Sicherer Umgang mit technischen Gasen LiProtect

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1 Sicherer Umgang mit technischen Gasen LiProtect Michael Runzka Abt. VMI 1 Wie entsteht Sicherheit? Was ist unser wichtigstes Werkzeug für die Sicherheit? Fehler werden immer von Menschen gemacht. Das Gehirn, unser wichtigstes Werkzeug, hilft uns dabei, sie zu vermeiden. 2 1

2 Einflüsse auf den Menschen im täglichen Leben Gase Stäube und Rauche elektr. Strom Mensch Wärme Lärm Strahlung 3 Zusammensetzung der Luft Sauerstoff 20,95% Argon 0,93% Neon Helium Krypton Xenon 0,002% Atmosphärische Bestandteile: - Staub - Wasser (-dampf) - Kohlendioxid - Kohlenwasserstoffe Stickstoff 78,09% 4 2

3 Allgemeine Eigenschaften technischer Gase Technische Gase kann man nicht fühlen Technische Gase sind geruch- und geschmacklos Technische Gase sind nicht sichtbar 5 Relative Dichte von Gasen im Verhältnis zu Luft Wasserstoff 0,068 Leichter als Luft Helium 0,14 Acetylen 0,91 Stickstoff 0,97 1,0 Luft 1,0 Sauerstoff 1,11 Schwerer als Luft Kohlendioxid 1,53 Argon 1,38 Propan 1,55 Wasserstoff Argon Acetylen Sauerstoff Kohlendioxid Stickstoff Helium Propan 6 3

4 Weitere Eigenschaften von Gasen Physiologische Wirkungen Chemische Eigenschaften lebensnotwendig 2 inert brennbar erstickend z.b. N 2 giftig z.b. CO narkotisierend z.b. N 2 O brandfördernd 7 Informationen über Gase Sicherheitshinweise, Sicherheitsdatenblätter, Betriebsanweisungen und weitere Informationen im WWW: Kapitel Sicherheit oder 8 4

5 Sauerstoff O 2 Sauerstoff ist die Grundlage für das gesamte Leben Meinen Sie, dass Sauerstoff ungefährlich ist? 10 5

6 Powerstoff mit Sauerstoff 11 Sauerstoff gibt Kraft??? 12 6

7 Temperaturerhöhung bei einem Druckstoß 1273, Adiabatische 900 von Sauerstoff 1073, Verdichtungstemperatur [ C] temperatur , Druckstoß: bar Temperaturerhöhung: ca. 700 C Ti = Ta 100 Pi ) ( Pa 673,15 Verdichtungstemperatur [K] Verdichtungs- 473,15 x-1 x x O = 1, , Verdichtungsverhältnis (Pi/Pa) 13 Folgen eines Druckstoßes 1 Sauerstoffbrand durch Druckstoß 14 7

8 Folgen eines Druckstoßes 2 15 Wie viel Druck benötigt man? Zündtemperatur von Öl ca. 400 C 16 8

9 Für Sauerstoff geeignete Armaturen sind gekennzeichnet Kennzeichnung "öl- und fettfrei halten" 17 Gefahren durch Sauerstoffanreicherung Wodurch kann Sauerstoff gefährlich werden? Unbeabsichtigte / ungewollte Ansammlung z.b. enge Bereiche oder Räume Zunahme der Verbrennungsgeschwindigkeit Erniedrigung der Zündenergie bei brennbaren Stoffen 21 % O 2 24 % O 2 40 % O

10 Unfälle zeigen die Gefahr 19 Beispiel für Sauerstoffmangel Zwei Personen erstickten an einem Kundenstandort, als sie in einem geschlossenen Raum versuchten ein Rohr, mit Hilfe von Argon frei zu machen. Der Einsatz von Argon war für diese Art der Anwendung nicht genehmigt. Der Unfall ereignete sich in einer zwei Meter tiefen Wanne, die zur Entwässerung eines nahe gelegenen Grabens genutzt wird. Quelle: EUROPEAN INDUSTRIAL GASES ASSOCIATION 20 10

