Tracergas

So findet Tracergas das Leck in der entleerten Leitung

Formiergas: die übliche Mischung

Das Produktdatenblatt von Linde nennt für Formiergas 95/5 eine Zusammensetzung aus 95 Prozent Stickstoff und 5 Prozent Wasserstoff, angegeben als ideale Volumenanteile, eingeordnet als Prozessgas nach DIN EN ISO 14175 mit dem Kurzzeichen N5.^[1] Hauptsächlich dient das Gemisch als Schutzgas beim Schweißen und Löten, etwa zum Wurzelschutz, und wird in Stahlflaschen und Flaschenbündeln mit roter Schulterfarbe geliefert.^[1] Eine Stahlflasche mit 10 Litern Rauminhalt fasst nach dem Datenblatt bei 200 bar rund 1,89 Kubikmeter Gas und wiegt gefüllt etwa 17 Kilogramm, die Flasche mit 50 Litern rund 9,43 Kubikmeter bei etwa 69 Kilogramm.^[1] Daneben führt Linde Formiergase mit 10, 15, 20 und 30 Prozent Wasserstoff.^[1]

Für die Lecksuche wird in der Regel kein reiner Wasserstoff verwendet. Ein Beitrag zur Jahrestagung 2004 der Deutschen Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung beschreibt das Gemisch aus 95 Prozent Stickstoff und 5 Prozent Wasserstoff als Standard, das in internationalen Normen nach ISO 10156 als nicht brennbar eingestuft ist.^[3] Nach der Diplomarbeit der TU Graz hat sich diese Mischung auch in der Wasserleckortung durchgesetzt, eingesetzt werden immer leicht flüchtige, nicht brennbare und nicht giftige Gase.^[2]

Warum Wasserstoff sich als Tracergas eignet

Wasserstoff ist nach der GESTIS-Stoffdatenbank farblos und geruchlos, sein Dichteverhältnis zu trockener Luft liegt bei 0,0695, er ist also rund 14-mal leichter als Luft.^[4] Die Diplomarbeit nennt ihn das kleinste und leichteste Atom, mit einem Durchmesser von nur 0,106 Nanometern, und Gase mit leichten Molekülen diffundieren schneller als solche mit schweren, sogar durch die Poren von Betonplatten.^[2] Das macht das Gas auch für Abdichtungen interessant, etwa wenn sich Wasser an der Decke unter dem Balkon zeigt und die undichte Stelle in der Fläche darüber liegt.

Gas	dynamische Viskosität	Hintergrundkonzentration in Luft	Molmasse
Wasserstoff	8,7 µPa·s	0,5 ppm	2 g/mol
Helium	19,4 µPa·s	5 ppm	4 g/mol
Luft	18,3 µPa·s	100 %	29 g/mol

Physikalische Daten nach dem Tagungsbeitrag der DGZfP von 2004.^[3]

Die geringe Viskosität lässt mehr Gas durch ein kleines Leck strömen, und die niedrige natürliche Hintergrundkonzentration von 0,5 ppm in der Luft legt die Nachweisgrenze fest.^[3] Mit dem Gemisch 95/5 lassen sich nach dem Beitrag Leckageraten bis zu 5·10⁻⁷ mbar·l/s nachweisen, Wasserstoff haftet nicht an Oberflächen und ist schnell wieder ausgelüftet.^[3]

Wie das Messgerät Wasserstoff erkennt

Der Tagungsbeitrag der DGZfP beschreibt ein Lecksuchgerät mit einem Halbleitersensor, ähnlich einem Feldeffekttransistor aufgebaut. An seiner Oberfläche lagern sich Wasserstoffmoleküle an und zerfallen zu Protonen, die durch die Gitterstruktur treten und ein elektrisches Feld verändern, daraus entsteht das Messsignal.^[3] Das Sensorelement spricht selektiv auf Wasserstoff an, es besteht keine Querempfindlichkeit zu anderen Gasen, und weil es direkt in der Messkopfspitze sitzt, braucht es weder Pumpe noch Filter.^[3]

Die Geräte lassen sich nach dem Beitrag mit einem zertifizierten Testleck oder einem Kalibriergas vom Anwender selbst kalibrieren, und Vergleichsmessungen des TÜV Süddeutschland ergaben dieselben Ergebnisse wie Messungen mit Helium und Massenspektrometer.^[3] Wasserstoff ist außerdem als Verpackungsgas für Lebensmittel zugelassen und gilt als nicht korrosiv.^[3]

Wie die Tracergasortung abläuft

Der zu prüfende Abschnitt wird nach der Diplomarbeit vollständig entleert und für die Dauer der Suche außer Betrieb genommen, danach werden Enden und Abgänge druckdicht verschlossen und das Gas eingefüllt.^[2] Die Dosierung verlangt Erfahrung: Zu schnelles Befüllen bildet schon nach kurzer Zeit einen großen Ausbreitungstrichter um das Leck und erschwert die Lokalisierung, zu langsames Befüllen kostet viel Zeit.^[2] Die Kosten der Leckortung mit Gas hängen darum auch davon ab, wie lang der Abschnitt ist und wie lange gewartet werden muss.

