Gasüberwachung von toxischen Gasen und Sauerstoff

Hier finden Sie einige grundlegende Informationen zur Gasüberwachung, sprich Gaswarnanlagen, für toxische Gas/Luft-Gemische. Diese Informationen sind den Berufsgenossenschaftlichen Regelwerken T021 und T055 entnommen.

Stand der Ausgaben April 2012, es gibt eine neue Ausgabe Stand 2016 (noch nicht eingepflegt).

Anwendungsbereich

Gaswarneinrichtungen für toxische Gase und Dämpfe, ob ortsfest, transportabel, tragbar oder personenbezogen, können immer dann verwendet werden, wenn die Möglichkeit einer Gefährdung für Personen und Umwelt durch die Ansammlung von toxischen Gasen besteht. Solche Einrichtungen können ein Hilfsmittel zur Gefahrenreduzierung sein, indem die Anwesenheit toxischer Gase erkannt und geeignete akustische und/oder optische Warnungen ausgegeben werden. Sie können ebenso eingesetzt werden, um spezifische Sicherheitsvorkehrungen auszulösen (z. B. Lüftung, Anlagenabschaltung, Evakuierung oder Rettungsmaßnahmen).

Dieses Merkblatt gibt Anleitungen für

- Auslegung,

- Erstinbetriebnahme,

- Einsatz,

- Wartung und

- Instandsetzung

von elektrisch betriebenen Geräten, die zur Detektion und Messung toxischer Gase und Dämpfe sowie von Sauerstoff in der Luft am Arbeitsplatz eingesetzt werden.

Dieses Merkblatt ist eine Zusammenstellung praktischer Erfahrungen, die dem Anwender als Hilfestellung dienen sollen. Weitergehende Hinweise finden sich in der Norm DIN EN 45544-4 (VDE 0400-22-4).

Es befasst sich mit Gaswarneinrichtungen, die im Allgemeinen bestehen können aus

- Gaszuführung (Diffusion oder Probenahme),

- Gaswarngerät (mit externem oder internem Sensor),

- Energieversorgung,

- Ansteuerung von nachgeschalteten sicherheitstechnischen Betriebsmitteln.

Dieses Merkblatt gilt insbesondere für Gaswarneinrichtungen, die Bestandteil eines betrieblichen Sicherheitskonzeptes sind und deren Hauptaufgabe es ist, auf die Anwesenheit eines toxischen Gases oder Dampfes in der Luft hinzuweisen und eine Anzeige und/oder Warnung bei Anwesenheit eines toxischen Gases oder Dampfes auszugeben.

Bei Maßnahmen zur Ermittlung und Beurteilung der inhalativen Exposition gemäß § 6 der

Gefahrstoffverordnung2 sind über die Inhalte dieses Merkblattes hinaus in erster Linie die Regelungen der TRGS 402 zu berücksichtigen.

Gaswarneinrichtungen, die vor Sauerstoffmangel oder Sauerstoffüberschuss warnen sollen, fallen ebenfalls in den Anwendungsbereich dieses Merkblatts. Eine Sauerstoffmessung kann sinnvoll sein, um das Absinken der Sauerstoffkonzentration unter die die menschliche Gesundheit beeinträchtigende Grenze zu erkennen oder wenn hohe Konzentrationen Gefahren für die Gesundheit entstehen lassen.

Bei Gaswarneinrichtungen für toxische Gase oder Sauerstoff, die nicht in diesen Anwendungsbereich fallen, wird dringend empfohlen, die hier beschriebenen Regelungen ebenfalls anzuwenden.

Bei Gaswarneinrichtungen, die auch für brennbare Gase eingesetzt werden, sind zusätzlich die Regelungen des Merkblatts T 023 anzuwenden.

 

Auswahlkriterien

Eine Gaswarneinrichtung darf nur für solche Gase und Dämpfe und in solchen Umgebungsbedingungen (Druck, Temperatur, Feuchtigkeit) eingesetzt werden, für die die Gaswarneinrichtung gemäß den Angaben des Herstellers geeignet ist. Hinweise aus der Betriebsanleitung des Herstellers sind zu beachten.

