Eine neu montierte Messleitung enthält zunächst Luft. Das gilt auch dann, wenn sie nur wenige Millimeter Innendurchmesser besitzt und vom Prozessanschluss bis zum Drucksensor nur eine kurze Strecke überbrückt.
Wird anschließend Wasserstoff in diese Leitung eingebracht, treffen Wasserstoff und der noch vorhandene Sauerstoff aus der Luft aufeinander. Damit kann innerhalb der Leitung vorübergehend ein zündfähiges Gasgemisch entstehen.
Genau deshalb gehört das Spülen von wasserstoffführenden Mess-, Impuls- und Instrumentenleitungen zur Inbetriebnahmeplanung. Entscheidend ist nicht nur, dass überhaupt gespült wird. Der Spülweg muss so gestaltet sein, dass Luft auch aus Ventilräumen, T-Stücken, Sensoranschlüssen und anderen schlecht durchströmten Bereichen entfernt werden kann.
Bei gasförmigen Wasserstoffsystemen wird dafür typischerweise ein geeignetes Inertgas eingesetzt. In vielen Anwendungen ist dies Stickstoff. Für kryogene Wasserstoffsysteme gelten andere Randbedingungen, weil Stickstoff bei Flüssigwasserstofftemperaturen nicht geeignet ist.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Nachweis des Spülerfolgs. Eine bestimmte Spülzeit oder eine pauschale Anzahl von Gaswechseln ist nicht automatisch für jede Leitungsgeometrie ausreichend. Besonders Toträume, Abzweige und lange Stichleitungen können wesentlich langsamer ausgetauscht werden als eine gerade durchströmte Rohrleitung.
Deshalb sollte dort gemessen werden, wo Restluft am wahrscheinlichsten verbleibt beziehungsweise wo das austretende Gas den tatsächlichen Zustand der zu spülenden Leitung repräsentiert.
Für die Inbetriebnahme eines Wasserstoffsystems empfiehlt H2Tools als Best Practice, den Sauerstoffgehalt vor dem Einbringen von Wasserstoff auf unter 1 % zu reduzieren. Dieser Wert ist jedoch kein allgemeiner Ersatz für die projektspezifische Freigabe. Anlagenstandard, Betreiberanforderung, Herstellerangaben und Risikobeurteilung können strengere Grenzwerte verlangen.
Auch die Druckmesstechnik selbst gehört zur Betrachtung. Ein Drucksensor kann anzeigen, ob eine Leitung druckbeaufschlagt ist. Er kann jedoch nicht feststellen, ob die Leitung ausreichend frei von Sauerstoff oder Fremdgas ist. Für den Nachweis der Gaszusammensetzung ist ein dafür geeignetes Analyse- beziehungsweise Gasmessverfahren erforderlich.
Die zentrale Aussage lautet: Eine Wasserstoff-Messleitung ist erst dann für die Inbetriebnahme vorbereitet, wenn der komplette relevante Leitungsraum nach einem festgelegten Verfahren gespült, die geforderte Restgaszusammensetzung an geeigneter Stelle nachgewiesen und die Dichtheit des Systems sichergestellt wurde.
Inhaltsverzeichnis
- Warum muss eine Wasserstoff-Messleitung überhaupt gespült werden?
- Warum kleine Messleitungen besonders beachtet werden müssen
- Warum Wasserstoff und Restluft nicht direkt aufeinandertreffen sollten
- Welche Aufgabe übernimmt das Inertgas?
- Welche grundsätzlichen Spülverfahren gibt es?
- Warum Toträume und Stichleitungen kritisch sind
- Wo sollte die Restgaszusammensetzung geprüft werden?
- Welcher Sauerstoffgehalt ist zulässig?
- Warum eine feste Spülzeit allein nicht ausreicht
- Welche Rolle spielt der Druck?
- Warum das Spülgas sicher abgeführt werden muss
- Dichtheitsprüfung und Spülung richtig auseinanderhalten
- Warum der Drucksensor die Spülqualität nicht nachweisen kann
- Wasserstoffgeeignete Werkstoffe und Sensoren berücksichtigen
- Wie Restgas die Messdynamik beeinflussen kann
- Vom Inertgas zum Wasserstoffbetrieb
- Warum das Thema auch bei Wartung relevant ist
- ISO/TS 15916 und weitere Regelwerke richtig einordnen
- Typische Fehlerbilder systematisch diagnostizieren
- Passende Wasserstoff-Messtechnik von ICS Schneider
- Fazit
- Häufige Fragen zum Spülen von Wasserstoff-Messleitungen
1. Warum muss eine Wasserstoff-Messleitung überhaupt gespült werden?
Nach Montage oder Wartung enthält eine geöffnete Leitung normalerweise Umgebungsluft.
