寄稿者ジム・グラン、クレイグ・モラー、ネイト・スローカ、キャヴァン・カルデナス
水素、窒素、アルゴン、アセチレン、プロパンは、熱処理で最も頻繁に使用される工業用ガスです。それぞれに使用特性、取り扱い方法、安全手順があります。
この記事では、工業用ガスで最も一般的に使用される3つのガスに焦点を当てます。 真空炉 (水素、アルゴン、窒素）の特性を説明し、熱処理プロセス中の安全な使用のための推奨事項を提案します。これは提案や推奨事項の網羅的なリストではありませんが、Ipsen 真空炉を操作する際の内部安全プロトコルを作成する際の準備として、いくつかのガイドラインを提供します。.
産業用プロセスガスの安全性について詳しく説明する前に、現在、ガス供給会社が推奨するすべての安全対策に従っていること、閉鎖空間への入口に関する規則を定期的に維持・見直ししていること、プロセスガスの配管および供給システムが地域および州の法令にどのように適合しているかを地域の消防署長に確認していることが重要です。
消防法、安全規制、供給業者のガイドラインはすべて、ガス管の漏れ、可燃性ガスや爆発性ガス、あるいは閉鎖空間内の大気中の酸素不足による悪影響から利用者を守るように設計されている。
米国以外では、管轄区域に工業炉の操業に関する適切な安全ガイドラインがない場合は、全米防火協会 (NFPA) の規則やガイドライン、規範、標準を参照することをお勧めします。 NFPA 86 社内の安全基準を策定する際に
プロセスガス：水素（およびその他の空気より軽いプロセスガス）
水素は、燃料としても工業用プロセスガスとしても一般的に使用されている。酸素と反応する水素は、自由酸素雰囲気中で着火源にさらされると可燃性または爆発性を示す。
真空炉内では、クリーンで明るい部品を製造するために水素がよく使用されます。また、バーンアウト時のクリーンアウトプロセスの一部としても使用され、酸化物のないクリーンな部品にろうが接合するようにすることで、ろう付けプロセスを補助し、希土類磁石を含むいくつかのプロセスでも使用されます。まれに、水素は急冷ガスとして使用されることもある。
水素は、炉が深い真空に引き込まれた後にのみ炉に導入されます。Ipsen の炉には、水素が安全にチャンバー内に導入される前に、炉のリーク率が 50 ミクロン未満であることを確認する安全シーケンスがプログラムされています。水素が導入されると、正確な仕様に従って処理される部品に必要な結果をもたらすのに十分な量のガスのみを許容するバルブによって制御されます。水素レベルは、システム制御によってミクロン、torr、mbar、またはpascal単位で測定され、含有量は可燃性下限値の2分の1以下（15torr以下）に維持されます。この設計により、プロセス全体を通してオペレーターの安全が守られます。
このようなシステム的な安全性が確保されていても、水素を炉に供給するラインやバルブは定期的に監視し、メンテナンスする必要があります。これらのラインは頻繁に加圧状態に保たれるため、定期的なリークテストと継ぎ目やバルブの点検をメンテナンス・スケジュールの一部として行う必要があります。
リークはプロセスガスを浪費するだけでなく、真空炉に大気を導入し、部品を変色させたり、オペレーターに安全でない環境をもたらしたりします。圧力テストからのわずかなリークであっても、注意と対応が必要です。配管工用パテは、ごく小さなリークに対する短期的な解決策としては合理的ですが、発見された場合は、ラインが排気され、より恒久的な解決策が実施されるまで、より高い頻度で監視とテストを続ける必要があります。
気体の中で最も軽い（空気の約14倍）水素は、大気中に放出されると急速に上昇する。水素は狭い空間に封じ込められないと急速に拡散する。水素プロセスガスが使用される建物の換気システムは、水素が集まる可能性のあるチャンバーや部屋の上部で、漏れたり放出されたりする可能性のあるガスを拡散するように設計されるべきである。また、アセチレンのような空気より軽いプロセスガスの場合も同様である。各部屋の頂部またはその近くにガスセンサーを設置すれば、ガス漏れの可能性を示すだけでなく、溜まったガスを建物の外に排出する必要性をユーザーに知らせることができる。
プロセスガス：アルゴン（およびその他の空気より重いプロセスガス）
アルゴンは、航空産業で焼入れに頻繁に使用される不活性ガスです。航空業界では、焼入れ中の窒素脆化の可能性を少しでも回避するためにアルゴンに依存しています。アルゴンは、分圧や対流加熱を含む他のプロセスにも使用できます。
アルゴンは希ガスであり、非反応性であるため、チャンバー内で処理される部品の化学的完全性を維持し、酸化や汚染を防ぐのに役立ちます。しかし、アルゴンは高価なガスであるため、アルゴンが明確に指定されていない限り、窒素ガスよりも他の産業で使用される頻度は低くなります。
アルゴンは空気よりも重く、特に分圧熱処理に使用する場合には、この重い原子からなる雰囲気への昇華が少ないという利点があります。アルゴンは、急冷される際にチャンバー内の部品の周囲に保護ブランケットを提供し、歪みを防止し、不要な窒化の影響のないクリーンな部品を提供することができます。
アルゴンは空気より重いため、ポンプで送り出されることなく炉から放出されると、最も低い場所に沈む。アルゴンを使用する炉を操業している工場では、機械用のピットや地下室のような低地の密閉空間が近くにあれば、アルゴンの存在を監視したい。
アルゴン自体は無毒だが、ピットや低地にアルゴンが蓄積されると、酸素を含む典型的な雰囲気が失われ、下降する必要のあるメンテナンス・チームにとって危険な空間となる可能性がある。
このような区域に入る人は、個人用ガスセンサーをできるだけ顔の近くで襟に着用するなど、閉鎖区域のプロトコルに従うことが強く推奨される。さらに、閉鎖空間に入る人の安全を確認できる監視者が常に近くにいる必要がある。
低地にアルゴンが蓄積している疑いがある場合は、その区域から避難し、危険な状況を評価する。他の空気より重いガス（プロパンなど）が蓄積している可能性も疑われる場合は、着火源となる可能性のあるものを取り除き、マルチガス検知器を使用して、その空間内の大気中に他のガスが存在する可能性を発見する。
アルゴンの除去には強制換気が必要であり、排気ファンやダクトは患部内のできるだけ低い位置に設置し、ブロワーモーターは開口部から安全に離し、その他の蓄積ガスが偶発的に燃焼する可能性を排除する。メンテナンス技術者は、このような状況下で作業する場合、常に適切な種類のPPEを着用する必要があります。
プロセスガス：窒素（およびその他の中性浮力プロセスガス）
私たちの大気の4分の3以上を占める元素である窒素は、気体として最も一般的に見出されるのは、その分子版であるN2. 窒素はほとんど不活性で毒性がなく、安価で広く入手できるため、工業用プロセスガスとして頻繁に使用されている。
真空熱処理では、窒素は乾燥した制御された環境を維持するため、炉内の急冷と埋め戻しに最もよく使用される。また、対流炉で使用する場合は、酸化を防止し、加熱プロセスに均一性を持たせる手段として分圧で使用することもできる。冶金学者が部品表面の窒化を避けるために窒素の使用を避ける用途もありますが、そのような特定の状況以外では、窒素は真空熱処理で最も頻繁に使用される体積比のガスとなります。
純粋な窒素は、ほとんどが窒素でできている空気よりもわずかに重さが軽いため、窒素を拡散させる努力をするまで、その場所に留まる傾向がある。プロセス後に開放されるチャンバー内では、容器から窒素が汲み出されていなければ、窒素は滞留する。単純な業務用ファンでは、純粋な窒素を含む縦型または横型の炉に十分な酸素を含む空気を送風できない場合がある。2.
窒素を使用した容器が汲み出され、大気（または乾燥空気）が埋め戻された後であっても、作業者が初めて容器に入る際には、安全な場所にいる監視者が見守る中、すべての閉鎖空間プロトコルに従うことが重要であることに変わりはない。もう一度言うが、装着型酸素モニターは襟に装着し、警報が出たら直ちに慎重に退避すべきである。
もうひとつの中性浮力プロセスガスは酸素である。高酸素環境との相互作用は閉鎖空間での呼吸を妨げないが、純酸素を取り扱う際には、関連するすべての火災安全手順に従うことが常に重要である。
結論
真空炉は適切にメンテナンスされ、適切なプロセスガスが使用されることで、クリーンで光沢のある部品を毎回正確に処理することができます。
これらのガスは真空炉の稼動に不可欠な要素であるため、メンテナンス作業やプロセスガスが滞留するような狭い場所での作業では常に、適切な安全手順を遵守する必要があります。
Ipsen は常に、真空炉のメンテナンスおよびオペレーションチームが、建物のメンテナンスおよび設備チームと連携して、狭い空間を含むすべての活動、プロセスガス配管の漏れの検査、および観察された漏れに迅速かつ適切に対応するための安全プロトコルを設定することを推奨しています。
地域法、州法、連邦法に基づいてすべての安全手順を確認し、オンラインリソースや地域の消防署、その他の産業安全リソースを活用して、チームが毎日安全に作業できるようにします。
より役立つヒントについては、以下をご覧ください。 専門家に聞くページ.