Detektor acetylenu (C₂H₂)

Detektor acetylenu to jedno z kluczowych urządzeń zapewniających bezpieczeństwo w obiektach przemysłowych. Rolą czujnika acetylenu jest ciągłe monitorowanie stężenia gazu C₂H₂ w powietrzu i natychmiastowe sygnalizowanie zagrożenia, gdy tylko osiąga ono wartości niebezpieczne.

Acetylen znajduje szerokie zastosowanie w branży spawalniczej gdzie pozwala na szybkie i precyzyjne cięcie metalu dzięki wyjątkowo wysokiej temperaturze płomienia. W przemyśle chemicznym pełni rolę surowca do produkcji rozpuszczalników i tworzyw sztucznych. Każde z tych zastosowań niesie ryzyko wybuchu w przypadku rozszczelnienia instalacji i gromadzenia się gazu, dlatego w obiektach wyposażonych w magazyny lub instalacje acetylenu montuje się detektory acetylenu. Dzięki nim możliwe jest szybkie wykrycie gromadzenia się gazu i ochrona pracowników oraz infrastruktury przed niebezpiecznymi sytuacjami.

Charakterystyka acetylenu

Acetylen (C₂H₂), jest gazem bezbarwnym o bardzo wysokiej reaktywności może występować również pod nazwą etyn. Jego temperatura samozapłonu wynosi około 305^oC, co sprawia, że należy do grupy substancji wyjątkowo łatwopalnych. W czystej formie nie posiada zapachu, natomiast przemysłowa odmiana tego gazu, nazywana acetylenem technicznym, wyczuwalna jest dzięki domieszkom siarki czy fosforu, które nadają jej charakterystyczną, czosnkową woń.

Z punktu widzenia toksykologii acetylen nie jest gazem trującym. Mimo to w wysokim stężeniu działa niebezpiecznie ponieważ wypiera tlen z powietrza i prowadzi do niedotlenienia organizmu. Objawami kontaktu z nadmiarem tego gazu mogą być bóle i zawroty głowy, nudności czy problemy z koordynacją. W przeszłości stosowano go jako gaz znieczulający, określany mianem „narcylen”. Trzeba również pamiętać, że niecałkowite spalanie acetylenu powoduje powstawanie tlenku węgla substancji skrajnie toksycznej i groźnej dla zdrowia człowieka.

Największe zagrożenie wynika jednak z właściwości wybuchowych acetylenu. Zakres stężeń, w których może dojść do zapłonu, jest niezwykle szeroki: dolna granica wybuchowości to jedynie 2,4% objętości, a górna sięga aż 82%. Dla porównania większość innych gazów palnych ma górną granicę kilkanaście procent, co pokazuje, jak wyjątkowo niebezpieczny jest acetylen. Zaliczany jest do grupy wybuchowości IIC, i jeżeli została wyznaczona strefa zagrożenia wybuchem to wszystkie urządzenia elektryczne działające w jego otoczeniu w tym czujniki acetylenu muszą posiadać certyfikaty zgodne z ATEX.

Pod względem fizycznym acetylen jest tylko trochę lżejszy od powietrza jego gęstość względna wynosi około 0,90. Taka różnica sprawia, że gaz ma skłonność do unoszenia się, ale następuje to bardzo powoli. W wysokich pomieszczeniach zanim przemieści się do sufitu może tworzyć miejscowe “chmury” nawet o stężeniu wybuchowym. Stąd często detektory acetylenu montowane są zarówno w najwyższych punktach jak i w pobliżu potencjalnych miejsc wycieków.

