Laborgasversorgungen. - Verein Deutscher Ingenieure

Beispiel einer Zentralen Gaseversorgung im LaborDas Rohrleitungssystemleitet das Gas durch dasGebäude bis zurVerwendungsstelleEntspannungsstationenreduzieren den Druckaus der Gasflasche aufein mittleresDruckniveauEntnahmedruckmindererreduzieren das Gas auf dengewünschten Hinterdruck4/11/2013 9Entspannungsstationen der HiQ® Redline SerieStationsdruckminderer SMD für 1x1 GasflascheHiQ® Redline S201Batteriedruckminderer BMD für 2x1 Gasflaschenmit manueller UmschaltungHiQ® REDLINE D204Batteriedruckminderer BMD für 2x2 Gasflaschenmit autmatischer UmschaltungHiQ® REDLINE A2084/11/2013 105

Entnahmedruckminderer der HiQ® Redline SerieEndnahmedruckminderer für die Wandmontage HiQ® REDLINE W40 BEndnahmedruckminderer für die Panelmontage HiQ® REDLINE L40 B4/11/2013 11Ventile der HiQ® Redline SerieAbsperrventil HIQ-Redline V 200Aufgabe: AbsperrenRegelventil HIQ-Redline V 50Aufgabe: Durchfluss regulieren4/11/2013 126

Gasmangelsignalisierung über KontaktmanometerEx-BereichNicht Ex-BereichKontaktmanomterGasmangelsignaleinheit4/11/2013 13SG-Hardware im SG-KatalogSpezialgas Hardware KatalogSonstiges:• Internet Armaturenprogramm →http://www.linde-gase.de/produkte/armaturen/armaturen.html4/11/2013 147

Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen4/11/2013 152Gesetzliche GrundlagenZusammenfassung von wichtigen, gesetzliche Grundlagen bzw. Vorschriften:— ArbSchG Arbeitsschutzgesetz— BetrSichV Betriebssicherheitsverordnung— DGRL, Artikel 3 Technische Anforderungen, „gute Ingenieurspraxis“— TRG 280 Betreiben von Druckgasbehälternwird voraussichtlich durch die TRBS 3145 ersetzt— TRGS 510 Lagerung von Gefahrstoffen in ortsbeweglichen Behältern— BGR 500 Betreiben von Anlagen für den Umgang mit Gasen— BGI850-0 „Laborrichtlinie“, ehemals BGR120— BGR 104 Explosionsschutz-Regeln— IGV / EIGA Richtlinien der Gasverbände— VDMA 4390-1 Planung & Installation Reinstgase-Versorgungsanlagen4/11/2013 168

Umsetzung der Gesetze / VerordnungenZur Erfüllung der gesetzliche Vorschriften hat der Betreiber folgende Dinge zu tun:Durchführung einer GefährdungsbeurteilungErstellung eines ExplosionsschutzdokumentesPrüfung der Beschaffenheit der Arbeitsmittel für den jeweilige EinsatzZustands- und Konformitätsprüfung (ZUK)Prüfung vor Erstinbetriebnahme oder UmbautenRegelmäßige Prüfungen der Arbeitsmittel (Wartung)Persönliche Schutzausrüstung stellenMitarbeiter schulen und unterweisenu.a.4/11/2013 17Dichtheit von Laborgasversorgungen4/11/2013 1849

Die Anlage muss dicht seinBedeutung der Dichtheit für Laborgas-AnlagenSicherheitsaspektQualitätsaspekt– Austretendes Gas stellt eine Gefahr fürMensch, Umwelt und Technik da– Eingedrungene Luftbestandteile könnenbei reaktiven Gasen (z.B. HCl oder Silan)die Gasversorgung von Innen zerstören.Hierdurch können Gefahrenmomenteauftreten— Das Gasentnahmesystem muss dieGasqualität der Spezialgase von derFlasche bis zum „Point of use“ sicherstellen4/11/2013 19Die Anlage muss dicht seinLeckrateLeckrate gemessen als Helium-Leckrate in [mbar*l/sec]Definition: Die Leckrate beträgt 1 mbar*l/s wenn in einem evakuierten Behältermit einem Volumen von 1 Liter der Druck in 1 Sekunde um 1mbar ansteigt oderbei Überdruck in einem Behälter um 1 mbar abfälltLeckrateGasverlustinZeiteinheit10 -31 cm 3 in15 min10 -4 1 cm 3 in3 Stunde10 -5 1 cm 3 in30 Stunden10 -6 1 cm 3 in12 Tagen – Labor Standard10 -7 1 cm 3 in4 Monaten10 -8 1 cm 3 in3 Jahren10 -9 1 cm 3 in30 jahrenSicherheitsaspektQualitätsaspekt4/11/2013 2010

Die Anlage muss dicht seinDichtigkeitsprüfungenLecktest allgemein / Sicherheitsaspekt→ Lecktest mit Blasenspray < 10 -4 [mbar*l/s]→ Druckstandsprobe < 10 -5 [mbar*l/s]Lecktest bei Spezialgasen / QualitätsaspektEinsatz von Helium Lecktest Geräten→ Schnüffeltest für Leckagen < 10 -6 [mbar*l/s]z.B. der Gesamtanlage vor Inbetriebnahme undregelmäßig bei Wartungen oder nach Reparaturen→ Vakuummethode für Leckagen < 10 -9 [mbar*l/s]z.B. von Druckminderer bereits im Werk4/11/2013 21Materialauswahl fürRohrleitungen und Armaturen4/11/2013 22511

Kriterien für die Materialauswahl• Materialbeständigkeit:Das Material muss für das Gas geeignet sein- Korrosionsprobleme bei Metallen, z.B. bei Chlor, HCl etc.- Kunststoffe: z.B. ist Viton (FKM) nicht beständig gegen NH3- Wechselwirklungen zwischen Material und Gasz.B. Carbonylbildung zwischen Stahl und Kohlenmonoxid• DiffusionsbeständigkeitMaterial muss Diffusion von Luftbestandteile verhindern→ Metallische Werkstoffe vorziehen• Verunreinigungen durch Dichtungsmaterialen: Die verwendetenDichtungsmaterialien dürfen keine Verunreinigungen in das Gasabgeben. Übliche Werkstoffe: PVDF, PCTFE, ganzmetallisch usw.4/11/2013 23MaterialauswahlAngriff von hochkorrosiven Gas auf Bauteile4/11/2013 2412

MaterialauswahlWerkstoffverträglichkeit von Gasen, Tabelle 1CR-Chloropren-Kautschuk FPM-Fluor-Kautschuk IIR-Butyl-Kautschuk PA-Polyamid ■ geeignet ○ bedingt geeignet - ungeeignet4/11/2013 25MaterialauswahlWerkstoffverträglichkeit von Gasen, Tabelle 24/11/2013 2613

MaterialauswahlWerkstoffverträglichkeit von Gasen, Tabelle 3CR-Chloropren-Kautschuk FPM-Fluor-Kautschuk IIR-Butyl-Kautschuk PA-Polyamid ■ geeignet ○ bedingt geeignet - ungeeignet4/11/2013 27MaterialauswahlWerkstoffverträglichkeit von Gasen, Tabelle 4CR-Chloropren-Kautschuk FPM-Fluor-Kautschuk IIR-Butyl-Kautschuk PA-Polyamid ■ geeignet ○ bedingt geeignet - ungeeignet4/11/2013 2814

Verbindungstechnik fürLaborgasversorgungen4/11/2013 296VerbindungstechnikVerbindungenlösbarbei Ventilanschlüssen o.ä.:nicht lösbarz.B. Verbindung Rohr an Rohr- Klemmring-Verschraubung - Kupfer: flussmittelfrei, unter SchutzgasSwagelokhartgelötet- VCR-Verschraubung - Orbitalschweißen (Edelstahl)- NPT-VerschraubungVerbindungen sollten dauerhaft technisch dicht sein !Falls möglich sollten nicht lösbare Verbindungen bei Rohrleitungen bevorzugt werden.4/11/2013 3015

Verbindungstechnik – lösbare VerbindungenBeispiele der Firma Swagelok1. NPT-Doppelnippel2. Klemmring-Einschrauber3. VCR-Verbindung21 134/11/2013 31Verbindungstechnik - RohrleitungenEdelstahl-Rohrleitungen für Laborgase sollten:— durch Orbital-Schweißungen verbunden werden— keine Pressverbindungen enthalten!Kupferleitungen für Spezialgasemüssen durch Hartlöten unterSchutzgas ohne Flussmittelmiteinander verbunden werden4/11/2013 3216

Erklärung der unterschiedlichenSpülsysteme4/11/2013 337SpülprozesseWarum sind Spülprozesse notwendig?‣Generell: Erhaltung der Gasqualität durch Austragen von Luftbestandteilen- Luftbestandteile verunreinigen das Gas- Gas und Luftbestandteile können miteinander reagieren,z.B. 2 x NO + O 2 → NO 2‣Bei korrosiven Gasen: Vermeidung von Korrosion durch die Entfernung derbeim Flaschenwechsel eindringenden Luftfeuchte→ Verfügbarkeit der Gasversorgungsanlage sichern‣Bei toxischen und selbstentzündlichen Gasen: Personen- und Umweltschutzdurch die Entfernung des toxischen bzw. selbstentzündlichen Gases4/11/2013 3417

SpülprozesseEinfachste Art einer GasversorgungReine Verdrängungsspülung über den Prozess‣ Uneffektiv da Toträume, z.B. Manometerfeder, nicht gespültwerden‣ Prozess muss durch Luftbestandteile (z.B. Feuchte)verunreinigtes Gas tolerieren‣ Nur für technische Gasqualitäten, z.B. Sauerstoff 2.54/11/2013 35SpülprozesseDruckwechselspülung als Eigengasspülung‣ Über die Eigengasspülung werden Luftbestandteileherausgespült. Hierdurch wird die Gasqualität erhalten‣ Druckwechsel löst adsorbierte Moleküle von den Oberflächen‣ Für nicht korrosive und ungiftige Gasewie z.B. Stickstoff 6.0‣ Je nach Anwendung zwischen 5 und 15 Druckwechsel4/11/2013 3618

SpülprozesseDruckwechselspülung als Fremdgasspülung‣ Spülgas ist meist Stickstoff. Qualität des Spülgases beachtenz.B. Ammoniak 5.0 → Stickstoff 5.0‣ Überwachung der Spülprozesse über Druckanzeige‣ Für korrosive, giftige Gase wie z.B. NO oder SO24/11/2013 37SpülprozesseFlaschendruckminderer mitFlaschendruckminderer mitEigengasspülungFremdgasspülung4/11/2013 3819

SpülprozesseDruckwechselspülung als Fremdgasspülung mit Evakuieren‣ Evakuieren unterstützt den Spülprozess‣ Vakuumerzeugung über Venturidüse oder Vakuumpumpe‣ Die Venturidüse hat den Vorteil, dass die Abgasleitung mitStickstoff gespült wird, wichtig bei sehr kritischen Gasen wiez.B. Silan4/11/2013 39Vielen Dank fürIhre Aufmerksamkeit4/11/2013 4020