Feb 102012
 

Ich möchte hier einmal einen kleinen Überblick zum Thema Partialdruck-Mischung geben. Mit den notwendigen Kenntnissen und dem notwendigen Equipment ist die Herstellung von Mischgasen relativ leicht selbst zu bewerkstelligen. Aber Achtung: Bei der Partialdruck-Mischung wird mit reinem Sauerstoff gearbeitet. Wer hier nicht weiss, was er tut, der kann sehr schnell schwere Unfälle mit verheerenden Folgen heraufbeschwören!!

Wollen wir uns einmal das notwendige Equipment ansehen. Neben einem Atemluftkompressor, einer Speicherflasche (meist 50 Liter) mit reinem Sauerstoff und sauerstoffreinen Tauchflaschen werden folgende Teile benötigt:

  • O2 Edelstahl Umfüllschlauch mit O2 Regelventil, Druckentlastungsventil und passenden Anschlüssen (5/8″ oder M26x2)
  • Manometer der Klasse 0,5
  • Rückschlagventil
  • O2 clean Filter
  • O2-Analyzer
  • ggf. Helium-Analyzer

Passende Teile oder ganze Mix-Sets gibt es z. B. von Mavotec.

Bei der Partialdruck-Füllmethode wird in eine sauerstoffreine Tauchflache zunächst bis zu einem – anhand des gewünschten Zielgemisches und des vorhandenen Restdrucks und Restgemisches – zu errechneden Fülldruck reiner Sauerstoff eingefüllt. Dann wird normale Pressluft bis zum erreichen der vorher festgelegten Enddrucks hinzugefügt. Sollen Trimix-Mischungen hergestellt werden, so ist der Mischung neben dem reinen Sauerstoff auch noch Helium hinzuzufügen, bevor mit normaler Pressluft bis zum Enddruck gefüllt wird.

Ich will hier mal ein Berechnungsbeispiel für eine Nitrox-Mischung geben: Eine Tauchflasche mit einem Restdruck von 42 bar beinhaltet ein Restgemisch NOAA I (also ein Nitrox mit 32% Sauerstoffanteil).  Die Flasche soll nun neu auf einen Gesamtdruck von 200 bar gefüllt werden. Das Zielgemisch ist NOAA II (36% Sauerstoffanteil).

  • PO2= gesuchter O2 Fülldruck
  • P“end“=Zieldruck
  • fO2″end“= gewünschtes Gemisch am Ende des Füllvorgangs
  • P“alt“=Restdruck
  • fO2″alt“=Restgemisch

Es müssten also zunächst 32,13 bar reiner Sauerstoff eingefüllt werden (somit also Sauerstoff bis auf einen Gesamtdruck von 42 bar + 32,13 bar = 74,13 bar). Der Rest bis 200 bar wird dann mit normaler Pressluft ergänzt.

So, wie Ihr seht müsst Ihr also immer verschiedene Formeln im Kopf haben. Sealed

Etwas leichter geht es, wenn man sich bei der Berechnung ein wenig unterstützen läßt. Beispielsweise durch dieses Excel-Sheet oder dieses Windows-Programm. Den Berechnungsweg sollte man jedoch unbedingt auch ohne Programmunterstützung beherrschen.

Nun von der Theorie zur Praxis. Die sauerstoffreine Flasche wird also über das Gas-Mix-Set mit reinem Sauerstoff befüllt. Als erstes wird sicherheitshalber das Restgemisch in der Tauchflasche mit dem Analyzer überprüft. Das Mix-Set wird mit der Sauerstoffflasche und der Tauchflasche verbunden. Zunächst wird nochmals der Flaschendruck kontrolliert, indem bei geschlossenem O2 Regelventil das Flaschenventil geöffnet wird. Danach wird das Flaschenventil wieder geschlossen und das unter Druck stehende Finimeter mit der Entlüftungsschraube kurz entlüftet. Im nächsten Arbeitsschritt ist das Ventil der Sauerstoffflasche vorsichtig zu öffnen. Der Füllschlauch steht nun bis zum O2 Regelventil unter Druck. Das Regelventil und das Flaschenventil werden nun geöffnet. Über das O2 Regelventil wird der Sauerstoff langsam (Druckzunahme in Abhängigkeit vom Volumen des zu befüllenden Tanks ca. 2-5 bar/Minute) in die Flasche eingelassen. Bei einem Druck von exakt 74,13 bar wird das Regelventil geschlossen. Wichtig ist bei dem gesamten Vorgang schlagartige Druckbeaufschlagungen zu vermeiden, die Ventile also umsichtig und langsam zu öffnen. Völlig ungeeigent für Nitrox Tauchflaschen sind übrigens Scubapro Modulo-Ventile. Diese Ventile sind bauartbedingt nicht langsam und dosiert genug zu öffnen.

Im Anschluß wird nun unter Verwendung eines O2 clean Filters die Flasche bist zu einem Zieldruck von 200 bar mit Pressluft befüllt. Ein sehr wichtiger Bestandteil in der beschriebenen Partialdruck-Füllkonstellation ist das Rückschlagventil. Es verhindert, dass sauerstoffangereicherte Luft oder reiner Sauerstoff in den Kompressor „zurückdrücken“ kann.

Die Einzelgase in der Tauchflasche durchmischen sich u. U. recht träge und zeitverzögert. Im Idealfall sollte das hergestellte Gemisch daher einige Stunden ruhen und dann mit dem Analyzer nochmals überprüft werden.

Wie bereits erwähnt ist das langsame Einfüllen des Sauerstoffs ein wesentlicher Aspekt bei der Partialdruck-Füllmethode. Der Grund hierfür ist, dass eine höhere Gasströmung zu einer höheren Energieabgabe führt und dies eine entsprechende Wärmeabgabe zur Folge hat. Die Grafik (Feuertriangel) veranschaulicht die für die Entstehung eines Brandes notwendigen Komponenten. Je höher der Sauerstoffanteil, desto niedriger die Zündtemperatur und somit auch die Gefahr eines Sauerstoffbrandes und umso höher ist die Flammtemperatur und die Zerstörungskraft des Brandes.  Auf zwei der drei Größen kann bei der Partialdruck-Füllmethode kein Einfluß genommen werden. Der Sauerstoff ist das Gas welches in die Tauchflasche gefüllt werden soll, Brennstoff sind potenziell alle Materialien die beim Füllvorgang beteiligt sind (unter reiner Sauerstoffatmosphäre brennen auch Materialien, die sonst nicht brennbar sind). Die Temperatur ist somit die einzige Größe, die beim Füllen zu beeinflussen ist. Je geringer sie gehalten wird, umso geringer ist auch die Brandgefahr.

In unter Druck stehenden System ist die Zündquelle nicht so offensichtlich wie eine offene Flamme oder heisse Oberflächen. Die Feuer können folgende Ursprünge haben:

  • Reibung
  • mechanische Einwirkungen
  • elektrische Funken
  • hohe Flussgeschwindigkeiten bei gleichzeitigem Vorhandensein von Partikeln
  • Erwärmung durch Turbulenzen
  • Erwärmung durch adiabatische Verdichtung

Die adiabatische Verdichtung entsteht, wenn Sauerstoff unter hohem Druck schlagartig in ein System mit geringem Druck gelangt. Dabei kann das Gas zum Teil mit Schallgeschwindigkeit fliessen. Oft tritt diese Situation bei Ventilen und Armaturen auf. Prallt ein Gas mit grosser Geschwindigkeit auf einen Widerstand, steigt die Temperatur aufgrund der adiabatischen Verdichtung sehr schnell an. Dies ist immer dann der Fall, wenn Gase so schnell verdichtet werden, dass dabei keine Wärmeenergie verloren geht. Als Regel gilt: Je höher der Ausgangsdruck, desto höher wird auch die Temperatur.

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