Budowa detektorów acetylenu

Typowa konstrukcja detektorów acetylenu obejmuje dwa podstawowe elementy: moduł pomiarowy (gdzie znajduje się sensor), który wykrywa poziom stężenia C₂H₂ w powietrzu, oraz układ elektroniczny, odpowiadający za zasilanie, wzmocnienie sygnału i jego przekazanie do centrali sterującej systemem detekcji gazów. W zależności od potrzeb instalacyjnych, detektory acetylenu mogą pracować jako samodzielne urządzenia wyposażone w wyświetlacz oraz wyjścia sterujące do elementów wykonawczych, takich jak wentylatory czy sygnalizatory, bądź jako część większego systemu detekcji.

Dodatkowe funkcje i opcje konfiguracyjne detektorów acetylenu pozwalają na ich dostosowanie do wymagań danego obiektu. W zależności od potrzeb czujniki acetylenu mogą być wyposażone w sygnalizację optyczną i akustyczną, wyjścia przekaźnikowe do sterowania urządzeniami wykonawczymi, modułowe sensory, cyfrowe wyświetlacze prezentujące bieżące stężenia oraz dodatkowe dławnice ułatwiające montaż.

W obiektach, gdzie istnieje ryzyko kontaktu z pyłami lub wilgocią, detektory acetylenu mogą być chronione osłonami o podwyższonej klasie odporności (np. IP66). W przypadku montażu w strefach zagrożonych wybuchem, niezbędne jest zastosowanie wersji przeciwwybuchowej. Detektory acetylenu muszą wtedy spełniać wymogi dyrektywy ATEX oraz normy dla grupy IIC.

Parametry pomiarowe i zakres czujników acetylenu

Detektory acetylenu (C₂H₂) wykorzystywane są w instalacjach przemysłowych, laboratoriach oraz obiektach, w których istnieje ryzyko powstania atmosfery wybuchowej np. na skutek wycieku. Ze względu na bardzo niską dolną granicę wybuchowości (ok. 2,4% v/v) i wysoką reaktywność tego gazu, systemy detekcji muszą charakteryzować się dużą precyzją oraz szybkim czasem reakcji.

Najczęściej stosowanym zakresem pomiarowym czujników acetylenu jest 0–100% DGW (Dolnej Granicy Wybuchowości) czyli 0-2,4%v/v. Pozwala to na ostrzeganie i uruchamianie urządzeń zabezpieczających obiekt zanim stężenie osiągnie wartość przy której mógłby nastąpić zapłon mieszaniny. Systemy detekcji acetylenu powinny być projektowane zgodnie z obowiązującymi przepisami ochrony przeciwpożarowej i BHP. Ustawienia progów alarmowych oraz powiązanych reakcji urządzeń wykonawczych dobiera uprawniony projektant, a dokumentacja musi być uzgodniona przez rzeczoznawcę ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych.

Ponieważ źródłem acetylenu w obiekcie jest najczęściej instalacja to reakcja systemu detekcji musi być dość szybka i progi stosunkowo niższe niż w przypadku źródeł emisyjnych gdzie stężenie rośnie powoli. Dzięki wielostopniowej skali alarmowej możliwe jest stopniowe reagowanie na wzrastające stężenie acetylenu od wczesnej wentylacji, przez ostrzeganie obsługi, aż po awaryjne odłączenie instalacji. Takie rozwiązanie pozwala ograniczyć ryzyko powstania atmosfery wybuchowej i skutecznie chroni zdrowie ludzi oraz bezpieczeństwo obiektu.

Lokalizacja detektorów acetylenu

Przy projektowaniu systemu detekcji acetylenu bardzo istotne jest właściwe rozmieszczenie czujników acetylenu. Z uwagi na to, że acetylen jest lżejszy od powietrza, naturalnym podejściem byłoby instalowanie detektorów acetylenu wysoko około 30 cm poniżej stropu pomieszczenia. Taka lokalizacja ułatwia wykrycie gazu unoszącego się ku górze. Należy jednak uwzględnić, że acetylen wznosi się wolno. Jeśli potencjalne źródła nieszczelności (wycieku) znajdują się nisko nad podłogą, sensowne może być dodatkowe rozmieszczenie detektorów acetylenu na niższym poziomie. Dotyczy to szczególnie wysokich obiektów gdzie ryzyko większego wycieku na dole może utworzyć lokalną chmurę acetylenu o stężeniu wybuchowym, zanim gaz zdąży dotrzeć pod sufit. Takie rozwiązanie mogłoby być niewystarczające dlatego optymalny system detekcji dla acetylenu często przewiduje kilka czujników acetylenu na różnych wysokościach najwyższy blisko sufitu i ewentualnie niższe na poziomie potencjalnych punktów wycieku, aby mieć pewność, że żadna niebezpieczna koncentracja gazu nie zostanie przeoczona.