11 Kohlendioxid CO 2 Kohlendioxid hat viele Gesichter CO 2 O C O O=C=O 22 11

12 Eigenschaften von Kohlendioxid farbloses, geruchloses, geschmackloses Gas Dichte: 1,977g/l (ca. 1½ mal so schwer wie Luft) ungiftig, aber: unterhält nicht die Atmung, wirkt also erstickend nicht brennbar (daher Einsatz als Löschmittel) mit ca. 0,03-0,036 Vol.-% natürlicher Bestandteil der Atemluft trägt mit ca. 50% zur Entstehung des so genannten Treibhauseffekts bei Menschen, Tiere und viele Mikroorganismen atmen CO 2 aus, das bei der Oxidation ihrer Nahrung entsteht ein Mensch atmet täglich 700g CO 2 aus entsteht grundsätzlich bei der Verbrennung organischer Substanzen 23 CO 2 -Konzentrationen (in Vol.-%) und ihre Wirkung 0,03 0,07 0,1-0,3 0,5 0,7 1,0 3,0 7,0 10,0 20,0 Frischluft Stadtluft Hohe Werte in Büroräumen MAK (Maximale Arbeitsplatzkonzentration) Große Menschenansammlungen in Räumen (z. B. Kino) KZW (Kurzzeitwert für Expositionsspitzen) Ausgeatmete Luft Verstärkte Atmung erhöhter Pulsschlag Schwindelgefühl, Brechreiz, Lähmungserscheinungen, Durchblutungsänderungen im Gehirn, Kopfschmerzen Erlöschen einer Kerze, Krämpfe, Bewusstlosigkeit, Tod TOD IN WENIGEN SEKUNDEN 24 12

13 Rettung Rettungspersonal muss für Rettungsmaßnahmen geschult sein und die entsprechenden Geräte und eine angemessene Technik anwenden. Rettungsmaßnahmen müssen gut geplant sein Von Zeit zu Zeit müssen Notfallübungen durchgeführt werden. Eine schlecht vorbereitete Rettungsaktion kann die letzte Ihres Lebens sein! 25 Acetylen C 2 H 2 13

14 Acetylen (C 2 H 2 ) H C C H Das Acetylenmolekül besteht aus zwei durch eine Dreifachbindung verbundene Kohlenstoffatome, sowie aus zwei dazu symmetrisch angeordneten Wasserstoffatomen. hohe Zerfallsneigung großer Zündbereich Flammtemperatur > 3000 C wirkt betäubend leichter als Luft Weitere Kohlenwasserstoffe sind: Propylen: C 3 H 6 Propan: C 3 H 8 Methan: CH 4 Äthan: C 2 H 6 Butan: C 4 H 10 Methylacetylen: C 3 H 4 Propadien: C 3 H 4 27 Eigenschaften chemisch Brennbarkeit Acetylen 10 Acetylen Acetylen ist hochentzündlich, ist wegen seiner Verbrennungseigenschaften das beste Gas für Verbrennungsprozesse, bildet mit Luft oder Sauerstoff Temperatur [ C] Gemisch mit Ethen Gemisch mit Methylacetylen Ethen Methan Propen Propan Zündgeschwindigkeit [m/s] Methan Gemisch mit Ethen Ethen Propan Gemisch mit Methylacetylen Propen explosionsfähige Gemische, die leicht entzündet werden können :1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 Brenngas-/Sauerstoffverhältnis [m³/m³] 0 0 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 Brenngas-/Sauerstoffverhältnis [m³/m³] 28 14

15 Füllmasse von Acetylenbehältern Die Füllmasse war früher oft asbesthaltig. Heute besteht sie meist aus Calciumsilikat mit eingelagerten Glasfasern. Sie gewährleistet durch 91% Porosität eine hohe Acetylenbeladung und hohe Sicherheit bei möglichem Zerfall. Acetylen wird in Lösungsmitteln in hochporöser Masse gespeichert. Zwei Lösungsmittel sind heute gebräuchlich: Aceton DMF (Dimethylformamid) 29 Lieferformen, Inhalte und Entnahmemengen von Acetylen Lieferform Behälter Typ Inhalt [kg] Entnahmemenge [l/h] Kurzfristig Normal Dauerentnahme < 20 min / h 8h / Tag > 8h / Tag Einzelflasche 40/48/50 6,3/8/ Flaschenbündel (6 Fl.) 46 43, Flaschenbündel (16 Fl.) Trailer (128 Fl.) 8 Bündel Trailer (256 Fl.) 16 Bündel

