Abschnitt 3.9 - 3.9 Tätigkeiten mit Gasen
Gase werden oft als Reaktanden oder Schutzgas in chemischen Reaktionen eingesetzt oder können bei chemischen Reaktionen entstehen. Sie finden auch als Hilfsmittel bei einigen analytischen Verfahren Anwendung. Tätigkeiten mit Gasen sind mit besonderen Gefährdungen verbunden: Viele Gase diffundieren sehr rasch in die Laboratmosphäre. Entzündbare Gase bilden dann leicht zündfähige Gemische, giftige Gase gefährden Personen bereits in geringen Konzentrationen. Besondere Gefahren ergeben sich beim Arbeiten mit Gasen unter Druck.
Druckgasflaschen
Allgemeines
Die meisten Gase werden in verdichteter Form (verflüssigt oder unter hohem Druck) in Druckgasflaschen angeboten. Druckgasflaschen stellen ein Gefahrenpotenzial an sich dar, denn sie können bei grob unsachgemäßer Behandlung (Umstürzen, starke Hitzeeinwirkung) bersten. Daraus ergeben sich einige unbedingt einzuhaltende Sicherheitsvorschriften.
Druckgasflaschen sind möglichst außerhalb des Labors oder in Sicherheitsschränken für Druckgasflaschen aufzustellen, da sie bei Bränden ein erhöhtes Risiko für das Löschpersonal darstellen.
Werden Druckgasflaschen nicht benutzt, muss das Flaschenventil durch Aufschrauben der Schutzkappe (und Ventilschutzmutter, wenn eine zu der Flasche gehört) gesichert werden.
Toxische oder korrosive Gase (z. B. Chlor, Ammoniak) sollen im Labor nur in möglichst kleinen Druckgasflaschen oder Lecture Bottles verwendet werden, die dauerabgesaugt, also vorzugsweise in Sicherheitsschränken für Druckgasflaschen oder auch unmittelbar im Abzug aufgestellt werden müssen, siehe Beispiel korrodierter Druckgasflaschen in Abbildung 23.
Siehe auch DGUV Information 213-850 "Sicheres Arbeiten in Laboratorien" (DGUV Information 213-851 "Working Safely in Laboratories"), Abschnitt 5.2.11
Abb. 23
Korrosionsschäden an Druckgasflaschen
Abb. 24
Druckgasflaschenkennzeichnung
Kennzeichnung von Druckgasflaschen
Druckgasflaschen müssen die europäische harmonisierte Farbkennzeichnung tragen sowie eine Kennzeichnung auf der Flaschenschulter (siehe Tabelle 1 und Abbildung 24). Dies gilt nicht für Flüssiggasflaschen und Feuerlöscher.
Tabelle 1
Farbcodes für Druckgasflaschen nach DIN EN 1089-3: 2011-10 "Ortsbewegliche Gasflaschen - Gasflaschen-Kennzeichnung (ausgenommen Flüssiggas (LPG)) - Teil 3: Farbcodierung"
- a.
Reingase/Gasgemische für industriellen Einsatz
- b.
Reingase/Gasgemische für medizinischen Gebrauch und Inhalation
Sofern ein Gas oder Gasgemisch über zwei Gefahreneigenschaften verfügt, muss die Flaschenschulter mit der Farbe gekennzeichnet sein, die die Hauptgefahr darstellt. Die Farbe der Zweitgefahr (entzündbar oder oxidierend) darf ebenfalls auf der Flaschenschulter gekennzeichnet werden:
toxisch (und/oder korrosiv) und entzündbar: Gelb plus Rot
toxisch (und/oder korrosiv) und oxidierend: Gelb plus Hellblau
Laboratorien, in denen Druckgasflaschen nicht im Sicherheitsschrank aufgestellt sind, müssen mit dem Warnzeichen W029 "Warnung vor Gasflaschen" gekennzeichnet sein.
Betrieb und Gasentnahme
Druckgasflaschen müssen gegen Umfallen gesichert sein. Daher sind sie am Ort der Aufstellung mit Ketten oder Rohrschellen oder einer anderen Sicherungsmöglichkeit zu befestigen (siehe Abbildung 25).
Abb. 25
Sicherung einer Sauerstoffflasche (mit noch nicht aufgeschraubtem Druckminderventil)
am Labortisch
Abb. 26
Beispiel eines Druckminderers
Abb. 27
Anschluss einer Gasflasche
Druckgasflaschen besitzen hinter dem Flaschenventil einen Gewindeanschluss zum Anbringen des Druckminderers mit Entnahmeventil oder Nadelventile (siehe Abbildung 26 und 27).
Nadelventile sind keine Druckminderer, sondern nur Strömungsbegrenzer. Aus diesem Grund sollten sie nur in den Fällen zum Einsatz kommen, in denen keine Druckminderer erhältlich sind (z. B. bei manchen verflüssigten Gasen). Es dürfen nur für die betreffende Gasart zugelassene Entnahmeventile verwendet werden. Druckgasflaschen für entzündbare Gase haben Linksgewinde, für andere Gase haben sie Rechtsgewinde. Überwurfmuttern mit Linksgewinde sind an einer umlaufenden Kerbe erkennbar!
Bei stark oxidierenden Gasen müssen die Armaturen frei von Öl, Fett und Glycerin gehalten werden.
Die Montage der Druckminderer oder Nadelventile muss durch fachkundige Personen erfolgen, die die unversehrte und für das Gas geeignete Dichtung beurteilen und die Mutter mit dem angemessenen Drehmoment anziehen sowie die Dichtheit der Verbindung mittels Seifenlauge oder Leck-Suchspray feststellen können.
Zur Entnahme von Gas wird zunächst bei geschlossenem Entnahmeventil des Druckminderers das Hauptventil an der Druckgasflasche geöffnet. Sollte sich das Hauptventil nicht von Hand öffnen lassen, darf die Druckgasflasche nicht benutzt werden und ist dem Fachpersonal der Materialausgabe zurückzugeben. Umgekehrt ist das Anziehen des Hauptventils mit Werkzeugen verboten. (Nicht gängige Hauptventile werden vor allem bei korrosiven Gasen beobachtet, gerade hier führt unsachgemäßes Manipulieren immer wieder zu gefährlichen Situationen). Schließlich werden zur Entnahme der Entnahmedruck und dann das Feinventil auf den gewünschten Gasstrom eingestellt.
Druckminderer und Nadelventile für korrosive Gase müssen nach Beendigung jedes Versuchs sofort mittels Durchspülen und Ausblasen gereinigt werden, da sonst die Gefahr von Fehlfunktionen bei der nächsten Benutzung besteht.
Entleerte Flaschen sollen noch einen geringen Restdruck aufweisen. Sie müssen eindeutig als entleert gekennzeichnet werden. Leere Flaschen sind genauso wie volle zu lagern.
Siehe auch DGUV Information 213-850 "Sicheres Arbeiten in Laboratorien" (DGUV Information 213-851 "Working Safely in Laboratories"), Abschnitt 5.2.11
Transport von Druckgasflaschen
Druckgasflaschen dürfen nur mit geeigneten Hilfsmitteln und grundsätzlich nur mit Schutzkappe transportiert werden (siehe Abbildung 28).
Abb. 28
Flaschentransportwagen
Geeignete Hilfsmittel sind beispielsweise Flaschentransportwagen. Auf die Kippsicherheit der Transportwagen ist zu achten. Die zur Gasflasche passende Schutzkappe ist vollständig auf das Gewinde zu schrauben.
Unbegleiteter Transport im Aufzug ist möglich, sonst ist ein Treppensteiger zu verwenden.
Abb. 29
Druckgasflaschen oder gefüllte Dewargefäße mit tiefkalten Flüssigkeiten oder Trockeneis dürfen nicht gemeinsam mit Personen in Aufzügen transportiert werden.
Einleiten von Gasen
Gase werden in Reaktionsapparaturen über mit Schlauch-schellen gesicherte Schläuche eingeleitet, welche gegenüber dem verwendeten Gas beständig sind (siehe hierzu Abbildung 30).
Gut geeignet sind meist Silikonschläuche, Gummischläuche weit weniger. Schläuche müssen vor Gebrauch einer Sichtprüfung unterzogen werden. Gase dürfen in Apparaturen nur eingeleitet werden, wenn sichergestellt ist, dass sich in der Apparatur kein unzulässiger Überdruck aufbauen kann. Federbelastete Sicherheitsventile aus Glas mit Normschliffen haben sich bewährt (siehe Abbildung 11).
Wenn beim Einleiten feste Reaktionsprodukte gebildet werden, besteht die Gefahr des Verstopfens des Einleitungsrohres und eines unkontrollierten Druckaufbaus im Einleitungssystem. Solche Reaktionen bedürfen der ständigen Beobachtung. Es gibt spezielle Einleitungssysteme, welche die mechanische Entfernung von Feststoffen aus dem Einleitungsrohr ohne Öffnen der Apparatur erlauben.
Alle Gaseinleitungsapparaturen müssen eine drucklose Austrittsöffnung mit Gasableitungsschlauch unmittelbar hinter die Prallwand des Abzugs besitzen. Ein zwischen geschalteter Blasenzähler erlaubt zusätzlich die Kontrolle der Gasabsorption in der Reaktion.
Das Entweichen größerer Mengen nicht umgesetzter toxischer oder ätzender Gase in das Abzugssystem ist zu verhindern. Dies geschieht durch Absorption der Gase in geeigneten Reaktionsmedien (z. B. Ammoniak in Essigsäure, Chlorwasserstoff in verdünnter Natronlauge). Dabei dürfen die Gase nicht in das Absorptionsmedium ein-, sondern nur mittels eines Trichters über dessen Oberfläche geleitet werden, da andernfalls die Gefahr des Zurücksteigens des Absorptionsmediums in die Apparatur besteht. Das Zurücksteigen von Gasen in die Apparatur kann durch den Einbau einer Waschflasche (Gaseinströmung über die obere Schlaucholive) verhindert werden.
Solche Zusatzapparaturen haben den Charakter von Reaktionsapparaturen und müssen daher den gleichen Sicherheitsüberlegungen entsprechen, wie bisher beschrieben. So muss z. B. die Menge der Absorptionslösung der erwarteten Gasmenge entsprechen, bei exothermen Reaktionen für Kühlung gesorgt werden und beachtet werden, dass ausgefallene Feststoffe zu keiner Beeinträchtigung der Reaktion oder Verstopfen von Einleitungsrohren führen.
Abb. 30
Einleiten von Gasen mit Überdruckventil