乙烯（ETH）检测

乙烯（ETH）检测技术指南

一、引言：认识乙烯，重视风险

乙烯（C₂H₄），常温常压下为无色、略带甜味的气体，是现代化工产业的核心基础原料之一，广泛应用于塑料、纤维、橡胶及多种化工产品的合成。然而，乙烯具有显著危险性：

• 易燃易爆： 空气中体积浓度在2.7%至36.0%之间遇明火、高热或火花极易引发燃烧或猛烈爆炸。
• 无色无味： 难以通过感官直接察觉泄漏，增加了隐蔽性风险。
• 窒息风险： 高浓度乙烯会置换空气，降低氧气浓度，导致人员窒息。

因此，在乙烯生产、储运、使用及可能存在泄漏风险的环境中，实施精准、可靠、及时的乙烯浓度检测，是保障人员生命安全、预防火灾爆炸事故、保护设备设施及环境的核心防护措施。

二、核心检测方法与技术原理

1. 催化燃烧式传感器法

   • 原理： 利用涂有催化剂的铂丝线圈（检测元件）和未涂催化剂的参比线圈构成惠斯通电桥。乙烯气体在检测元件表面发生无焰催化燃烧，导致其温度升高、电阻增大，破坏电桥平衡，产生与气体浓度成正比的电信号。
   • 优点： 技术成熟、成本低、对乙烯响应良好、输出信号强、寿命相对较长。
   • 缺点： 需要氧气环境；易受硅化物、硫化物、卤代烃等物质中毒导致灵敏度永久下降或失效；存在引燃高浓度气体的微小风险（概率极低但理论存在）；精度通常为中等水平。
   • 适用场景： 石化、化工生产装置区、乙烯压缩机房、储罐区等常规工业环境泄漏监测（非缺氧环境）。

2. 电化学传感器法

   • 原理： 乙烯分子在工作电极发生氧化或还原反应，产生电流信号，该电流大小与气体浓度成正比。反应过程中伴随对电极上的逆反应，电解质帮助离子传导。
   • 优点： 功耗低、响应较快、对特定气体选择性较好（取决于电极和过滤器设计）、适合便携式仪器和小型固定式探测器。
   • 缺点： 通常乙烯专用的高性能电化学传感器开发难度大、成本高（远高于催化燃烧式）；易受交叉干扰（如其他可燃气体、H₂、CO等）；寿命有限（一般1-3年，受环境和使用强度影响）；灵敏度、稳定性可能受温湿度变化影响。
   • 适用场景： 对功耗要求严格的便携式检测仪、受限空间进入检测、部分固定监测点（需仔细评估选择性和寿命）。

3. 气相色谱法

   • 原理： 利用色谱柱对不同组分气体（包括乙烯）的吸附/溶解能力差异进行物理分离。载气（如氮气、氦气）携带样品气体通过色谱柱，各组分依次流出色谱柱进入检测器（如FID热导检测器、TCD热导检测器）。
   • 优点： 分离能力强、选择性极高、精度和准确度顶尖、可同时定性定量多种组分。
   • 缺点： 仪器昂贵、体积大、操作复杂、需要专业人员维护校准、分析周期较长（几分钟到几十分钟）、通常用于实验室或在线分析小屋。
   • 适用场景： 实验室精确分析、用于乙烯纯度分析、过程质量控制点、环境空气质量监测站、作为在线监测系统的核心分析单元。

4. 红外光谱法

   • 原理：
     • 非分散红外： 特定波长（乙烯在10-14μm波段有强吸收）的红外光穿过气室，测量被测乙烯吸收特定波长红外光后的光强衰减，依据比尔-朗伯定律计算浓度。
     • 傅里叶变换红外： 获得宽波段红外吸收光谱，通过特征吸收峰识别乙烯并进行定量分析。
   • 优点： 选择性好、不易中毒、寿命长、可设计成本安型、部分类型响应较快、可测量高浓度气体。
   • 缺点： 成本相对较高（尤其FTIR）；水汽和CO₂可能对某些波段有干扰；光学部件需保持清洁；精度受光路设计影响。
   • 适用场景： 对选择性要求高、可能存在催化毒物的环境；需要长寿命免维护的固定监测点；过程气体在线分析；环境监测。

5. 光离子化检测器法

   • 原理： 使用高能紫外灯照射气体分子，使电离能低于紫外光子能量的气体分子（乙烯电离能约10.51 eV）发生电离，产生正负离子和自由电子，在外加电场作用下形成电流，电流强度与气体浓度成正比。
   • 优点： 对乙烯等VOCs灵敏度极高（可达ppb级）、响应速度极快（秒级）、无消耗品、广谱响应（可测多种VOCs）。
   • 缺点： 非乙烯专属，对所有电离能低于灯能量的VOCs均有响应；需区分不同VOCs时需配合色谱；紫外灯有寿命。
   • 适用场景： 痕量乙烯泄漏检测、环境本底调查、应急响应快速筛查、配合色谱用于复杂基质分析。

6. 激光吸收光谱法

   • 原理： 调谐特定波长的激光通过被测气体，乙烯分子在其特征吸收线上吸收激光能量。通过测量激光通过气体前后强度的变化（直接吸收）或利用波长调制技术测量谐波信号，计算乙烯浓度。
   • 优点： 灵敏度高（可达ppb甚至ppt）、选择性极强（单线吸收）、响应快、可实现非接触或原位测量、维护量低。
   • 缺点： 目前成本较高、设备相对复杂。
   • 适用场景： 高精度痕量检测、排放源监测、大气化学研究、需要非接触测量的特殊场合（如高温管道）。

三、检测设备选型与应用策略

• 便携式检测仪： 主要用于巡检、受限空间进入检测、应急响应、泄漏点定位。通常采用催化燃烧、电化学或PID传感器，强调便携性、快速响应和报警功能。需定期标定。
• 固定式气体探测器： 安装在风险点位（阀门组、泵、法兰、储罐呼吸阀、地沟等），连续监测乙烯浓度，输出4-20mA或数字信号至控制室报警系统。催化燃烧式应用最广，特定场合可选IR或PID。需考虑防爆等级、防护等级（IP）、信号传输方式。
• 在线分析系统： 用于过程控制和质量保证，精度要求高。常采用GC、NDIR或TDLAS技术。多安装在分析小屋，配有复杂采样预处理系统（除尘、除湿、恒流等）。
• 区域监控系统： 通过部署多个固定探测器或开放光路式激光/红外设备，结合气象参数，监控大面积区域（如厂界、罐区周边）的整体乙烯浓度分布和扩散趋势。

四、安全操作与规范要求

1. 合规先行： 遵循国家《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》（GB/T 50493）等相关法规标准，明确检测点设置、探测器选型、报警值设定（通常一级报警≤25%LEL，二级报警≤50%LEL）、安装要求。
2. 科学布点： 考虑乙烯密度略小于空气（接近空气密度28），易扩散。重点监测潜在泄漏源（法兰、阀门、泵密封、压缩机、装卸口）、低洼处（因地势或通风不良可能导致积聚）、控制室/机柜间进风口、人员密集区。
3. 定期校准与检定： 使用标准气体（如50%LEL乙烯平衡气）定期（通常每3-6个月）校准探测器零点与量程，确保准确性。按法规要求进行强制检定。
4. 维护保养： 保持传感器清洁，防止堵塞、进水、物理损伤；检查传感器是否中毒或性能下降；及时更换过期或失效传感器。
5. 人员培训： 操作维护人员必须接受专业培训，掌握设备原理、操作方法、报警处置流程、安全防护知识。
6. 报警响应： 建立清晰的报警分级响应机制和应急预案。一旦报警：
   • 立即确认报警位置和浓度。
   • 启动应急预案（如切断泄漏源、通风稀释、疏散人员、禁止动火）。
   • 人员进入危险区域必须佩戴便携式检测仪和合格的个人防护装备（PPE）。
   • 严禁在爆炸区域内带电操作或更换电池。

五、结论

乙烯检测是化工安全体系中至关重要的防线。选择合适的技术（催化燃烧、红外、PID等）、采用恰当的设备（便携仪、固定探测器、在线系统）、进行科学的布点、严格执行校准维护规程、并建立有效的报警响应机制，方能实现对乙烯风险的精准掌控，有效预防事故发生，切实保障人员生命安全、生产连续稳定与生态环境健康。持续关注检测技术发展，及时应用更先进可靠的解决方案，是提升本质安全水平的必由之路。