16 Acetylen Betriebsanweisung nach Gefahrstoffverordnung Form: Farbe: Geruch: Gefahrstoff Acetylen (C 2 H 2 ) BETRIEBSANWEISUNG Gem. GefStoffV 14 Im Gasbehälter unter Druck gelöst, bei Entnahme gasförmig Farblos Knoblauchartig BETRIEB: ARBEITSBEREICH: GEFAHRSTOFFBEZEICHNUNG / TÄTIGKEIT Acetylen (Ethin) Form: gasförmig oder unter Druck gelöst Farbe: farblos Geruch: knoblauchartiger Geruch GEFAHREN FÜR MENSCH UND UMWELT Hochentzündlich Beim Erwärmen explosionsfähig Mit und ohne Luft explosionsfähig Acetylen ist leichter als Luft und bildet mit Luft explosionsfähige Gemische. Bei Ansammlung in geschlossenen Räumen besteht akute Explosionsgefahr Acetylen in Flaschen oder Rohrleitungen kann durch Druckstoß oder Erwärmung explosionsartig zerfallen Kann durch Luftverdrängung Erstickungsgefahr hervorrufen Wirkt in höheren Konzentrationen narkotisierend Nr.: A /06 Hochentzündlich Gefahren für Mensch und Umwelt Beim Erwärmen explosionsfähig. Mit und ohne Luft explosionsfähig. Erstickungsgefahr in mit Gas angereicherter Atmosphäre. Wirkt in höheren Konzentrationen narkotisierend. Acetylen in Gasbehältern oder Rohrleitungen kann durch Druckstoß oder Erwärmung explosionsartig zerfallen. SCHUTZMASSNAHMEN UND VERHALTENSMASSREGELN Von Zündquellen fernhalten nicht rauchen Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladung treffen Allgemein für gute Belüftung sorgen, besonders im Deckenbereich Behälter dicht geschlossen, an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren Feuerarbeiten nur mit Arbeitserlaubnisbescheinigung ausführen Pausenverpflegung außerhalb des Tätigkeitsbereichs aufbewahren sowie einnehmen Absperrarmaturen nicht ruckartig betätigen (Vermeidung von Druckstößen) Handschutz: Schutzhandschuhe Spezifikation für persönliche Schutzausrüstung beachten: Arbeitsanweisung DE-AA-0354 VERHALTEN BEI STÖRUNGEN ODER IM GEFAHRENFALL Leckage: Zufuhr von Acetylen zur Austrittsstelle absperren. Austretendes Gas mit Sprühwasser niederschlagen Feuer in Räumen nur löschen, wenn Absperrung nicht möglich ist und Acetylen nicht gefahrlos abbrennen kann Brand: Nur CO2 oder Pulverlöscher verwenden Löschmittel: Acetylenflaschen aus der Brandzone entfernen oder aus gedeckter Stellung mit Wasser kühlen Umgebungsbrandtil): Flaschenventil schließen, Flasche aus gedeckter Stellung mit Wasser kühlen Verdacht einer Zerfallreaktion in einer Acetylenflasche (Flasche wird warm, Ruß kommt aus dem Ven- VERHALTEN BEI UNFÄLLEN; ERSTE HILFE Sauerstoffmangel: Frischluft zuführen und Atemwege freihalten, bei Atemstillstand Atemspende, Arzt rufen Verbrennung: Gliedmaßen sofort mit Wasser kühlen, ansonsten sind Maßnahmen abhängig von der betroffenen Stelle ( Anleitung zur Ersten Hilfe im Verbandskasten) Notruf: --> siehe Meldeplan SACHGERECHTE ENTSORGUNG Rücksprache mit Fachabteilung TSZ bzw. Rückfrage beim Lieferanten. Für weitere Sicherheits-Informationen siehe auch Sicherheitsdatenblatt und Gefahrstoffdatenbanken (z.b. GESTIS, ) 31 Sicherheitsaspekte beim Umgang mit Acetylen Rohrleitungen: keine Kupferleitungen (Kupferacetylitbildung) Maximaler Druck: 1,5 bar (ü) Zulässiger Druck: ist abhängig von Rohrleitungsdurchmesser bis 50 mm Durchmesser: 1,5 bar (ü) für größere Abmessungen sinkt der zulässige Leitungsdruck Flammenrückschlagsicherungen und Zerfallssperren sind zwingend vorgeschrieben 32 16

17 Sicherheitseinrichtung mit Mehrfachfunktion (Gebrauchstellenvorlage) - Aufbau Temperaturgesteuert Druckgesteuert 33 Notfälle ausströmendes / brennendes Acetylen Bei ausströmendem / brennendem Acetylen: Absperrventil schließen! Wenn die Gasausströmung nicht gestoppt werden kann: Im Freien: Gas ausströmen lassen. Feuer bei Ausbreitungsgefahr löschen. Im Raum: Bei ausströmendem Acetylen: Explosionsgefahr! Raum evakuieren! Bei brennendem Acetylen: Flamme brennen lassen. Falls dennoch gelöscht werden muss, entsteht Explosionsgefahr. Die einzig richtige Art eine Acetylenflamme zu löschen: Flaschenventil schließen

