Um sicherzustellen, dass keine brennbare Umgebung entsteht, wird häufig mit einem Inertgas gearbeitet. In diesem Artikel werden die Richtlinien zur Inertisierung behandelt. Dabei wird unter anderem auf folgende Punkte eingegangen:

  • Häufig verwendete Inertgase
  • Verschiedene Methoden, um ein System inert zu machen
  • Sicherheitsgrenzen zur Vermeidung der Entflammbarkeit
  • Methoden zur Feststellung, ob ein System inert ist

Die Experten von Dinnissen Process Technology stehen Ihnen für all Ihre Fragen zur Verfügung:

Nehmen Sie Kontakt auf Juul Jenneskens 077 467 3555

Häufig verwendete Inertgase

Ein Inertgas reagiert nicht mit Sauerstoff oder anderen Brennstoffen. Es muss jedoch sorgfältig damit umgegangen werden, da einige Materialien unter bestimmten Bedingungen mit Dampf, Kohlendioxid oder sogar mit Stickstoff reagieren können. Die am häufigsten verwendeten Inertgase sind:

  • Stickstoff
  • Kohlendioxid
  • Dampf: Dampf mit einem Druck von mehr als 3 bar kann als Inertgas verwendet werden, da der Sauerstoffgehalt darin in der Regel vernachlässigbar ist. Dabei muss jedoch auf Kondensation geachtet werden. Kondensation kann zu einem Druckabfall führen, wodurch ein Vakuum entstehen oder Luft eindringen kann.
  • Rauchgase: Rauchgase, die bei der Verbrennung entstehen, können als Inertgas verwendet werden, wenn die Sauerstoffkonzentration ausreichend kontrolliert wird. Dabei müssen die Schwankungen der Sauerstoffkonzentration auf ein Minimum beschränkt bleiben.
  • Edelgase: Die Verwendung von Edelgasen wird aufgrund der Kosten nur in Anwendungen verwendet, in denen kein anderes Inertgas eingesetzt werden kann. Helium kann als Inertgas vorteilhaft sein, wenn Wasserstoff verwendet wird, da die Molekülgröße von Helium ungefähr der von Wasserstoff entspricht. Dadurch können Lecks leichter erkannt werden.

Wichtig bei der Inertisierung ist die Auswirkung des Sauerstoffgehalts auf explosive Atmosphären. Daher wird mit einer Sauerstoffgrenzkonzentration (LOC) gearbeitet. Diese wird gemessen, indem die Sauerstoffkonzentration gesenkt und die Brennstoffkonzentration variiert wird, bis keine Explosion mehr festgestellt wird. Die Sauerstoffgrenzkonzentration hängt von der Art des verwendeten Inertgases, der Temperatur und dem Druck des Systems ab.

Die optimale Inertisierung für Gas- und Dampfeexplosionen wird erreicht, wenn so viel Inertgas dem explosiven Gemisch zugefügt wird, dass der explosive Bereich nicht mehr erreicht werden kann, unabhängig von der Menge an Luft oder Brennstoff, die hinzugefügt wird. Wenn eine solche inerte Atmosphäre dann in die Umgebungsatmosphäre entweicht, führt sie nicht mehr zu einer explosiven Atmosphäre. Im Gegensatz zu Gas- und Dampfeexplosionen können Staubkonzentrationen nicht so gut kontrolliert werden. Aus diesem Grund kann nur mit der Sauerstoffkonzentration variiert werden, nicht mit der Sauerstoffgrenzkonzentration und der Staubkonzentration.

Wenn Stoffe und Dämpfe zusammenkommen, bilden sie automatisch eine hybride Mischung. Die Sauerstoffgrenzkonzentration einer solchen Mischung ist niemals niedriger als der niedrigste Wert eines der beiden Stoffe oder Dämpfe. Wann eine hybride Mischung genau entflammbar ist, lässt sich schwer vorhersagen. Die Mischung kann dennoch entflammbar sein, auch wenn sowohl der Stoff als auch der Dampf unter ihren niedrigsten Explosionsgrenzen liegen.

Es muss berücksichtigt werden, dass einige Stoffe, wie Metalle, eine begrenzte Sauerstoffkonzentration für Verbrennungsprozesse aufweisen, nur 2% (v/v). Die Sauerstoffgrenzkonzentration sollte auf die Weise festgelegt werden, wie sie in EN14034-4 definiert ist. Für viele Stoffe kann die Sauerstoffgrenzkonzentration auch in der Literatur gefunden werden, aber oft wird nicht angegeben, welche Methode verwendet wurde.

Leidraad voor inertisering_Stikstof.jpg

Stickstoff

Leidraad voor inertisering_Helium.jpg

Edelgase wie Helium

Methoden zur Inertisierung eines Systems:

  • Druckschwankungsinertisierung: Bei dieser Methode wird das System mit Inertgas unter Druck gesetzt und anschließend wird der Druck wieder abgelassen. Dies wird so lange wiederholt, bis die erforderliche Sauerstoffkonzentration erreicht ist. Diese Methode eignet sich nur für ein System, das unter Druck gesetzt werden kann.
  • Vakuum-Schwankungsinertisierung: Bei dieser Methode wird das System evakuiert und das Vakuum wird mit Inertgas wieder aufgefüllt. Diese Methode eignet sich für Systeme, die gegen Vakuum, aber nicht gegen Druck beständig sind, wie zum Beispiel Glasbehälter.
  • Durchströmungsinertisierung: Bei dieser Methode wird Gas zugeführt und gleichzeitig auch Gas abgeführt, jeweils an zwei verschiedenen Punkten. Diese Methode eignet sich für ein System, das nicht gegen internen und externen Druck beständig ist.
  • Verdrängungsinertisierung: Diese Methode basiert auf dem Dichteunterschied zwischen dem Inertgas und der Luft, die entfernt wird. Sie ist nur für spezielle Anwendungen geeignet, bei denen ein großer Dichteunterschied vorhanden ist.

Sicherheitsgrenzen zur Vermeidung von Brennbarkeit

Das Ziel der Inertisierung ist es, zu verhindern, dass die Sauerstoffkonzentration in der Luft so hoch wird, dass sie entzündlich wird. Dafür muss der Sauerstoffgehalt gemessen und so angepasst werden, dass er unter der LOC (Sauerstoffgrenzkonzentration) bleibt, auch wenn der Sauerstoffgehalt während des normalen Betriebs schwankt. Vier Sauerstoffkonzentrationen müssen hierbei überwacht werden:

  • Sauerstoffgrenzkonzentration (LOC),
  • Maximal zulässige Sauerstoffkonzentration (MAOC) in der Ausrüstung,
  • Trip Point (TP): Der Punkt, an dem der Prozessregler für einen Umschaltpunkt sorgt,
  • Set Point (SP): Der Punkt, an dem der Prozessregler die Sauerstoffkonzentration konstant hält.

Wenn die Sauerstoffkonzentration kontinuierlich überwacht wird, muss eine Sicherheitsmarge von mindestens 2 Volumenprozent unter der MAOC beibehalten werden. Wenn die MAOC weniger als 5% beträgt, muss der Sauerstoffgehalt auf nicht mehr als 60% der MAOC begrenzt werden. Wenn die Sauerstoffkonzentration nicht kontinuierlich überwacht wird, muss der Sauerstoffgehalt unter 60% der MAOC gehalten werden. Liegt die MAOC jedoch unter 5%, muss der Sauerstoffgehalt unter 40% der MAOC gehalten werden. Für organische Produkte wird normalerweise eine MAOC von 5% verwendet.

Das Prinzip hinter dem Tap-Density-Tester ist das Hausner-Verhältnis. Dabei wird davon ausgegangen, dass stark kohäsive Pulver auch starke gegenseitige Anziehungskräfte besitzen. Diese helfen, die Schwerkraft zu überwinden, sodass die Partikel sich selbst in leeren Räumen stützen können

Methoden zur Feststellung, ob ein System inert ist

Es gibt verschiedene Methoden, um festzustellen, ob ein System inert ist oder nicht. Man kann dies direkt mit einem Sauerstoffsensor messen oder durch inferentielle Methoden, bei denen keine direkte Messung erfolgt, sondern die Sauerstoffkonzentration aus tatsächlichen Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten oder durch Berechnung abgeleitet wird.

Zu den direkten Messmethoden gehört die „kontinuierliche Sauerstoffmessung“. Diese Messung kann an einem Punkt oder an mehreren Punkten erfolgen. Voraussetzung ist, dass sie für das System, das noch inert gemacht werden muss, repräsentativ ist. Zudem muss die Probe so konditioniert werden, dass Verunreinigungen und andere Materialien, die den Sauerstoffanalysator krosssensitiv machen, entfernt werden. Wenn ein Prozess kontinuierlich ist, muss auch Wartung und Kalibrierung des Sensors ohne Unterbrechung des Prozesses möglich sein.

Die Methode der kontinuierlichen Sauerstoffmessung hat einige Vorteile. So hat man eine direkte Messung des sicherheitskritischen Parameters und die Möglichkeit, diesen sofort zu steuern. Zudem ist der Verbrauch von Inertgas minimal, da es nur verwendet wird, wenn es notwendig ist. Außerdem können Leckagen und Prozessstörungen erkannt werden. Es gibt jedoch auch einige Nachteile bei der kontinuierlichen Sauerstoffmessung. Das Sicherheits- und Integritätsniveau der Sauerstoffsensoren ist in einigen Fällen unzureichend. Daher sind zusätzliche Kontrollmethoden erforderlich, um die Sicherheit zu gewährleisten. Schließlich können Sensoren mit Prozessmaterialien verschmutzen.

 

Wenn es um inferentielle Methoden geht, gibt es mehrere Varianten, nämlich die periodische Sauerstoffmessung, die aufeinanderfolgende Sauerstoffmessung, die Druckkontrolle und die Strömungskontrolle.

Bei der periodischen Sauerstoffmessung wird der Sauerstoffgehalt in der Luft mehrere Male mit Hilfe von Proben gemessen, in der Regel mit einem tragbaren Sauerstoffmessgerät. Diese Methode wird verwendet, um zu kalibrieren und sicherzustellen, dass die Reinigungsmethode tatsächlich den erforderlichen Sauerstoffgehalt gewährleistet. Außerdem kann diese Methode mit einer anderen Kontrollmethode kombiniert werden, wie der Strömungs- oder Druckkontrolle.

Bei der aufeinanderfolgenden Sauerstoffmessung nimmt ein Sauerstoffanalysator eine Reihe von Proben aus der Prozessausrüstung in regelmäßiger Reihenfolge. So wird jede Abweichung vom erforderlichen Niveau aufgespürt. Diese Methode kann verwendet werden, um die Sauerstoffkonzentration direkt zu überwachen.

Die Druckkontrolle erfolgt durch Messen des Drucks und der Anzahl der Schwankungen. Diese Methode ist notwendig, um sicherzustellen, dass bei jeder Schwankung oder jedem Zyklus der maximale und minimale Druck erreicht wird. Sie muss auch durch die periodische Sauerstoffmessung ergänzt werden, um sicherzustellen, dass an allen Stellen das erforderliche Sauerstoffniveau erreicht wird. Die inerte Luft kann durch das Erzeugen eines Überdrucks aufrechterhalten werden, vorausgesetzt, es wird während des Prozesses keine Luft zugeführt. Wenn ein System nicht mit der Druckschwankungstechnik inert gemacht werden kann, kann zunächst die Strömungstechnik verwendet werden. Dabei wird ein kleiner Überdruck aufrechterhalten, um die inerte Atmosphäre zu bewahren.

Bei der Strömungskontrolle muss eine minimale Strömungsgeschwindigkeit während der Zeit, in der die Luft inert gemacht wird, überwacht und aufrechterhalten werden. Auch wenn die Luft einmal inert ist, muss die minimale Strömung kontinuierlich überwacht werden. Der Vorteil dieser Methode ist, dass Leckagen erkannt werden, aber gleichzeitig kann der Strömungsmesser mit Prozessmaterialien verschmutzt werden, die mit dem belüfteten Gasstrom nach außen kommen. Bei dieser Kontrolle ist es wichtig, dass während Prozessstörungen keine Luft eindringen kann, selbst wenn es sich nur um kleine Leckagen handelt. Diese können in geschlossenen Räumen erstickungsgefährdend sein. Auch nach der Strömungskontrolle sollten die inerten Bedingungen bestätigt werden, indem eine nachfolgende periodische Sauerstoffmessung durchgeführt wird.

Leidraad voor inertisering_zuurstof manometer.jpg

Sauerstoff-Manometer

Juul Jenneskens

Name: Juul Jenneskens
Berater

Nehmen Sie gerne Kontakt auf, wenn Sie Fragen zu diesem Thema haben. Gemeinsam mit meinen Kollegen stehe ich bereit, um Ihnen weiterzuhelfen!

Nehmen Sie Kontakt auf Juul Jenneskens 077 467 3555 [email protected]

Möchten Sie gerne direkt einen Kundenberater sprechen?