Der Druck sollte dem Betriebsdruck entsprechen, in vielen Fällen reichen nach der Arbeit schon 80 Prozent davon.^[2] Bis das Gas eng begrenzt über dem Leck an der Oberfläche ankommt, vergeht eine Wartezeit, die von Druckabfall, Verlegetiefe, Leckgröße, Bodenart und Oberfläche abhängt, und sobald das Manometer einen Druckabfall zeigt, wird die Trasse mit dem Messgerät abgegangen.^[2] Die Fundstelle wird markiert und mit Foto und Lage in die Schadendokumentation übernommen, bevor geöffnet wird.

Gesucht wird mit Sonden, die das Gas direkt aus dem Boden oder dem Belag ansaugen, und damit kein Wasser in die Sonde gesaugt wird, haben sie einen Staubfilter und ein Überlaufventil.^[2] Ein Rolluntersatz mit Gummimatte hält den Kontakt zur Oberfläche und verhindert, dass der Wasserstoff sich verflüchtigt, für weiche Böden gibt es Messköpfe, die gelösten Wasserstoff auch in nassem Boden und im Wasser erkennen, und der Ort mit der höchsten Gaskonzentration entspricht der Leckstelle.^[2] Der Hersteller Sewerin beschreibt für sein Tracergasgerät eine sehr geringe Querempfindlichkeit gegenüber Feuchte und Methan, eine Empfindlichkeit bis zu 0,1 ppm Wasserstoff und die punktgenaue Lokalisation in Bohrlöchern.^[5]

Wann Tracergas das Mittel der Wahl ist

Für kleinste Leckstellen, die man kennt, die aber mangels Geräusch mit akustischen Verfahren nicht zu lokalisieren sind, und für Leitungen im Grundwasser bietet sich nach der Arbeit die Tracergasmethode an.^[2] Im Gebäude kommt sie hinzu bei Kunststoffleitungen, die Schall schlucken, bei Fußbodenheizungen mit vielen Metern Rohr auf engem Raum und in lauter Umgebung.

Unter Betrieb, also bei wassergefüllter Leitung, empfiehlt sich das Verfahren nicht: Das extrem leichte Gas sammelt sich am oberen Rand des Rohres, und es können nur Schadstellen in der Nähe des Rohrscheitels gefunden werden.^[2] Außerdem ist eine genaue Leitungsdokumentation Voraussetzung, und Wind kann den Erfolg im Freien wesentlich beeinträchtigen.^[2]

Sicherheit beim Tracergas

Reiner Wasserstoff ist nach der GESTIS-Stoffdatenbank ein extrem entzündbares Gas und bildet mit Luft explosionsfähige Gemische, seine untere Explosionsgrenze liegt bei 4,0 Volumenprozent, die obere bei 77 Volumenprozent.^[4] Bei hohen Ausströmgeschwindigkeiten besteht nach der Datenbank sogar die Gefahr der Selbstentzündung.^[4] Das Formiergas enthält 5 Prozent Wasserstoff in Stickstoff und ist nach der Einstufung, auf die sich der DGZfP-Beitrag bezieht, als Gemisch nicht brennbar.^[3]

Für die Arbeit im Haus heißt das: Das Prüfgas kommt aus zugelassenen Flaschen mit Druckminderer, die Leitung wird nur mit dem nötigen Druck befüllt, und nach der Suche wird das Gas abgelassen und der Raum gelüftet. Gearbeitet wird mit dem Gemisch, nie mit reinem Wasserstoff.

Wo das Gas keinen Weg nach oben findet

Das Verfahren braucht einen Weg für das Gas. Dichte Beläge, eine Verbundabdichtung unter Fliesen oder eine geschlossene Asphaltdecke halten es zurück, dann wird an Fugen, Randfugen, Durchdringungen oder in eigens gebohrten Sondenlöchern gemessen. Sewerin hebt für sein Gerät gerade die punktgenaue Lokalisation in Bohrlöchern hervor.^[5]

Auch bei sehr großen Leitungen wird es aufwendig, weil viel Gas nötig ist. Im Haus sind die Leitungen klein, und schon wenig Gas füllt den abgesperrten Abschnitt.

Wie wir mit Tracergas orten

Wir setzen Tracergas ein, wenn die akustische Ortung kein eindeutiges Ergebnis liefert oder die Leitung ohnehin drucklos ist. Der betroffene Strang wird abgesperrt und entleert, das Gemisch eingefüllt und der Druck beobachtet. Dann gehen wir die Fläche mit dem Messgerät ab, an Fugen und Randfugen zuerst, bei dichten Belägen über kleine Sondenlöcher.

Die Stelle mit dem höchsten Messwert markieren wir, bestätigen sie wenn möglich mit einem zweiten Verfahren und öffnen erst dann. Befüllung, Druck, Messpunkte und Messwerte stehen im Bericht.