18 Notfälle heiße Acetylenflasche Heiße Acetylenflasche bedeutet: Flasche ist Feuer oder Hitze ausgesetzt eine Zerfallsreaktion entwickelt sich die Flasche kann bersten. Vorsichtsmaßnahmen bei einer heißen Einzelflasche: Flaschenventil schließen. Bereich evakuieren. Flasche mit viel Wasser aus geschützter Position kühlen, bis sie kalt und nass bleibt. Training bei der Feuerwehr Kühlen eines Acetylenbündels aus geschützter Position 35 Notfälle heißes Acetylenbündel Vorsichtsmaßnahmen bei einem heißen Acetylenbündel: Zentralventil des Bündels schließen. Bereich evakuieren. Bündel aus geschützter Position mit viel Wasser kühlen. Bündel wesentlich länger kühlen als Einzelflaschen. Von dem Bündel fernbleiben, solange die Flaschen nicht definitiv kalt bleiben. Die Feuerwehr kühlt und löscht aus gesicherter Position ein brennendes Acetylenbündel 36 18

19 Kühlung einer Acetylenflasche im Wasserbad durch die Feuerwehr 37 Das Ende einer Werkstatt 38 19

20 Energie und Wirkung 39 Flüssiggas 20

21 Zweiphasen-Zustandsform von Flüssiggas gasförmig flüssig 41 Verhältnis Temperatur Volumen steigende Temperatur steigender Druck! 42 21

22 Sicherheitsmaßnahme Gaspolster Größe des Gaspolsters hängt von nationalen Sicherheitsvorschriften ab 43 Durch Hitze deformierte und explodierte Propangasflasche 44 22

23 Propan ist ein hochentzündliches Gas 45 Ausdehnung und Verbrennung von Flüssiggas 1 Liter (ca. 0,6 kg) zur Verbrennung von 1 kg Propan Flüssigphase ergibt Flüssiggas benötigt man 260 Liter Propan Gasphase ca. 12 m³ Luft 46 23

24 Propan ist deutlich schwerer als Luft das Strömungsverhalten von kalten Gasen ähnelt dem einer Flüssigkeit 47 Risiken von Flüssiggas z.b. Butan oder Propan Hauptrisiken: Unvollständige Verbrennung - Explosionsgefahr Unkontrolliertes Austreten - Flüssiggas wirkt erstickend Nebenrisiken: Flüssiggas wirkt narkotisierend Verbrennungsgefahr Kaltverbrennung (durch große Verdunstungskälte ) 48 24

25 Kaltverbrennung durch tiefkalt verflüssigtes Gas und / oder große Verdunstungskälte bei Expansion Tiefkaltverflüssigte Gase können Kaltverbrennungen verursachen. Verletze sind an einen warmen Ort zu bringen und ein Arzt ist zu konsultieren. Hautstellen sind mit großen Mengen lauwarmen Wassers zu übergießen (ideal sind 40 C). Keine andere Wärme anwenden (z. B. heiße Luft). Es kann ein Schockzustand eintreten. Wenn Augen betroffen, diese kurz spülen. Zu schützen sind insbesondere Augen und Hände. 49 Kaltes Gas und die Folgen 50 25

26 Wasserstoff H 2 Wasserstoff ist überall 92% des bekannten Universums bestehen aus Wasserstoff 52 26

27 Historischer Rückblick 1 Zeppelin-Katastrophe 1937 in Lakehurst (New York) 53 Historischer Rückblick 2 Challenger-Absturz

28 Blick in die Zukunft 55 Wasserstoffantrieb für U-Boote ist Realität 56 28

29 Explosionsgrenzen von Gasen in Luft [Vol. - %] 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 75,6 83,0 20% 10% 0% 4,0 9,5 2,4 2,1 15,0 Wasserstoff Acetylen Propan Methan 5,0 57 Mindestzündenergie von Gasen [mj] 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Wasserstoff Acetylen Propan Methan 58 29

