Flüssiger Stickstoff

Anwendung und Lagerung

Wenn Sie flüssigen Stickstoff gelegentlich benötigen und deshalb weder flüssigen Stickstoff bevorraten noch den Umgang beachten möchten, können Sie gerne unsere Dienstleistungen nutzen. Sie können sich darauf verlassen, dass wir bei der Ausführung der Arbeiten alle Vorschriften im Umgang mit flüssigem Stickstoff beachten. Das gilt für Lieferungen, kleine Projekte und insbesondere für die größeren Sonderprojekte. Möchten Sie die Arbeiten aber regelmäßig selbst und ausführen, also flüssigen Stickstoff lagern und anwenden, fordert der Gesetzgeber u.a. eine Betriebsanweisung, die auf Basis einer Gefährdungsbeurteilung erstellt werden sollte. Sie müssen also nicht nur die technischen Parameter der Bauteile berücksichtigen, sondern auch das sichere Handling und die Lagerung des flüssigen Stickstoffes beachten.

Gerne unterstützen wir Sie und ihre SIFA, beurteilen das Vorhaben mit den individuellen und sicherheitstechnischen Voraussetzungen und betrachten dabei auch die ökonomischen Rahmenbedingungen. In der Regel beginnt man mit ersten Prototypen, die wir dann gemeinsam mit Ihnen vor Ort, gerne zunächst als Dienstleistung, ausführen. Hierbei betrachten wir auch noch einmal die konstruktive Seite mit den festgelegten Faktoren wie Übermaß und Schrumpf und legen den Fügeprozess und den technischen Ablauf fest. Ebenso die Stickstoffmenge/Bauteil und die Kühlzeiten. Hieraus ergibt sich dann die Basis für weitere Überlegungen, eben wie man den Prozess sicher umsetzen kann. Auch können wir hierzu eine automatisierte Fertigung betrachten.

Flüssiger Stickstoff ein Teil unserer Luft

Obwohl wir Stickstoff täglich atmen, denn Stickstoff ist mit 78 % ein großer Teil unserer Atemluft verdrängt dieser auch den Sauerstoffanteil von 21%. Den Sauerstoffmangel in der Atemluft ist mit menschlichen Sinnesorganen nicht feststellbar. Personen, die sich in sauerstoffarmer Atmosphäre (weniger als 17 Vol.-%02) aufhalten, können daher ohne Vorwarnung schnell bewusstlos werden und ersticken. Dieses Risiko tritt im Freien, wenn eine Durchmischung durch Zirkulation entstehen kann, nur selten auf. Räume, in denen LIN-Kryobehältern gelagert werden oder in denen mit Stickstoff hantiert wird, sind daher immer ausreichend zu belüften. Zudem muss man die extreme Kälte, die man sich zunutze machen möchte, beachtet werden.

Wenn Sie nur kleine Mengen an flüssigen Stickstoff (10 oder 20 l) sporadisch einsetzen möchten z.B. zum Kaltdehnen von kleinen Ringen im Maschinenbau, zum Testen von Bauteilen bei tiefen Temperaturen, zum Lagern von Proben, zu medizinischen Anwendungen oder zum Cryokochen können Sie Behälter bei uns mieten.

In diesen Behältern wird der Stickstoff drucklos gelagert und lässt sich somit einfach umschütten oder durch einen manuellen oder fest installierten Heber, einfach entnehmen. Allerdings kann man mit diesen Hebern nur kleine Mengen pro Minute entnehmen, etwa 1 l pro min

Größere Mengen flüssiger Stickstoff werden, ab 50 l, meistens in Edelstahlbehältern unter Druck gelagert. Aber auch mit solchen hochwertigen Stickstoffbehältern kann man das natürliche Bestreben des flüssigen Stickstoffes, eben mit seiner Temperatur von -196°C der immer einen Temperaturausgleich mit seiner Umgebung anstrebt, nicht vollständig unterbinden.

Stickstoffbehälter

Stickstoffbehälter bestehen aus einem Außen und einem Innenbehälter. Der Raum dazwischen wurde vakuumiert. D.h. Moleküle, die den Wärmetransport begünstigen wurden entzogen. Zwar isoliert das Vakuum zwischen Außen- und Innenbehälter recht gut und absorbiert den Wärmeaustausch,- jedoch verdampfen je nach Vakuumqualität etwa 2-5% des Inhaltes pro Tag.

Bei einem 100 l Behälter der zu 100 % gefüllt ist, würden damit 2-5 l flüssiger Stickstoff innerhalb von 24 h zu gasförmigem Stickstoff umgewandelt.

Betrachtet man dazu die Umwandlungsrate 1:700, entstehen so 1.400-3.500 l gasförmiger Stickstoff. Dieser verbleibt im Kopfraum des Behälters, bis die jeweilige Druckstufe erreicht ist und das Sicherheitsventil den Überdruck ablässt und damit Stickstoff frei gibt.

Je nach Druckstufe des Behälters entsteht also im Kopfraum ein Überdruck. Dieser bewirkt das der flüssige Stickstoff beim Öffnen des Absperrorgans, über das Steigrohr nach oben gefördert wird und so z.B. mittels Abfüllschlauch entnommen werden kann.

Sollen größere Mengen an flüssigen Stickstoff entnommen werden reicht der Druck im Kopfraum oft nicht aus. Sinkt der Druck also muss zwangsweise Stickstoff verdampft werden. Das geschieht mit einem Druckaufbausystem.

Die natürliche Verdampfung ist zudem besonders zu beachten in kleinen geschlossenen Räumen, die nicht belüftet sind oder beim Transport in Fahrzeugen. Sind die Stickstoffbehälter verschlossen handelt es sich um Druckbehälter, die damit einer besonderen verpflichtenden Kontrolle unterliegen.

Druckbehälter unterscheidet man in innerbetrieblich genutzte und solche die unter Druck auf öffentlichen Straßen transportiert werden dürfen, wobei bei einem Transport auf öffentlichen Straßen zudem die ADR zu beachten ist. Zudem entscheidet der Behälterdruck auch über die Verdampfungsrate beim Abfüllen. Ein hoher Behälterdruck bewirkt das der Stickstoff im Behälter wärmer wird und beim Entspannen auf Atmosphäre, also wenn der Stickstoff entnommen wird, entsprechende Entspannungsverluste entstehen. Diese können bis zu 30% betragen.

Was können wir für Sie tun?

Welcher Stickstoffbehälter geeignet ist, entscheidet also die angedachte Anwendung des flüssigen Stickstoffes, was wir im Einzelfall betrachten. Hierzu muss zunächst die benötigte Menge, die über einem gewissen Zeitraum, angewendet werden soll, definiert werden. Anschließend betrachtet man das Handling, also den Abfüllprozess. Dieser kann von Hand oder automatisch mit einer Abfüllvorrichtung durchgeführt werden. Möchten Sie die Eigenschaften von flüssigem Stickstoff, besonders die Kälteenergie, nutzen, dann sollte nicht nur der Bedarf an Kühlenergie richtig berücksichtigt, sondern auch die Mitarbeiter im Umgang geschult sein. Mit unserer Beratung finden wir nicht nur das richtige Equipment, sondern bereiten Sie für die Anwendung ökonomisch und sicherheitstechnisch richtig vor.

Klärung der Ziele

Hierzu stellen Sie uns die Bauteile in Form von Zeichnungen und beabsichtigter konstruktiver Fertigung vor. Stickstoffbedarf, Arbeitsgefäße und Schrumpfparameter können dann bereits ausgelegt werden. Mit dieser ersten Betrachtung werden dann auch alle technischen und ökonomischen Parameter erfasst.

Arbeitsbereich und Versorgung

Das Umfeld des Arbeitsbereiches ist sicherheitstechnisch zu betrachten und zu bewerten. Die Rahmenbedingungen zur Versorgung und Vorhaltung von flüssigem Stickstoff sind festzulegen. Die zu bevorratende Stickstoffmenge richtet sich dabei nach Größe (Materialmenge) und den Stückzahlen. Je nach benötigter Stickstoffmenge/Zeit erfolgt auch die Auswahl eines geeigneten Behälters. Ggf. ist sogar ein Vorratstank mit entsprechenden Versorgungsleitungen notwendig. Auch automatisierte Prozesse durch Roboter, sowie Füllstandsregelung, die dann separat definiert und konstruiert werden müssen, können berücksichtigt werden. Der eigentliche Umfüll- und damit Arbeitsprozess wird festgelegt,- also wie der Mitarbeiter den Stickstoff entnimmt, das Arbeitsgefäß füllt, bzw. mit den unterkühlten Teilen umgeht. Der Arbeitsbereich selbst wird spezifiziert, ebenso die notwendigen persönlichen und örtlichen Schutzmaßnahmen.

Schulung der Mitarbeiter

Die Mitarbeiter sollten den Umgang mit flüssigem Stickstoff und damit die Gefahren kennen. Hierzu bieten wir entsprechende Schulungen mit denen wir Herstellung, Lagerung und Umgang erläutern.

Betriebsanweisung

Gemeinsam mit Ihrer SIFA und unserem Partner erstellen wir dann eine endgültige Betriebsanweisung. Insofern wir Sie mit flüssigem Stickstoff versorgen erhalten Sie von uns einen Zugang zu unseren Webschulungen. Hier finden Sie alle relevanten Informationen, um Ihre Mitarbeiter anschließend selbst unterweisen zu können.

Gerne bieten wir Ihnen ein vollständiges Konzept, mit einem Regelwerk von A-Z unverbindlich an.