Detektor etylenu / etenu (C₂H₄)

Czujniki etylenu stanowią kluczowy element systemów monitorujących w przemyśle spożywczym oraz w zakładach petrochemicznych. W zastosowaniach związanych z żywnością urządzenia te wykorzystywane są do kontroli atmosfery w pomieszczeniach, gdzie etylen wpływa na tempo dojrzewania owoców i wymaga precyzyjnego nadzoru. W sektorze przemysłowym gaz ten pełni funkcję surowca bazowego przy wytwarzaniu takich związków jak tlenek etylenu, styren, różnego rodzaju polimery czy alkohole alifatyczne o dłuższych łańcuchach. W przyrodzie etylen działa jako naturalny regulator wzrostu roślin.

Charakterystyka etylenu

Etylen (CAS: 74-85-1) to nienasycony węglowodór o wzorze chemicznym C₂H₄, który w standardowych warunkach występuje jako bezbarwny gaz o charakterystycznym, lekko słodkim zapachu. W kontakcie z powietrzem tworzy łatwopalną mieszaninę wybuchową. Zgodnie z normą PN-EN ISO/IEC 80079-20-1, jego dolna granica wybuchowości to 2,3% objętości, a górna granica wynosi 36% obj. Etylen klasyfikowany jest do grupy IIB i zakwalifikowany został do klasy temperaturowej T2.

Oprócz przemysłowego znaczenia, etylen wykorzystywany jest także jako czynnik chłodniczy o oznaczeniu R1150 klasie bezpieczeństwa A3, z limitem praktycznym na poziomie 0,006 kg/m³. Gaz ten nie jest uznawany za toksyczny, a jego masa cząsteczkowa zbliżona do powietrza (stosunek 0,97:1) pozwala na jego równomierne rozprzestrzenianie się w atmosferze. Na skalę przemysłową pozyskuje się go najczęściej podczas procesów rafinacji ropy naftowej.

Detektory etylenu – regulacje prawne

Zgodnie z przepisami BHP, w każdym pomieszczeniu, w którym przechowuje się lub wykorzystuje substancje uznane za niebezpieczne, należy zastosować systemy sygnalizujące możliwość zagrożenia. W przypadku etylenu najskuteczniejszym rozwiązaniem są detektory etylenu, które umożliwiają wczesne wykrycie obecności tego gazu.

Dodatkowo, jeśli czujniki etylenu są zintegrowane z systemami zabezpieczeń przeciwwybuchowych, np. poprzez automatyczne uruchamianie wentylacji mechanicznej, wówczas zgodnie z obowiązującymi przepisami przeciwpożarowymi wymagane jest opracowanie profesjonalnego projektu przez osobę posiadającą odpowiednie uprawnienia oraz uzgodnienie go przez rzeczoznawcę ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych.

Czujnik etylenu – budowa

Budowa czujników etylenu zazwyczaj opiera się na dwóch podstawowych elementach: części detekcyjnej odpowiedzialnej za wykrywanie obecności gazu oraz części elektronicznej, która zapewnia zasilanie, wzmacnia i przetwarza sygnał, umożliwiając jego dalsze przekazanie do systemów sterujących takich jak centrala detekcji lub jednostki nadzoru.

Producenci oferują szeroką gamę konfiguracji, które pozwalają dostosować detektor etylenu do warunków konkretnego obiektu. Dostępne są m.in. różne typy obudów, wyjścia sterujące, wyświetlacze, zintegrowane sygnalizatory akustyczne i optyczne, dławnice kablowe, a także osłony zwiększające odporność urządzenia (np. do klasy IP66). W przypadku potrzeby monitorowania trudno dostępnych przestrzeni, możliwe jest zastosowanie sensorów wyniesionych tzw. PolyRange umieszczanych zdalnie np. w zamkniętych komorach. Czujniki etylenu mogą funkcjonować jako niezależne urządzenia lub stanowić część rozbudowanego systemu z centralą. W miejscach klasyfikowanych jako strefy zagrożenia wybuchem stosuje się detektory etylenu w wersji przeciwwybuchowej, zgodnej z dyrektywą ATEX.

Detektory etylenu – parametry pomiarowe

W przypadku pomiaru stężeń etylenu w zakresie zagrożenia wybuchem, najczęściej wykorzystywana jest technologia katalityczna, która opiera się na reakcji utleniania gazu. Takie rozwiązanie zapewnia stabilność wskazań oraz liniową charakterystykę odpowiedzi sensora, co oznacza, że sygnał zmienia się proporcjonalnie do wykrywanego stężenia. Dodatkowo technologia ta jest mniej podatna na wpływ czynników zewnętrznych takich jak wilgotność powietrza czy wahania temperatury.

Detektory etylenu wyposażone w tego typu sensory są zazwyczaj przystosowane do pomiaru w przedziale 0–100% dolnej granicy wybuchowości (DGW), co odpowiada wymaganiom dla obszarów, w których istnieje ryzyko pojawienia się atmosfery wybuchowej.

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

Detektor etylenu z sensorem katalitycznym w zakresie 0–100% dolnej granicy wybuchowości (DGW).

W przemyśle spożywczym znacznie częściej stosuje się detektory etylenu wyposażone w sensory elektrochemiczne. Sensory tego typu wykorzystują reakcję chemiczną zachodzącą między cząsteczkami etylenu a elektrolitem znajdującym się wewnątrz sensora. W wyniku tego procesu generowany jest sygnał elektryczny, który następnie wzmacniany i przetwarzany jest przez układ elektroniczny, umożliwiając precyzyjny odczyt stężenia gazu.

Zaletą sensorów elektrochemicznych jest ich wysoka selektywność oraz liniowość pomiaru, co sprawia, że świetnie sprawdzają się w analizie niskich stężeń etylenu. Zakresy pracy takich czujników są dobierane w zależności od specyfiki aplikacji i mogą wynosić np. 0–10 ppm, 0–200 ppm lub 0–1500 ppm.

Czujniki etylenu – lokalizacja

Etylen ma gęstość zbliżoną do gęstości powietrza, co oznacza, że nie wykazuje wyraźnej tendencji ani do unoszenia się, ani do opadania. W związku z tym miejsce montażu czujników etylenu powinno być każdorazowo dostosowane do rodzaju zagrożenia.

W obszarach, gdzie detektory etylenu odpowiadają za sterowanie urządzeniami zabezpieczającymi np. wentylacją czy zaworami odcinającymi dopływ gazów, pełnią one funkcję elementów systemu ochrony przeciwpożarowej. Zgodnie z przepisami, w takich przypadkach konieczne jest wykonanie dokumentacji projektowej przez osobę posiadającą odpowiednie uprawnienia oraz uzgodnienie jej z rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń ppoż.

Właściwy dobór lokalizacji czujników etylenu powinien więc być każdorazowo przeprowadzany przez uprawnionego projektanta, który uwzględni zarówno charakterystykę obiektu, jak i przepisy prawa.

Dodatkowo, w niektórych zastosowaniach np. w chłodniach lub zamkniętych pomieszczeniach pojawia się potrzeba odczytu stężenia etylenu z zewnątrz, bez konieczności wchodzenia do środka. W takich przypadkach wykorzystuje się czujniki z sensorem wyniesionym tzw. PolyRange, który montowany jest wewnątrz monitorowanego obszaru, natomiast moduł główny z wyświetlaczem (np. zmieniającym kolor w zależności od poziomu gazu) znajduje się poza chronioną strefą.

Eksploatacja czujników etylenu

Wiarygodność pomiarów etylenu zależy od regularnej obsługi technicznej urządzeń. Każdy detektor etylenu powinien być okresowo sprawdzany i poddawany adiustacji, zgodnie z zaleceniami producenta oraz specyfiką zastosowanej technologii pomiarowej.

Częstotliwość serwisowania może różnić się w zależności od warunków eksploatacji czujniki etylenu pracujące w środowiskach agresywnych, zapylonych lub o dużej wilgotności, mogą wymagać częstszych przeglądów. Systematyczna kontrola stanu technicznego zapewnia nie tylko precyzję pomiarów, ale również utrzymanie wysokiego poziomu bezpieczeństwa instalacji.

Detektory etylenu – zastosowania

Detektory etylenu są obowiązkowym elementem wyposażenia obiektów, w których etylen jest produkowany lub wykorzystywany w instalacjach przemysłowych. Ich podstawową funkcją jest zapewnienie bezpieczeństwa poprzez wykrywanie ewentualnego nagromadzenia gazu i zapobieganie ryzyku wybuchu.

W sektorze spożywczym oraz w przechowalnictwie czujniki etylenu pełnią inną, równie istotną rolę monitorują stężenie etylenu w przestrzeniach magazynowych, co pozwala na precyzyjne sterowanie procesem dojrzewania owoców i warzyw. Tego rodzaju urządzenia wykorzystywane są również w laboratoriach, gdzie etylen jest stosowany do celów badawczych lub technologicznych.

Czujniki etylenu stosowane są w branżach takich jak: