Katalytischer LEL-Sensor bei Sauerstoffmangel: Warum brennbare Gase zu niedrig angezeigt werden können

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Ein tragbares Gaswarngerät zeigt:

5 % UEG

für ein brennbares Gas an.

Gleichzeitig beträgt die gemessene Sauerstoffkonzentration jedoch nur:

10 Vol.-% O₂

.

Kann man daraus schließen, dass nur eine geringe Konzentration des brennbaren Gases vorhanden ist?

Nicht unbedingt.

Entscheidend ist, welches Messprinzip für die Erkennung des brennbaren Gases verwendet wird.

Ein klassischer katalytischer Sensor – häufig als:

Pellistor

oder:

katalytischer Wärmetönungssensor

bezeichnet – misst brennbare Gase nicht einfach dadurch, dass sich das Gas im Sensor befindet.

Das Messprinzip benötigt eine katalytische Oxidation des brennbaren Gases.

Dafür wird:

Sauerstoff

benötigt.

Sinkt die Sauerstoffkonzentration deutlich ab, kann die katalytische Reaktion schwächer werden.

Die Folge kann sein:

tatsächliche Gaskonzentration hoch

aber:

angezeigter %UEG-Wert zu niedrig

Eine niedrige Pellistor-Anzeige in einer sauerstoffarmen oder inertisierten Atmosphäre darf deshalb nicht automatisch als Nachweis einer niedrigen Brenngaskonzentration interpretiert werden.

Besonders relevant ist dieser Zusammenhang bei:

• inertisierten Tanks,
• Behältern mit Stickstoffspülung,
• Tankreinigung,
• Gasfreimessungen,
• Prozessbehältern,
• Leitungen während Inertisierung oder Entgasung,
• engen Räumen mit Sauerstoffverdrängung.

Für solche Anwendungen muss bereits bei der Geräteauswahl geklärt werden:

Welches Gas soll gemessen werden?

Kann Sauerstoffmangel auftreten?

Kann die Atmosphäre vollständig inertisiert sein?

Welches Sensorprinzip ist unter diesen Bedingungen geeignet?

Gasmess- und Gaswarngeräte finden Sie bei ICS Schneider unter Gasmessgeräte / Gaswarngeräte.

Wie ein katalytischer LEL-Sensor funktioniert

Katalytische Sensoren werden seit vielen Jahren zur Messung brennbarer Gase eingesetzt.

Das Messprinzip basiert auf einer kontrollierten Reaktion des Brenngases an einem beheizten katalytischen Element.

Aktives und referenziertes Sensorelement

Vereinfacht besitzt ein Pellistor zwei beheizte Elemente:

• ein katalytisch aktives Messelement,
• ein Referenzelement.

Trifft ein brennbares Gas auf das aktive Element und ist ausreichend Sauerstoff vorhanden, wird das Gas an dessen Oberfläche oxidiert.

Die Reaktion erzeugt Wärme

Durch die katalytische Reaktion steigt die Temperatur des aktiven Sensorelements.

Damit verändert sich dessen elektrischer Widerstand.

Aus der Differenz zwischen Mess- und Referenzelement entsteht ein elektrisches Signal.

Vereinfacht

brennbares Gas + Sauerstoff → katalytische Reaktion → Wärme → Widerstandsänderung → Messsignal

Wichtige Konsequenz

Das Messsignal hängt nicht ausschließlich davon ab, wie viel Brenngas vorhanden ist.

Es hängt auch davon ab, ob die Bedingungen für die katalytische Reaktion gegeben sind.

Dazu gehört insbesondere:

ausreichend Sauerstoff

Was bedeutet % UEG?

UEG steht für:

Untere Explosionsgrenze

Im Englischen wird häufig:

LEL = Lower Explosive Limit

verwendet.

100 % UEG bedeutet nicht 100 Vol.-% Gas

Die Anzeige:

100 % UEG

bedeutet, dass die Konzentration des betrachteten brennbaren Gases der unteren Explosionsgrenze entspricht.

Beispielprinzip

Liegt die untere Explosionsgrenze eines Gases beispielsweise bei einigen Volumenprozent, dann entsprechen:

100 % UEG

eben diesen wenigen Volumenprozent Gas in einer Atmosphäre unter den zugrunde gelegten Bedingungen.

50 % UEG

bedeutet entsprechend:

50 % der Konzentration der unteren Explosionsgrenze

und nicht:

50 Vol.-% Gas

UEG bezieht sich auf Brennbarkeit in Luft

Das Konzept der Explosionsgrenzen ist grundsätzlich mit einer oxidierenden Atmosphäre verknüpft.

In einer stark inertisierten Atmosphäre kann ein Gasgemisch trotz hoher Brenngaskonzentration aktuell nicht zündfähig sein.

Das bedeutet jedoch nicht, dass die tatsächliche Brenngaskonzentration unwichtig wäre.

Warum ein Pellistor Sauerstoff benötigt

Die katalytische Messung beruht auf einer Oxidationsreaktion.

Dazu werden benötigt:

brennbares Gas + Sauerstoff

Normale Umgebungsluft

Unter normalen atmosphärischen Bedingungen ist ausreichend Sauerstoff vorhanden, damit der Sensor nach seinem vorgesehenen Prinzip arbeiten kann.

Sauerstoff wird verdrängt

Das kann beispielsweise passieren durch:

• Stickstoff,
• Kohlendioxid,
• Prozessgase,
• Brenngase,
• Inertgas-Spülungen.

Die katalytische Reaktion wird beeinflusst

Sinkt die verfügbare Sauerstoffkonzentration stark, kann weniger Brenngas am Sensorelement oxidiert werden.

Damit entsteht weniger Wärme.

Das elektrische Sensorsignal kann dadurch kleiner werden.

Gefährliche Fehlinterpretation

Das Display zeigt möglicherweise einen niedrigen:

%UEG-Wert

obwohl weiterhin eine erhebliche Menge Brenngas vorhanden ist.

Der Sensor zeigt dann nicht deshalb wenig an, weil zwangsläufig wenig Gas vorhanden ist, sondern möglicherweise deshalb, weil sein Messprinzip unter der sauerstoffarmen Atmosphäre nicht mehr korrekt arbeiten kann.

Was bei Sauerstoffmangel mit dem Messwert passiert

Es gibt keinen universellen Sauerstoffwert, ab dem jeder katalytische Sensor plötzlich vollständig ausfällt.

Das Verhalten hängt unter anderem ab von:

• Sensortyp,
• Gasart,
• Gaskonzentration,
• Sauerstoffgehalt,
• Temperatur,
• Sensorzustand.

Mit sinkendem Sauerstoff wird die Messung zunehmend kritisch

Der Sensor kann:

• zu niedrig anzeigen,
• schlechter reagieren,
• eine veränderte Empfindlichkeit besitzen,
• unter extremen Bedingungen praktisch kein verwertbares Brenngassignal mehr liefern.

Eine niedrige Anzeige ist deshalb nicht automatisch ein Entwarnungssignal

Besonders gefährlich wäre:

O₂ niedrig + Pellistor zeigt 0 % UEG → Behälter ist gasfrei

Diese Schlussfolgerung ist nicht zulässig.

Warum inertisierte Behälter besonders kritisch sind

Bei Tanks und Prozessbehältern wird häufig gezielt inertisiert.

Typisches Inertgas ist beispielsweise:

Stickstoff

Ziel der Inertisierung

Der Sauerstoffgehalt wird so weit reduziert, dass sich unter den vorgesehenen Bedingungen kein zündfähiges Gas-Luft-Gemisch bilden kann.

Das Brenngas verschwindet dadurch nicht automatisch

Ein Kraftstofftank kann gleichzeitig enthalten:

• sehr wenig Sauerstoff,
• viel Stickstoff,
• eine hohe Konzentration brennbarer Kohlenwasserstoffdämpfe.

Problem für katalytische Sensoren

Genau in dieser Atmosphäre kann ein Pellistor nicht zuverlässig zur Bestimmung der Brenngaskonzentration verwendet werden.

Geeignetes Messprinzip erforderlich

Für bestimmte Kohlenwasserstoffe können Infrarot-Sensoren verwendet werden, da deren Messprinzip keine katalytische Verbrennung des Zielgases benötigt.

Sauerstoffmangel bedeutet nicht automatisch dauerhaft keine Explosionsgefahr

Eine inertisierte Atmosphäre kann aktuell außerhalb des zündfähigen Bereiches liegen.

Die Situation kann sich jedoch ändern.

Beispiel Tankbelüftung

Ein Tank enthält:

• Stickstoff,
• Kraftstoffdampf,
• wenig Sauerstoff.

Nun wird Luft eingebracht.

Der Sauerstoffgehalt steigt

Während gleichzeitig noch Kraftstoffdampf vorhanden ist.

Das Gemisch kann dadurch beim Übergang durch einen:

zündfähigen Konzentrationsbereich

laufen.

Deshalb Brenngaskonzentration kennen

Beim Inertisieren, Spülen und Gasfreimachen muss die Atmosphäre über den gesamten Prozess hinweg mit dafür geeigneter Messtechnik überwacht werden.

Ein momentan niedriger Sauerstoffgehalt ist kein Ersatz für eine zuverlässige Bestimmung der vorhandenen Brenngaskonzentration.

Hohe Brenngaskonzentrationen als zusätzliche Grenze

Katalytische LEL-Sensoren sind typischerweise für den Bereich bis zur unteren Explosionsgrenze ausgelegt.

Sehr hohe Brenngaskonzentrationen sind ein anderer Messbereich

Bei Tankanwendungen können beispielsweise Konzentrationen auftreten, die deutlich oberhalb:

100 % UEG

liegen.

% UEG und Vol.-% unterscheiden

Für die Überwachung eines vollständigen Inertisierungs- oder Gasfreimachungsprozesses kann deshalb ein Gerät sinnvoll sein, das sowohl:

% UEG

als auch:

Vol.-%

messen kann.

Gas-Pro TK

Genau für diesen Spezialfall ist beispielsweise der bei ICS gelistete Crowcon Gas-Pro TK vorgesehen.

Er kann bei der Brenngasmessung automatisch zwischen:

% UEG

und:

Vol.-%

umschalten.

Sensorvergiftung bei Pellistoren

Sauerstoffmangel ist nicht die einzige mögliche Ursache einer zu niedrigen Anzeige.

Katalytische Sensoren können außerdem durch bestimmte Substanzen beeinflusst oder dauerhaft geschädigt werden.

Sensorvergiftung

Bestimmte Stoffe können die katalytisch aktive Oberfläche beeinträchtigen.

Dazu können je nach Sensorausführung und Umgebung beispielsweise Verbindungen mit:

• Silikon,
• Blei,
• Schwefel

gehören.

Folge

Die katalytische Reaktion wird schwächer.

Der Sensor reagiert weniger empfindlich auf Brenngas.

Besonders kritisch

Ein vergifteter Sensor kann weiterhin:

• eingeschaltet sein,
• keine offensichtliche Fehlermeldung zeigen,
• einen plausibel wirkenden Nullwert anzeigen.

Trotzdem kann seine Empfindlichkeit gegenüber dem Zielgas erheblich reduziert sein.

Warum ein Bump-Test wichtig ist

Ein Bump-Test beziehungsweise Funktionstest mit Prüfgas überprüft, ob das Gaswarngerät auf eine bekannte Gasbeaufschlagung reagiert.

Dabei wird nicht nur der Sensor betrachtet

Ein vollständiger Funktionstest kann unter anderem überprüfen:

• Sensorreaktion,
• Anzeige,
• akustischen Alarm,
• optischen Alarm,
• Vibrationsalarm.

Warum besonders bei katalytischen Sensoren wichtig?

Ein Pellistor kann durch:

• Sensorvergiftung,
• Alterung,
• mechanische oder thermische Belastung,
• Verunreinigung

an Empfindlichkeit verlieren.

Nullanzeige beweist keine Funktionsfähigkeit

Ein Display mit:

0 % UEG

beweist lediglich, dass aktuell kein entsprechendes Signal angezeigt wird.

Es beweist nicht automatisch, dass der Sensor auf Brenngas korrekt reagieren würde.

Kalibriergas und Zielgas berücksichtigen

Ein katalytischer Sensor reagiert nicht auf jedes brennbare Gas exakt gleich.

Kalibrierung

Das Gerät wird mit einem definierten Prüfgas und einer bekannten Konzentration kalibriert.

Anderes Zielgas

Wird anschließend ein anderes Brenngas gemessen, kann die Sensorempfindlichkeit abweichen.

Beispiele für unterschiedliche Brenngase

• Methan,
• Propan,
• Butan,
• Pentan,
• Wasserstoff,
• verschiedene Lösemitteldämpfe.

Deshalb Geräteauswahl nach realer Gasaufgabe

Vor der Auswahl sollten mindestens bekannt sein:

• Zielgas beziehungsweise Gasgemisch,
• erwarteter Konzentrationsbereich,
• Kalibriergas,
• Messprinzip.

Korrekturfaktoren und Querempfindlichkeit

Bei bestimmten Sensoren können Korrekturfaktoren verwendet werden, wenn mit einem Gas kalibriert und ein anderes Gas gemessen wird.

Aber

Ein Korrekturfaktor behebt nicht grundsätzlich:

• Sauerstoffmangel,
• Sensorvergiftung,
• eine ungeeignete Sensortechnologie,
• einen Messbereich außerhalb der Spezifikation.

Wichtige Unterscheidung

abweichende Gasempfindlichkeit

ist ein anderes Problem als:

Sensor kann aufgrund fehlenden Sauerstoffs nicht korrekt arbeiten

Infrarot-Sensor als Alternative

Bei einem Infrarot-Sensor wird das Brenngas nicht katalytisch verbrannt.

Stattdessen wird die Absorption von Infrarotstrahlung durch das Zielgas ausgewertet.

Vereinfachtes Prinzip

IR-Licht → Gasprobe → Absorption bestimmter Wellenlängen → Konzentrationssignal

Kein Sauerstoff für die Messreaktion erforderlich

Da keine katalytische Oxidation des Brenngases erforderlich ist, können geeignete IR-Sensoren auch in sauerstoffarmen oder sauerstofffreien Atmosphären arbeiten.

Vorteil bei Inertisierung

Das ist insbesondere relevant bei:

• Kraftstofftanks,
• Tanklagern,
• inertisierten Behältern,
• Stickstoffspülungen,
• Gasfreimachungsprozessen.

Weitere Stärke

IR-Sensoren besitzen außerdem nicht dieselbe Anfälligkeit gegenüber einer katalytischen Sensorvergiftung wie Pellistoren.

Auch IR-Sensoren haben Einsatzgrenzen

Die Aussage:

IR ist immer besser

wäre ebenfalls falsch.

IR muss zum Zielgas passen

Nicht jedes brennbare Gas absorbiert Infrarotstrahlung in einer Weise, die mit einem typischen Kohlenwasserstoff-IR-Sensor erfasst werden kann.

Wasserstoff als wichtiges Beispiel

Ein klassischer IR-Sensor für Kohlenwasserstoffe ist nicht automatisch für:

H₂

geeignet.

Deshalb

Vor Auswahl eines IR-Gerätes muss geprüft werden:

• welches Gas detektiert werden soll,
• welcher Messbereich benötigt wird,
• ob das konkrete Sensormodul für dieses Gas spezifiziert ist.

MPS-Technologie als weitere Sensoroption

Neben Pellistor- und IR-Sensoren stehen heute weitere Messprinzipien für brennbare Gase zur Verfügung.

MPS

MPS steht für:

Molecular Property Spectrometer

Beispiel Crowcon T4x

Der bei ICS gelistete Crowcon T4x verwendet für die Messung brennbarer Gase eine MPS-Sensoroption.

ICS nennt dabei:

• Erkennung von mehr als 15 brennbaren Gasen,
• Messbereich 0 … 100 % UEG,
• reduziertes beziehungsweise eliminiertes Risiko klassischer Sensorvergiftung,
• gleichzeitige Überwachung von Sauerstoff, H₂S und CO in entsprechender Konfiguration.

Sensorprinzip trotzdem an Anwendung anpassen

Auch bei moderner Sensortechnik muss das konkrete Gerät für:

• Zielgas,
• Atmosphäre,
• Messbereich,
• Ex-Anforderung,
• Probenahmeart

geeignet sein.

Warum die O₂-Messung parallel wichtig ist

Bei Anwendungen mit möglicher Inertisierung sollte Brenngas nicht isoliert betrachtet werden.

Mindestens zwei unterschiedliche Gefahren

Es können gleichzeitig bestehen:

brennbares Gas

und:

Sauerstoffmangel

Sauerstoffmessung liefert wichtige Kontextinformation

Der O₂-Wert zeigt beispielsweise:

• ob eine Atmosphäre sauerstoffarm ist,
• ob die Inertisierung fortbesteht,
• ob sich die Atmosphäre während einer Belüftung verändert.

Aber

Die O₂-Messung ersetzt nicht die Brenngasmessung.

Und die Brenngasmessung ersetzt nicht die O₂-Messung.

Beide beantworten unterschiedliche Fragen.

Probenahme aus Tanks und engen Räumen

Auch ein geeignetes Sensorprinzip liefert nur dann einen verwertbaren Wert, wenn die Gasprobe tatsächlich den Sensor erreicht.

Atmosphären können geschichtet sein

Abhängig von:

• Gasdichte,
• Temperatur,
• Luftbewegung,
• Behältergeometrie,
• Ein- und Austrittsstellen

können unterschiedliche Konzentrationen an verschiedenen Orten auftreten.

Ein einzelner Messpunkt kann unzureichend sein

Bei einer Freigabemessung kann es notwendig sein, beispielsweise:

• oben,
• mittig,
• unten

zu prüfen.

Pumpenbetrieb

Für eine Messung vor dem Betreten kann ein Gaswarngerät mit geeigneter Pumpe und Probenahmeschlauch verwendet werden.

Spülzeit beachten

Der Schlauch enthält ein eigenes Volumen.

Nach Wechsel des Messpunktes benötigt die neue Gasprobe deshalb Zeit, bis sie:

Schlauch + Pumpe + Sensor

erreicht hat.

Freimessen und persönliche Überwachung unterscheiden

Eine Messung vor dem Betreten eines engen Raumes beantwortet die Frage:

Wie ist die Atmosphäre zum Zeitpunkt der Freigabemessung?

Die Atmosphäre kann sich anschließend verändern

Beispielsweise durch:

• nachströmendes Gas,
• Restprodukte,
• Reinigungsarbeiten,
• Schweiß- oder Schneidarbeiten,
• Änderung der Lüftung.

Deshalb

Je nach Gefährdungsbeurteilung kann zusätzlich eine kontinuierliche persönliche Gasüberwachung erforderlich sein.

Typische Fehler bei LEL-Messungen

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Pellistor zeigt in inertisiertem Tank nahezu 0 % UEG	Zu wenig Sauerstoff für katalytische Messung	O₂-Wert prüfen und geeignetes sauerstoffunabhängiges Messprinzip verwenden
LEL-Anzeige steigt nach Einbringen von Luft plötzlich an	Pellistor erhält wieder ausreichend Sauerstoff	Inertisierungszustand und tatsächliche Brenngaskonzentration bewerten
Sensor reagiert beim Bump-Test kaum	Sensorvergiftung, Alterung oder Defekt	Gerät außer Betrieb nehmen und nach Herstellervorgabe prüfen bzw. kalibrieren
Sensor zeigt dauerhaft null, obwohl Brenngas erwartet wird	Messprinzip ungeeignet, Sensor geschädigt oder Probe erreicht Sensor nicht	Bump-Test, Probenahme und Sensortechnik prüfen
Messwert unterscheidet sich stark vom erwarteten Wert	Kalibriergas und Zielgas unterscheiden sich	Gasart, Kalibrierung und gegebenenfalls Korrekturfaktoren prüfen
Nur Messung am Tankdeckel ist unauffällig	Gasschichtung im Behälter	Mehrere Höhen und Messpunkte prüfen
Gaswert reagiert erst stark verzögert	Langer Probenahmeschlauch oder unzureichender Volumenwechsel	Schlauchlänge, Pumpenleistung und Spülzeit berücksichtigen
IR-Gerät zeigt ein erwartetes brennbares Gas nicht	Zielgas nicht mit dem verwendeten IR-Sensor erfassbar	Sensorspezifikation für das konkrete Gas prüfen
O₂ ist niedrig, aber Brenngaswert ebenfalls niedrig	Bei Pellistor möglicherweise Sauerstoffabhängigkeit	Messprinzip nicht ohne weitere Prüfung zur Freigabe verwenden
Nach Silikonarbeiten reagiert Pellistor schlechter	Mögliche Sensorvergiftung	Funktionstest mit geeignetem Prüfgas durchführen

Systematische Auswahl des Messprinzips

1. Zielgas bestimmen: Methan, Propan, Butan, Wasserstoff, Lösemitteldampf oder Gasgemisch eindeutig definieren.
2. Konzentrationsbereich bestimmen: ppm, % UEG oder Vol.-% unterscheiden.
3. Sauerstoffbedingungen festlegen: Prüfen, ob Sauerstoffmangel oder vollständige Inertisierung auftreten kann.
4. Prozesszustände berücksichtigen: Normalbetrieb, Inertisierung, Spülung, Gasfreimachung und Wartung separat betrachten.
5. Sensorprinzip auswählen: Pellistor, IR, MPS oder andere geeignete Technologie nach Gasaufgabe auswählen.
6. Pellistor nur innerhalb seiner Einsatzbedingungen verwenden: Sauerstoffabhängigkeit ausdrücklich berücksichtigen.
7. IR-Eignung für Zielgas prüfen: Nicht jedes Brenngas ist mit jedem IR-Sensor messbar.
8. UEG und Vol.-% unterscheiden: Bei hohen Konzentrationen geeigneten Messbereich vorsehen.
9. O₂ parallel überwachen: Bei Tanks und engen Räumen Sauerstoffmangel als eigenständige Gefahr betrachten.
10. Weitere toxische Gase bestimmen: Beispielsweise H₂S oder CO je nach Prozess berücksichtigen.
11. Probenahme definieren: Diffusions- oder Pumpenmessung passend zur Anwendung wählen.
12. Schlauchlänge berücksichtigen: Verzögerungszeit und mögliche Adsorption beachten.
13. Messpunkte definieren: Mögliche Gasschichtung und Behältergeometrie berücksichtigen.
14. Kalibriergas festlegen: Kalibrierung auf reale Gasaufgabe abstimmen.
15. Korrekturfaktoren prüfen: Nur entsprechend Herstellerangaben anwenden.
16. Sensorvergiftung bewerten: Mögliche Silikone, Schwefel-, Blei- oder andere störende Verbindungen berücksichtigen.
17. Funktionstest planen: Bump-Test entsprechend Betriebs- und Herstellervorgaben durchführen.
18. Ex-Zulassung prüfen: Gerätekennzeichnung an Zone und Gasgruppe anpassen.
19. Freimessen und Personenüberwachung trennen: Je nach Gefährdungsbeurteilung beide Aufgaben separat planen.
20. Messstrategie dokumentieren: Gerät, Sensorprinzip, Zielgas, Messpunkte und Betriebszustand festhalten.

Praxisbeispiel: inertisierter Kraftstofftank

Ein Kraftstofftank soll für Wartungsarbeiten vorbereitet werden.

Im Tank befinden sich noch:

• Kohlenwasserstoffdämpfe,
• eine durch Stickstoff erzeugte inertisierte Atmosphäre.

Schritt 1: Sauerstoff messen

Die Messung ergibt beispielsweise:

O₂ deutlich unter normaler Umgebungsluft

Der Tank ist damit weiterhin sauerstoffarm.

Schritt 2: Brenngas mit Pellistor messen

Ein katalytischer Sensor zeigt nur einen niedrigen:

%UEG-Wert

Falsche Schlussfolgerung

Niedriger %UEG-Wert → kaum Kraftstoffdampf vorhanden

Diese Bewertung wäre nicht sicher.

Warum?

Der Pellistor benötigt Sauerstoff für seine katalytische Reaktion.

Die niedrige Anzeige kann daher durch die sauerstoffarme Atmosphäre verursacht werden.

Schritt 3: Geeignetes IR-Messprinzip verwenden

Für die konkret vorhandenen Kohlenwasserstoffe wird ein dafür geeigneter Infrarot-Sensor verwendet.

Schritt 4: Konzentrationsbereich beachten

Zu Beginn des Prozesses kann die Brenngaskonzentration deutlich oberhalb des klassischen UEG-Messbereiches liegen.

Für diese Tankanwendung ist deshalb eine Lösung sinnvoll, die sowohl:

Vol.-%

als auch:

% UEG

erfassen kann.

Schritt 5: Gasfreimachung überwachen

Während der weiteren Spülung beziehungsweise Belüftung werden kontinuierlich betrachtet:

• Brenngaskonzentration,
• Sauerstoffkonzentration,
• gegebenenfalls toxische Gase.

Wichtiger Übergang

Beim Einbringen von Luft steigt der Sauerstoffgehalt.

Gleichzeitig können noch Kraftstoffdämpfe vorhanden sein.

Der Übergangsprozess muss deshalb kontrolliert überwacht werden.

Ergebnis

Für einen inertisierten Tank ist nicht einfach irgendein „LEL-Messgerät“ ausreichend. Sensorprinzip, Messbereich und Sauerstoffbedingungen müssen zur gesamten Tankprozedur passen.

Passende ICS-Produkte für Brenngasmessung bei Sauerstoffmangel

Crowcon Gas-Pro IR

Eine besonders passende Lösung für dieses Thema ist der bei ICS gelistete:

Crowcon Gas-Pro IR

Die Brenngaserkennung erfolgt mit Infrarot-Technologie.

Warum der Gas-Pro IR zum Thema passt

Das IR-Messprinzip ist insbesondere für Anwendungen interessant, bei denen:

• wenig Sauerstoff vorhanden sein kann,
• eine Atmosphäre inertisiert wird,
• katalytische Pellistor-Sensoren an ihre Einsatzgrenzen kommen können.

ICS führt für den Gas-Pro IR unter anderem

• brennbare Gase im Bereich 0 … 100 % UEG,
• Sauerstoffmessung,
• weitere Gasoptionen abhängig von der Konfiguration,
• optionale interne Pumpe,
• tragbare Mehrgasmessung.

Messprinzip immer auf das Gas abstimmen

Auch beim Gas-Pro IR muss geprüft werden, ob der konkrete IR-Sensor für das erwartete Brenngas geeignet ist.

Weitere Informationen finden Sie unter Crowcon Gas-Pro IR bei ICS Schneider.

Crowcon Gas-Pro TK für inertisierte Tanks

Für eine besonders typische Anwendung mit Inertgas führt ICS den:

Crowcon Gas-Pro TK

ICS nennt als Einsatzgebiet ausdrücklich

die Tanküberprüfung in:

Tanks und Behältern mit inerten Gasen

Wichtige Merkmale

• Messung brennbarer Gase von hohen Vol.-%-Konzentrationen bis zu niedrigen %UEG-Werten,
• automatische Bereichsumschaltung zwischen % UEG und Vol.-%,
• parallele Sauerstoffüberwachung,
• geeignet für spezielle Tanküberwachungsaufgaben,
• Probenahme aus Entfernung mit entsprechender Ausstattung.

Warum zwei Messbereiche wichtig sind

Während einer Tankspülung kann die Brenngaskonzentration von:

hohen Vol.-%-Werten

bis hinunter zu:

niedrigen %UEG-Werten

reichen.

Ein reines 0 … 100-%-UEG-Gerät bildet diesen gesamten Prozess nicht in gleicher Weise ab.

Weitere Informationen finden Sie unter Crowcon Gas-Pro TK bei ICS Schneider.

Crowcon T4x mit MPS-Sensor

Für die persönliche Mehrgasüberwachung führt ICS außerdem den:

Crowcon T4x

mit MPS-Sensoroption für brennbare Gase.

ICS nennt unter anderem

• 0 … 100 % UEG für brennbare Gase,
• Erkennung von mehr als 15 brennbaren Gasen mit MPS-Technologie,
• Sauerstoffmessung 0 … 30 Vol.-%,
• CO- und H₂S-Überwachung in entsprechender Konfiguration,
• ATEX-Zone-0-Ausführung.

Andere Anwendung als Gas-Pro TK

Der T4x ist insbesondere ein persönliches Mehrgaswarngerät.

Für spezialisierte Tankinertisierungsprozesse mit hohen Brenngaskonzentrationen und erforderlicher Vol.-%-Messung ist dagegen der konkrete Messbereich beziehungsweise eine dafür vorgesehene Tanklösung wie der Gas-Pro TK zu prüfen.

Weitere Informationen finden Sie unter Crowcon T4x bei ICS Schneider.

Welche ICS-Lösung passt?

Anwendung	Passende ICS-Lösung
Brennbare Kohlenwasserstoffe bei möglichem Sauerstoffmangel	Crowcon Gas-Pro IR prüfen
Inertisierte Kraftstofftanks und Behälter	Crowcon Gas-Pro TK
Messung von hohen Vol.-%-Konzentrationen bis in den %UEG-Bereich	Crowcon Gas-Pro TK
Persönliche Mehrgasüberwachung mit moderner Brenngassensorik	Crowcon T4x mit MPS-Sensoroption
Brenngas + Sauerstoff + weitere typische Gasgefahren	Gas-Pro IR, Gas-Pro TK oder T4x abhängig von Anwendung und Konfiguration

Eine Übersicht weiterer Geräte finden Sie unter Gasmessgeräte und Gaswarngeräte bei ICS Schneider.

Fazit

Ein katalytischer LEL-Sensor beziehungsweise Pellistor ist ein bewährtes Messprinzip zur Erkennung brennbarer Gase.

Seine Funktion basiert jedoch auf einer katalytischen Oxidation.

Der entscheidende Zusammenhang lautet daher:

brennbares Gas + Sauerstoff → katalytische Reaktion → Messsignal

Fehlt ausreichend Sauerstoff, kann das Messsignal zu niedrig ausfallen.

Damit gilt:

Eine niedrige %UEG-Anzeige eines katalytischen Sensors in einer sauerstoffarmen Atmosphäre beweist nicht automatisch, dass nur wenig Brenngas vorhanden ist.

Das ist besonders relevant bei:

• inertisierten Tanks,
• Stickstoffspülungen,
• Tankreinigungen,
• Gasfreimachungen,
• engen Räumen mit Sauerstoffverdrängung.

Zusätzlich können Pellistoren durch:

• Sensorvergiftung,
• Alterung,
• ungeeignete Gas-Kalibrierung,
• hohe Brenngaskonzentrationen

beeinflusst werden.

Regelmäßige Funktionstests mit Prüfgas sind deshalb ein wesentlicher Bestandteil der sicheren Anwendung.

Für sauerstoffarme beziehungsweise sauerstofffreie Kohlenwasserstoffatmosphären kann ein geeignetes:

Infrarot-Messprinzip

eine bessere Lösung darstellen.

IR-Sensoren benötigen für ihre eigentliche Konzentrationsmessung keine katalytische Verbrennung des Zielgases.

Sie sind jedoch ebenfalls nicht universell für jedes Brenngas geeignet.

Das konkrete Zielgas muss deshalb immer mit der Sensorspezifikation abgeglichen werden.

Für entsprechende Anwendungen führt ICS unter anderem den Crowcon Gas-Pro IR.

Für die spezielle Überwachung inertisierter Tanks mit einem Konzentrationsverlauf von hohen Vol.-%-Werten bis in den niedrigen %UEG-Bereich ist der Crowcon Gas-Pro TK besonders passend.

Für persönliche Mehrgasüberwachung steht mit dem Crowcon T4x außerdem eine MPS-basierte Lösung für brennbare Gase zur Verfügung.

Für die Praxis gilt:

Zielgas bestimmen → Konzentrationsbereich festlegen → mögliche Sauerstoffverarmung bewerten → Inertisierung berücksichtigen → Messprinzip auswählen → Eignung des Sensors für das konkrete Gas bestätigen → %UEG und Vol.-% unterscheiden → Sauerstoff parallel messen → mögliche Sensorvergiftung berücksichtigen → Kalibriergas und Zielgas abgleichen → Bump-Test durchführen → Probenahme und Schlauchlänge planen → mehrere Messpunkte im Behälter berücksichtigen → Freimessung und persönliche Überwachung unterscheiden → Ergebnisse und Messbedingungen dokumentieren.

FAQ: Katalytische LEL-Sensoren bei Sauerstoffmangel

Was ist ein katalytischer LEL-Sensor?

Ein katalytischer LEL-Sensor beziehungsweise Pellistor erkennt brennbare Gase über eine katalytische Reaktion am beheizten Sensorelement.

Was bedeutet LEL?

LEL steht für Lower Explosive Limit und entspricht der deutschen unteren Explosionsgrenze UEG.

Was bedeutet 100 % UEG?

100 % UEG bedeutet, dass die Konzentration des betrachteten Gases der unteren Explosionsgrenze entspricht. Es bedeutet nicht 100 Vol.-% Gas.

Warum benötigt ein Pellistor Sauerstoff?

Weil das Messsignal durch katalytische Oxidation des brennbaren Gases entsteht. Für diese Reaktion wird Sauerstoff benötigt.

Was passiert mit einem Pellistor bei Sauerstoffmangel?

Die katalytische Reaktion kann schwächer werden. Dadurch kann der Sensor eine zu niedrige Brenngaskonzentration anzeigen.

Kann ein Pellistor bei 0 % Sauerstoff Brenngas zuverlässig messen?

Für eine vollständig sauerstofffreie Atmosphäre ist das katalytische Messprinzip grundsätzlich ungeeignet, da der für die Messreaktion benötigte Sauerstoff fehlt.

Bedeutet 0 % UEG bei wenig Sauerstoff, dass kein Brenngas vorhanden ist?

Nein. Bei einem katalytischen Sensor kann eine niedrige oder fehlende Anzeige durch den Sauerstoffmangel verursacht sein.

Warum ist das bei inertisierten Tanks gefährlich?

Ein inertisierter Tank kann sehr wenig Sauerstoff und gleichzeitig eine hohe Brenngaskonzentration enthalten. Ein Pellistor kann diese Situation aufgrund seines Messprinzips falsch beziehungsweise zu niedrig bewerten.

Was bedeutet Inertisierung?

Bei der Inertisierung wird der Sauerstoffgehalt durch ein Inertgas wie beispielsweise Stickstoff reduziert, um die Bildung beziehungsweise Zündfähigkeit eines explosionsfähigen Gemisches zu verhindern.

Kann ein inertisierter Tank trotzdem viel Brenngas enthalten?

Ja. Inertisierung reduziert primär den verfügbaren Sauerstoff und entfernt nicht zwangsläufig das vorhandene Brenngas.

Warum kann beim Belüften eines inertisierten Tanks wieder Explosionsgefahr entstehen?

Beim Einbringen von Luft steigt der Sauerstoffanteil, während noch Brenngas vorhanden sein kann. Während dieses Übergangs kann sich ein zündfähiges Gemisch bilden.

Welcher Sensor funktioniert auch ohne Sauerstoff?

Für geeignete Zielgase kann beispielsweise ein Infrarot-Sensor verwendet werden, da er keine katalytische Verbrennung zur Messung benötigt.

Ist ein IR-Sensor immer besser als ein Pellistor?

Nein. Das geeignete Messprinzip hängt vom Zielgas und der Anwendung ab.

Kann ein IR-Sensor Wasserstoff messen?

Ein typischer IR-Sensor für Kohlenwasserstoffe ist nicht automatisch für Wasserstoff geeignet. Die konkrete Sensorspezifikation muss geprüft werden.

Was ist Sensorvergiftung?

Sensorvergiftung bezeichnet eine Verringerung der katalytischen Aktivität eines Pellistors durch bestimmte Stoffe, wodurch seine Empfindlichkeit dauerhaft sinken kann.

Welche Stoffe können einen Pellistor beeinträchtigen?

Je nach Sensorausführung können unter anderem bestimmte Silikon-, Blei- oder Schwefelverbindungen problematisch sein.

Kann ein vergifteter Pellistor trotzdem 0 % UEG anzeigen?

Ja. Eine Nullanzeige beweist nicht, dass der Sensor noch ausreichend empfindlich auf Brenngas reagiert.

Wie prüft man, ob ein Gaswarngerät noch auf Brenngas reagiert?

Mit einem geeigneten Funktionstest beziehungsweise Bump-Test unter Verwendung eines definierten Prüfgases entsprechend der Herstellervorgaben.

Was prüft ein Bump-Test?

Er prüft unter anderem, ob der Sensor auf Prüfgas reagiert und ob Anzeige und Alarmfunktionen des Gaswarngerätes ordnungsgemäß ansprechen.

Ist ein Bump-Test dasselbe wie eine Kalibrierung?

Nein. Ein Bump-Test überprüft die Funktion und Reaktion des Gerätes. Bei einer Kalibrierung wird die Messwertzuordnung anhand einer definierten Gaskonzentration justiert beziehungsweise überprüft.

Warum ist das Kalibriergas wichtig?

Weil verschiedene brennbare Gase bei vielen Sensortechnologien unterschiedliche Empfindlichkeiten verursachen können.

Kann ein auf Methan kalibrierter Sensor Propan messen?

Je nach Gerät und Sensor kann dies möglich sein, die Anzeige kann jedoch eine andere Empfindlichkeit besitzen. Herstellerangaben und gegebenenfalls vorgesehene Korrekturfaktoren müssen berücksichtigt werden.

Was ist ein Korrekturfaktor?

Ein Korrekturfaktor berücksichtigt die unterschiedliche Empfindlichkeit eines Sensors gegenüber verschiedenen Gasen.

Kann ein Korrekturfaktor Sauerstoffmangel korrigieren?

Nein. Ein Korrekturfaktor ersetzt nicht den für einen katalytischen Sensor notwendigen Sauerstoff.

Warum misst man Sauerstoff zusammen mit brennbaren Gasen?

Weil Sauerstoffmangel eine eigene Gefahr darstellt und gleichzeitig wichtige Informationen über den Zustand einer inertisierten beziehungsweise belüfteten Atmosphäre liefert.

Ist eine niedrige Sauerstoffkonzentration automatisch explosionssicher?

Die Zündfähigkeit eines Gasgemisches hängt von mehreren Faktoren ab. Insbesondere bei Prozessänderungen oder Eintrag von Luft kann sich die Situation verändern. Eine alleinige O₂-Messung ersetzt deshalb nicht die Brenngasmessung.

Warum muss man in einem Tank an mehreren Stellen messen?

Gase können sich abhängig von Dichte, Temperatur, Luftbewegung und Behältergeometrie unterschiedlich verteilen.

Warum beeinflusst ein langer Probenschlauch die Messung?

Die Gasprobe muss zuerst das Schlauchvolumen durchströmen. Dadurch entsteht eine Verzögerung, bevor die neue Probe den Sensor erreicht.

Was ist der Unterschied zwischen Diffusions- und Pumpenmessung?

Bei der Diffusionsmessung gelangt das Gas durch natürliche Molekülbewegung und Umgebungsluftströmung zum Sensor. Bei der Pumpenmessung wird die Probe aktiv über eine Pumpe zum Gerät transportiert.

Was ist eine Freimessung?

Eine Freimessung bewertet die Atmosphäre vor beziehungsweise im Zusammenhang mit dem Betreten eines gefährdeten Bereiches anhand der dafür erforderlichen Gaskonzentrationen.

Reicht eine einmalige Freimessung für den gesamten Aufenthalt?

Nicht zwangsläufig. Die Atmosphäre kann sich während der Arbeit verändern. Ob eine kontinuierliche Überwachung erforderlich ist, richtet sich nach der Gefährdungsbeurteilung und den anzuwendenden betrieblichen Vorgaben.

Was ist der Crowcon Gas-Pro IR?

Der Gas-Pro IR ist ein bei ICS gelistetes tragbares Mehrgaswarngerät mit Infrarot-Technologie für die Brenngasmessung in entsprechenden Konfigurationen.

Warum passt der Gas-Pro IR zu sauerstoffarmen Atmosphären?

Die Infrarotmessung benötigt keine katalytische Oxidation des Brenngases und ist deshalb für geeignete Zielgase auch bei wenig beziehungsweise fehlendem Sauerstoff einsetzbar.

Welchen Brenngasbereich misst der Gas-Pro IR?

ICS listet für die Brenngasmessung einen Bereich von 0 … 100 % UEG.

Kann der Gas-Pro IR auch Sauerstoff messen?

Ja. Je nach Gerätebestückung ist zusätzlich eine Sauerstoffmessung verfügbar.

Was ist der Crowcon Gas-Pro TK?

Der Gas-Pro TK ist ein spezielles Gaswarngerät für Tanküberprüfungen in Tanks und Behältern mit inerten Gasen.

Was ist der besondere Vorteil des Gas-Pro TK?

Er kann brennbare Gase über einen großen Konzentrationsbereich überwachen und automatisch zwischen % UEG und Vol.-% umschalten.

Warum benötigt man bei Tankinertisierung auch Vol.-%?

Zu Beginn einer Tankspülung kann die Brenngaskonzentration deutlich oberhalb der unteren Explosionsgrenze liegen. Ein reiner 0 … 100-%-UEG-Bereich reicht zur Darstellung solcher hohen Konzentrationen nicht aus.

Misst der Gas-Pro TK auch Sauerstoff?

Ja. ICS nennt die Sauerstoffüberwachung ausdrücklich als Bestandteil der Tankanwendung.

Was ist der Crowcon T4x?

Der T4x ist ein tragbares Mehrgaswarngerät für die gleichzeitige Überwachung typischer Gasgefahren einschließlich brennbarer Gase und Sauerstoff.

Welchen Sensor verwendet der T4x für brennbare Gase?

ICS führt eine MPS-Sensoroption für brennbare Gase mit einem Messbereich von 0 … 100 % UEG.

Was bedeutet MPS?

MPS steht für Molecular Property Spectrometer und bezeichnet eine moderne Sensortechnologie zur Erkennung verschiedener brennbarer Gase.

Welches Gerät eignet sich besonders für einen inertisierten Kraftstofftank?

Für diese spezielle Aufgabe ist der bei ICS gelistete Crowcon Gas-Pro TK besonders interessant, da er ausdrücklich für Tanks und Behälter mit Inertgas vorgesehen ist und sowohl %UEG- als auch Vol.-%-Bereiche abdeckt.

Wo finde ich den Gas-Pro IR bei ICS Schneider?

Weitere Informationen finden Sie unter Crowcon Gas-Pro IR bei ICS Schneider.

Wo finde ich den Gas-Pro TK bei ICS Schneider?

Weitere Informationen finden Sie unter Crowcon Gas-Pro TK bei ICS Schneider.

Wo finde ich den T4x bei ICS Schneider?

Weitere Informationen finden Sie unter Crowcon T4x bei ICS Schneider.

Wo finde ich weitere Gaswarngeräte bei ICS Schneider?

Eine Übersicht finden Sie unter Gasmessgeräte und Gaswarngeräte bei ICS Schneider.