Hidrogén – az alábecsült vizsgálógáz
Dr. c. Nylander, Sensistor Technologies AB, Linköping, Schweden
Ha elemezzük a tömörségvizsgálatnál szempontjából jelentős gázok fizikai tulajdonságait, hamar rájöhetünk, hogy a hidrogén minden más gáznál előnyösebb. Minden kapható vizsgálógáz közül ez a legelőnyösebb termék. Ennek ellenére a szakértők korábban nem használták, mert veszélyesnek minősült. Habár a hidrogén levegővel keveredve robbanékony elegyet képezhet, de ha a helyes formában használjuk, teljesen biztonságos. Nitrogénnel megfelelő arányban hígítva teljesen biztonságos.
A tömegspektrométerek magas beszerzési- és fenntartási költségei, valamint a nagy teljesítményű- illetve hidrogén-tömörségvizsgáló berendezések megjelenése arra ösztönözték az ipart, hogy újra felfedezze a hidrogént, mint vizsgálógázt.
A hidrogén ideális vizsgálógáz tömörség- illetve szivárgásvizsgálathoz. Ez az univerzum legkönnyebb anyaga, molekulasebessége nagyobb, viszkozitása kisebb, mint bármely másik gázé. A hidrogént lényegesen egyszerűbb a munkadarabba juttatni, gyorsabban keveredik a levegővel és más gázokkal, valamint sokkal egyszerűbb eltávolítani.
A hidrogén normál háttérkoncentrációja csak 0,5 PPM, miközben a héliumé, 5 PPM. A vizsgálógáz háttérkoncentrációja a gázdetektorok érzékenységének korlátozó faktora.
A hidrogén egy természetben előforduló gáz, amely egyáltalán nem mérgező és nincs semmilyen utóhatása a környezetre. A hidrogén a leggazdaságosabb vizsgálógáz, ha kereskedelmi mennyiségben használják fel.
Robbanásveszély – tévedés
Két fő oka van annak, hogy miért nem terjedt el eddig a hidrogén a tömörségvizsgálatban:
a) Eddig nem volt alkalmas hidrogén-tömörségvizsgáló.
b) Veszélyesnek minősítették a hidrogén, mert a nagy hidrogénkoncentráció potenciális robbanásveszélyt jelent.
Az, hogy éghetősége miatt a hidrogén vizsgálógázként való használata a tömörségvizsgálatban tilos, egy elterjed hibás megítélés. Valójában a hidrogén csak 4 és 75 százalék közötti koncentrációban a levegőben és oxigénben éghető. A hidrogén csak 18 és 60 százalék között robbanékony levegőben vagy oxigénben. Ha hígítva használjuk a hidrogént, soha meg sem közelíthetjük ezt a koncentrációt. Tulajdonképpen a standardizált hidrogén/nitrogén keveréket gyakran használják ipari kemencék védőatmoszférájaként.
Nem éghető keverékek
A hidrogén – mint sok más anyag – csak magas koncentrációban éghető, és egyáltalán nem gyúlékony, ha megfelelően van hígítva. Ezért a hidrogén helyes koncentrációban teljesen veszélytelenül alkalmazható tömörségvizsgálatnál, ahol vizsgálógázként jól kihasználhatók fizikai és gazdasági előnyei. Más vizsgálógázokat is hígítanak, egyebek között pénzügyi okokból.
A megfelelő koncentráció 5 százalék hidrogén és 95 százalék nitrogén keveréke, amely ipari mennyiségben a legtöbb gáz-kereskedőknél beszerezhető. Speciális hidrogén keverékek is lehetségesek, de ezeknek magasabb az áruk. Az 5 százalékos keverék a nemzetközi ISO 10156 sz. szabvány szerint nem éghető anyagként van besorolva. Ez a szabvány nemcsak azt írja le, hogy hogy vannak meghatározva a gázkeverékek éghetőségei határértékei, hanem azt is, hogy a kevesebb, mint 5,7 százalékos hidrogén tartalmú keverékek nem éghetőek, függetlenül attól, hogy levegővel alkotja-e ezt a keveréket.
A hidrogén nagy molekulasebessége, kis viszkozitása és kis sűrűsége különösen egyszerűvé teszi a gáz munkadarabba való bejuttatását és szétoszlatását. A gáz eltávolítása a munkaterületről is nagyon egyszerű. Az anyagokból a munkakörnyezetbe kerülő hidrogén kevésbé gyülemlik össze, mint más vizsgálógázok esetében.
Vizsgálat vákuum nélkül
A hidrogén extrém könnyűsége előny pl. ha integrál tömörségvizsgálatot végzünk, azaz ha egy munkadarabot, mint egészet vizsgáljuk ahelyett, hogy a szimatoló szondát kellene az egész felületen tologatni. A munkadarabot egyszerűen egy vákuumkeret alá teszik, amelyben a levegőt egy ventilátor mozgatja át. Ez az eljárás nehéz vizsgálógázokkal gyakran nem alkalmazható, de a hidrogénnel kiválóan végezhető. Egy hidrogén-tömörségvizsgáló géppel összekötve, amely a szokásos légköri nyomáson dolgozik, ez az eljárás lényegesen gyorsabb, mint a hagyományos vákuum-eljárások.
Nem kell vákuumpumpát használni vákuum létrehozásához, vagy a vizsgálógáz összegyűjtéséhez, ezzel jelentős vizsgálati időt lehet megtakarítani. A héliumos tömörségvizsgálat során gyakran vákuum szükséges a háttérkoncentráció csökkentéséhez. Hidrogén vizsgálógázként való alkalmazáskor ez csak nagyon ritkán szükséges.
Összefoglalás
A hidrogén fizikai tulajdonságai annyival előnyösebbek, mint más vizsgálógáz tulajdonságai, hogy a tömörségvizsgálat sokkal egyszerűbbé válik. Az ipari felhasználásban, ahol ez érzékenység, gyorsaság, egyszerűség, megbízhatóság, és a költségek fontos tényezők, érdemes ezt a megoldást választani.
|
|
Levegő |
Hidrogén |
Hélium |
|
Molekuláris sebesség |
29g / mol |
2g / mol |
4g / mol |
|
Sűrűség |
1,5g / l |
0,009g / l |
0,18g / l |
|
Viszkozitás |
18,3x10-6 Pa s |
8,7x10-6 Pa s |
19,4x10-6 Pa s |
|
Háttérkoncentráció |
100% |
0,5ppm |
5ppm |
PB-H2000PLUS-ENG-200702.pdf
PB-H2000PLUS-GER-200702.pdf
Sensistor H2000 plus lyuk detektor_bemutatása.pdf