Detektor etylenu / etenu (C₂H₄)

Detektor etylenu pełni istotną rolę ochronną w branży spożywczej i petrochemicznej. W spożywczej detektory etylenu wykorzystywane są w przechowalnictwie gdzie gaz ten pełni istotną rolę w dojrzewaniu owoców i musi podlegać ścisłej kontroli. W branży petrochemicznej jest to istotny element produkcji polimerów, styrenu, tlenku etylenu czy wyższych alkoholi alifatycznych. W środowisku naturalnym etylen jest hormonem roślinnym pobudzającym dojrzewanie owoców, spadanie liści czy starzenie się.

Charakterystyka etylenu

Etylen (nr CAS: 74-85-1), węglowodór nienasycony, wzór sumaryczny C₂H₄ w warunkach normalnych jest bezbarwnym gazem o słodkim zapachu. W powietrzu tworzy mieszaninę wybuchową. Zgodnie z PN-EN ISO/IEC 80079-20-1 dolna granica wybuchowości wynosi 2,3% v/v, a górna granica wybuchowości 36% v/v, klasa temperaturowa T2 grupa IIB. Etylen jest także czynnikiem chłodniczym o oznaczeniu R1150 klasie bezpieczeństwa A3 limicie praktycznym 0,006kg/m³. Etylen nie jest toksyczny. Jego ciężar jest zbliżony do powietrza (współczynnik 0,97:1) przez co dobrze się z nim miesza. Na skalę przemysłową otrzymywany jest w procesie rafinacji ropy naftowej.

Detektory etylenu – regulacje prawne

Regulacje BHP wymagają aby we wszystkich pomieszczeniach gdzie użytkowane lub magazynowane są substancje sklasyfikowane jako niebezpieczne były zainstalowane urządzenia powiadamiające o zagrożeniach. Dla etylenu najlepszym rozwiązaniem są czujniki etylenu. Jednocześnie na mocy przepisów ochrony przeciwpożarowej tam gdzie detektory etylenu pełnią funkcję zabezpieczenia przed wybuchem sterując urządzeniami wykonawczymi jak np. wentylacja mechaniczna wymagane jest wykonanie projektu przez uprawnionego projektanta oraz uzgodnienie go przez rzeczoznawcę do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych.

Czujnik etylenu – budowa

Konstrukcja detektorów etylenu oparta jest z reguły o element pomiarowy wykrywający gaz oraz układ elektroniczny zapewniający zasilanie oraz wzmocnienie i przetworzenie sygnału tak aby był on odpowiedni dla elementów odbiorczych np. centrali lub układu nadzoru. Czujniki etylenu mogą być montowane w różnych obiektach i ich producenci oferują różne warianty dopasowania, w tym obudowy, wyjścia sterujące, wyświetlacze, wbudowane sygnalizatory, dławnice, osłony zwiększające stopień ochrony do IP66, a nawet sensory wyniesione do komór i pomieszczeń zamkniętych w celu pomiaru zdalnego. Detektory etylenu mogą być częścią większego systemu z centralą lub występować jako samodzielne czujniki etylenu. Dla stref zagrożenia wybuchem dostępne są detektory etylenu w wykonaniu przeciwwybuchowym (ATEX).

Detektory etylenu – parametry pomiarowe

W zakresie stężeń wybuchowych w większości czujniki etylenu wykorzystują technologię katalityczną bazującą na reakcji spalania. Pozwala ona na liniowy, stabilny pomiar i minimalizowanie wpływu warunków zewnętrznych jak wilgoć czy temperatura. Tak wyposażone detektory etylenu realizują pomiar w zakresie 0-100% DGW typowym dla pomieszczeń z potencjalnym zagrożeniem wybuchowym.

Poziom gazu	Pomiar gazu	Reakcja urządzeń wykonawczych
0% DGW	Brak alarmu	Brak reakcji
10% DGW	Alarm poziomu 1	Załączenie I biegu wentylacji
20% DGW	Alarm poziomu 2	- Załączenie II biegu wentylacji lub układu wymiany powietrza - Załączenie optycznego sygnału alarmowego - Powiadomienie operatora obiektu
30% DGW	Alarm poziomu 3	- Załączenie akustycznego sygnału alarmowego - Powiadomienie wyznaczonych pracowników za pomocą SMS
40% DGW	Alarm poziomu 4	- Zabezpieczenie procesu - (opcjonalnie) zamknięcie procesu - (opcjonalnie) odłączenie zasilania obiektu

Zakres pomiarowy 0-100% DGW. Detektor etylenu z sensorem katalitycznym.