30 Schutzmaßnahmen Vermeidung explosionsfähiger Atmosphäre in Räumen Vermeidung von Zündquellen Vermeidung explosionsfähiger Gemische in Wasserstoffanlagen 59 Verwendungsverbote, Vermeidung und Missbrauch nicht als Träger pneumatischer Energie verwenden, d. h. nicht an Stelle von Druckluft, nicht zur Druckentleerung / Druckprüfung von Behältern oder zum Farbspritzen verwenden. nicht als Gaspolster von Flüssigkeitsbehältern verwenden nicht zum Füllen von Kinder-Ballons (Explosionsrisiko) verwenden nicht in hoher Konzentration einatmen (Erstickung schon nach einem tiefen Atemzug möglich) Nichteignung bestimmter Werkstoffe Versprödung von Kohlenstoffstahl, Kunststoffen und Gummi möglich Gusswerkstoffe sind wegen ihrer Porosität für Wasserstoffanlagen nicht zu empfehlen 60 30

31 Sicherheitstechnische Kenndaten für Wasserstoff Explosionsgrenzen UEG OEG 4,0 75,6 2,1 9,5 Vol.-% Vol.-% Zündtemperatur C Mindestzündenergie in Luft 0,02 0,26 mj Explosionsenergie / Volumeneinheit 2,02 20,5 kg TNT / m 3 Maximale Verbrennungsgeschwindigkeit 3,46 0,47 m / s Zum Vergleich: Sicherheitstechnische Kenndaten für Propan 61 Helium He 31

32 Helium Lagerstätten und Produktionskapazitäten 63 Druckgasbehälter 32

33 Umgang mit Gasflaschen Gasflaschen nur in der Palette verkranen Gasflaschen immer gegen Umfallen sichern Gasflaschen nicht zum Zünden benutzen Gasflaschen nicht missbrauchen Gasflaschen nicht gewaltsam öffnen Gasflaschen nicht fetten oder ölen bei Schaden kennzeichnen Gasflaschen nicht mit der Flamme berühren Gasflaschen nicht werfen 65 Betriebsdruck Jeder Druckgasbehälter muss für die vorgesehene Gasart und den entsprechenden Betriebsdruck geeignet sein. 10l-Flasche Schwefelhexafluorid: Prüfdruck von 70 bar überschritten 66 33

34 Farbkennzeichnung von Gasflaschen in Deutschland nach DIN EN Entspricht den Empfehlungen des Europäischen Industriegaseverbandes (EIGA) Sauerstoff technisch. Alt: blau, neu: weiß Acetylen. Alt: gelb, neu: kastanienbraun Argon. Alt: grau, neu: dunkelgrün Stickstoff. Alt: dunkelgrün, neu: schwarz Kohlendioxid. Alt: grau, neu: grau Helium. Alt: grau, neu: braun Xenon, Krypton, Neon. Alt: grau, neu: leuchtendgrün Wasserstoff. Alt: rot, neu: rot Formiergas (Stickstoff / Wasserstoff). Alt: rot, neu: rot Gemisch Argon / Kohlendioxid. Alt: grau, neu: leuchtendgrün Druckluft. Alt: grau, neu: leuchtendgrün 67 Gefahrgutaufkleber Zahlenerklärung: 1. Risiko und Sicherheitssätze 2. Gefahrzettel 3. Zusammensetzung des Gases 4. Produktbezeichnung 5. EG - Nummer 6. Gasbenennung nach GGVS 7. Herstellerhinweis 8. Name u. Telefonnummer 68 34

35 Bereitstellung technischer Gase Verdichtete Gase Sauerstoff Unter Druck gelöste Gase Acetylen Stickstoff Argon Wasserstoff Unter Druck verflüssigte Gase Propan Butan Kohlendioxid Tiefkalt verflüssigte Gase Flüssig Sauerstoff (LOX) Flüssig Stickstoff (LIN) Flüssig Argon (LAR) 69 Eigenschaften von Gasen Chemische Eigenschaften Physikalische Eigenschaften Physiologische Eigenschaften brennbar ätzend korrosiv inert selbstentzündlich zerfallsfähig oxidierend leichter / schwerer als Luft komprimierbar dehnt sich auf Raumgröße aus Volumenänderung durch Temperaturänderung erstickend giftig nicht sichtbar nicht fühlbar geschmacklos geruchlos 70 35

36 Zusammenfassung Das Wissen der Eigenschaften von technischen Gasen ist die Grundlage für sicheres Arbeiten. Die Gefahren sind immer auch gasspezifisch, wie z. B. brennbar, brandfördernd und erstickend. Die Gefahren beim Umgang mit Gasen sind sicher beherrschbar. 71 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Michael Runzka Linde AG Geschäftsbereich Linde Gas Fangdieckstraße Hamburg T: F: