Gasmess-Systeme werden sehr häufig in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt und unterliegen den dort geltenden gesetzlichen Regelungen. Seit Mitte 2003 sind diese europa-einheitlich durch die Richtlinie 94/9/EG - besser bekannt unter dem Kürzel ATEX - festgelegt.
Explosionsgefährdete Bereiche werden zunächst im Rahmen einer Gefährdungsanalyse von Ihnen als Betreiber in die Zonen 0,1 oder 2 eingeteilt, wobei die Gefährdung von Zone 0 zur Zone 2 abnimmt. In den Zonen dürfen Geräte eingesetzt werden, die die Mindestanforderungen der ATEX erfüllen. Wobei sich die unterschiedlichen Anforderungen der Zonen in korrespondierenden Gerätekategorien widerspiegelt (Bild 1).

 

Bild 1: Gerätekategorien

In den meisten Fällen beziehen sich die Anforderungen auf den sogenannten Zündschutz, d. h. Maßnahmen, die verhindern, dass das Gerät selbst eine Explosion zünden kann.
 
Bei Gasmess-Systemen zur Warnung vor brennbaren Gasen kann die sichere Messfunktion den Anforderungskatalog ergänzen. Dabei ist als Besonderheit zu beachten, dass in diesem Fall auch die Auswertezentrale des Gasmess-Systems unter die diesbezüglichen Bestimmungen der ATEX fällt, obwohl sie nicht selbst im explosionsgefährdeten Bereich installiert ist. Dieser Fall tritt immer dann ein, wenn Sie die Messfunktion in Ihr Sicherheitskonzept als integralen Bestandteil einbinden (früher: „primärer Explosionsschutz).

Ob ein Gerät für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet ist, gibt der Hersteller durch Kennzeichnung auf dem Gerät und in seiner EG- Konformitätserklärung durch Auflistung der Richtlinie 94/9/EG und der zugrunde- gelegten (sogenannten harmonisierten) Normen an. Der Zündschutz wird dabei durch Anwendung der Normenreihe EN 50014 ff., die sichere Messfunktion durch EN 50054 ff. bzw. EN 61779 dokumentiert. Bei Geräten der Kategorie 1 und 2 muss eine EG-Baumusterprüfung und zertifizierte Produktionsüberwachung durch besonders benannte Prüfstellen, z. B. PTB, BAM oder EXAM, vorliegen. Bei Gerätekategorie 3 reicht eine Herstellererklärung aus. 

Die folgenden Beispiele decken die am häufigsten vorkommenden Anwendungs-Fälle ab. Wir stehen Ihnen bei Sonderfällen natürlich gern beratend zur Seite.

 

Damit der Transmitter eines Gasmess-Systems das Auftreten gefährlicher Gaskonzentrationen erkennen kann, muss das Gas den Sensor im Transmitter möglichst schnell erreichen. Die Zeit bis zur Auslösung eines Alarms wird deshalb nicht nur von der Reaktionszeit des Sensors bestimmt, sondern ganz entscheidend auch von der Wahl des Installationsortes. 

 

Häufig wird bei dessen Festlegung nach der Faustregel verfahren:

 

Wir möchten Ihnen nachfolgend aufzeigen, weshalb bei Befolgung dieser Faustregel in vielen Fällen das mögliche Schutzpotential des Gasmess-Systems nicht voll genutzt wird oder es sogar zu gefährlichen Zuständen kommen kann. Vorher müssen wir uns aber ein wenig mit den Eigenschaften von Gasen und Dämpfen beschäftigen.

 

Die Einordnung von Gasen bzw. Dämpfen als leichter oder schwerer als Luft leitet  sich aus den spezifischen Gewichten der reinen Stoffe ab. Leichter als Luft sind dann im Wesentlichen nur Wasserstoff, Methan und Ammoniak. Alle anderen Stoffe, insbesondere die höheren Kohlenwasserstoffe, sind in der Regel schwerer als Luft.

