Mitwirkende: Jim Grann, Craig Moller, Nate Sroka, Cavan Cardenas
Wasserstoff, Stickstoff, Argon, Acetylen und Propan gehören zu den am häufigsten verwendeten Industriegasen in der Wärmebehandlung. Jedes Gas hat seine eigenen Anwendungseigenschaften, Handhabungsanweisungen und Sicherheitsprotokolle.
In diesem Artikel werden wir uns auf drei der am häufigsten verwendeten Gase in der Industrie konzentrieren Vakuumtechnik (Wasserstoff, Argon und Stickstoff), erörtern deren Eigenschaften und bieten einige Empfehlungen für deren sichere Verwendung während des Wärmebehandlungsprozesses. Es handelt sich hierbei nicht um eine erschöpfende Liste von Vorschlägen und Empfehlungen, sondern um einige Richtlinien, die Sie bei der Entwicklung Ihrer internen Sicherheitsprotokolle für den Betrieb Ihres Ipsen-Vakuumofens unterstützen sollen.
Bevor wir ins Detail gehen und über die Sicherheit von Prozessgasen in der Industrie sprechen, ist es wichtig, dass Sie alle von Ihrem Gasversorger empfohlenen Sicherheitsmaßnahmen befolgen, die Vorschriften für den Zugang zu geschlossenen Räumen regelmäßig einhalten und überprüfen und mit Ihrem örtlichen Brandschutzbeauftragten klären, inwieweit die Rohrleitungs- und Versorgungssysteme für Ihre Prozessgase den örtlichen und staatlichen Vorschriften entsprechen.
Brandschutzvorschriften, Sicherheitsbestimmungen und Lieferantenrichtlinien sollen die Benutzer vor den negativen Auswirkungen undichter Gasleitungen, brennbarer oder explosiver Gase oder fehlendem Luftsauerstoff in geschlossenen Räumen schützen.
Wenn Ihr Land außerhalb der USA keine geeigneten Sicherheitsrichtlinien für den Betrieb von Industrieöfen hat, empfehlen wir, die Regeln und Richtlinien, Codes und Normen der National Fire Protection Association (NFPA) heranzuziehen, die in NFPA 86 wenn Sie Ihre internen Sicherheitsstandards entwickeln.
Prozessgas: Wasserstoff (und andere Prozessgase, die leichter sind als Luft)
Wasserstoff wird häufig sowohl als Brennstoff als auch als industrielles Prozessgas verwendet. Da Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert, kann er entweder entflammbar oder explosiv sein, wenn er in einer Atmosphäre mit freiem Sauerstoff einer Zündquelle ausgesetzt wird, was bedeutet, dass für seine Verwendung oft eigene Regeln und Vorschriften gelten.
In einem Vakuumofen wird Wasserstoff häufig verwendet, um saubere, glänzende Teile herzustellen. Er wird auch als Teil eines Reinigungsprozesses beim Ausbrennen verwendet, unterstützt einen Lötprozess, indem er sicherstellt, dass sich das Lot mit einem sauberen Teil ohne Oxide verbindet, und kann Teil verschiedener Prozesse sein, die Seltenerdmagnete betreffen. In seltenen Fällen kann Wasserstoff auch als Abschreckgas verwendet werden.
Wasserstoff wird erst in einen Ofen eingeführt, nachdem dieser in ein tiefes Vakuum gezogen wurde. Ipsen-Öfen verfügen über eine programmierte Sicherheitssequenz, die bestätigt, dass die Leckrate des Ofens unter 50 Mikron liegt, bevor Wasserstoff sicher in die Kammer eingeleitet werden kann. Wenn Wasserstoff eingeleitet wird, wird er durch Ventile gesteuert, die nur eine ausreichende Menge des Gases zulassen, um die für die zu bearbeitenden Teile erforderlichen Ergebnisse gemäß den genauen Spezifikationen zu erzielen. Der Wasserstoffgehalt wird von den Systemsteuerungen in Mikron, Torr, mbar oder Pascal gemessen, wobei der Gehalt bei oder unter der Hälfte der unteren Entflammbarkeitsgrenze - weniger als 15 Torr - gehalten wird. Diese Konstruktion schützt die Sicherheit des Bedieners während des gesamten Prozesses.
Trotz dieser Sicherheitsvorkehrungen müssen die Leitungen und Ventile, die den Wasserstoff zu Ihrem Ofen leiten, regelmäßig überwacht und gewartet werden. Diese Leitungen stehen häufig unter Druck, so dass regelmäßige Dichtheitsprüfungen und Inspektionen der Verbindungen und Ventile Teil Ihres Wartungsplans sein sollten.
Durch Lecks werden nicht nur Prozessgase verschwendet, sondern auch atmosphärische Luft in den Vakuumofen eingeführt, was zu verfärbten Teilen und einer unsicheren Umgebung für das Bedienpersonal führen kann. Selbst das kleinste Leck bei einer Druckprüfung erfordert Aufmerksamkeit und Reaktion. Klempnerkitt kann eine vernünftige kurzfristige Lösung für ein sehr kleines Leck sein, aber es sollte weiterhin überwacht und häufiger getestet werden, wenn es entdeckt wird, bis die Leitungen evakuiert wurden und eine dauerhaftere Lösung implementiert werden kann.
Da Wasserstoff das leichteste der Gase ist (etwa 14-mal leichter als Luft), steigt er schnell auf, wenn er in die Atmosphäre gelangt. Er zerstreut sich schnell, wenn er nicht in einem geschlossenen Raum eingeschlossen ist. Belüftungssysteme in Gebäuden, in denen Wasserstoff als Prozessgas verwendet wird, sollten so ausgelegt sein, dass sich austretendes oder freigesetztes Gas am oberen Ende einer Kammer oder eines Raums, in dem sich Wasserstoff ansammeln könnte, zerstreut - was auch für alle anderen Prozessgase, die leichter als Luft sind, wie Acetylen, empfohlen wird. Gassensoren, die an oder in der Nähe der Spitzen jedes Raumes angebracht sind, zeigen mögliche Gaslecks an und weisen die Benutzer darauf hin, dass das gesammelte Gas aus dem Gebäude abgelassen werden muss.
Prozessgas: Argon (und andere Prozessgase, die schwerer sind als Luft)
Argon ist ein inertes Gas, das häufig zum Abschrecken in der Luftfahrtindustrie verwendet wird. Die Luftfahrt ist auf Argon angewiesen, um das geringste Risiko einer Stickstoffversprödung beim Abschrecken zu vermeiden. Argon kann auch für andere Verfahren verwendet werden, z. B. für Partialdruck- und Konvektionserwärmung.
Da Argon ein Edelgas ist, trägt die Tatsache, dass es nicht reaktiv ist, dazu bei, die chemische Unversehrtheit der in der Kammer verarbeiteten Teile aufrechtzuerhalten und Oxidation und Kontamination zu verhindern. Argon ist jedoch ein teures Gas, was bedeutet, dass es in anderen Branchen seltener verwendet wird als Stickstoff, es sei denn, Argon ist ausdrücklich vorgeschrieben.
Argon ist schwerer als Luft, was insbesondere bei der Wärmebehandlung unter Partialdruck von Vorteil ist, da weniger Sublimation in eine Atmosphäre stattfindet, die aus diesen schwereren Atomen besteht. Argon kann beim Abschrecken einen Schutzmantel um die Teile in der Kammer bilden, der Verformungen verhindert und saubere Teile ohne unerwünschte Nitrierungseffekte liefert.
Da Argon schwerer als Luft ist, sinkt es, wenn es aus einem Ofen freigesetzt wird, ohne abgepumpt zu werden, in die tiefsten Bereiche, die es finden kann. Fabriken, die Öfen betreiben, in denen Argon verwendet wird, sollten alle nahegelegenen, niedrig gelegenen geschlossenen Räume, wie z. B. Gruben für Maschinen oder unterirdische Räume wie Keller, auf das Vorhandensein von Argon überwachen.
Zwar ist Argon an sich ungiftig, doch wenn sich Argon in einer Grube oder einem niedrig gelegenen Bereich ansammelt, verdrängt es die typische sauerstoffhaltige Atmosphäre, die sich dort befand, und macht diese Räume für Wartungsteams, die hinabsteigen müssen, potenziell gefährlich.
Es wird dringend empfohlen, dass alle Personen, die diese Bereiche betreten, die entsprechenden Protokolle für enge Räume befolgen, einschließlich des Tragens von persönlichen Gassensoren am Revers, so nah wie möglich am Gesicht. Außerdem sollte immer eine Aufsichtsperson in der Nähe sein, die sich von der Sicherheit der Person überzeugen kann, die den engen Raum betritt.
Wenn der Verdacht besteht, dass sich in einem niedrig gelegenen Bereich Argon angesammelt hat, evakuieren Sie diesen Bereich und bewerten Sie die gefährlichen Bedingungen. Besteht der Verdacht, dass sich dort auch andere Gase, die schwerer als Luft sind, angesammelt haben (z. B. Propan), entfernen Sie alle möglichen Zündquellen und verwenden Sie Multigasdetektoren, um herauszufinden, was sich sonst noch in der Atmosphäre dieses Raumes befinden könnte.
Die Entfernung von Argon erfordert eine Zwangsbelüftung, bei der die Abluftventilatoren und -kanäle so niedrig wie möglich in dem betroffenen Bereich platziert werden und alle Gebläsemotoren in sicherer Entfernung von der Öffnung gehalten werden, um die Möglichkeit einer versehentlichen Verbrennung anderer angesammelter Gase auszuschließen. Wartungstechniker sollten bei Arbeiten unter diesen Bedingungen stets die entsprechende PSA tragen.
Prozessgas: Stickstoff (und andere neutral schwebende Prozessgase)
Stickstoff, ein Element, das mehr als drei Viertel unserer Atmosphäre ausmacht, kommt am häufigsten als Gas in seiner molekularen Form, N2. Stickstoff ist ein häufig verwendetes industrielles Prozessgas, da es meist inert, ungiftig, kostengünstig und weithin verfügbar ist.
Bei der Vakuum-Wärmebehandlung wird Stickstoff am häufigsten zum Abschrecken und Auffüllen eines Ofens verwendet, um eine trockene, kontrollierte Umgebung zu erhalten. Er kann auch unter Partialdruck verwendet werden, um Oxidation zu verhindern und eine gleichmäßige Erwärmung zu gewährleisten, wenn er in einem Konvektionsofen eingesetzt wird. Es gibt bestimmte Anwendungen, bei denen Metallurgen die Verwendung von Stickstoff vermeiden, um ein Nitrieren der Oberfläche von Teilen zu verhindern, aber abgesehen von diesen speziellen Situationen ist Stickstoff das volumenmäßig am häufigsten verwendete Gas bei der Vakuumwärmebehandlung.
Reiner Stickstoff, der etwas weniger wiegt als die überwiegend aus Stickstoff bestehende Atmosphäre der Luft, neigt dazu, dort zu bleiben, wo er ist, bis man sich bemüht, ihn zu zerstreuen. In einer Kammer, die nach einem Prozess geöffnet wird, verbleibt der Stickstoff, wenn er nicht aus dem Gefäß gepumpt wurde. Ein einfaches Gebläse ist möglicherweise nicht in der Lage, genügend sauerstoffhaltige Luft in einen vertikalen oder horizontalen Ofen zu blasen, der reines N2.
Auch nachdem ein Behälter, in dem Stickstoff verwendet wird, abgepumpt und atmosphärische Luft (oder trockene Luft) nachgefüllt wurde, ist es wichtig, alle Protokolle für enge Räume zu befolgen und eine Aufsichtsperson an einem sicheren Ort zu haben, die beobachtet, wie der Bediener den Behälter zum ersten Mal betritt. Auch hier sollten tragbare Sauerstoffmessgeräte am Revers getragen werden, und bei einem Alarm sollte man sich sofort und vorsichtig zurückziehen.
Ein weiteres neutrales, schwimmfähiges Prozessgas ist Sauerstoff. Obwohl die Interaktion mit einer sauerstoffreichen Umgebung das Atmen in engen Räumen nicht behindert, ist es beim Umgang mit reinem Sauerstoff immer wichtig, alle relevanten Brandschutzmaßnahmen zu befolgen.
Schlussfolgerung
Bei ordnungsgemäßer Wartung und Verwendung der richtigen Prozessgase liefern Vakuumöfen saubere und glänzende Teile, die jedes Mal präzise verarbeitet werden.
Da diese Gase ein wesentlicher Bestandteil des Betriebs eines Vakuumofens sind, müssen bei allen Wartungsarbeiten und beim Umgang mit geschlossenen Räumen, in denen sich diese Prozessgase ansammeln können, angemessene Sicherheitsprotokolle eingehalten werden.
Ipsen empfiehlt stets, dass die Teams für die Wartung und den Betrieb von Vakuumöfen sich mit den Teams für die Gebäudewartung und -einrichtung abstimmen, um Sicherheitsprotokolle für alle Aktivitäten in engen Räumen, für die Überprüfung von Prozessgasleitungen auf Lecks und für die sofortige und ordnungsgemäße Reaktion auf festgestellte Lecks zu erstellen.
Überprüfen Sie alle Sicherheitsverfahren anhand der örtlichen, staatlichen und bundesstaatlichen Gesetze und nutzen Sie alle Online-Ressourcen sowie die örtlichen Brandschutzbeauftragten oder andere Arbeitsschutzressourcen, um sicherzustellen, dass Ihr Team jeden Tag sicher arbeitet.
Weitere hilfreiche Tipps finden Sie in unserem Frag den Experten Seite.