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Welches Prüfgas ist geeignet?

Bei Pfeiffer Vacuum sind wir auf die Lecksuche mit Prüfgasen spezialisiert, da diese Prüfgasmethoden im Vergleich zu anderen Lecksuchtechnologien konkurrenzlose Empfindlichkeit und Selektivität bieten. Die Prüfgasmethoden sind unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen, elastischem Verhalten der Prüflinge und bieten die kürzesten Prüfzykluszeiten in einer Produktionsumgebung.

Voraussetzungen, die Prüfgase erfüllen müssen:

  • Geringe Konzentration in der Umgebungsluft für hohe Empfindlichkeit
  • Hochempfindliche Detektortechnologie
  • Hochselektive Sensortechnologie
  • Umweltfreundlich
  • Kostengünstig
  • Inert und nicht toxisch

Diese Anforderungen werden mit dem weit verbreiteten Prüfgas Helium erfüllt. In den letzten Jahren hat zudem eine Mischung aus 5 % Wasserstoff und 95 % Stickstoff (auch bekannt als Formiergas 95/5) Akzeptanz in der Industrie erzielt. Die untenstehende Tabelle führt die Vor- und Nachteile für Helium und Wasserstoff auf.

AnforderungHelium Wasserstoff
Geringe Konzentration in der Umgebungsluft5 ppm in Luft≥ 0,5 ppm in Luft
Hochempfindliche DetektortechnologieMassenspektrometrie:
kleinste nachweisbare Leckrate
< 5 · 10-13 Pa m3 s-1
Massenspektrometrie:
höherer Hintergrund als bei Helium, kann für Vakuum- und Schnüffelmethoden eingesetzt werden, Transistortechnologie typischerweise eingesetzt für Schnüffelsuche
Hochselektive SensortechnologieMassenspektrometrie:
keine Querempfindlichkeit auf die Masse 4 u
Massenspektrometrie:
Hintergrund auf Masse 2 u, Detektor empfindlich auf Wasserstoffquellen in der Atmosphäre
UmweltfreundlichEdelgas, natürliches Vorkommen in Luft, kein TreibhauspotentialNatürliches Vorkommen in Luft, kein Treibhauspotential
KostengünstigMittlere PrüfgaskostenNiedrige Prüfgaskosten
SicherInert, nicht entflammbar, nicht explosivNur in Gasmischungen unter der unteren Explosionsgrenze

Helium ist das zweithäufigste Element im Universum und stellt 23 % der gesamten Materie dar. Helium ist ein 100 % grünes Gas und hat absolut keinen Umwelteinfluss auf die Atmosphäre. Helium wird aus Erdgas und Ölvorkommen isoliert und gespeichert. Die jährliche weltweite Produktion liegt bei mehreren tausend Tonnen. Helium tritt konstant aus dem Boden um uns herum aus, ist aber so leicht, dass es recht schnell fast vollständig in den Weltraum entweicht. Es gibt einen konstanten Heliumfluss aus dem Weltall und von der Sonne zur Erde. Dadurch stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein und dies ist der Grund für die weltweit konstante Konzentration von 5 ppm Helium in der Umgebungsluft. Helium ist ein sehr leichtes farbloses Element und eines der sechs Edelgase, was bedeutet, dass es für alle praktischen Zwecke mit keinem anderen Stoff reagiert.

Helium wird in den folgenden Anwendungen eingesetzt:

  • Schutzgas zum Schweißen und Schneiden
  • Füllgas (Resonator) in Lasern
  • Trägergas in der Gaschromatographie
  • Tauchgasmischungen
  • Kühlung, z. B. bei der Produktion von Glasfasern
  • Ballonfüllgas
  • Kühlung supraleitender Magnete (in flüssiger Form)
  • Tieftemperaturphysik (flüssig)
  • Chemische und medizinische Diagnostik (Magnetresonanz- und Kernresonanzspektroskopie) (flüssig)
  • Prüfgas bei der Lecksuche (12 % des jährlichen Heliumverbrauchs)

Helium wird in vielen verschiedenen Reinheitsstufen angeboten, von Ballongas mit etwa 90 % Helium bis zu einer Reinheit von 6.0, das entspricht 99,9999 % Helium. Welchen Reinheitsgrad sollte man nun bei der Lecksuche verwenden? Die höchste Reinheit wird bei der Lecksuche selten verwendet. Dies hat nur Sinn beispielsweise bei Anwendungen in der Kerntechnik, um unerwünschte Spaltprodukte zu vermeiden oder in UHP-Gaszuleitungen (UHP: Ultra High Purity), die durch Spülen mit ultrareinem Argon vorbehandelt werden und zudem auf Partikelverunreinigung geprüft werden. Nicht zu vergessen sind die Einflüsse von Rohren und Druckminderern in diesen Anwendungen! Für Standardindustrieanwendungen ist eine Reinheit im Bereich von 97 % bis 99 % mehr als ausreichend. Es besteht absolut kein Risiko für Genauigkeitsverluste oder Verunreinigung des Lecksuchers, beim Einsatz von Heliumgas mit Standardreinheitsgrad.

Wasserstoff (H2) ist das leichteste chemische Element. Es ist ein farbloses, geruchloses, geschmackloses, brennbares Gas, das in Konzentrationen von etwa 0,5 ppm in der Umgebungsluft vorkommt. Wasserstoff wird nach verschiedenen Methoden produziert, u.a. Dampf-/Methan-Reforming, Aufspaltung von Ammoniak und Gewinnung aus den Nebenproduktströmen in der chemischen Herstellung und dem Erdöl-Reforming. Wasserstoff kann entweder als Gas oder kryogene Flüssigkeit gespeichert und transportiert werden. Wasserstoff ist im Konzentrationsbereich von 4 % bis 77 % in Luft oder Sauerstoff entflammbar. Bei einer niedrigen Wasserstoffkonzentration (< 4 % in Luft) reicht die erzeugte Hitze nicht aus, um das Umgebungsgas zu entzünden. Es ist ein häufiges Missverständnis, dass Wasserstoff explodiert, sobald die Konzentration 4 % übersteigt. Wenn Sie das empfohlene Prüfgas von 5 % H2 / 95 % N2 verwenden und es mit Luft mischen, ist entweder zu wenig Wasserstoff oder zu wenig Sauerstoff vorhanden, um eine brennbare Gasmischung zu bilden. Dadurch wird die Gasmischung als nicht entflammbar klassifiziert.

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