Detektor heksanu (C₆H₁₄)

Detektor heksanu to urządzenie służące do wykrywania oraz pomiaru stężenia oparów heksanu (C₆H₁₄) w powietrzu. Jego obecność jest kluczowa wszędzie tam, gdzie heksan jest stosowany, magazynowany lub wytwarzany. Celem działania czujnika heksanu jest szybkie wykrycie obecności niebezpiecznego stężenia gazu oraz aktywacja urządzeń zabezpieczających takich jak wentylacja mechaniczna, zawory odcinające lub układy zatrzymania procesu zanim dojdzie do nagromadzenia się gazu w ilości stwarzającej zagrożenie wybuchowe lub zdrowotne.

Charakterystyka heksanu

n-Heksan (CAS: 110-54-3) to ciecz łatwopalna należąca do grupy alkanów, która w normalnych warunkach wykazuje niską rozpuszczalność w wodzie. Związek ten posiada pięć izomerów i jest obecny m.in. w składzie benzyn oraz w rozpuszczalnikach przemysłowych. Głównym źródłem przemysłowego pozyskiwania heksanu jest rafinacja ropy naftowej.

Zgodnie z przepisami dotyczącymi dopuszczalnych stężeń w środowisku pracy, wartość NDS dla heksanu ustalono na poziomie 72 mg/m³ (około 20 ppm). Brak jest natomiast określenia wartości NDSCh. Narażenie na opary może wywoływać objawy takie jak senność, zawroty głowy czy nudności, a długotrwały kontakt może wpływać na funkcjonowanie układu nerwowego.

Z punktu widzenia bezpieczeństwa technicznego największe zagrożenie stanowi jednak potencjał wybuchowy heksanu. Wg normy PN-EN ISO/IEC 80079-20-1 dolna granica wybuchowości (DGW) wynosi 1,0% v/v, natomiast górna (GGW) – 8,9% v/v. Temperatura zapłonu to -22°C, a według bazy GESTIS dolny punkt wybuchowości (DPW) określono na -27°C. W klasyfikacji ATEX heksan przypisany jest do grupy IIA i klasy temperaturowej T3.

Wysoka gęstość oparów (około 2,98 razy większa niż powietrze) powoduje, że gaz opada w kierunku podłoża, gromadząc się w zagłębieniach i innych niższych partiach pomieszczeń co ma istotne znaczenie przy projektowaniu systemów detekcji.

Przepisy w zakresie detektorów heksanu i cykloheksanu

Wymogi BHP jednoznacznie wskazują, że wszelkie pomieszczenia, w których przechowuje się lub wykorzystuje substancje sklasyfikowane jako niebezpieczne, muszą być wyposażone w systemy sygnalizacji zagrożeń, takie jak czujniki heksanu.

W przypadku gdy detektory heksanu odpowiadają za aktywację systemów zabezpieczających, np. wentylacji lub odcięcia procesu technologicznego, są one traktowane jako urządzenia przeciwpożarowe. Ich montaż wymaga przygotowania dokumentacji projektowej przez osobę z odpowiednimi uprawnieniami oraz uzgodnienia projektu z rzeczoznawcą ds. ochrony przeciwpożarowej.

Warto również pamiętać, że w zależności od rodzaju obiektu mogą obowiązywać dodatkowe przepisy branżowe, które określają szczegółowe wymagania dotyczące rozmieszczenia i parametrów detektorów heksanu.

Budowa czujnika heksanu

Detektory heksanu i cykloheksanu mimo różnic w wykrywanym związku posiadają bardzo zbliżoną konstrukcję. Standardowa budowa obejmuje moduł pomiarowy z sensorem gazu oraz układ elektroniczny odpowiedzialny za zasilanie, wzmocnienie i przetwarzanie sygnału tak, aby mógł być odczytany przez nadrzędny system nadzorujący.

Detektor heksanu może działać jako samodzielne urządzenie, wyposażone w wyświetlacz i wyjścia sterujące dla innych elementów systemu (np. wentylatorów, sygnalizatorów), jak również być częścią większego systemu detekcji gazów z centralą sterującą.

W przypadku montażu w strefach zagrożenia wybuchem wymagane jest zastosowanie detektorów heksanu w wykonaniu przeciwwybuchowym, zgodnym z dyrektywą ATEX.

Szeroki wybór opcji konfiguracyjnych pozwala na dostosowanie czujnika heksanu do specyficznych warunków aplikacji.

Dostępne są m.in. wersje z:
- wbudowanym wyświetlaczem,
- zintegrowaną sygnalizacją optyczno-akustyczną,
- wyjściami przekaźnikowymi,
- sensorem wyniesionym – umieszczonym zdalnie względem obudowy głównej (np. w innym pomieszczeniu).

Dla ułatwienia montażu i obsługi, detektory mogą być wyposażone w:
- prefabrykowane otwory pod dławnice,
- dodatkowe przepusty kablowe,
- wymienne moduły sensora,
- wyjmowane płytki elektroniki.

W pomieszczeniach o zwiększonym stopniu zapylenia lub narażeniu na wilgoć, czujniki heksanu mogą być zabezpieczone dodatkowymi osłonami, zwiększającymi stopień ochrony nawet do IP66.

W jaki sposób detektor heksanu dokonuje pomiaru?

Element pomiarowy stanowi kluczowy komponent każdego detektora heksanu lub cykloheksanu. Na rynku dostępnych jest kilka technologii detekcji, które dobierane są w zależności od warunków pracy oraz wymagań obiektu.

Najczęściej spotykanym rozwiązaniem w systemach stacjonarnych jest technologia katalityczna, która opiera się na pracy dwóch sensorów aktywnego i referencyjnego. Gdy w otoczeniu pojawiają się opary gazu, zachodzi jego utlenienie na elemencie reaktywnym, co skutkuje zmianą przewodności i rozbiciem stanu równowagi. Różnica ta stanowi podstawę pomiaru. System ten dobrze radzi sobie z zakłóceniami wynikającymi ze zmian temperatury i wilgotności, a także zapewnia selektywność ograniczoną głównie do gazów palnych.

Technologia półprzewodnikowa wykorzystuje materiał reagujący przewodnością na obecność gazów w powietrzu. Niestety, rozwiązanie to cechuje się niską selektywnością i wysoką podatnością na wpływ warunków środowiskowych.

W środowiskach, gdzie występują ryzyko przekroczenia zakresu pomiarowego lub deficyt tlenu, sprawdzają się detektory heksanu działające na zasadzie absorpcji promieniowania podczerwonego (NDIR). W tym przypadku gaz pochłania określone długości fali światła podczerwonego, co pozwala na precyzyjny pomiar stężenia bez udziału reakcji chemicznej sensor nie ulega „zatruciu” ani degradacji.

Wszystkie wymienione technologie mają jednak istotne ograniczenie dokładnie mierzą jedynie gaz, na który zostały skalibrowane. może więc reagować również na inne substancje palne, lecz wskazania będą znacząco odbiegały od rzeczywistości.

Rozwiązaniem tego problemu jest technologia MPS (Molecular Property Spectrometer), oparta na mikrosystemie elektromechanicznym MEMS, analizującym właściwości cieplne gazu. Sensor MPS wyróżnia się odpornością na przeciążenia i czynniki toksyczne, a także zapewnia stabilny, liniowy pomiar.

Największą zaletą czujników MPS jest możliwość pomiaru wielu różnych gazów palnych z wysoką dokładnością. Parametr „TrueLEL” (ang. True Lower Explosive Limit) oznacza, że wskazania są bliskie rzeczywistym wartościom granic wybuchowości. W przypadku heksanu odchylenie pomiaru sięga maksymalnie 20%, co czyni ten typ sensora znacznie precyzyjniejszym niż inne technologie.

Detektory heksanu z sensorem MPS są szczególnie polecane dla służb ratowniczych oraz zakładów chemicznych i petrochemicznych, gdzie użytkownik może mieć do czynienia z nieznanym składem atmosfery i potrzebuje uniwersalnego, niezawodnego rozwiązania.

Więcej informacji o technologii MPS znajduje się w zakładce TECHNOLOGIE POMIAROWE I SENSORY GAZÓW

Czujniki heksanu – alarmy i zakres pomiarowy

Sposób alarmowania oraz progi aktywacji urządzeń zabezpieczających powinny być określone przez uprawnionego projektanta, zgodnie z obowiązującymi przepisami i charakterystyką konkretnej instalacji. Celem jest zapewnienie, że działanie systemu nastąpi z odpowiednim wyprzedzeniem, zanim stężenie gazu osiągnie poziom realnego zagrożenia np. odcięcie dopływu substancji jeszcze zanim jej ilość w instalacji przekroczy 100% dolnej granicy wybuchowości (DGW).

W przypadku, gdy osiągnięcie odpowiednio niskich progów alarmowych nie jest możliwe z uwagi na konstrukcję lub charakter procesu, należy rozważyć zmiany projektowe w samej instalacji. Może to obejmować np. wydzielenie mniejszych sekcji rurociągów w celu ograniczenia ilości potencjalnie uwolnionego gazu.

Poniżej przedstawiono typowy schemat progów alarmowych oraz przypisanych im reakcji urządzeń wykonawczych stosowanych w instalacjach detekcji heksanu.

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 (np. odcięcie dopływu zaworem elektromagnetycznym) - (opcjonalnie) zamknięcie procesu - (opcjonalnie) odłączenie zasilania obiektu

Typowy zakres detektorów heksanu to 0-100% DGW.

Czujniki heksanu i cykloheksanu – wybór punktów pomiarowych

Opary heksanu, ze względu na swoją gęstość blisko trzykrotnie większą od powietrza, naturalnie opadają ku dołowi, gromadząc się w zagłębieniach i wzdłuż powierzchni podłoża. Z tego względu detektory heksanu lokalizuje się najczęściej na wysokości 20–30 cm od poziomu podłogi z jednej strony zapewnia to odpowiedni dostęp serwisowy, z drugiej ogranicza bezpośredni kontakt z zanieczyszczeniami występującymi na posadzce.

Poprawność pomiarów może być zaburzona przez różnorodne czynniki środowiskowe, takie jak przepływy powietrza, obecność przeszkód (np. maszyn, urządzeń produkcyjnych), odległość od źródeł emisji, martwe strefy lub możliwość zasłonięcia czujnika heksanu materiałami składowanymi w pobliżu (np. paletami). Dodatkowe utrudnienia mogą pojawić się podczas prac porządkowych, gdy unoszące się cząsteczki mogą zatkać wlot sensora.

Projektant odpowiedzialny za rozmieszczenie czujników heksanu powinien uwzględnić te wszystkie uwarunkowania przy określaniu lokalizacji urządzeń. W obiektach narażonych na zapylenie lub kontakt z cząstkami warto rozważyć montaż dodatkowych osłon zabezpieczających (np. nasadek zwiększających klasę szczelności do IP66), a przy dużym ryzyku uderzeń również osłon mechanicznych chroniących detektor heksanu przed uszkodzeniem.

Czujniki heksanu – typowe zastosowania

Detektory heksanu i cykloheksanu znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie obecny jest heksan jako składnik procesów technologicznych lub produkt pośredni.

Najczęstsze obszary wykorzystania obejmują:
– przemysł chemiczny – jako rozpuszczalnik,
– branżę spożywczą – w procesie ekstrakcji olejów roślinnych,
– produkcję klejów – szczególnie w przemyśle gumowym i obuwniczym,
– farmaceutyczny i kosmetyczny – jako rozpuszczalnik w procesach wytwórczych,
– czyszczenie i odtłuszczanie powierzchni,
– ekstrakcję składników i denaturację alkoholu,
– analizy laboratoryjne – jako rozpuszczalnik w badaniach,
– produkcję przyrządów pomiarowych – np. jako medium wypełniające termometry.

W każdej z tych aplikacji stosowanie detektorów heksanu lub cykloheksanu stanowi element systemu bezpieczeństwa, umożliwiając szybkie wykrycie obecności oparów i wdrożenie odpowiednich procedur ochronnych.

Dowiedz się więcej o branżach, w których stosowany jest detektor heksanu: