- Gefährdungen durch brennbare Gase
- Explosionsgrenzen
- Eigenschaften brennbarer Gase
- Daten brennbarer Gase
- Gefährdungen durch toxische Gase
- Arbeitshygiene
- Arbeitsplatzgrenzwerte für toxische Gase
- Daten toxischer Gase
- Gefährdung durch Erstickung (Sauerstoffmangel)
- Sauerstoffüberschuss
- Typische Bereiche, in denen Gasmessung erforderlich ist

Die drei Hauptgefährdungen durch Gase sind:

Brennbar
Gefahr von Bränden und/oder Explosionen z. B. Methan, Butan, Propan

Toxisch
Vergiftungs¬gefahr z. B. Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff, Chlor

 

Erstickend
Erstickungsgefahr z. B. Sauerstoffmangel. Sauerstoff kann verbraucht oder durch ein anderes Gas verdrängt werden

Verbrennung ist eine einfache chemische Reaktion, bei der sich Sauerstoff schnell mit anderen Stoffen verbindet, wobei Energie freigesetzt wird. Diese Energie zeigt sich hauptsächlich als Hitze – mitunter in der Form von Flammen. Der entzündete Stoff ist in den meisten Fällen eine Kohlenwasserstoffverbindung, die fest, flüssig, als Dampf oder Gas vorliegen kann. In diesem Handbuch werden allerdings nur Gase und Dämpfe betrachtet.

(Anm.: Die Begriffe 'brennbar',' entzündlich' und 'explosionsfähig' werden für den Zweck dieser Publikation synonym verwendet.)

Der Verbrennungsprozess kann durch das bekannte Feuerdreieck dargestellt werden.


Um eine Verbrennung herbeizuführen, sind immer drei Faktoren notwendig:

1. eine Zündquelle
2. Sauerstoff
3. Brennstoff in Form von Gasen oder Dämpfen

Jedes Brandschutzsystem hat daher immer zum Ziel, mindestens einen dieser drei potenziell gefährlichen Faktoren auszuschließen.

 (Zurück zum Anfang)

Explosionsgrenzen
Bei Konzentrationen unter der UEG ist nicht genügend Gas vorhanden, um eine Explosion zu erzeugen (d. h. das Gemisch ist zu ‘mager’), während über der OEG nicht ausreichend Sauerstoff vorhanden ist (d. h. das Gemisch ist zu ‘fett’). Der zündfähige Bereich liegt daher für jedes einzelne Gas oder Gemisch von Gasen zwischen der UEG und der OEG. Außerhalb dieser Grenzen ist das Gemisch nicht brennfähig. Die Tabellen mit den Daten zündfähiger Gase in Abschnitt 2.4 zeigen die Grenzwerte für verschiedene der bekannten brennbaren Gase und Gemische. Die Daten sind für Gase und Dämpfe bei normalen Druck- und Temperaturbedingungen aufgeführt. Eine Erhöhung des Drucks, der Temperatur oder des Sauerstoffgehalts erweitert gewöhnlich den Zündfähigkeitsbereich.



In einer durchschnittlichen Industrieanlage entweichen normalerweise keine Gase in die Umgebung, oder es liegen nur niedrige Untergrundkonzentrationen von Gasen vor. Das Mess- und Frühwarnsystem wird daher nur benötigt, um Konzentrationen von null Prozent Gas bis zur unteren Explosionsgrenze zu erkennen. Bis zu dem Zeitpunkt, zu dem diese Konzentration erreicht ist, sollten Abschaltverfahren in Gang gesetzt oder die Anlage geräumt worden sein. Dies geschieht im Allgemeinen schon bei Konzentrationen weit unter 50 Prozent der UEG, sodass eine ausreichende Sicherheitsmarge gewährleistet ist.

Es darf aber in keinem Falle außer Acht gelassen werden, das in geschlossenen oder unbelüfteten Bereichen durchaus Konzentrationen über der OEG auftreten können. Bei Inspektionen ist daher besondere Aufmerksamkeit erforderlich, wenn Luken oder Türen geöffnet werden, da durch das Eindringen von Luft Gase auf gefährliche, zündfähige Gemische verdünnt werden können.

(Anm.: UEG/UZG und OEG/OZG werden für den Zweck dieser Publikation synonym verwendet.)

(Zurück zum Anfang)

Eigenschaften brennbarer Gase

Zündtemperatur
Für jedes brennbare Gas gibt es außerdem eine Temperatur, bei der eine Zündung auch dann stattfindet, wenn keine externe Zündquelle, wie z. B. ein Funken oder eine Flamme, vorliegt. Diese Temperatur wird als die Zündtemperatur bezeichnet. Betriebsmittel, die in explosionsgefährdeten Bereichen verwendet werden, dürfen keine Oberflächentemperatur über der Zündtemperatur erreichen. Sie sind daher mit einer maximalen Oberflächentemperatur oder Temperaturklasse gekennzeichnet.

Flammpunkt (°C)
Der Flammpunkt einer brennbaren Flüssigkeit ist die niedrigste Temperatur, bei der die Oberfläche der Flüssigkeit so viel Dampf abgibt, dass sich dieser durch eine kleine Flamme entzündet.

Dies ist nicht zu verwechseln mit der Zündtemperatur; die beiden Werte können sehr verschieden sein.



Umrechnung von Grad Celsius in Grad Fahrenheit: Tf = ((9/5)*Tc)+32
Beispiel: Zur Umrechnung von -20 Grad Celsius in Grad Fahrenheit Temperatur mit 9 multiplizieren und durch 5 dividieren: ergibt -36. Dann 32 addieren.
Ergebnis: -4°F.

Dampfdichte
Hilfreich bei der Festlegung der Sensorplatzierung
Dichte eines Gases / Dampfes verglichen mit Luft wobei Luft = 1,0
Dampfdichte < 1,0: Gas/Dampf steigt auf
Dampfdichte > 1,0: Gas/Dampf sinkt ab

(Zurück zum Anfang)

(Zurück zum Anfang)

Gefährdungen durch toxische Gase
Manche Gase sind giftig und können schon bei sehr niedrigen Konzentrationen lebensbedrohlich sein. Andere Gase haben einen sehr starken Geruch, wie z. B. der deutlich wahrnehmbare Geruch nach ‘faulen Eiern’ von H2S. Die gängigsten Maßeinheiten für die Konzentration toxischer Gase sind ppm (Parts per million) und ppb (Parts per billion). 1 ppm wäre zum Beispiel gleichbedeutend mit einem Raum, der mit insgesamt einer Million Bällen gefüllt ist, von denen einer rot ist. Dieser rote Ball entspricht dann 1 ppm.



Es sterben mehr Menschen durch toxischen Gasen als durch Explosionen, die durch das Entzünden brennbarer Gase hervorgerufen werden. (Zu bemerken ist, dass es eine große Gruppe von Gasen gibt, die sowohl zündfähig als auch toxisch sind, sodass Detektoren für toxische Gase manchmal auch eine Genehmigung für explosionsgefährdete Bereiche benötigen.) Der Hauptgrund für die getrennte Betrachtung zündfähiger und toxischer Gase ist, dass die Gefährdungen und Vorschriften sowie die benötigten Sensortypen unterschiedlich sind.

Das Hauptproblem bei toxischen Stoffen ist (abgesehen von den offensichtlichen Umweltproblemen) ihre Wirkung auf Personen schon bei niedrigen Konzentrationen, die eingeatmet oder durch den Mund oder die Haut aufgenommen werden können. Da nachteilige Einflüsse häufig durch sich summierende Langzeitaussetzung entstehen können, ist es wichtig, nicht nur die Gaskonzentration sondern auch die gesamte Expositionszeit zu messen. Es gibt sogar einige bekannte Fälle synergetischer Effekte, bei denen Stoffe zusammenwirken und dann einen erheblich nachteiligeren Einfluss ausüben als jeder Stoff für sich allein.

Die Berücksichtigung von Konzentrationen toxischer Stoffe am Arbeitsplatz konzentriert sich sowohl auf organische als auch anorganische Verbindungen. Besonders auf die Einflüsse, die sie auf Gesundheit und Sicherheit der Mitarbeiter, mögliche Kontamination des gefertigten Endprodukts (oder der für die Fertigung verwendeten Betriebsmittel) sowie der daraus folgenden Unterbrechung der normalen Arbeitstätigkeit haben.

(Zurück zum Anfang)

Arbeitshygiene
Aufgabe der industriellen Arbeitshygiene ist es sicherzustellen, dass die Mitarbeiter keinen gesundheitsgefährdenden Zuständen durch Gase, Staub, Lärm usw. ausgesetzt sind, d. h. dass die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte am
Arbeitsplatz nicht überschritten werden.

Dies betrifft sowohl die Flächenmessung (Profilierung möglicher Expositionen) als auch die persönliche Überwachung, wobei Geräte von Arbeitern getragen und Messungen so nahe wie möglich an der Atemzone durchgeführt werden. Damit ist gewährleistet, dass die gemessenen Kontaminationen tatsächlich repräsentativ für die vom Arbeiter eingeatmeten Stoffe sind.

Es muss betont werden, dass sowohl die persönliche Überwachung als auch die Überwachung des Arbeitsplatzes als wichtige Bestandteile eines umfassenden, integrierten Sicherheitsplans anzusehen sind. Beide liefern ausschließlich Informationen über die Bedingungen und Zustände am Arbeitsplatz. Mit Hilfe dieser Informationen können dann die notwendigen Maßnahmen ergriffen werden, um die einschlägigen industriellen Vorschriften und Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.

Unabhängig von der Methode ist es wichtig, die Toxizität der beteiligten Gase eingehend zu berücksichtigen. Ein Gerät, das z. B. nur einen zeitgewichteten Mittelwert misst, oder ein Gerät, das eine Probe für eine Laboranalyse entnimmt, würde einen Arbeiter nicht vor einer kurzzeitigen Exposition durch eine tödliche Dosis einer hochgiftigen Substanz schützen. Andererseits könnte es durchaus normal sein, dass kurzzeitig ein mittlerer Langzeitpegel (LTEL) in einigen Bereichen der Anlage überschritten wird, der nicht als Alarmsituation angezeigt werden muss. Ein passendes Gerätesystem sollte daher imstande sein, sowohl kurzzeitige als auch längere Expositionen sowie momentane Alarmschwellen zu überwachen.

(Zurück zum Anfang)

Arbeitsplatzgrenzwerte für toxische Gase

Europäische Arbeitsplatzgrenzwerte 
Zuständigen nationalen Behörden oder anderen maßgebenden Einrichtungen legen Arbeitsplatzgrenzwerte als Grenzwerte für die Gefahrstoffkonzentrationen in der Umgebungsluft am Arbeitsplatz festgesetzt. Arbeitsplatzgrenzwerte für Gefahrstoffe sind ein wichtiges Hilfsmittel für Risikobewertung und -management. Sie liefern wertvolle Informationen für die Kontrolle gefährlicher Stoffe zur Gewährleistung von Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Arbeit.

Arbeitsplatzgrenzwerte können für Verkaufsprodukte ebenso wie für Abfälle und Nebenprodukte aus Produktionsprozessen gelten. Es handelt sich um Grenzwerte zum Schutz vor Gesundheitsschäden, die sich aber nicht auf sicherheitsrelevante Aspekte wie beispielsweise entflammbare Konzentrationen beziehen. Da sich Grenzwerte häufig ändern und von Land zu Land verschieden sein können, sollten Sie sich an ihre zuständigen nationalen Behörden wenden, um sicherstellen, dass Sie die neuesten Informationen besitzen. 

In Großbritannien fallen Arbeitsplatzgrenzwerte unter die Gesundheitsverordnung zur Kontrolle gefährlicher Substanzen (COSHH). Die COSHH-Verordnung fordert vom Arbeitgeber sicherzustellen, dass Gesundheitsschäden der Mitarbeiter durch gefährliche Stoffe entweder verhindert werden oder, wenn dies praktisch nicht durchführbar ist, angemessener Kontrolle unterliegen. Am 6. April 2005 wurde ein neues, einfacheres Grenzwertsystem in die Verordnung aufgenommen. Die vorhandenen Anforderungen zur Einhaltung angemessener Praktiken wurden durch die Einführung von acht Grundsätzen in die COSSH-Verordnung (Nachtrag) 2004 zusammengefasst.

Maximum Exposure Limits (MELs) und Occupational Exposure Standards (OESs) wurden durch einen Grenzwert, den Workplace Exposure Limit (WEL) ersetzt. Alle MEL-Werte und die meisten der OES-Werte werden als WELs unter Beibehaltung ihrer bisherigen Grenzen in das neue System übernommen. Die OES-Werte von ca. 100 Substanzen wurden gestrichen, da diese Stoffe inzwischen verboten sind, kaum noch verwendet werden oder darauf geschlossen werden kann, dass die gesundheitsschädlichen Wirkungen nahe beim alten Grenzwert liegen. Die Liste der Grenzwerte trägt die Bezeichnung EH40 und wird von der britischen HES (Health and Safety Executive) bereitgestellt. Alle in Großbritannien gesetzlichen WEL-Werte sind Grenzwerte in der Luft. Die maximal zulässigen bzw. akzeptablen Konzentrationen sind von Substanz zu Substanzen je nach Toxizität verschieden. Die Expositionszeiten sind über 8 Stunden (TWA) oder 15 Minuten (Kurzzeit-Grenzwert STEL) gemittelt. Für einige Substanzen wird eine kurzzeitige Exposition als so kritisch angesehen, dass nur ein STEL-Wert vorgegeben ist, der selbst für kürzere Zeit nicht überschritten werden sollte. Die Hautdurchdringungsfähigkeit einer Substanz ist in der WEL-Liste durch die Anmerkung „Skin“ gekennzeichnet. Bei der Erstellung von Vorschlägen für Arbeitsplatzgrenzwerte werden die krebserzeugende Wirkung, mögliche Erbgutschädigung/Reproduktionstoxizität sowie das Irritations- und Sensibilisierungspotenzial nach dem jeweiligen Wissensstand berücksichtigt. 

 


Arbeitsplatzgrenzwerte in den USA
In den USA sind die Systeme für Arbeitsplatzgrenzwerte von Bundesstaat zu Bundesstaat unterschiedlich. Es gibt drei Hauptinstitutionen für Arbeitsplatzgrenzwerte: ACGIH, OSHA, und NIOSH.

Die ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) legt „Maximum Allowable Concentrations“ (MACs) fest. Sie werden jetzt als „Threshold Limit Values“ (TLVs) bezeichnet.

Die TLV-Werte sind als Grenzwerte für die Exposition definiert, „von denen angenommen wird, dass nahezu jeder Arbeiter ihnen Tag für Tag über ein gesamtes Arbeitsleben ohne gesundheitsschädigende Wirkung ausgesetzt sein kann“. Die ACGIH ist ein Berufsverband mit Experten aus Hochschulen und Behörden. Vertreter aus der Privatindustrie können als außerordentliche Mitglieder aufgenommen werden. Die verschiedenen Komitees schlagen einmal jährlich neue Grenzwerte oder Richtlinien für die besten Arbeitspraktiken vor. Die TLV-Liste enthält mehr als 700 chemische Substanzen und und physikalische Mittel sowie Dutzende von biologischen Arbeitsplatztoleranzwerten (BEI) für ausgewählte Chemikalien.

Die ACGIH legt verschiedene TLV-Werte fest:

Threshold Limit Value – Time-Weighted Average (TLV-TWA): die zeitgewichtete mittlere Konzentration für einen üblichen 8-Stunden-Arbeitstag und eine Arbeitswoche mit 40 Stunden, von der angenommen wird, dass nahezu alle Arbeiter ihr wiederholt, Tag für Tag, ohne schädliche Wirkung ausgesetzt sein können.

Threshold Limit Value – Short-Term Exposure Limit (TLV-STEL): die Konzentration, von der angenommen wird, dass Arbeiter ihr kurzzeitig ausgesetzt sein können, ohne dass Irritationen, chronische bzw. irreversible Gewebeschäden oder Betäubung auftritt. Der STEL-Wert ist für eine 15-minütige Exposition definiert, die zu keinem Zeitpunkt während eines Arbeitszeit überschritten werden darf.

Threshold Limit Value – Ceiling (TLV-C): der Höchstwert, der zu keinem Zeitpunkt bei der Arbeit überschritten werden darf.

Es gibt eine allgemeine Empfehlung für sog. „Excursion Limits“
(Überschreitungsgrenzen), die für Stoffe gilt, für die ein TLV-TWA-Wert aber kein STEL-Wert festgelegt ist. Expositionen dürfen das 3-fache des TLV-TWA nicht länger als 30 Minuten während eines Arbeitstags überschreiten und unter keinen Umständen mehr als das 5-fache des TLV-TWA betragen, wobei der Wert für die mittlere Langzeitbelastung insgesamt nicht überschritten werden darf.

TLV-Werte der ACGIH haben in den USA keine rechtliche Verbindlichkeit; sie sind nur Empfehlungen. Gesetzlich bindende Grenzwerte werden von der OSHA herausgegeben. Die Grenzwerte der ACGIH und die Bewertungsdokumente sind allerdings sehr häufig die Basis für die Festlegung von Grenzwerten in den USA und in vielen anderen Ländern. Grenzwerte der ACGIH sind in vielen Fällen strenger als diejenigen der OSHA. Zahlreiche US-amerikanische Unternehmen verwenden die aktuellen ACGIH-Werte oder andere interne und stärker schützende Grenzwerte.

Die OSHA (Occupational Safety and Health Administration) des US Arbeitsministeriums gibt „Permissible Exposure Limits“ (PEL) vor. PEL-Werte sind regulierende Grenzwerte für Konzentrationen von Stoffen in der Luft, die gesetzlich verbindlich sind. Die ersten Grenzwerte von 1971 basierten auf den TLV-Werten der ACGIH. Die OSHA schreibt gegenwärtig ca. 500 PEL-Werte für verschiedene Formen von etwa 300 chemischen Substanzen vor, von denen viele in der Industrie weit verbreitet sind. Die PEL-Werte werden in einem Dokument mit der Bezeichnung „29 CFR 1910.1000“, der Norm für Luftverschmutzung am Arbeitsplatz, veröffentlicht. Ähnlich wie ACGIH gibt die OSHA die folgenden Typen von Arbeitsplatzgrenzwerten heraus: Langzeitwerte (TWAs), Interventionswerte (Action Levels), höchstzulässige Grenzwerte (Ceiling Limits), Kurzzeit-Grenzwerte (STELs), Überschreitungsgrenzen (Excursion Limits) und in einigen Fällen biologische Arbeitsplatztoleranzwerte
(Biological Exposure Indices – BEIs).

Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) hat die gesetzliche Aufgabe, Expositionsgrenzwerte für den Arbeitsschutz zu empfehlen. Das NIOSH hat Recommended Exposure Levels (RELs) für etwa 700 gefährliche Substanzen ermittelt. Diese Grenzwerte sind nicht gesetzlich bindend. Das NIOSH leitet seine Empfehlungen über so genannte „Criteria Documents“ an die OSHA und andere Institutionen für die Festlegung von Arbeitsplatzgrenzwerten weiter. Empfohlen werden Langzeitwerte (TWAs), Kurzzeitwerte (STELs), Höchstwerte (Ceiling) und biologische Arbeitsplatztoleranzwerte (BEIs). Die Empfehlungen und die Bewertungskriterien werden in verschiedenen Dokumenten veröffentlicht, wie z. B. Current Intelligent Bulletins (CIB), Alerts, Special Hazard Reviews, Occupational Hazard Assessments und Technical Guidelines.   

(Zurück zum Anfang)

Daten toxischer Gase
Die unten aufgeführten toxischen Gase können mit Geräten und Systemen von Honeywell Analytics gemessen werden. Gasdaten sind angegeben soweit bekannt.
Da unsere Produktentwicklung fortschreitet, fragen Sie Honeywell Analytics, wenn das Gas, dass Sie messen möchten, hier nicht aufgeführt ist.
Daten können von Land zu Land verschieden und vom Datum abhängig sein, daher sind immer neuesten lokalen Vorschriften zu beachten.

Quellen: EH40/2005 Arbeitsplatzgrenzwerte, OSHA-Norm 29 CFR 1910.1000 Tabellen Z-1 und Z-2 und ACGIH Threshold Limit Values and Biological Exposure Indices Book 2005.

(Zurück zum Anfang)

Gefährdung durch Erstickung (Sauerstoffmangel)
Zum Leben benötigen wie alle Sauerstoff (O2) in der Atemluft. Luft enthält neben Sauerstoff mehrere andere Gase. Normale Umgebungsluft besitzt eine Sauerstoffkonzentration von 20.9 Vol%. Sinkt der Sauerstoffgehalt unter 19.5 Vol%, besteht Sauerstoffmangel. Sauerstoffkonzentrationen unter 16 Vol% sind für Menschen gefährlich.

Sauerstoffarmut kann verursacht werden durch:
• Verdrängung
• Verbrennung
• Oxidation
• Chemische Reaktionen

(Zurück zum Anfang)