Przechowywanie acetylenu

Acetylen, jako gaz łatwopalny, podlega szczególnym zasadom składowania wynikającym z przepisów bezpieczeństwa. Butle z tym gazem muszą być ustawiane w miejscach oddalonych od źródeł ciepła, otwartego ognia oraz substancji o właściwościach utleniających. Ze względu na to, że acetylen pod dużym ciśnieniem może ulec gwałtownemu rozkładowi, nie magazynuje się go w stanie sprężonym. Zamiast tego stosuje się rozwiązanie polegające na rozpuszczeniu go w acetonie, a wnętrze butli wypełnia się specjalną, porowatą substancją, która stabilizuje gaz i zwiększa bezpieczeństwo jego przechowywania.

Zastosowanie detektorów acetylenu

Czujniki acetylenu stosuje się wszędzie tam, gdzie istnieje ryzyko pojawienia się tego gazu w otoczeniu. Warto podkreślić, że główną funkcją detektorów acetylenu jest zapobieganie nagromadzeniu się acetylenu w pomieszczeniu do poziomu stężenia grożącego wybuchem. Czujnik acetylenu ma za zadanie wykryć podwyższony poziom stężenia gazu znacznie wcześniej i zaalarmować obsługę, zanim sytuacja stanie się krytyczna. Dzięki temu można szybko podjąć działania zapobiegawcze, takie jak wyłączenie dopływu gazu, odłączenie potencjalnych źródeł zapłonu czy uruchomienie wentylacji.

Typowe miejsca instalacji detektorów acetylenu obejmują m.in.:

Zakłady spawalnicze i warsztaty metalurgiczne w tych obiektach acetylen z tlenem wykorzystywany jest do tworzenia wysokotemperaturowego płomienia do cięcia i metali. Czujniki acetylenu montuje się w miejscach magazynowania butli acetylenowych oraz na stanowiskach pracy, aby wychwycić ulatniający się gaz np. z nieszczelnych połączeń czy niedokręconych zaworów.

Z kolei w zakładach chemicznych i produkcyjnych acetylen jest wykorzystywany jako surowiec w syntezie chemicznej (np. przy wytwarzaniu niektórych związków organicznych, rozpuszczalników, dawniej nawet w produkcji kauczuku syntetycznego i tworzyw PVC). W halach produkcyjnych i aparaturze, gdzie przebiegają procesy z użyciem C₂H₂, detektory acetylenu stanowią element systemu zabezpieczeń przeciwwybuchowych.

Magazyny gazów i stacje przechowywania butli z acetylenem muszą być wyposażone w czujniki acetylenu, zwłaszcza że tam ryzyko wycieku jest zawsze obecne podczas napełniania, przepompowywania czy składowania.

Detektory acetylenu również są stosowane w miejscach takie jak laboratoria badawcze używające acetylenu jako źródła płomienia w procesach laboratoryjnych oraz analizach, fabryki wytwarzających acetylen (np. metodą karbidową), a także pomieszczenia, przez które przebiegają rurociągi acetylenowe. Wszędzie tam czujniki acetylenu pozwalają na ciągły nadzór atmosfery pod kątem obecności wybuchowego gazu.

Szczegółowe opisy branż, w których stosuje się czujniki acetylenu, można znaleźć w poniższych przykładach obiektów: