Umgang mit tiefkalt verflüssigtem Stickstoff

Wenn Sie kleine Mengen an flüssigen Stickstoff sporadisch einsetzen möchten z.B. zum Kaltdehnen von Wellen im Maschinenbau, zum Testen von Bauteilen bei tiefen Temperaturen, zum Lagern von Proben, zu medizinischen Anwendungen oder auch zum Cryokochen, dann stellen sich Ihnen sicher einige Fragen:

• Wo kann ich flüssigen Stickstoff beziehen?
• Wieviel Stickstoff benötig man für…..?
• Wie kann ich den Stickstoff lagern?
• Kann ich Stickstoffbehälter mieten?
• Kann man den Stickstoff selbst abholen?
• Was kostet flüssiger Stickstoff?
• Wie kann man den Stickstoff entnehmen?
• Was muss man bei der Anwendung beachten?

Wendet man den Stickstoff regelmäßig an sollten die möglichen Gefahren, die im Umgang mit flüssigem Stickstoff entstehen können,  mit einer Gefährdungsbeurteilung erfasst werden. Wir stehen Ihnen bei allen  Fragen und den Aufgabenstellungen gerne beratend  zur Verfügung.

Tiefkalt verflüssigter Stickstoff hat eine Temperatur von ca. – 196°C (Siedepunkt bei einem Umgebungsdruck von 1 bar absolut).

Sobald der Stickstoff Wärme aus der Umgebung, meist über das Gefäß in dem er sich befindet, aufnimmt geht er in die Gasphase über. Das heisst,- er verdampft. Entsprechend gilt es die Aufnahme von Wärme soweit als möglich zu reduzieren, indem das Gefäß mit einer Isolierung,- meist als Vakuum ausgestattet ist. 

Dazu später mehr….

Entsprechende vakuumisolierte Behälter können als drucklose, tragbare Behälter bis etwa 50 l oder als Druckbehälter mit einem Steigrohr und diversen Funktionen ausgestattet werden. Sicherlich kann man den Stickstoff bei kleinen tragbaren Behältern durch Umschütten entnehmen. Allerdings ist es sicherheitstechnisch nicht unkritisch. Besser ist es ein Steigrohr zu verwenden.

Geschlossene Druckbehälter haben dagegen ein fest verflanschtes Steigrohr, Füllstandsanzeigen und ein Druckaufbausystem. 

Der Wärmestrom kann aber auch mit einer Vakuumisolierung nicht vollständig unterbunden werden. So werden sich immer etwa 1%-5% des Inhalts (je nach Qualität in 24 h) in Gas umwandeln. Dabei beträgt die Umwandlungsrate 1:700,- d.h. aus 1 l flüssigem Stickstoff entstehen 700 l Gas. Dieses Gas sammelt sich im Kopfraum des geschlossenen Behälters und bildet einen Überdruck.

Daher muss ein verschlossener Behälter immer mit einem Überdruckventi, auch Sicherheitsventil genannt, ausgestattet sein. Bei einem Überdruck von etwa 1-15 bar (je nach Behältertyp) öffnet ein Sicherheitsventil, um den Druck im Kopfraum zu reduzieren. Oft erkennt man das durch ein leises Zischen.

Umgang und Gefahren

Wenn die tiefkalte Flüssigkeit auf die menschliche Haut trifft, können Erfrierungen („Kaltverbrennungen“) ent­stehen. Großflächige Erfrierungen sind sogar lebensbedro­hend. Einige Werkstoffe vermindern bei tiefen Temperaturen ihre Dehnbarkeit und Zähigkeit, d.h. sie verspröden und können brechen und sind damit für die Berührung mit LIN nicht geeignet. Werkstoffe, die durch LIN abgekühlt werden, schrump­fen. Die Schrumpfung wird behindert, wenn ein Gegenstand fest eingespannt ist. In diesem Fall kann der Werkstoff zerreißen.

An Anlagenteilen, die LIN enthalten und nicht isoliert sind (z.B. Rohrleitungen an LIN-Tanks), kondensiert Luft. Im abtropfenden Kondensat reichert sich — durch Wieder­verdampfung des Stickstoffanteils — Sauerstoff an. 

Wenn dieses sauerstoffreiche Kondensat in einen brennbaren Feststoff (z.B. Holz oder organisches Isoliermaterial) eindringt, entsteht sogar erhöhte Brandgefahr.

Beim direkten Umgang mit LIN (z.B. AbfüIlen) ist persönliche Schutzausrüstung (Körperbedeckende, trockene Kleidung, geschlossene Sicherheitsschuhe, Handschuhe, Schutzbrille) zu benutzen.

Kyrobehälter mit LIN sind so zu transportieren, dass sie nicht umfallen oder herabfallen können. Ladungssicherung ist bei jedem Transport erforderlich. 

Gerätschaften, die für den direkten Umgang mit LIN bestimmt sind, müssen aus kältebeständigem Material (z.B. nichtro­stender, austenitischer Stahl = „Edelstahl“, Kupfer, Alumini­um) bestehen. Organische Materialien, wie Holz, Plastik, Gummi sind ungeeignet.

LIN sollte nicht auf Betonfußböden auslaufen, weil Beton durch die Kalte zerstört wird. Im Bereich einer Füllstelle kann der Fußboden mit einer Wanne aus Edelstahl geschützt wer­den, in der abtropfender LIN aufgefangen wird und verdampft.