Die Eignung einer Gaswarneinrichtung einschließlich Auswahl und Anordnung der Messstellen, der Messbereiche, der Alarmschwellen und der Einstellzeit muss in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung beurteilt werden. Ist die dafür erforderliche Fachkunde nicht vorhanden, muss die Unterstützung von Spezialisten, Prüfinstitutionen oder der Hersteller eingeholt werden.

Es sind eine Vielzahl von Einsatzkriterien zu beachten, die nicht alle im Rahmen dieses Merkblattes behandelt werden. Einen umfassenden Überblick gibt die Norm DIN EN 45544-4 (VDE 0400-22-4).

Besonderes Augenmerk ist zu richten auf:

- Vorgesehene Aufgabenstellung (z. B. Personenschutz, Arbeitsplatzüberwachung, -Leckageüberwachung)

- Zu detektierende Gase oder Dämpfe

- Messbereiche und Messunsicherheit

- Umweltbedingungen

- Selektivität bzw. störende Gase und Dämpfe

- Mögliche Schädigung des Sensors (z. B. durch Gaskonzentrationen oberhalb des festgelegten Einsatzbereiches)

- Anstiegszeit und Abklingzeit

- Zeit bis zur Alarmauslösung bzw. Alarmanstiegszeit

- Explosionsgefährdete Bereiche

Es sind grundsätzlich Geräte zu verwenden, deren Betriebsverhalten nach DIN EN 45544-1 (VDE 0400-22-1) mit DIN EN 45544-2 (VDE 0400-22-2)13 oder DIN EN 45544-3 (VDE 0400-22-3) bzw. für Sauerstoff nach DIN EN 50104 (VDE 0400-20)15 beurteilt wurden.

Eine Übereinstimmung mit den Normen kann durch eine herstellerunabhängige Prüfinstitution oder den Hersteller bestätigt werden. Die Ergebnisse dieser Beurteilung einschließlich möglicher Einsatzbeschränkungen sind durch den Unternehmer im Hinblick auf seine spezielle Anwendung zu bewerten. Für einige Anwendungsbereiche kann der Einsatz von Geräten gefordert sein, deren Eignung zwingend durch eine unabhängige Prüfinstitution bestätigt wurde.

Bei sehr schwierig zu handhabenden Gasen, z. B. Arsin, Phosgen, Chlorwasserstoff, kann die Anwendung der in den Normen beschriebenen Prüfverfahren nicht oder nur eingeschränkt möglich sein. In diesen Fällen muss die Messeinrichtung zur Überwachung von toxischen Gasen und Dämpfen im Bereich von Grenzwerten,

sofern technisch mit vertretbarem Aufwand möglich, eine untere Grenze des Messbereichs (bestimmt nach DIN

EN 45544-2 (VDE 0400-22-2)) von höchstens 30 % des Grenzwertes sicherstellen.

Zur Überwachung von Grenzwerten bedeutet dies z. B.:

Zielgas     Arbeitsplatzgrenzwert der TRGS 900     Überschreitungsfaktor     Untere Grenze des Messbereichs, höchstens

H2S             5 ppm                                                        2 (l)                                1,5 ppm

CO               30 ppm                                                      1 (ll)                               9 ppm

CO2             5 000 ppm                                                  2 (ll) 1                            500 ppm

Gaswarngeräte zum Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen müssen auf der Grundlage der Europäischen Richtlinie 94/9/EG18 hinsichtlich ihrer Sicherheit als elektrische Betriebsmittel zulässig und entsprechend gekennzeichnet sein.

 

Festlegung des Zielgases

Als Zielgas ist das am Einsatzort nachzuweisende toxische Gas auszuwählen. In der Regel erfolgt die Konzentrationsangabe in der Einheit „ppm“. Eigenschaften der Stoffe sind z. B. in der frei zugänglichen Datenbank GESTIS beschrieben.