Diese Luft besteht unter anderem aus Sauerstoff. Wird Wasserstoff anschließend ohne ausreichende Verdrängung der Luft eingeleitet, entstehen während des Gasaustauschs Bereiche mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen.
Ein Teil dieser Gemische kann brennbar sein.
Die Aufgabe der Spülung besteht daher darin, den Sauerstoff beziehungsweise die Luft vor der eigentlichen Wasserstoffbeaufschlagung aus dem relevanten Systemvolumen zu entfernen.
Die 2026 veröffentlichte ISO/TS 15916 beschreibt Purging entsprechend als Verfahren zum Entfernen unerwünschter Stoffe und nennt ausdrücklich die Entfernung von Luft vor dem Einbringen von Wasserstoff als Beispiel zur Vermeidung eines brennbaren Gemisches.
Für Messleitungen ist dieses Prinzip genauso relevant wie für größere Rohrleitungen oder Behälter.
2. Warum kleine Messleitungen besonders beachtet werden müssen
Eine dünne Instrumentenleitung enthält nur ein kleines Gasvolumen. Dadurch entsteht leicht der Eindruck, dass ihr Inhalt bei der Inbetriebnahme keine wesentliche Rolle spielt.
Messtechnisch und sicherheitstechnisch ist jedoch nicht allein das Gesamtvolumen entscheidend.
Messleitungen sind häufig als Stichleitungen ausgeführt. Am Ende befindet sich beispielsweise ein Drucksensor, Manometer, Ventilblock oder Differenzdrucktransmitter.
Bei einer solchen Konstruktion existiert nicht zwangsläufig ein kontinuierlicher Durchfluss durch die komplette Leitung.
Gas kann deshalb in schlecht durchströmten Bereichen länger verbleiben.
Besonders relevant sind Ventilkammern, Abzweige, kurze Sackgassen, Manometeranschlüsse, Sensorhohlräume und Bereiche mit wechselnden Querschnitten.
Die Leitung muss daher als reales dreidimensionales Volumen betrachtet werden und nicht nur anhand ihrer Länge.
3. Warum Wasserstoff und Restluft nicht direkt aufeinandertreffen sollten
Wasserstoff besitzt einen weiten Entzündbarkeitsbereich in Luft und benötigt nur eine geringe Zündenergie.
Deshalb sollte vermieden werden, innerhalb einer Anlage unnötig ein Wasserstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen.
Bei einer kontrollierten Inbetriebnahme wird die Luft daher zunächst durch ein geeignetes Inertgas verdrängt.
Dadurch wird zwischen dem ursprünglichen Luftinhalt und dem später eingeführten Wasserstoff eine nicht brennbare beziehungsweise stark sauerstoffreduzierte Atmosphäre hergestellt.
Dieses Prinzip reduziert auch die Abhängigkeit davon, wie sich Wasserstoff und Luft innerhalb einer komplexen Leitungsgeometrie tatsächlich vermischen.
Das konkrete Verfahren muss jedoch für die jeweilige Anlage festgelegt sein.
4. Welche Aufgabe übernimmt das Inertgas?
Das Inertgas bildet während der Inbetriebnahme eine Zwischenatmosphäre.
Es verdrängt zunächst die Luft beziehungsweise reduziert deren Sauerstoffanteil auf den für die Anlage festgelegten Wert.
Erst anschließend wird die inertisierte Leitung in den vorgesehenen Wasserstoffbetrieb überführt.
Für gasförmige Wasserstoffsysteme wird häufig Stickstoff verwendet.
Bei tiefkalten Flüssigwasserstoffsystemen ist Stickstoff dagegen nicht allgemein geeignet. H2Tools nennt hierfür Helium, weil Stickstoff bei Flüssigwasserstofftemperaturen erstarren kann.
| Medium | Typische Funktion | Wichtiger Hinweis |
|---|---|---|
| Stickstoff | Inertisierung gasförmiger Wasserstoffsysteme | Eignung für Temperatur und Anlage prüfen |
| Helium | Inertgas insbesondere bei kryogenen H₂-Systemen | Andere Stoffeigenschaften und Kosten berücksichtigen |
| Wasserstoff | Späteres Prozessmedium | Erst nach freigegebener Inertisierung einbringen |
| Luft | Ausgangszustand nach Öffnung/Montage möglich | Vor H₂-Inbetriebnahme kontrolliert entfernen |
Welches Gas tatsächlich eingesetzt werden darf, muss aus der konkreten Anlagen- und Betriebsvorschrift hervorgehen.