Die aus der oben genannten Faustregel abgeleiteten Ausbreitungsmechanismen gelten aber nur für die unverdünnten Stoffe, d. h. es wird eine Gaskonzentration von 100 Vol.-% unterstellt. 

Nun dient der Einsatz von Gasmess-Systemen gerade dazu, unerwünschte Stoffe bereits bei sehr niedrigen Konzentrationen zu erkennen. Im Explosionsschutz liegen die Konzentrationsbereiche unter 5 Vol.-% und beim toxischen Gase noch weit tiefer im ppm-Bereich. 

Gasgemische mit solch niedriger Konzentration unterscheiden sich vom spezifischen Gewicht her nicht mehr wesentlich von Luft. Ihre Ausbreitung wird deshalb nicht mehr vom Auf- oder Abtrieb des Gases sondern von anderen Strömungseinflüssen, wie Wind oder thermischem Auftrieb bestimmt. 

Insbesondere trennt sich ein Gemisch von Gas und Luft, wie häufig fälschlich angenommen, auch nicht mehr auf, nachdem eine Vermischung einmal erfolgt ist (Bild 1). Dieser Effekt, wie er z.B. von Wasser-/Ölgemischen bekannt ist, tritt bei Gasen nicht auf.
 

Bild 2 stellt die Situation allgemein dar. Aus einer Leckage tritt reines Gas, das leichter als Luft ist, in die Umgebung aus. Zunächst überwiegt der Auftrieb und die Gaswolke steigt nach oben. Durch Verwirbelung und Diffusion wird das Gas mit der Luft vermischt. 

Da sich der Auftrieb immer mehr vermindert, überwiegt letztlich die hier unterstelle gerichtete Strömung und trägt das Gas mit sich. In der dargestellten Situation würde das nach Faustregel in Position A installierte Gaswarngerät die Gasfreisetzung gar nicht oder erst spät erkennen. 

In diesem Fall ist die Anordnung an Position B ggf. in Kombination mit abgesenkten Alarmschwellen, um die größere Verdünnung zu berücksichtigen, sicherlich sinnvoller. Sollten die potentiellen Freisetzungsquellen weiter eingrenzbar sein, bietet sich als Alternative die Anbringung des Sensors in deren Nähe an (Position C).

 

Bild 2: Beispiel für die Ausbreitung einer Gaswolke.

Fall 1: Faustregel ist die schlechtere Lösung 
Situation: An einem Arbeitsplatz innerhalb eines größeren Laborraums wird mit Wasserstoff gearbeitet, der aus einer Druckgasflasche entnommen wird. Leckagen aus der Flasche oder der Verschlauchung der Versuchsaufbauten sollen mit einem Gasmess-System überwacht werden. 
Faustregel: Der Transmitter wäre in Deckenhöhe anzubringen. 
Bessere Lösung: Der Transmitter ist nur wenig oberhalb des Arbeitsplatzes möglichst zentral anzubringen. 
Grund: Bei einer Leckage tritt reiner Wasserstoff aus, der zunächst auch nach oben steigt. Gleichzeitig vermischt er sich aber mit der Raumluft, dabei nehmen Auftrieb und Konzentration ab. Den Transmitter in Deckenhöhe erreicht im Vergleich zum Transmitter oberhalb des Arbeitsplatzes wasserstoffhaltiges Gemisch verzögert und zusätzlich wird noch die Alarmschwelle später erreicht. 

Fall 2: Faustregel ist gefährlich 
Situation: In einer Fabrikationshalle sollen Leckagen aus einem in Bodennähe installierten Leitungsnetz für Stadtgas (Methan) mittels Gasmess-System überwacht werden.
Faustregel: Die Transmitter wären in Deckenhöhe anzubringen. 
Bessere Lösung: Zunächst müssen die Strömungsverhältnisse im Raum bekannt sein. Die Transmitter werden dort installiert, wo eine Vermischung der Raumluft aus Bodennähe sichergestellt ist. 
Grund: Im Gegensatz zu Fall 1 kann die Austrittquelle nicht mehr räumlich eingegrenzt werden. Das freiwerdende Stadtgas muss sich mit der Raumluft vermischen und mit dieser einen oder mehrere der installierten Transmitter erreichen. In Fabrikationshallen bilden sich aufgrund von Temperaturunterschieden aber gerade auch im Deckenbereich starke Strömungen oder auch Luftschichtungen aus. Im schlimmsten Fall würde das Stadtgas/Luft-Gemisch gar nicht zu den im Deckenbereich installierten Transmittern gelangen. 

Fall 3: Faustregel ist vernünftig 
Situation: In einem Lösemittellager können Behälter oder beim Herabfallen undicht werden. Die Flüssigkeiten werden sich in der Regel am Boden sammeln und dort verdampfen. Die Dämpfe sind schwerer als Luft. Das Gasmess-System soll das Auftreten der Dämpfe möglichst schnell melden. 
Faustregel: Die Transmitter sind in Bodennähe anzubringen. 
Bessere Lösung: In solchen Lägern ist eine Zwangsbelüftung vorgeschrieben. Die dadurch entstehenden Strömungsverhältnisse im Fussbodenbereich sollten bei der Installation zusätzlich berücksichtigt werden.Grund: Die Lösemitteldämpfe bilden sich direkt aus der „Flüssigkeitspfütze” und vermischen sich meist nur langsam mit der Raumluft, wenn keine starke Luftbewegung direkt am Fussboden herrscht. Es bildet sich also eine nur langsam wachsende Dampfwolke in Bodennähe. Der Transmitter ist deshalb an möglichst niedriger Position richtig installiert.

Die hier aufgeführten Fälle geben nur einen winzigen Ausschnitt 
aus den in der Praxis auftauchenden Konstellationen wieder. 
Sie sollten auch nicht ohne weiteres 
auf ähnliche, aber eben doch nicht gleiche Anwendungen übertragen werden.

Eine Einzelfallprüfung bleibt unerlässlich. 

Hilfestellungen können Sie in den Leitfäden für den Einsatz von Gaswarneinrichtungen für brennbare (Europäische Norm EN 50073) und toxische Gase (EN 45544-4) und den berufsgenossenschaftlichen Informationen BGI 518 und BGI 836 finden. 

Natürlich steht Ihnen auch das Personal von ExTox jederzeit gern fachkundig zur Seite.

Der Einsatz von Gasmess-Systemen im Explosions- und Gesundheitsschutz erfordert besondere Sorg-falt. Neben der fachkundigen Unterstützung durch ExTox und den Angaben in Betriebsanleitungen sowie Datenblättern stehen Ihnen auch verschiedene unabhängige Leitfäden zur Verfügung, die Hilfe-stellung für den sicheren Einsatz und Betrieb von Gasmess-Systemen bieten. Diese Leitfäden behan-deln die Auswahl, Installation, Inbetriebnahme und regelmäßige Instandhaltung.

 

Bezeichnung	Titel
DIN EN 60079-29-2  (VDE 0400-6)	Explosionsfähige Atmosphäre – Teil 29-2: Gasmessgeräte – Auswahl, Installation,  Einsatz und Wartung von Geräten für die Messung
Merkblatt T023,  DGUV-I 213-057	Gaswarneinrichtungen für den Explosionsschutz - Einsatz und Be­trieb
Merkblatt T055,  BGI/GUV-I 8617	Mess- und Warngeräte für den Explosionsschutz – Antworten auf häufig gestellte  Fragen
DIN EN 45544-4  (VDE 0400-22-4)	Arbeitsplatzatmosphäre – Elektrische Geräte für die direkte Detektion und direkte  Konzentrationsmessung toxischer Gase und Dämpfe - Teil 4: Leitfaden für Auswahl,  Installation, Einsatz und Wartung
Merkblatt T021,  DGUV-I 213-057	Gaswarneinrichtungen für toxische Gase/Dämpfe und Sauerstoff - Einsatz und Betrieb