Der Fußboden unter nicht isolierten LIN-Anlagenteilen muss aus unbrennbarem Material bestehen, um Brandgefahr infol­ge Sauerstoffanreicherung auszuschließen.

Druck

LIN nimmt unvermeidlich Warme aus der Umgebung auf und geht dabei in den gasförmigen Zustand über. Die Verdampfung von LIN unter Einschluss führt zu einem Druckanstieg. Wenn der Druck nicht entspannt wird, kann das betreffende Anlagenteil bersten.

Kyrobehälter, auf denen keine Angabe des zulässigen inne­ren Überdrucks vorhanden ist, dürfen nur drucklos gefüllt wer­den. 

Die FüIlleitung (Schlauch, Rohr) muss lose in die Behäl­teröffnung eingeführt werden und der flüssige Stickstoff muss frei in den Behälter ausfließen. Die Einfüllöffnung oder eine zweite Öffnung muss beim Füllen teilweise offen bleiben, damit der verdampfende Stickstoff entweichen kann.

Drucklose Behälter, die LIN enthalten, dürfen nur mit einem losen aufliegenden Deckel oder Stopfen verschlossen werden, so dass der Druckausgleich mit der freien Atmosphäre möglich ist.

Kyrobehälter, die für inneren Überdruck geeignet sind, haben eine entsprechende Kennzeichnung. Sie werden in der Regel durch eine fest angeschraubte Leitung gefüllt. Der Vordruck, mit dem die Flüssigkeit dem Kyrobehälter zugeführt wird, darf den zulässigen inneren Überdruck nicht überschreiten.

In Kyrobehälter mit LIN darf kein Wasser gelangen, damit kein Verschluss durch Eispfropfen entsteht. 

Absperrbare Rohrleitungsabschnitte mit LIN müssen ein Sicherheitsventil haben.  LIN sollte auch nicht in größeren Mengen ins Erdreich gelangen. Der verdampfende Stickstoff kann durch Eisbildung im Erd­boden eingeschlossen werden und sich möglicherweise explosionsartig entspannen.

Sauerstoffmangel

Beim Verdampfen entstehen aus 1 Liter LIN ca. 700 Liter gas­förmiger Stickstoff.

Durch Anreicherung von Stickstoff in der Luft vermindert sich die Sauerstoffkonzentration, d.h. Sauerstoffmangel kann ent­stehen, der mit den menschlichen Sinnesorganen nicht fest­stellbar ist. Personen, die sich in sauerstoffarmer Atmosphäre (weniger als 17 Vol.-%0₂) aufhalten, können ohne Vorwarnung und sehr schnell bewusstlos werden und ersticken. 

Dieses Risiko tritt im Freien nur selten auf. In Räumen mit LIN-Anlagen, insbesondere mit offenen Kryobehältern, muss diese Gefahr jedoch immer beachtet werden.

Mit LIN gefüllte Kyrobehälter dürfen in Fahrzeugen nur beför­dert werden, wenn sie für den Straßentransport zugelassen sind, sie im Fahrzeug gegen Umfallen gesichert sind, der Laderaum offen ist oder be- und entlüftet wird. Räume in denen Kryobehälter gelagert werden müssen ausreichend be- und entlüftet sein. Technische Lüftung mit definierter Zu- und Abluft strömen ist zu bevorzugen. 

Die Abluft Öffnungen müssen im unteren Raum teil angeordnet werden, da ver­dampfender Stickstoff kalt und schwerer als Luft ist und sich deshalb vorrangig am Fußboden ausbreitet. Zu- und Abluft Öffnungen dürfen nicht verschlossen werden. Die Raume können mit einer automatischen Warneinrichtung Sauerstoff­mangel ausgerüstet werden, deren Sensoren im unteren Raum teil anzuordnen sind. Alternativ kann man die Mitarbei­ter mit tragbaren Sauerstoffmangel-Warngeraten ausstatten. Die Entscheidung für derartige Warneinrichtungen ist in Abhängigkeit von den Örtlichen und betrieblichen Gegeben­heiten zu treffen.

Das Abfüllen von LIN in Kyrobehälter muss, soweit es nicht automatisch erfolgt, permanent überwacht und rechtzeitig beendet werden, so dass keine Flüssigkeit in den Raum oder ins Freie auslauft. Das Abfüllen kann durch eine Sicherheits­schaltung, bestehend aus einem Totmannschalter und einem Magnetventil in der Füllleitung, gesteuert werden. Das Magnetventil gibt den Zufluss von LIN zu dem Kyrobehälter nur frei, solange der Totmannschalter in regelmäßigen Inter­vallen gedrückt wird. Stationär verwendete Kyrobehälter k6nnen eine automatische Füllstandsregelung haben, die ein Überfüllen sicher verhindert.

Für das Abfüllen en muss eine schriftliche Betriebsanweisung des Arbeitgebers vorhanden sein, die Hinweise enthalten über den sicheren Umgang mit LIN und das Vermeiden von Gefah­ren und Gesundheitsrisiken. Beim Erstellen der Betriebsan­weisung ist die Betriebsanleitung des Herstellers der Kyrobehälter zu berücksichtigen. Diese enthält Hinweise über den bestimmungsgemäßen Einsatz und die ordnungsgemäße Instandhaltung der Kyrobehälter. Mitarbeiter, die LIN abfüllen, müssen über die Inhalte der Betriebsanweisung und der Betriebsanleitung belehrt worden sein.

Mit diesen Ausführungen erkenn Sie bereits was alles zu beachten ist…. aber 

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