Wasserstoff-Lecksuche
Die Lecksuche mit Wasserstoff hat sich in den vergangenen Jahren als wirtschaftlich attraktive Alternative zur Helium-Lecksuche etabliert. Sie basiert auf der Verwendung von Formiergas (ein nicht-brennbares Gemisch aus 5 % Wasserstoff und 95 % Stickstoff) als Prüfgas und eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen in der Energie-, Kälte- und Verfahrenstechnik.
Formiergas — Eigenschaften und Sicherheit
Reiner Wasserstoff ist brennbar und bildet mit Luft explosive Gemische (untere Explosionsgrenze: 4 Vol.-%). Formiergas mit einem H₂-Anteil von 5 % liegt dauerhaft unterhalb der unteren Explosionsgrenze und gilt daher als nicht brennbar und nicht explosionsgefährlich. Es ist geruchlos, ungiftig und verursacht keine Umweltschäden. Die geringen Molekülabmessungen des Wasserstoffs (kinetischer Durchmesser ca. 0,289 nm) machen ihn zu einem äußerst diffusionsfähigen Spurengas, das auch kleinste Leckagen durchströmt.
Sensortechnik für Wasserstoff
Moderne H₂-Sensoren nutzen verschiedene Messprinzipien:
- Katalytische Pellistor-Sensoren: Oxidation des Wasserstoffs an einem Platinkatalysator erzeugt ein Widerstandssignal. Robust und preiswert, aber weniger empfindlich.
- Elektrochemische Sensoren: Selektive Oxidation an einer Messelektrode; sehr empfindlich, Nachweisgrenzen im ppm-Bereich.
- Wärmeleitfähigkeitssensoren (WLD): Detektieren die veränderte Wärmeleitfähigkeit des Gasgemisches bei Anwesenheit von H₂.
- Halbleitersensoren (MOS): Widerstandsänderung eines Metalloxid-Halbleiters; kostengünstig, für orientierende Messungen geeignet.
Hochwertige Prüfgeräte für die Lecksuche verwenden elektrochemische Sensoren oder WLD-Sensoren mit Nachweisgrenzen von 1–10 ppm H₂ in Luft, was Leckraten bis in den Bereich von 10⁻⁷ mbar·l/s ermöglicht.
Vorteile gegenüber Helium
Helium ist das klassische Prüfgas für hochempfindliche Dichtheitskontrollen. Gegenüber Helium bietet Formiergas erhebliche wirtschaftliche Vorteile: Der Preis für Formiergas liegt je nach Abnahmemenge bei einem Bruchteil der Heliumkosten (ca. 5–15 % des Heliumpreises pro m³). Da Helium ein knappes Edelgas ist, dessen Weltmarktpreis stark schwankt, gewinnt die H₂-Lecksuche insbesondere bei großvolumigen Systemen und häufig wiederkehrenden Prüfungen an Bedeutung. Zudem entweicht Formiergas nach der Prüfung rückstandslos in die Atmosphäre, ohne Umweltschäden zu verursachen.
Anwendungsbereiche
Fernwärmenetze
Leckagen in erdverlegten Fernwärmerohren sind schwer zu lokalisieren. Nach Einspeisung von Formiergas und Aufbau eines Überdrucks kann das entweichende H₂-Gas an der Erdoberfläche mit einer Sonde detektiert werden. Diese Methode ermöglicht eine schnelle Eingrenzung der Leckstelle ohne großflächige Tiefbauarbeiten.
Gasverteilungsnetze
Gasnetzbetreiber setzen H₂-Lecksuche zur Dichtigkeitsprüfung von Hausanschlussleitungen, Armaturen und Verbindungsstücken ein — sowohl bei Neuverlegung als auch bei Betriebsprüfungen.
Kälteanlagen und Wärmepumpen
Kältemittelleckagen sind ökologisch bedenklich (GWP-Wert) und führen zu Leistungsverlusten. Die H₂-Lecksuche ermöglicht eine effiziente Dichtheitsprüfung ganzer Anlagen oder einzelner Komponenten vor der Kältemittelfüllung.
Behälter und Rohrleitungen
Druckbehälter und Rohrleitungssysteme in der Prozessindustrie können nach Druckaufbau mit Formiergas mithilfe von Handlecksuchgeräten oder stationären Messsystemen auf Dichtheit geprüft werden.
Nachweisgrenzen und Normen
Typische Nachweisgrenzen liegen zwischen 1 und 50 ppm H₂ in Luft. Die zugehörigen Leckraten bewegen sich im Bereich von 10⁻⁵ bis 10⁻⁷ mbar·l/s, abhängig vom Systemdruck und der Prüfgeometrie. Relevante Normen sind u. a. DIN EN 13184 (Gasprüfverfahren) und die DVGW-Arbeitsblätter für Gasinstallationen.