Häufig können verschiedene Gase oder Gasgemische im Überwachungsbereich auftreten. Bei den üblicherweise eingesetzten Gaswarngerätetypen reagieren die Sensoren auch auf andere Gase. Einerseits kann diese Eigenschaft hilfreich sein, wenn das Gas gleichzeitig überwacht werden soll. In diesem Fall sind bei der Zielgaswahl

- die relativen Empfindlichkeiten und

- die jeweiligen Alarmschwellen

für die Gase zu berücksichtigen. Andernfalls handelt es sich um einen Störeinfluss, der zu Fehlalarmen führen kann. Ist die für eine Beurteilung der Zielgaswahl erforderliche Fachkunde nicht vorhanden, muss die Unterstützung von Spezialisten, Prüfinstitutionen22 oder der Hersteller eingeholt werden.

 

Alarmschwellen

Die Alarme und die bei Alarmauslösung zu treffenden Maßnahmen müssen spezifisch für jeden Anwendungsfall vom Unternehmer im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung festgelegt werden. Für viele Stoffe sind die Bedingungen zur Alarmauslösung (Schwellenwert, Mittelwertbildung) durch Regelwerke für die jeweilige Anwendung festgelegt.

Gaswarneinrichtungen besitzen meist einen Vor- und einen Hauptalarm. Mit einem Voralarm können frühzeitige Eingriffsmöglichkeiten vor Erreichen des Hauptalarms geschaffen werden. Ein Beispiel hierfür ist die Aktivierung einer Lüftung, die durch Verdünnung mit Luft den Konzentrationsanstieg begrenzt. Der Hauptalarm greift erst dann, wenn diese Maßnahmen keine ausreichende Wirksamkeit zeigen. Der Hauptalarm wird in der Regel selbsthaltend, der Voralarm meist nicht selbsthaltend ausgeführt. Personenbezogene tragbare Gaswarngeräte verfügen meist zusätzlich über eine Alarmierung, der eine Mittelwertbildung zur zeitlichen Gewichtung der Messwerte vorgeschaltet ist.

Die Alarmschwellen der Gaswarneinrichtung müssen einerseits anwendungsspezifisch so niedrig eingestellt sein, dass bei deren Überschreitung die zugehörigen Schutzmaßnahmen rechtzeitig wirksam werden können. Andererseits müssen sie so hoch gewählt werden, dass Fehlalarme möglichst vermieden werden. Häufige Fehlalarme führen erfahrungsgemäß zu einem Gewöhnungseffekt und in der Folge zur Nichtbeachtung.

Bei der Festlegung der Alarmschwellen sind Verzögerungen z. B. durch Gastransport, durch Ansprechverhalten des Gaswarngerätes und durch Wirksamwerden der Schutzmaßnahme zu berücksichtigen. Ein Absenken der Alarmschwellen führt zu einer früheren Alarmierung.

 

Überwachung von Sauerstoffmangel und Sauerstoffüberschuss

Die Messung von Sauerstoff kann zur Warnung

• vor Sauerstoffmangel (z. B. Unterschreiten der für Menschen gesundheitsschädlichen Grenze) oder

• vor Sauerstoffüberschuss (z. B. erhöhte Brandgefahr) notwendig sein.

Bei Sauerstoffmangel werden unter sonst atmosphärischen Bedingungen als Schwellen für Vor- und Hauptalarm in der Regel 19 Vol.-% und 17 Vol.-% gewählt.

Die Festlegung von Alarmschwellen bei Anwendungen zur Überwachung von Bereichen, die im bestimmungsgemäßen Betrieb sauerstoffgeminderte oder -angereicherte Atmosphäre aufweisen, muss im Einzelfall erfolgen. Allgemeingültige Empfehlungen können nicht gegeben werden; gegebenenfalls muss die Unterstützung von Spezialisten, Prüfinstitutionen oder der Hersteller eingeholt werden.

Die Überwachung der Sauerstoffkonzentration in chemischen Prozessen fällt nicht in den Anwendungsbereich dieses Merkblatts.

Gaswarneinrichtungen zur Sauerstoffüberwachung im Rahmen des Explosionsschutzes fallen in den Anwendungsbereich des Merkblatts T 023.

 

Auslegung ortsfester Gaswarneinrichtungen

Gaswarneinrichtungen dürfen nur durch Fachkundige nach Abschnitt 13.4 ausgelegt werden. Die Empfehlungen in DIN EN 45544-4 (VDE 0400-22-4) sowie die Angaben der Betriebsanleitung des Herstellers sind zu beachten.

Gaswarneinrichtungen sind so zu installieren und zu betreiben, dass unberechtigte Personen keinen Zugang zu den Einstellelementen haben. Softwaregestützte Geräte sind in der Regel vom Hersteller mit entsprechenden Zugangsverriegelungen ausgerüstet. Der Unternehmer hat dafür zu sorgen, dass zugehörige Codes oder Hilfsmittel nur den berechtigten Personen zugänglich sind.

Alle Bestandteile der Gaswarneinrichtung müssen so installiert sein, dass sie für Wartungsarbeiten mit vertretbarem Aufwand erreichbar und zugänglich sind.

 

Wie werden die Messstellen angeordnet?

Die Kenntnis der relativen Gasdichte ist Voraussetzung für die Festlegung der Anordnung der Messstellen. In Bereichen ohne gerichtete Luftströmung kann von folgenden Ausbreitungsrichtungen ausgegangen werden:

• Gase mit einer relativen Dichte < 1 werden sich von der Gasquelle nach oben ausbreiten,

• Gase mit einer relativen Dichte = 1 werden sich um die Gasquelle nach allen Richtungen ausbreiten,

• Gase mit einer relativen Dichte > 1 werden sich von der Gasquelle nach unten ausbreiten. Vorsicht! Sie können, ähnlich wie Flüssigkeiten, in tiefer liegende Hohlräume „fließen“ und diese Hohlräume auffüllen.

Die höchste Konzentration besteht immer an der Gasquelle. Die Gasausbreitung und Konzentrationszunahme aufgrund des Dichteunterschieds hält so lange an, bis der Dichteunterschied ausgeglichen ist und/oder sich ein Konzentrationsgleichgewicht eingestellt hat. Um einen Gaszustrom frühzeitig erkennen zu können, sollten die Messstellen deshalb möglichst nahe bei der potentiellen Gasquelle sein.

Bei der Beurteilung der möglichen Gasausbreitung ist außerdem zu beachten:

• Die Belüftung des Bereiches hat einen großen Einfluss auf das Ausbreitungsverhalten. Sie kann die natürliche Ausbreitungsrichtung überlagern und im Extremfall umkehren.

• Auch schwere Gase können, solange sie deutlich wärmer sind als die Umgebung, zunächst nach oben steigen.

• Umgekehrt fließen leichte, tiefkalte Gase zunächst nach unten, bis der Temperatureinfluss geringer ist als der Dichteunterschied bei Umgebungsbedingungen.

• Gase entmischen sich nicht! Haben sich brennbares Gas und Umgebungsatmosphäre vermischt, bestimmen die physikalischen Eigenschaften des Gemisches das weitere Verhalten! Das heißt, leichte Gase werden sich nicht unter der Raumdecke konzentriert ansammeln.

• Sind in der Umgebungsatmosphäre toxische Gase in nur geringen Konzentrationen vorhanden, so ist die Dichte dieses Gas/Luft-Gemisches kaum maßgeblich für das Ausbreitungsverhalten. Temperaturunterschiede und Strömungseinflüsse (bewegte Luft) sind dann von größerer Bedeutung als die Dichte des betrachteten toxischen Gases.

 

Welche Gase sind leichter als Luft?

