire Pump
سیستم Deluge میتواند دبی بسیار زیادی نیاز داشته باشد.
بنابراین باید بررسی شود که در سناریوی طراحی:
Fire Pump
→
Fire Water Network
→
Deluge Valve
→
Nozzle Network
قادر به تأمین دبی و فشار مورد نیاز باشد.
همچنین سناریوی همزمانی چند سیستم Deluge باید در طراحی Fire Water Demand مورد توجه قرار گیرد.
- Alarm در سیستم Deluge
فعال شدن Deluge Valve معمولاً باید باعث ایجاد آلارم شود.
این آلارم میتواند شامل:
- Local Alarm
- Waterflow Alarm
- Control Room Alarm
- Fire & Gas Alarm
باشد.
اپراتور باید بتواند تشخیص دهد:
- کدام Zone فعال شده است.
- Deluge Valve باز است یا خیر.
- سیستم در چه وضعیتی قرار دارد.
- تست و Drain سیستم
سیستم Deluge باید دارای امکانات لازم برای:
- Test
- Drain
- Inspection
باشد.
تست باید بتواند عملکرد سیستم Release و باز شدن شیر را بدون ایجاد شرایط ناخواسته بررسی کند.
همچنین مسیر Drain باید برای تخلیه آب ناشی از تست یا عملکرد واقعی سیستم مناسب باشد.
- نگهداری و بازرسی
نگهداری سیستم Deluge باید شامل بررسی دورهای موارد زیر باشد:
- Deluge Valve
- Trim
- Solenoid Valve
- Detection System
- Manual Release
- Nozzles
- Piping
- Alarm Devices
- Gauges
همچنین باید اطمینان حاصل شود که نازلها توسط:
- رنگ
- گردوغبار
- خوردگی
- اجسام خارجی
مسدود نشده باشند.
- اشتباهات رایج در طراحی و اجرای Deluge
از اشتباهات رایج میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- انتخاب Deluge بدون بررسی Fire Scenario
- عدم هماهنگی با Fire & Gas
- طراحی نادرست Release System
- عدم محاسبه هیدرولیکی صحیح
- انتخاب نادرست Nozzle
- عدم بررسی دبی کل سیستم
- عدم بررسی همزمانی چند Zone
- کمبود ظرفیت Fire Pump
- عدم پیشبینی Manual Release
- عدم طراحی مناسب Drain
- عدم تست دورهای Deluge Valve
- مسدود شدن Nozzleها
- عدم تعریف صحیح Cause & Effect
- فعال شدن ناخواسته سیستم به دلیل طراحی نامناسب Logic
- جمعبندی
سیستم Deluge یکی از مهمترین سیستمهای حفاظت فعال در برابر حریق برای مناطق پرخطر صنعتی است.
ساختار کلی سیستم را میتوان به شکل زیر خلاصه کرد:
Fire Detection
↓
Fire & Gas / Release Panel
↓
Actuation System
↓
Deluge Valve Opens
↓
Fire Water Enters Distribution Network
↓
Open Nozzles Discharge Water
↓
Cooling / Fire Control / Exposure Protection
طراحی موفق یک سیستم Deluge به هماهنگی چند بخش اصلی وابسته است:
Hazard Identification
Fire Scenario
Detection System
Release Logic
Deluge Valve
Open Nozzle Layout
Hydraulic Calculation
Fire Water Supply
Cause & Effect
Testing & Maintenance
در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی، Deluge Valve نباید بهعنوان یک شیر مستقل در نظر گرفته شود؛ بلکه بخشی از یک سیستم یکپارچه Fire Protection و Fire & Gas است که باید از مرحله تشخیص حریق تا تخلیه آب و عملکرد تجهیزات، بهصورت کامل و هماهنگ طراحی شود.
در نهایت، فلسفه اصلی سیستم Deluge این است که در صورت تشخیص سریع حریق، در کوتاهترین زمان ممکن حجم طراحیشدهای از آب یا محلول فوم را بهصورت همزمان در منطقه خطر توزیع کند تا حریق کنترل شده، تجهیزات در معرض حرارت خنک شوند و از گسترش حادثه به مناطق مجاور جلوگیری شود.