Wasserstoff statt Seife

Die Wasserstoff-Methode nutzt zwar die physikalischen Vorteile, die Wasserstoff, das kleinste und leichteste Element, als Prüfgas mit sich bringt, verwendet aber üblicherweise keinen reinen Wasserstoff, sondern ein unproblematisches und kostengünstiges Gemisch aus 5% Wasserstoff und 95% Stickstoff, das auch unter dem Namen Formiergas handelsüblich ist. Dieses Gasgemisch ist unbrennbar, unabhängig davon, wie es mit Sauerstoff gemischt wird. Formiergas dient zum Beispiel beim Schweißen als Schutzgas. Das Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff ist nicht korrosiv und ungiftig, und beide Gase kommen natürlich in ökologischen Systemen vor.

Die Wasserstoff-Lecksuchgeräte sind speziell für den industriellen Einsatz konzipiert und werden inzwischen in den verschiedensten Branchen und Anwendungsszenarien eingesetzt, zur Dichtheitsprüfung und Lecksuche an unterirdisch verlegten Rohrleitungen und Nachrichtenkabeln, an Gas- und Wasserleitungen, in der Kälte- und Klimageräteindustrie, in der Kraftfahrzeugindustrie und in der Lebensmittelindustrie – und natürlich nicht zuletzt auch in der chemischen Industrie. Ein Anwender der Wasserstoff-Methode und der Lecksuchgeräte von Sensistor ist die Degussa AG in Marl.

Die Dichtheitsprüfungen, die in der Zwischenproduktefabrik regelmäßig durchgeführt werden müssen, beziehen sich auf Flanschverbindungen sowie Spindel- und Wellendurchführungen an Destillationskolonnen und Reaktorsystemen. Viele dieser Verbindungen sind von einer thermischen Isolierung umgeben. Bevor man sich bei Degussa für die Wasserstoff-Methode von Sensistor entschied, wurden die Flanschverbindungen zur Dichtheitsprüfung abgeseift. „Wir haben mit Stickstoffgas einen geringen Überdruck erzeugt, von cirka 0,5 bar, und haben dann beobachtet, ob es durch die Seifenlauge Blasenbildung gab“, erläutert Hermann Winkler, Anlageningenieur in der Zwischenproduktefabrik. „Dazu mussten wir die Flanschverbindungen natürlich jedes Mal abisolieren und anschließend die Dämmung wiederherstellen. Oft war dabei die alte Isolierung durch eine völlig neue zu ersetzen. Jetzt befüllen wir die Anlage mit cirka 0,5 bar Formiergas und prüfen mit dem Gerät von Sensistor, ob an den Flanschverbindungen Wasserstoff austritt. Dabei diffundiert das Wasserstoffgas einfach durch die Isolierung hindurch.“

Seine physikalischen Eigenschaften machen Wasserstoff zu einem beinahe idealen Prüfgas für Lecksuche und Dichtheitsprüfung. Wasserstoff ist das leichteste Element. Die Molekülgeschwindigkeit ist daher höher und die Viskosität geringer als die von irgendeinem anderen Gas. Dadurch ist Wasserstoffgas wesentlich einfacher in Testobjekte einzubringen, es vermischt sich schneller mit Luft und anderen Gasen, es hat eine höhere Leckrate als jedes andere Prüfgas, und es ist viel einfacher auszulüften. Die normale Hintergrundkonzentration von Wasserstoff in der Luft beträgt nur 0,5 ppm, während sie bei Helium, einem anderen gebräuchlichen Prüfgas, mit 5 ppm bereits das Zehnfache beträgt.

Die natürliche Hintergrundkonzentration des Prüfgases ist ein beschränkender Faktor für die Empfindlichkeit eines jeden Gasdetektors. Die Empfindlichkeitsgrenze des Lecksuchgeräts H2000 reicht bis zur Hintergrundkonzentration von Wasserstoff. Damit kann das Gerät selbst kleinste Lecks von bis zu 5 x 10-7 mbarl/s feststellen. Die eigentliche Wasserstoffdetektion erfolgt über ein Halbleitersensorelement an der Spitze eines handlichen Messkopfs. Das Sensorelement spricht selektiv auf Wasserstoff an, andere Gase beeinträchtigen die Messungen nicht. Das Lecksuchgerät enthält keinerlei bewegliche Teile und ist daher wartungsfrei. Den H2000 gibt es auch in einer akkubetriebenen und daher vollständig mobilen Variante namens H2000-C, die ansonsten mit dem netzbetriebenen H2000 identisch ist. Dieser H2000-C ist bei der Degussa im Einsatz. Das Gerät wiegt inklusive Tragetasche 6 kg. Die Handhabung ist einfach. „Um das Gerät zum ersten Mal einsetzen zu können, hat es ausgereicht, eine halbe Stunde lang die Bedienungsanleitung zu lesen“, berichtet Herrmann Winkler. Heute wechseln sich Winkler und seine Kollegen bei den Prüfungsaufgaben ab.

Die Prüfungsintervalle in der Degussa-Zwischenproduktefabrik betragen ungefähr einen Monat. „Allerdings führen wir vor jeder Anfahrt der Anlagen eine Druckanstiegsprüfung durch. Fällt die negativ aus, benutzen wir das Gerät von Sensistor zur Lecksuche“, erklärt Winkler. „Wenn wir allerdings mit sehr giftigen Stoffen arbeiten, setzen wir den H2000-C auch zur Dichtheitsprüfung ein und untersuchen jede Flanschverbindung einzeln. Schon wegen der TA Luft ist da eine besondere Sorgfalt nötig.“ Dass die Wasserstoff-Methode den Genauigkeitsanforderungen der Technischen Anleitung Luft genügt, hat der TÜV Süddeutschland ausdrücklich bestätigt. Damit ist die Wasserstoff-Methode eine gleichwertige Alternative zur Helium-Lecksuche. Die Helium-Lecksuche ist allerdings ein massenspektrometrisches Verfahren, das nicht ohne Vakuum auskommt, während bei der Wasserstoff-Methode nur in den wenigsten Anwendungsszenarien ein Vakuum erzeugt werden muss.

Wenn heute die Flansche, Spindeldurchführungen und Wellen in der Zwischenproduktefabrik geprüft werden, ist damit ein Mitarbeiter zwei bis drei Stunden beschäftigt. Er geht die Anlage einfach ab, nachdem sie mit dem Prüfgas befüllt worden ist. „Gegenüber der alten Methode, als wir Seifenlauge aufbrachten und die Bläschenbildung kontrollierten, ergibt sich ein Zeitvorteil von 20 bis 30 Prozent“, berichtet Winkler. „Dazu kommt noch, dass bei der Wasserstoff-Lecksuche die Dämmung nicht entsorgt werden muss. Bei einem Flansch DN 25 kostet die De- und Remontage der Dämmung cirka 15 Euro. So kommen schnell einige hundert Euro zusammen, je nach Flanschanzahl und Nennweite.“ Und das zur Prüfung verwandte Formiergas schlägt jedes Mal nur mit Kosten im Centbereich zu Buche. Die Zeit- und Kostenersparnis, die die Wasserstoff-Methode mit sich bringt, ist in der Marler Zwischenproduktefabrik der Degussa trotz der Investitionskosten für das Gerät bereits jetzt greifbar.

Die Degussa AG ist im Jahr 2001 aus der Fusion der Degussa-Hüls AG und der SKW Trostberg AG entstanden. Degussa ist ein international operierendes Unternehmen der Spezialchemie, das weltweit mehr als 300 Standorte unterhält, in denen es mehr als 47 000 Mitarbeiter beschäftigt. Im Jahr 2002 betrug der Umsatz 11,7 Mrd. Euro. Das operative Geschäft der Degussa AG verantworten fünf Unternehmensbereiche, die in insgesamt 21 Geschäftsbereiche untergliedert sind. In Marl haben zwei der sechs Unternehmensbereiche ihren Hauptsitz: „Performance Chemie“ und „Fein- und Industriechemie“. Im Geschäftsbereich „Feinchemie“ in Marl ist das Lecksuch- und Dichtheitsprüfgerät H2000-C von Sensistor Technologies jetzt seit einigen Monaten im Einsatz, um genau zu sein: in der Zwischenproduktefabrik in Marl. Die Zwischenproduktefabrik der Degussa ist eine Mehrzweckanlage für verschiedenste organische Verbindungen, die vornehmlich im so genannten Non-Life-Science-Bereich Verwendung finden.

www.sensistor-technologies.de