Es gibt nur eine begrenzte Anzahl von Gasen, die leichter als Luft sind, d. h. deren Molgewicht weniger beträgt als 28,836 g/mol. Es handelt sich um nur 11 Gase, von denen 7 Gase brennbar sind:

Tabelle 1: Gase leichter als Luft / Gas Formel / Molgewicht / Siedepunkt / brennbar

Wasserstoff H2 2,016 – 252,77 °C ja

Helium He 4,003 – 268,94 °C nein

Methan CH4 16,043 – 161,5 °C ja

Ammoniak NH3 17,032 – 33,41 °C ja/nein33)

Fluorwasserstoff HF 20,010 19,51 °C nein

Neon Ne 20,183 – 246,06 °C nein

Acetylen C2H2 26,038 – 84,03 °C ja

Diboran B2H6 27,690 – 92,5 °C ja

Kohlenstoffmonoxid CO 28,011 – 191,55 °C ja

Stickstoff N2 28,016 – 195,82 °C nein

Ethen C2H4 28,054 – 103,78 °C ja

 

Gibt es Dämpfe, die leichter als Luft sind?

Ja, aber nur einige wenige. Da Flüssigkeiten und somit auch deren Dämpfe schon relativ hohe Molgewichte besitzen, ist die Anzahl der Dämpfe, die leichter als Luft sind, recht gering. Der bekannteste Dampf ist Wasserdampf (H2O, M = 18 g/mol).

Mit Ausnahme des brennbaren Cyanwasserstoffs (HCN, M = 27 g/mol) gilt: Brennbare Dämpfe sind immer schwerer als Luft!

 

Energieversorgung

Die Energieversorgung muss so bemessen sein, dass der uneingeschränkte Betrieb der Gaswarneinrichtung und der Alarmierungseinrichtungen sichergestellt wird.

Der Ausfall der regulären Spannungsversorgung muss eine Statusmeldung gemäß Abschnitt 8.3 auslösen.

Zur Erhöhung der Verfügbarkeit von Gaswarneinrichtungen kann eine unterbrechungsfreie Energieversorgung verwendet werden, die bei Ausfall der regulären Spannungsversorgung die Funktion der Gaswarnanlage sicherstellt. Die Ersatzenergieversorgung der Gaswarneinrichtung soll deren Funktion so lange aufrechterhalten, bis der normale Versorgungszustand wieder hergestellt oder der überwachte Bereich in einen sicheren Zustand gebracht ist.

Wenn Teile der Alarmierungseinrichtungen nicht von der Ersatzenergieversorgung abgedeckt werden, ist dies bei der Auslegung des Sicherheitskonzepts zu berücksichtigen.

 

Installations- und Wartungsunterlagen

Der Unternehmer bewahrt folgende Unterlagen geeignet auf:

- Betriebsanleitung des Herstellers und Wartungsvorschrift für die Gaswarneinrichtung

- EG-Konformitätserklärung (soweit erforderlich)

- Nachweis der messtechnischen Eignung

- Protokoll der Erstinbetriebnahme

- Aufzeichnungen über:

• Installationspläne und Elektropläne bei ortsfesten Anlagen

• Planungsgrundlagen

• Art und Konzentration der zu verwendenden Prüfgase

• Parametrierung der Gaswarneinrichtung

• Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten

• Änderungen und Erweiterungen der Gaswarneinrichtung

 

Erstinbetriebnahme der Gaswarneinrichtung

Gaswarneinrichtungen müssen nach der Installation von einer befähigten Person auf ihre Funktion geprüft werden. Der Umfang sollte – soweit zu diesem Zeitpunkt möglich – einer Systemkontrolle gemäß Abschnitt 9.1.3 entsprechen. Mindestens müssen aber die Prüfungen der Funktionskontrolle gemäß Abschnitt 9.1.2 in Verbindung mit der Prüfung der Schaltfunktionen des Gaswarngerätes durchgeführt werden. Die Ergebnisse müssen schriftlich protokolliert werden. Das Protokoll kann im Rahmen einer übergeordneten Prüfung vor Inbetriebnahme der Gesamtanlage durch eine befähigte Person nach TRBS 1201 (für überwachungsbedürftige Anlagen) genutzt werden.

 

Betriebsanweisung

Beim Einsatz einer Gaswarneinrichtung ist durch den Unternehmer eine Betriebsanweisung zu erstellen. Sie sollte mindestens folgende Punkte beinhalten:

- Die einzuleitenden Maßnahmen im Falle einer Alarmmeldung

- Die einzuleitenden Maßnahmen bei Statusmeldungen

- Die einzuleitenden Maßnahmen bei Nichtverfügbarkeit

- Die bei einer Alarmmeldung, einer Statusmeldung oder einem Ausfall der Gaswarneinrichtung zu verständigenden Personen

- Den für die Kontrollen und Wartung verantwortlichen Personenkreis

Existieren für die überwachte Anlage Gefahrenabwehrpläne oder Alarmierungspläne, können die Inhalte der Betriebsanweisung dort integriert werden.

 

Wartung ortsfester Gaswarneinrichtungen

Für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit einer Gaswarneinrichtung ist deren regelmäßige Wartung erforderlich, die entsprechende Kenntnisse voraussetzt. Liegen diese Kenntnisse beim Unternehmer selbst nicht vor, so muss er sich an den Hersteller, an Spezialisten oder Prüfinstitutionen wenden, die über die erforderlichen Kenntnisse zur eingesetzten Gaswarneinrichtung verfügen. Die Angaben und Empfehlungen in der Betriebsanleitung des Herstellers sind zu beachten.

Die Wartungsmaßnahmen sind gestaffelt in Sicht-, Funktions- und Systemkontrollen, die in regelmäßigen Abständen erfolgen. Abhängig von den Ergebnissen kann die Veranlassung oder Durchführung von Einstellarbeiten notwendig werden. Festgestellte Mängel sind umgehend zu beseitigen.

Die Maßnahmen, deren Ergebnisse und Beurteilung sowie gegebenenfalls durchgeführte Einstellarbeiten und Instandsetzungen sind zu dokumentieren. Anhang 1 enthält ein Beispiel für Aufzeichnungen zu einer ortsfesten Gaswarneinrichtung.

 

Instandsetzung

Wird bei der Funktionskontrolle festgestellt, dass die Empfindlichkeit eines Sensors so gering geworden ist, dass der Sollwert nicht mehr einstellbar ist oder vermehrt Fehlalarme infolge von Änderungen der klimatischen oder betrieblichen Bedingungen auftreten, muss der Sensor (bzw. das Sensorelement) ersetzt werden.

Anmerkung: In der Regel wird der Austausch empfohlen, wenn die Restempfindlichkeit 50 % der Anfangsempfindlichkeit unterschreitet. Beim Einsatz von elektrochemischen Sensoren ist weiterhin zu beachten, dass die Lebensdauer prinzipbedingt auch unter optimalen Einsatzbedingungen begrenzt ist (typisch 1 bis 3 Jahre je nach Messgas). Am Ende der Lebensdauer tritt der Empfindlichkeitsverlust in der Regel kurzfristig ein. Bei langen Abständen zwischen den Funktionskontrollen ist der vorausschauende Austausch der Sensoren am Ende der voraussichtlichen Lebensdauer angeraten.

Für Instandsetzungen und den Austausch von Teilen der Gaswarneinrichtung gilt die Betriebs- und Wartungsanleitung. Zum Austausch entsprechend der Betriebs- und Wartungsanleitung dürfen aus Sicherheitsgründen nur Original-Ersatzteile des Herstellers des Gaswarngerätes bzw. der Gaswarneinrichtung oder in der Betriebs- und Wartungsanleitung spezifizierte Teile verwendet werden.

Zur Ausführung darüber hinausgehender Instandsetzungsarbeiten ist entsprechende Fachkunde notwendig, die zum Beispiel durch eine vom Hersteller des Gaswarngerätes durchgeführte Ausbildung erworben werden kann.

Verantwortlich für die ordnungsgemäße Funktion und den ordnungsgemäßen Zustand der Gaswarneinrichtung nach der Instandsetzung ist der Ausführende dieser Arbeiten bzw. der Unternehmer.

Nach einer Instandsetzung ist bei Wiederinbetriebnahme je nach Art der Instandsetzung eine Funktionskontrolle oder Systemkontrolle durchzuführen.

 

Quellen T 021 und T 055 der Berufsgenossenschaft BG RCI Ausgabe Stand April 2012