Flüssiger Stickstoff

Anwendung und Lagerung

Wenn Sie nur gelegentlich flüssigen Stickstoff benötigen und deshalb weder flüssigen Stickstoff bevorraten noch die notwendigen Vorgaben für den erforderlichen 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 flüssigen Stickstoff lieber selbst lagern und anwenden, fordert der Gesetzgeber u.a. eine Betriebsanweisung, die auf Basis einer Gefährdungsbeurteilung erstellt werden sollte. Sie müssen 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 um den Prozess dauerhaft sicher umzusetzen. Wir können wir hierzu auch 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 den Sauerstoffanteil von 21%. Der 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, wo eine Durchmischung durch Zirkulation entstehen kann, nur selten auf. Räume in denen LIN-Kryobehälter gelagert werden oder in denen mit Stickstoff hantiert wird, sind daher immer ausreichend zu belüften. Zudem muss die extreme Kälte, die man sich zunutze machen möchte, berücksichtigt werden.

Wenn Sie nur kleine Mengen an flüssigem 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 lassen sich 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. Selbst mit diesen hochwertigen Stickstoffbehältern kann man das natürliche Bestreben des flüssigen Stickstoffes, mit seiner Temperatur von -196°C immer einen Temperaturausgleich mit seiner Umgebung anzustreben, 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, muss zwangsweise Stickstoff verdampft werden. Das geschieht mit einem Druckaufbausystem.

Die natürliche Verdampfung ist besonders in kleinen geschlossenen Räumen, die nicht belüftet sind oder beim Transport in Fahrzeugen zu beachten. 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 zusätzlich die ADR zu beachten ist. Weiterhin entscheidet der Behälterdruck über die Verdampfungsrate beim Abfüllen. Ein hoher Behälterdruck bewirkt das der Stickstoff im Behälter wärmer wird und beim Entspannen auf Atmosphäre, also bei Stickstoffentnahme, entsprechende Entspannungsverluste entstehen. Diese können bis zu 30% betragen.

Was können wir für Sie tun?

Welcher Stickstoffbehälter geeignet ist, entscheidet die angedachte Anwendung des flüssigen Stickstoffes. Wir betrachten hier immer den Einzelfall. Es muss zunächst die benötigte Menge, die über einem gewissen Zeitraum, angewendet werden soll, definiert werden. Anschließend betrachtet man das Handling, genau genommen 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 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 die Auswahl eines geeigneten Behälters. Gegebenenfalls ist sogar ein Vorratstank mit entsprechenden Versorgungsleitungen notwendig. Automatisierte Prozesse durch Roboter sowie Füllstandsregelung, die dann separat definiert und konstruiert werden müssen, können berücksichtigt werden. Der eigentliche Umfüll- bzw. Arbeitsprozess, wie der Mitarbeiter den Stickstoff entnimmt, das Arbeitsgefäß füllt, bzw. mit den unterkühlten Teilen umgeht, wird festgelegt. Der Arbeitsbereich selbst wird spezifiziert, ebenso die notwendigen persönlichen und örtlichen Schutzmaßnahmen.

Schulung der Mitarbeiter

Die Mitarbeiter sollten den Umgang mit flüssigem Stickstoff und die damit verbundenen 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 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.