Z kolei w przemyśle spożywczym częściej wykorzystywane są czujniki etylenu wyposażone w sensory elektrochemiczne. Wykorzystują one reakcję chemiczną gazu z elektrolitem wewnątrz sensora co pozwala na wytworzenie ładunku elektrycznego, który może być wychwycony przez elektrody zanurzone w elektrolicie. Układ elektroniczny czujnika etylenu wzmacnia i przetwarza ten sygnał dzięki czemu możliwe jest odczytanie pomiaru. Duża selektywność oraz liniowa charakterystyka to duże zalety przy pomiarze tak niskich stężeń. Typowe zakresy elektrochemicznych detektorów etylenu zależą głównie od potrzeb danego zastosowania typowo dostępne są zakresy 0-10ppm, 0-200ppm czy 0-1500ppm. Literatura podaje, że zawartość etylenu w powietrzu na poziomie 200ppm przyspiesza 4-10 krotnie proces dojrzewania owoców. (Źródło: Hasło Ogrodnicze nr 07/2005 Michael Matkowski Przechowywanie owoców miękkich i warzyw w systemie ULO.) Z kolei przy przechowaniu kapusty głowiastej zaleca się nie przekraczać 1ppm. (Źródło: Hasło Ogrodnicze nr 08/2002 dr Marek Gajewski Nowe technologie w traktowaniu warzyw po zbiorze.).

Razem z etylenem może być zasadne monitorowanie innych gazów jak O₂, CO₂ np. za pomocą detektorów etylenu 2- lub 3-gazowych.

Czujniki etylenu – lokalizacja

Etylen ma ciężar zbliżony do powietrza więc nie będzie wykazywał silnych właściwości do wznoszenia lub opadania. Tym samym detektory etylenu powinny być montowane w zależności od rodzaju zagrożenia (przy badaniu właściwości wybuchowych) lub w zależności od wymaganego miejsca monitorowania (np. w zakresie przechowalnictwa). Należy pamiętać, że w zakresie wybuchowym detektory etylenu sterujące urządzeniami zabezpieczającymi np. wentylacją czy zaworami odcinającymi są urządzeniami zabezpieczającymi w rozumieniu przepisów o ochronie przeciwpożarowej, a tym samym wymagany jest projekt wykonany przez uprawnionego projektanta i uzgodniony z rzeczoznawcą do spraw ochrony przeciwpożarowej. Tym samym dobór i lokalizację czujników etylenu przeprowadza uprawniony projektant. W niektórych przypadkach wymagane jest aby detektory etylenu stosowane w zamkniętych pomieszczeniach przechowalni udostępniały pomiar na zewnątrz pomieszczenia np. przed wejściem. Do takiego zastosowania wykorzystuje się detektory etylenu z sensorem wyniesionym czyli modułem sensora umieszczonym na przewodzie w odległości od samego detektora, który wraz z wyświetlaczem zmiennokolorowym umieszczony jest poza chronionym pomieszczeniem.

Eksploatacja czujników etylenu

Prawidłowe pomiary wymagają okresowej kontroli i adiustacji detektorów etylenu. W zależności od zastosowanej technologii czynności serwisowe mogą być wymagane w różnych okresach czasu. Warto pamiętać, że czujniki etylenu pracujące w trudnych warunkach często wymagają krótszych okresów serwisowych, aby pomiary były wiarygodne.

Detektory etylenu – zastosowania

Czujniki etylenu stanowią wymagane wyposażenie zakładów posiadających instalacje etylenowe oraz wytwarzających etylen. Ich rolą jest ochrona przed nagromadzeniem się gazu i wybuchem. Z kolei w przechowalnictwie i przemyśle spożywczym czujniki etylenu pełnią głównie rolę kontrolera ilości gazu w pomieszczeniach przechowywania owoców i warzyw. Czujniki etylenu często stanowią wyposażenie laboratoriów gdzie użytkowany jest ten gaz.

Detektory etylenu znajdują zastosowanie w poniższych branżach: