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Gase: Wich­tig − aber auch bedroh­lich

Gasmesstechnik
Gase: Wich­tig − aber auch bedroh­lich

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Wir leben in einer Welt umge­ben von Gasen. Gase sind wich­tige Stoffe sowohl in der Arbeits­welt als auch im Alltag. Sie treten in der Natur in der Regel als Gemisch auf. Der Grund­stoff, der alle höhe­ren Lebe­we­sen auf der Erde über­le­ben lässt, ist Sauer­stoff. Auch dieses Gas tritt in einem Gemisch auf und ist jedem bekannt unter dem Namen „Luft“.

Gase oder Gasge­mi­sche sind für viele Indus­trie­pro­zesse notwen­dig. Im glei­chen Gemisch können diese aber auf den Menschen tödlich wirken. Nicht nur der Stoff bestimmt, ob es schäd­lich oder unge­fähr­lich ist, sondern noch wich­ti­ger ist dessen Zusam­men­set­zung und die Konzen­tra­tion. Luft, unser lebens­wich­ti­ges Gasge­misch, besteht aus Sauer­stoff (O2 21 Vol%), Stick­stoff (N2 ca. 78 Vol.%), Argon (ca. 0,9 Vol%) und Kohlen­di­oxid (CO2 ca. 0,04 Vol.%) und einer Viel­zahl weite­rer Kompo­nen­ten in gerin­ger Konzen­tra­tion. Der Haupt­be­stand­teil ist das reak­ti­ons­träge Stick­stoff. Steigt dessen Konzen­tra­tion nur um 5 % an, so fällt der Sauer­stoff­ge­halt auf unter 18 Vol.%, was nicht unmit­tel­bar lebens­be­droh­lich ist, aber für vermin­derte Leis­tungs­fä­hig­keit und Kopf­schmer­zen sorgt. Da tech­ni­sche Gase in der Indus­trie nicht mehr wegzu­den­ken sind, ist die Über­wa­chung von Gasge­mi­schen bzw. deren Leit­kom­po­nen­ten sehr wich­tig. Gase werden als Hilfs­mit­tel, z. B. Erdgas um den Ofen zu heizen oder als Prozess­mit­tel einge­setzt, z. B. wird Stick­stoff benö­tigt um den Sauer­stoff beim Inertlö­ten von der Lötstelle fern­zu­hal­ten.

Über­wa­chungs­auf­ga­ben
Gase bzw. Gasge­mi­sche müssen für einen erfolg­rei­chen Prozess­ab­lauf über­wacht und gere­gelt werden. Bei der Prozess­steue­rung oder Anla­gen­über­wa­chung werden in der Regel statio­näre Systeme verwen­det, so z.B. bei moder­nen Druck­ma­schi­nen. Die Druck­ge­schwin­dig­keit wird unter ande­rem von der Trock­nungs­dauer der Druck­tinte bestimmt. Zur schnel­len Trock­nung werden leicht­flüch­tige Löse­mit­tel beigemischt, die jedoch beim Verdamp­fen ein explo­si­ons­fä­hi­ges Gasge­misch bilden können. Um den Druck­be­trieb effi­zi­ent abzu­si­chern werden zur Anla­gen­über­wa­chung zwei vonein­an­der unab­hän­gige Mess­prin­zi­pien einge­setzt. Zum einen kann die Infra­rot Mess­tech­nik mit dem GD 10 von MSA Auer einge­setzt werden. GD 10 zeich­net sich durch eine sehr gute Kombi­na­tion von nahezu Fehl-/Falschalarmsicherheit bei mini­ma­lem Wartungs­auf­wand aus und eignet sich dadurch hervor­ra­gend für den anspruchs­vol­len indus­tri­el­len Einsatz. Zum ande­ren kommt das Mess­prin­zip der Wärme­tö­nung zum Einsatz, z.B. mit dem Mess­sys­tem 47 K. Basie­rend auf der kata­ly­ti­schen Verbren­nung ist der 47 K ein sehr kosten­güns­ti­ger Mess­kopf mit einer sehr schnel­len Messdaten-Erfassung. Bei Über­schrei­ten einer einge­stell­ten Warn­schwelle wird das Gasge­misch durch Zufüh­ren von unbe­las­te­ter Luft „verdünnt“, sodass es sich nicht am Trock­ner entzün­den kann.
Aber nicht nur der Prozess muss gere­gelt und über­wacht ablau­fen, sondern auch alle am Prozess betei­lig­ten oder sogar sich in der Nähe aufhal­ten­den Perso­nen müssen vor gefähr­li­chen oder gesund­heits­schäd­li­chen Gasen (seien es die Prozess­gase, Neben­pro­dukte oder Abgase) geschützt werden. Zu dieser Aufgabe werden trag­bare Gasde­tek­to­ren einge­setzt. Je nach Aufga­ben­stel­lung muss es ein statio­nä­res Mess­ge­rät sein oder auch ein soge­nann­ter Perso­nen­mo­ni­tor, ein einfa­ches Warn­ge­rät. In dem Beispiel der Druck­ma­schine ist ein Ex-Messgerät als Perso­nen­schutz für das Wartungs− und Service­per­so­nal vorge­schrie­ben. Ein solches Gerät muss die gefähr­li­chen Gase sicher und schnell erfas­sen. Die Aufgabe des Service Perso­nals liegt in erster Linie in der Instand­hal­tung der Druck­ma­schine. Aus diesem Grund sollte die Gerä­te­be­die­nung so einfach wie möglich sein. Als Mess­ge­rät zur Frei­mes­sung des Arbeits­be­rei­ches liegt z.B. das Titan von MSA Auer durch seine ergo­no­mi­sche Form gut in der Hand. Als Perso­nen­mo­ni­tor kann es an der Arbeits­klei­dung des Service­per­so­nals ange­bracht werden, um zuver­läs­sig vor gefähr­li­chen Konzen­tra­tio­nen brenn­ba­rer Gase zu warnen.
Toxi­sche Gefah­ren
Neben den brenn­ba­ren Gasen, vor denen recht­zei­tig gewarnt werden muss, sind auch die toxisch wirken­den Gase gefähr­lich. Solche Gase können sowohl giftig sein, als auch Spät­fol­gen haben (z. B. Benzol). Kohlen­mon­oxid, CO, ist eines der am häufigs­ten vorkom­men­den Atem­gifte. Kohlen­mon­oxid lagert sich im Blut an die roten Blut­kör­per­chen an, und blockiert dadurch den Sauerstofftransport- und ‑austausch. Bei ca. 1,3% Kohlen­mon­oxid in der Luft tritt der Tod inner­halb von 1–2 Minu­ten ein. Und weit über 90% der Todes­fälle bei Rauch­gas­ver­gif­tun­gen sind durch CO verur­sacht.
Kohlen­mon­oxid ist geruchs− und geschmacks­neu­tral, kann nicht vom Menschen wahr­ge­nom­men werden, tritt aber in vielen tech­ni­schen Prozes­sen als Neben- /Abfallprodukt auf. Kohlen­mon­oxid entsteht z. B. bei einer nicht voll­stän­di­gen Verbren­nung. Ein typi­sches Beispiel ist die Verhüt­tung von Erz, am Hoch­ofen sind Konzen­tra­tio­nen bis zu mehre­ren Hundert ppm CO (Parts per Million) vorhan­den. Zum Perso­nen­schutz in solchen Berei­chen, bzw. an entspre­chen­den Arbeits­plät­zen, eignen sich Perso­nen­mo­ni­tore, in diesem Beispiel Altair CO, ausge­zeich­net. Durch die einfa­che, aber sehr prak­ti­sche Konzep­tio­nie­rung des Altairs ist keine Bedie­nung mehr notwen­dig, dadurch mini­miert sich auch der Einweisungs-/ Schu­lungs­auf­wand zur Bedie­nung. Perso­nen­mo­ni­tore in der einfachs­ten Ausfüh­rung werden nur einmal akti­viert und schüt­zen die Person dann über einen langen Zeit­raum, z. B. zwei Jahre ohne weite­ren Wartungs− oder Justa­ge­auf­wand. Diese Geräte soll­ten über zwei nicht verän­der­bare Alarm­schwel­len verfü­gen. Zu empfeh­len sind drei verschie­dene Alarm­mit­tel, Vibra­ti­ons­alarm, akus­tisch über einen Signal­ge­ber und optisch via Display und LEDs. Zum Schutz vor Fehl­be­die­nun­gen ist es essen­zi­ell, dass keine Ände­run­gen an den Gerä­te­ein­stel­lun­gen vorge­nom­men werden können.
Im Gegen­satz dazu müssen Mess­ge­räte, die zu Frei­mes­sun­gen oder Lang­zeit­da­ten­er­fas­sung einge­setzt werden, von ihrem Benut­zer auf den jewei­li­gen Einsatz einfach ange­passt werden. Solche Geräte können dann sowohl als Hand­mess­ge­räte als auch zur Perso­nen­über­wa­chung einge­setzt werden.