5. Welche grundsätzlichen Spülverfahren gibt es?
Für Wasserstoffsysteme existieren verschiedene grundsätzliche Möglichkeiten, vorhandene Luft durch ein Inertgas zu ersetzen.
Bei einer Durchströmungsspülung wird Inertgas an einer Stelle eingeleitet und an einer anderen kontrolliert abgeführt.
Dieses Verfahren ist bei einfachen Leitungsverläufen besonders übersichtlich.
Bei komplexeren Volumen können auch Druckwechselverfahren eingesetzt werden, bei denen der Inhalt schrittweise verdünnt wird.
Für bestimmte Systeme kann außerdem eine Vakuumierung Bestandteil eines freigegebenen Verfahrens sein.
| Prinzip | Grundidee | Besonders zu beachten |
|---|---|---|
| Durchströmung | Inertgas verdrängt vorhandenes Gas entlang eines definierten Strömungswegs | Toträume und Verzweigungen |
| Druckwechsel | Schrittweise Verdünnung durch kontrolliertes Beaufschlagen und Entlasten | Druckfestigkeit und freigegebene Entlüftung |
| Vakuumgestütztes Verfahren | Restgas wird vor der Inertgasbeaufschlagung teilweise entfernt | Nur für dafür geeignete Komponenten und Verfahren |
Welches Verfahren eingesetzt wird, ist keine pauschale Entscheidung. Leitungsgeometrie, Bauteile, Druckstufe, Anlagenstandard und Sicherheitskonzept bestimmen das geeignete Vorgehen.
6. Warum Toträume und Stichleitungen kritisch sind
Bei einer geraden Leitung mit klar definiertem Ein- und Ausgang kann sich ein relativ eindeutiger Spülweg ergeben.
Eine Messinstallation besteht jedoch häufig nicht nur aus einer geraden Rohrstrecke.
Ein T-Stück kann beispielsweise zu einem Drucktransmitter führen, während der Hauptgasstrom daran vorbeiströmt.
In dieser Stichleitung findet dann nur ein eingeschränkter Austausch statt.
Dasselbe gilt für geschlossene Ventiltaschen oder Leitungsabschnitte, die während der Spülung nicht durchströmt werden.
Die Aussage „die Hauptleitung wurde ausreichend gespült“ bedeutet deshalb nicht automatisch, dass jede angeschlossene Messleitung ebenfalls denselben Gaszustand erreicht hat.
Das Anlagenkonzept sollte daher bereits bei der Konstruktion berücksichtigen, wie Instrumentenleitungen gespült und gegebenenfalls analysiert werden können.
7. Wo sollte die Restgaszusammensetzung geprüft werden?
Eine Gasprobe ist nur dann aussagekräftig, wenn ihr Entnahmeort den zu bewertenden Bereich tatsächlich repräsentiert.
Eine Sauerstoffmessung direkt am Inertgaseintritt bestätigt beispielsweise hauptsächlich die Qualität des zugeführten Gases.
Sie zeigt nicht zwangsläufig, ob am Ende einer langen Messleitung noch Luft vorhanden ist.
Für eine belastbare Beurteilung ist daher ein geeigneter Analysepunkt am relevanten Austritt beziehungsweise an einem für die ungünstigste Leitungsstelle repräsentativen Punkt wesentlich aussagekräftiger.
Bei komplexen Systemen können mehrere Prüfpunkte erforderlich sein.
H2Tools weist ebenfalls darauf hin, dass Systeme ausreichend Analysepunkte besitzen sollten, wenn die Gaszusammensetzung zur Freigabe herangezogen wird.
8. Welcher Sauerstoffgehalt ist zulässig?
Eine universelle Sauerstoffgrenze für jede Wasserstoffanlage existiert nicht.
H2Tools empfiehlt als Best Practice, den Sauerstoffgehalt vor der Wiederinbetriebnahme eines Wasserstoffsystems auf unter 1 % zu reduzieren.
Dieser Wert ist eine wichtige Orientierung, darf aber nicht automatisch als Freigabekriterium für jede Anlage übernommen werden.
Abhängig von Anlage, Prozess, Reinheitsanforderung und anzuwendendem Regelwerk können niedrigere Grenzwerte erforderlich sein.
Bei Brennstoffzellen, Elektrolyseuren oder hochreinen Prüfständen kann zudem nicht nur die Explosionssicherheit, sondern auch die erforderliche Gasqualität entscheidend sein.
Das betriebliche Freigabekriterium muss deshalb vor Beginn der Spülung feststehen.
9. Warum eine feste Spülzeit allein nicht ausreicht
Eine Vorgabe wie „fünf Minuten Stickstoff spülen“ beschreibt zunächst nur eine Zeitdauer.
Sie berücksichtigt nicht automatisch Leitungslänge, freien Querschnitt, Totvolumen, Gasstrom, Verzweigungen und tatsächliche Durchmischung.
Bei einer einfachen Leitung kann die Zeit ausreichend sein, bei einer anderen Geometrie dagegen nicht.
Auch eine rechnerische Anzahl von Volumenwechseln sollte bei sicherheitsrelevanten Anwendungen nicht ohne Berücksichtigung der realen Strömungsverhältnisse verwendet werden.
Die robustere Strategie besteht darin, das Verfahren für die konkrete Anlage zu qualifizieren und den vorgesehenen Endzustand dort zu überprüfen, wo er relevant ist.
Damit wird die Spülung von einem reinen Zeitvorgang zu einem kontrollierten Prozess.
10. Welche Rolle spielt der Druck?
Messleitungen in Wasserstoffanlagen können von wenigen Millibar bis zu mehreren hundert bar betrieben werden.
Die spätere Betriebsdruckstufe darf jedoch nicht mit dem erforderlichen Druck während des Spülvorgangs gleichgesetzt werden.
Das Spülverfahren muss zu allen beteiligten Leitungen, Ventilen, Sensoren und Entlüftungseinrichtungen passen.
Besonders kritisch ist das unkontrollierte Entlasten einer unter Wasserstoffdruck stehenden Instrumentenleitung.
H2Tools dokumentiert einen Vorfall, bei dem eine Drucktransmitterleitung noch unter erheblichem Wasserstoffdruck stand und beim Lösen einer Verbindung plötzlich Gas freigesetzt wurde.
Eine Verschraubung sollte deshalb nicht als improvisierte Entlüftungsstelle verwendet werden.
Vorgesehene Ventil- und Entlüftungswege gehören zur Konstruktion der Messstelle.
11. Warum das Spülgas sicher abgeführt werden muss
Das beim Spülen verdrängte Gas verschwindet nicht. Es muss an einen dafür vorgesehenen sicheren Ort abgeführt werden.
Bei der ersten Inertisierung enthält der Austritt zunächst hauptsächlich Luft und zunehmend Inertgas.
Beim späteren Übergang in den Wasserstoffbetrieb kann das austretende Gas zusätzlich Wasserstoff enthalten.
Die Abführung muss deshalb Bestandteil des Sicherheitskonzeptes sein.
In geschlossenen Räumen ist zusätzlich zu berücksichtigen, dass große Mengen an Stickstoff oder anderen Inertgasen den Sauerstoffgehalt der Raumluft reduzieren können.
Eine sichere Wasserstoff-Spülung darf daher nicht dadurch ein neues Erstickungsrisiko durch das verwendete Inertgas erzeugen.
12. Dichtheitsprüfung und Spülung richtig auseinanderhalten
Dichtheitsprüfung und Inertisierung erfüllen unterschiedliche Aufgaben.
Bei der Dichtheitsprüfung wird geprüft, ob Leitungen und Verbindungen das Medium unter den vorgesehenen Prüfbedingungen sicher einschließen.
Bei der Spülung wird dagegen die Gaszusammensetzung innerhalb des Systems verändert.
Ein dichtes System kann weiterhin vollständig mit Luft gefüllt sein.
Umgekehrt kann eine Leitung erfolgreich gespült worden sein und trotzdem eine Undichtigkeit besitzen.
Beide Zustände müssen deshalb unabhängig voneinander bewertet werden.
Inertgassysteme können je nach Anlagenkonzept auch für Druck- beziehungsweise Dichtheitsprüfungen genutzt werden. Das ersetzt jedoch nicht das jeweils vorgeschriebene Prüfverfahren.
13. Warum der Drucksensor die Spülqualität nicht nachweisen kann
Ein Drucktransmitter misst Druck.
Bei gleicher Temperatur kann beispielsweise ein Leitungsabschnitt mit Stickstoff, Luft oder Wasserstoff denselben Druck besitzen.
Aus dem angezeigten Druck kann daher nicht abgeleitet werden, welches Gas sich tatsächlich in der Leitung befindet.
Auch eine stabile Druckanzeige beweist nicht, dass der Sauerstoff ausreichend entfernt wurde.
Für die Freigabe der Gaszusammensetzung muss deshalb ein geeignetes Analyseverfahren verwendet werden.
Druckmessung und Gasanalyse erfüllen unterschiedliche Aufgaben und sollten in der Inbetriebnahmeplanung nicht miteinander verwechselt werden.
14. Wasserstoffgeeignete Werkstoffe und Sensoren berücksichtigen
Nach erfolgreicher Spülung wird die Messleitung dauerhaft dem Wasserstoff ausgesetzt.
Damit werden Werkstoffauswahl und Sensorkonstruktion relevant.
Wasserstoff kann in metallische Werkstoffe eindringen und abhängig von Werkstoff, Druck, Temperatur und Belastung Eigenschaften beziehungsweise Langzeitstabilität beeinflussen.
Für wasserstoffberührte Komponenten werden deshalb geeignete Werkstoffe benötigt.
WIKA nennt für zahlreiche Wasserstoffanwendungen insbesondere austenitische Edelstähle wie 316L beziehungsweise 316Ti. Bei elektronischen Drucksensoren kommen zusätzlich speziell geeignete Werkstoffe für das Sensorelement zum Einsatz.
Die Eignung eines Standard-Drucksensors sollte deshalb nicht allein daraus abgeleitet werden, dass sein Prozessanschluss aus Edelstahl besteht.
Membran, Sensorelement, Schweißverbindungen und gegebenenfalls Dichtungen gehören ebenfalls zur medienberührten Konstruktion.
15. Wie Restgas die Messdynamik beeinflussen kann
Restgas in einer Druckmessleitung ist nicht nur ein Sicherheits- beziehungsweise Reinheitsthema.
Die Geometrie der Messleitung beeinflusst auch die dynamische Druckübertragung.
Lange dünne Leitungen, Ventile und Toträume können schnelle Druckänderungen dämpfen oder verzögern.
Für schnelle Prüfstände oder Brennstoffzellensysteme muss deshalb geprüft werden, ob die gewählte Instrumentierung die gewünschte Dynamik tatsächlich überträgt.
Eine vollständig gespülte Messleitung löst eine ungünstige dynamische Leitungsgeometrie nicht automatisch.
Umgekehrt sollte ein ungewöhnlich träges Drucksignal nicht vorschnell als Sensorfehler interpretiert werden.
Messleitung, Prozessanschluss und Sensor bilden gemeinsam die dynamische Messkette.
16. Vom Inertgas zum Wasserstoffbetrieb
Nachdem die geforderte Inertisierung nachgewiesen wurde, muss die Leitung kontrolliert in den eigentlichen Betriebszustand überführt werden.
Dabei wird das vorhandene Inertgas zunehmend durch Wasserstoff ersetzt.
Auch dieser Übergang muss über den dafür vorgesehenen Gasweg erfolgen.
Für Anwendungen mit Anforderungen an die Wasserstoffreinheit kann zusätzlich nachzuweisen sein, dass das zuvor verwendete Inertgas ausreichend aus dem Mess- beziehungsweise Prozesssystem entfernt wurde.
Eine sicherheitstechnisch ausreichend inertisierte Leitung ist daher nicht automatisch bereits hinsichtlich Gasreinheit im endgültigen Prozesszustand.
Explosionsschutz, Prozessreinheit und messtechnische Betriebsbereitschaft sind getrennte Freigabekriterien.
17. Warum das Thema auch bei Wartung relevant ist
Bei Wartungsarbeiten kehrt sich die Situation um.
Eine Messleitung, die im Betrieb Wasserstoff enthält, darf vor dem Öffnen nicht einfach als drucklos und damit ungefährlich betrachtet werden.
Auch nach dem Absenken des Drucks kann Wasserstoff im Leitungsvolumen vorhanden sein.
Vor Arbeiten, bei denen eine Verbindung geöffnet wird, muss der wasserstoffhaltige Bereich deshalb nach dem dafür vorgesehenen Verfahren außer Betrieb genommen und gespült werden.
H2Tools empfiehlt ausdrücklich, Wasserstoff vor Wartungsarbeiten aus dem System zu entfernen und die Freigabe anhand des vorgesehenen Verfahrens beziehungsweise einer geeigneten Analyse zu bestätigen.
Spülbarkeit sollte deshalb bereits bei der Konstruktion einer Messstelle berücksichtigt werden und nicht erst beim ersten Sensortausch.
18. ISO/TS 15916 und weitere Regelwerke richtig einordnen
Die aktuelle grundlegende internationale Veröffentlichung für allgemeine Sicherheitsaspekte von Wasserstoffsystemen ist ISO/TS 15916:2026.
Sie behandelt grundlegende Eigenschaften, Gefährdungen und Maßnahmen zur Risikominderung bei gasförmigem und flüssigem Wasserstoff.
Die zuvor verwendete ISO/TR 15916:2015 wurde zurückgezogen und durch ISO/TS 15916:2026 ersetzt.
Für spezifische Anwendungen gelten zusätzliche Regelwerke.
ISO 19880-1:2020 behandelt beispielsweise Planung, Installation, Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung gasförmiger Wasserstofftankstellen.
Für Elektrolyseure, Brennstoffzellensysteme, Prüfstände oder andere Anlagen können wiederum andere produktspezifische Normen und Betreiberanforderungen gelten.
Ein allgemeiner Fachbeitrag kann diese projektspezifische Sicherheitsbewertung daher nicht ersetzen.
19. Typische Fehlerbilder systematisch diagnostizieren
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Sinnvolle Prüfung |
|---|---|---|
| O₂-Wert am Hauptausgang niedrig, aber Messleitung weiterhin auffällig | Stichleitung oder Totraum nicht ausreichend gespült | Gaszusammensetzung an repräsentativem Messleitungsende prüfen |
| Sauerstoffwert sinkt nur sehr langsam | Totraum, geringer Austausch oder komplexer Leitungsverlauf | Spülweg und Ventilstellungen anhand des freigegebenen Verfahrens prüfen |
| Nach Umschaltung auf H₂ bleibt Reinheit außerhalb der Vorgabe | Restliches Inertgas im Leitungsvolumen | Gasqualität am vorgesehenen Analysepunkt prüfen |
| Druck ist stabil, O₂-Freigabe fehlt jedoch | Druckmessung wurde fälschlich als Spülnachweis betrachtet | Geeignete Gasanalyse durchführen |
| Messwert reagiert ungewöhnlich langsam | Lange Messleitung, kleines Innenvolumen oder Drosselwirkung | Dynamik der gesamten Messleitung untersuchen |
| Messwert driftet langfristig unter H₂ | Wasserstoffpermeation beziehungsweise ungeeignete Sensorvariante | H₂-Eignung des Sensors und Betriebsbedingungen prüfen |
| Gas tritt beim Lösen eines Fittings aus | Leitung nicht sicher druckentlastet beziehungsweise gespült | Arbeit abbrechen und freigegebenes Entlastungs-/Spülverfahren anwenden |
| Stickstoff wird in den Arbeitsraum abgegeben | Ungeeignete Spülgasführung | Entlüftung und Risiko sauerstoffarmer Atmosphäre bewerten |
20. Passende Wasserstoff-Messtechnik von ICS Schneider
ICS Schneider Messtechnik bietet Drucksensoren, Transmitter, mechanische Druckmessgeräte und weitere Instrumentierung für Wasserstoffanwendungen. Eine Übersicht finden Sie unter H² Wasserstoff-Anwendungen und H² Drucksensoren.
20.1 Druck UNIK 5000H
Der Druck UNIK 5000H wurde speziell für anspruchsvolle Wasserstoffanwendungen optimiert.
Die Baureihe deckt Messbereiche von 700 mbar bis 700 bar ab und erreicht abhängig von der Ausführung eine Genauigkeit bis ±0,04 % FS.
Die medienberührten Werkstoffe sind für Wasserstoffanwendungen ausgelegt. Die Konstruktion verwendet unter anderem Edelstahl 316L und eine optimierte Barriere zum Schutz des Sensorelements gegen Wasserstoffpermeation.
Mit einem Frequenzgang bis 3,5 kHz ist der Sensor auch für dynamischere Druckmessungen interessant, sofern die vorgeschaltete Messleitung diese Dynamik nicht bereits begrenzt.
20.2 WIKA IS-3
Der WIKA IS-3 ist ein Druckmessumformer für explosionsgefährdete Bereiche mit umfangreichen ATEX-, IECEx-, FM- und CSA-Zulassungen.
Bei Wasserstoffanwendungen muss die konkrete Geräteausführung hinsichtlich Messbereich und medienberührter Werkstoffe ausgewählt werden.
WIKA weist ausdrücklich darauf hin, dass Wasserstoffdiffusion in Sensorstrukturen zu einer erhöhten Langzeitdrift führen kann und Temperatur, Wasserstoffanteil sowie Membrangeometrie die Eignung beeinflussen.
20.3 Messleitung und Sensor als Gesamtsystem betrachten
Für die Auswahl eines Wasserstoff-Drucksensors reicht der Druckbereich allein nicht aus.
Relevant sind unter anderem Wasserstoffreinheit, Druck, Temperatur, Druckwechsel, gewünschte Dynamik, Ex-Zone, Prozessanschluss, Werkstoffe und die Konstruktion der vorgeschalteten Instrumentenleitung.
Bei einer langen oder stark gedrosselten Messleitung kann ein sehr schneller Sensor keine entsprechend schnelle Prozessmessung liefern.
ICS Schneider unterstützt deshalb bei der Auswahl von Sensor und Messstellenkonzept für Prüfstand, Elektrolyse, Brennstoffzelle und weitere H₂-Anwendungen.
21. Fazit
Eine Wasserstoff-Messleitung darf bei der Inbetriebnahme nicht als unbedeutendes kleines Nebenvolumen betrachtet werden.
Nach Montage oder Wartung enthält sie zunächst Luft und damit Sauerstoff.
Wird Wasserstoff direkt eingebracht, kann während des Gasaustauschs innerhalb der Leitung ein brennbares Gemisch entstehen.
Deshalb wird vor dem Wasserstoffbetrieb eine definierte Inertisierung vorgesehen.
Bei gasförmigen Wasserstoffsystemen wird dafür häufig Stickstoff eingesetzt. Bei kryogenen Anwendungen können andere Anforderungen gelten.
Besonders wichtig sind Toträume und Stichleitungen. Eine sauber gespülte Hauptleitung beweist nicht automatisch, dass auch jede Instrumentenleitung denselben Zustand erreicht hat.
Ebenso reicht eine feste Spülzeit allein nicht aus, wenn der tatsächliche Gasaustausch nicht für die konkrete Geometrie nachgewiesen wurde.
Die Gaszusammensetzung sollte deshalb an einem repräsentativen Punkt kontrolliert werden. H2Tools empfiehlt vor der Wiederinbetriebnahme eine Reduzierung des Sauerstoffgehalts auf unter 1 %, wobei projektspezifische Vorgaben strengere Anforderungen stellen können.
Druckmessung und Gasanalyse sind dabei klar voneinander zu unterscheiden. Ein Drucksensor kann weder Sauerstoffgehalt noch Wasserstoffreinheit bestätigen.
Nach der Inertisierung müssen außerdem Dichtheit, kontrollierter Übergang zum Wasserstoffbetrieb und gegebenenfalls die endgültige Gasreinheit berücksichtigt werden.
Für eine belastbare Planung gilt deshalb:
Leitungsgeometrie und Toträume bestimmen → geeignetes Inertgas und freigegebenes Spülverfahren festlegen → sicheren Ein- und Austrittsweg vorsehen → Mess- und Ventilräume vollständig berücksichtigen → Gaszusammensetzung an repräsentativer Stelle kontrollieren → projektspezifisches Freigabekriterium bestätigen → kontrolliert auf Wasserstoffbetrieb überführen → Gasreinheit gegebenenfalls erneut nachweisen → Dichtheit und Messfunktion prüfen → Spül- und Freigabezustand dokumentieren.
Der wichtigste praktische Grundsatz lautet damit: Nicht die Dauer der Spülung entscheidet allein darüber, ob eine Wasserstoff-Messleitung bereit für die Inbetriebnahme ist. Entscheidend ist der nachgewiesene Zustand des tatsächlich zu betreibenden Leitungsvolumens.
22. Häufige Fragen zum Spülen von Wasserstoff-Messleitungen
22.1 Warum müssen Wasserstoff-Messleitungen gespült werden?
Damit Luft und insbesondere Sauerstoff vor dem Einbringen von Wasserstoff aus der Leitung entfernt werden und sich innerhalb des Systems kein unnötiges brennbares Wasserstoff-Luft-Gemisch bildet.
22.2 Welches Gas wird zum Spülen verwendet?
Für gasförmige Wasserstoffsysteme wird häufig Stickstoff als Inertgas eingesetzt. Das tatsächlich zulässige Spülgas muss jedoch zum Anlagen-, Temperatur- und Sicherheitskonzept passen.
22.3 Kann eine Messleitung direkt mit Wasserstoff gespült werden?
Für bestimmte kleine Rohrleitungen existieren spezielle Verfahren, bei denen dies unter definierten Bedingungen möglich sein kann. Als allgemeine Vorgehensweise sollte dies jedoch nicht angenommen werden. Maßgeblich ist das freigegebene projektspezifische Verfahren.
22.4 Warum sind Stichleitungen kritisch?
Weil sie häufig keinen kontinuierlichen Durchfluss besitzen. Gas in einem geschlossenen Leitungsende kann deshalb wesentlich langsamer ausgetauscht werden als Gas in einer durchströmten Hauptleitung.
22.5 Reicht es, nur die Hauptleitung zu spülen?
Nein, wenn angeschlossene Mess- oder Instrumentenleitungen nicht vom vorgesehenen Spülweg erfasst werden. Alle relevanten Volumen müssen berücksichtigt werden.
22.6 Reicht eine feste Spülzeit aus?
Nicht grundsätzlich. Die erforderliche Spülung hängt von Geometrie, Volumen, Strömungsweg, Toträumen und dem festgelegten Verfahren ab.
22.7 Welcher Sauerstoffwert sollte vor dem Wasserstoffbetrieb erreicht werden?
H2Tools empfiehlt als Best Practice eine Reduzierung auf unter 1 % O₂ vor der Wiederinbetriebnahme. Für die konkrete Anlage können jedoch strengere Grenzwerte gelten.
22.8 Wo sollte der Sauerstoff gemessen werden?
An einem Analysepunkt, der den zu bewertenden Leitungsbereich repräsentiert. Bei komplexen Leitungen können mehrere Messpunkte erforderlich sein.
22.9 Kann ich anhand des Drucks erkennen, ob die Leitung ausreichend gespült ist?
Nein. Luft, Stickstoff und Wasserstoff können bei gleicher Temperatur denselben Druck erzeugen. Für die Gaszusammensetzung ist ein geeignetes Analyseverfahren erforderlich.
22.10 Ist eine Druckprüfung dasselbe wie eine Spülung?
Nein. Die Druck- beziehungsweise Dichtheitsprüfung bewertet die Integrität des Systems. Die Spülung verändert und verifiziert die Gaszusammensetzung im Inneren.
22.11 Warum muss das Spülgas kontrolliert abgeführt werden?
Weil der austretende Gasstrom je nach Phase Luft, Inertgas und später auch Wasserstoff enthalten kann. Die Ableitung muss daher für den vorgesehenen Betriebsfall sicher ausgelegt sein.
22.12 Ist Stickstoff ungefährlich?
Stickstoff ist nicht brennbar, kann aber in geschlossenen Bereichen Sauerstoff verdrängen. Die Spülgasführung muss deshalb auch das Risiko einer sauerstoffarmen Atmosphäre berücksichtigen.
22.13 Muss eine Leitung nach Wartungsarbeiten erneut gespült werden?
Wenn sie geöffnet wurde und wieder Luft eingedrungen ist, muss der für die Wiederinbetriebnahme vorgesehene Spül- und Freigabeprozess erneut angewendet werden.
22.14 Warum müssen Wasserstoff-Drucksensoren speziell ausgewählt werden?
Wasserstoff kann Werkstoffe durch Permeation und Versprödung beeinflussen. Sensorwerkstoffe, Messmembran und Sensorkonstruktion müssen deshalb für die jeweiligen Betriebsbedingungen geeignet sein.
22.15 Welche Werkstoffe sind für Wasserstoff-Druckmessung typisch?
Je nach Anwendung werden häufig geeignete austenitische Edelstähle wie 316L oder 316Ti eingesetzt. Die Eignung muss jedoch für die vollständige medienberührte Konstruktion bewertet werden.
22.16 Ist der UNIK 5000H für Wasserstoff ausgelegt?
Ja. Der Druck UNIK 5000H wurde speziell für Wasserstoffanwendungen entwickelt und besitzt wasserstoffkompatible medienberührte Werkstoffe sowie eine optimierte Barriere gegen Wasserstoffpermeation.
22.17 Kann eine lange Messleitung die Druckmessung verlangsamen?
Ja. Länge, Innenquerschnitt, Ventile, Drosseln und Totvolumen können die dynamische Übertragung schneller Druckänderungen begrenzen.
22.18 Welche aktuelle grundlegende ISO-Veröffentlichung behandelt Wasserstoffsicherheit?
ISO/TS 15916:2026 behandelt grundlegende Sicherheitsaspekte, Eigenschaften, Gefährdungen und Maßnahmen zur Risikominderung bei Wasserstoffsystemen.
22.19 Gilt ISO 19880-1 für jede Wasserstoffanlage?
Nein. ISO 19880-1:2020 behandelt speziell gasförmige Wasserstofftankstellen. Für Elektrolyseure, Brennstoffzellen, Prüfstände und andere Anwendungen gelten zusätzlich beziehungsweise stattdessen die jeweils einschlägigen Regelwerke.
22.20 Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Auswahl einer Messstelle?
Hilfreich sind minimaler und maximaler Betriebsdruck, Wasserstoffanteil beziehungsweise Reinheit, Temperaturbereich, erwartete Druckwechsel, gewünschte Messdynamik, vorhandene Messleitung, Prozessanschluss, Werkstoffanforderungen, Ex-Bereich, Ausgangssignal sowie Informationen darüber, ob die Messstelle an einem Prüfstand, Elektrolyseur, einer Brennstoffzelle oder einer anderen H₂-Anlage eingesetzt wird.