In vielen Indus­trie­be­rei­chen wächst der Bedarf mehrere Gase gleich­zei­tig zu erfas­sen. Für komple­xere Aufga­ben­stel­lun­gen sind Mehrkomponenten-Geräte die Lösung. Zum einen dienen sie dem Perso­nen­schutz, z.B. mit dem Altair 4 zur Erfas­sung der Ex-Gefahr in Kombi­na­tion mit Sauer­stoff­man­gel (EX-OX), oder zusätz­lich gegen toxi­sche Gefah­ren (EX-Ox-CO / EXCO). Zum ande­ren dient Altair 4 der Frei­mes­sung des Arbeits­be­rei­ches. Altair 4, in Kombi­na­tion mit der entspre­chen­den Prüf− und Kali­brier­sta­tion, hat einen mini­ma­len Service­auf­wand bei maxi­ma­ler Verfüg­bar­keit. Bei hoher Mess­ge­nau­ig­keit und Zuver­läs­sig­keit bleibt die Einfach­heit der Bedie­nung selbst­ver­ständ­lich. Der Perso­nen­schutz steht natür­lich an erster Stelle, es gibt aber noch eine Viel­zahl weite­rer Anwen­dun­gen wie z. B. in der Quali­täts­si­che­rung bei Lebens­mit­tel­ver­ar­bei­ten­den Betrie­ben.
Die neues­ten trag­ba­ren Mess­ge­räte bieten sogar ganz neue Funk­tio­nen. Beispiels­weise verfügt das Altair 4 über einen inte­grier­ten Bewe­gungs­sen­sor. Bei Bewe­gungs­lo­sig­keit des Gerä­te­trä­gers wird auto­ma­tisch ein spezi­el­ler Alarm, der sich vom Gasalarm deut­lich unter­schei­det, ausge­löst. Dieser Alarm kann auch im Notfall manu­ell durch den Gerä­te­trä­ger ausge­löst werden. Insbe­son­dere bei schlecht einseh­ba­ren Arbeits­plät­zen erhöht diese spezi­elle Alarm-Funktion die Sicher­heit des Arbei­ters.
Flüch­tige orga­ni­sche Verbin­dun­gen
Mit empfind­li­chen Mess­sys­te­men z.B. einem Photo-Ionisations-Detektor (PID) können schon im ppb (parts per billion = Teile pro Milli­ar­den) Bereich Stoffe nach­ge­wie­sen und gemes­sen werden. Die PID Tech­no­lo­gie war bis vor kurzem nur spezi­ell ausge­bil­de­ten Benut­zern vorbe­hal­ten. Durch den Einsatz moderns­ter Elek­tro­nik und Soft­ware wird aber auch diese Tech­no­lo­gie immer benut­zer­freund­li­cher, die Geräte robus­ter und das Kosten-Nutzen Verhält­nis immer besser.
Bei moder­nen Gerä­ten, z. B. dem Sirius (PID mit EXOX-TOX Möglich­keit) werden durch paten­tierte elek­tro­ni­sche Kompo­nen­ten und Messkammer-Designs ehema­lige Nach­teile, z.B. die Feucht­emp­find­lich­keit, verhin­dert und die Benut­zung deut­lich verein­facht. Bei komple­xen Aufga­ben kann der PID auch mit ande­ren Senso­ren kombi­niert werden. Ist eine maxi­male Mess­ge­nau­ig­keit nötig, müssen die Geräte regel­mä­ßig über­prüft und justiert werden. Auch in diesen Berei­chen wird der Fort­schritt der Tech­no­lo­gie deut­lich. Um ein solches Mess­ge­rät dauer­haft einsatz­be­reit zu halten, muss­ten früher spezi­elle Kennt­nisse erwor­ben werden. Das wird heut­zu­tage mit intel­li­gen­tem Service und einem Bereit­hal­tungs­sys­tem kosten­güns­tig gelöst.
Alle Gefah­ren meis­tern
Mit stei­gen­der Indus­tria­li­sie­rung und Produk­ti­vi­tät nimmt auch der Bedarf an Gaswarn− und Gasmess­ge­rä­ten und ‑syste­men zu. Um den Menschen und seine Umwelt best­mög­lich zu schüt­zen, und um gleich­zei­tig wirt­schaft­lich zu arbei­ten, sollte entspre­chend der auftre­ten­den Gasge­fah­ren der passende Gasde­tek­tor gewählt werden.
Bei der sorg­fäl­ti­gen Auswahl des rich­ti­gen Mess­ge­rä­tes können Ihre Mess­auf­ga­ben wirt­schaft­lich und sicher gelöst werden.
Zur tech­ni­schen Bera­tung wenden Sie sich an einen verant­wor­tungs­vol­len und erfah­re­nen Herstel­ler, an Ihre Berufs­ge­nos­sen­schaft oder Ihren entspre­chen­den Sach­ver­si­che­rer.
Andreas Boese
MSA Auer GmbH
E‑Mail: info@auer.de
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