De inkuiping zo ontwerpen en aanleggen dat vermeden wordt dat de vloeistofgolf- of straal over de wand slaat

Beschrijving

Bij een plots vrijkomen van grote hoeveelheden vloeistof, kan een sterke vloeistofgolf^[1] ontstaan in de inkuiping. Om effectief de secundaire opvang van gevaarlijke of brandbare vloeistoffen te bewerkstelligen, en dus de omgeving van de opslagtank te beschermen, is het belangrijk dat deze vloeistofgolf niet over de inkuipingswand kan slaan. Een andere mogelijke manier waarop vloeistof buiten de inkuiping kan terechtkomen, is het spuiten van een straal vloeistof uit een klein gat in de opslagtank. Door de hoge druk van de vloeistofmassa in de tank boven het gat, kan de vloeistof horizontaal of in een boog uit het gat spuiten, met het risico dat de vloeistof over de wand en buiten de inkuiping terechtkomt. Naarmate er vloeistof uit dit gat stroomt, daalt het vloeistofniveau, waardoor ook de snelheid waarmee de vloeistof uit het gat spuit, afneemt.

In bijlage 3 worden twee studies beschreven die de mogelijke vloeistofgolf bij volledige tankbreuk hebben onderzocht. Uit het onderzoek blijkt dat in geval van een complete tankbreuk een aanzienlijk deel van de vloeistofgolf kan overslaan over de inkuipingswand bij niet-hoge inkuipingen (tot 70% van de hele vloeistofmassa). EI 19 vermeldt als vuistregel dat catastrofaal falen van de tank leidt tot het overslaan van ongeveer 50% van de tankinhoud over de inkuipingswand.

Het overslaan van de vloeistofgolf hangt uiteraard af van de grootte en kracht van de golf, die onder andere afhankelijk is van de vorm van de tank, de inhoud ervan, de viscositeit van de vloeistof en de mogelijke manier waarop de vloeistof kan vrijkomen. Fiche 6 van rapport 2011/01 door het Franse GESIP (Groupe d'Étude de Sécurité des Industries Pétrolières et Chimiques) beschrijft een aantal mogelijke scenario’s van tankfalen en maatregelen om hun waarschijnlijkheid te beperken. Daarnaast bepalen de afstand tussen tank en inkuipingswand en de hoogte van de inkuipingswand (en dus indirect de inkuipingscapaciteit) mee of de vloeistofgolf erover kan slaan. Voor eenzelfde inkuipingscapaciteit blijkt doorgaans dat de fractie van de vloeistofgolf die over de inkuipingswand slaat relatief kleiner is bij een inkuiping met hogere wanden en kleinere vloeroppervlakte, en relatief groter bij een inkuiping met lagere wanden en grotere vloeroppervlakte. Voor inkuipingen met zeer lage wanden (1/20 van tankhoogte) en dus zeer grote oppervlaktes blijkt de overslagfractie echter weer iets kleiner dan bij 1/10 van de tankhoogte, maar nog steeds groter dan bij hogere inkuipingen. De potentiële overslagfractie voor een enkele tank in een inkuiping bij catastrofale tankbreuk kan ingeschat worden met de gegeven formule Q = A× exp[− B × (h / H)] (Vergelijking 1 in bijlage 3. Echter, naast de dimensies van de inkuiping, heeft het ontwerp (bv. de hellingsgraad) van de vloer en wanden van de inkuiping een invloed op de overslagfractie. Verder kunnen er inrichtingen voorzien zijn die de golfslag beperken zoals kanalen, golfbrekers of deflectors (afbuiginrichting bovenop inkuipingswand)^[2] (zie bijlage 3). Dergelijke inrichtingen zijn echter eerder uitzonderlijk in de praktijk.

Eén van de studies uit bijlage 3 onderzocht via numerieke stromingsleer ook de mogelijke effecten van een vloeistofstraal die uit een gat in de tank spuit. Voor de specifieke opstelling en het scenario aangenomen in de studie is er geen vloeistof die over de inkuipingswand spuit. In het algemeen is er geen risico op overspuiten als de som van de afstand tussen tank en inkuipingswand en de hoogte van de inkuipingswand groter is dan de hoogte van de vloeistof in de tank (zie bijlage 3). In bijlage 4 worden enkele voorbeeldberekeningen gemaakt om in te schatten hoe dit zich verhoudt tot de gevraagde inkuipingscapaciteit volgens fiche 4.2. Voornamelijk als er meerdere tanks in een inkuiping staan, kan het zijn dat er één of meerdere tanks relatief dicht bij de inkuipingswand staan in vergelijking met de hoogte van de tank(s). In sommige gevallen zal het minder evident zijn om te komen aan de hoogte van de tank (vermenigvuldigd met eventuele correctiefactor). Als hier niet aan voldaan is, kan numerieke stromingsleer, rekening houdende met de eigenschappen van de vloeistof (bv. viscositeit) en de opstelling van tank en inkuiping, uitwijzen of er een risico is op overspuiten, welke hoeveelheid vloeistof eventueel buiten de inkuiping terecht kan komen, en waar dit kan gebeuren.

Een alternatieve of complementaire voorziening om te vermijden dat een vloeistofstraal buiten de inkuiping terechtkomt, die niet vermeld is in de studies in bijlage 3, is een antispatscherm tussen de tank en de inkuipingswand (of bovenop de inkuipingswand). Indien het antispatscherm voldoende sterkte heeft om een vloeistofgolf te temperen, kan het ook dienst doen als golfbreker, beschreven in de bijlage 3. Een antispatscherm kan ook een gunstige invloed hebben op de hydrodynamische drukken die op de inkuipingswand terecht kunnen komen (zie 4.8). Bij een geïsoleerde tank kan het zijn dat de isolatielaag voldoende dik is om de potentiële vloeistofstraal te temperen zodat deze niet over de inkuipingswand kan reiken, waardoor minder complementaire maatregelen nodig zijn. De isolatielaag kan ook een gunstig effect hebben op het beperken van de vorming van een vloeistofgolf bij tankbreuk.

Onder meer om tegemoet te komen aan het effect van een mogelijke vloeistofgolf, wordt een minimumhoogte voor de inkuipingswand aanbevolen in sommige richtlijnen. Het is op te merken dat sommige richtlijnen een minimumhoogte opleggen voor de opvang van bluswater, koelwater, schuim of hemelwater (zie maatregel 'een inkuiping voorzien met voldoende opvangcapaciteit') of om de oppervlakte van de vloeistofplas te beperken.

Er zijn geen vaste regels over de verhouding tussen de hoogte van de inkuipingswand en de vloeroppervlakte. Lage wandhoogtes (1 - 1,5 m) worden vaak gebruikt om brandbestrijding te faciliteren (zie 4.4), maar vormen een zwakke bescherming tegen het terechtkomen van een vloeistofstraal of -golf over de wand. Het gebruik van inkuipingen zo hoog als de tank (cup-tanks) is ongewoon. Voor inkuipingen met hoge wanden, moet aandacht besteed worden aan de mogelijkheid dat tanks gaan drijven als de inkuiping zich vult, wat catastrofaal falen kan veroorzaken. (HSE, Technical Measures Document Secondary containment)

Als men niet kan vertrouwen op de inkuiping om mogelijke vloeistofgolven volledig in te dijken (bijvoorbeeld bij een inkuiping van een bestaande houder), is het overslaan van een vloeistofmassa over de inkuipingswand een scenario dat te weerhouden is in de noodplanning. De casuïstiek toont aan dat dit een realistisch scenario is. Er worden meerdere voorbeelden aangehaald waarbij 20% of meer van de vrijgekomen vloeistof over de inkuipingswand is terechtgekomen.

Toepasbaarheid

Voor een nieuwe inkuiping is het aanleggen opdat er geen vloeistofgolf over de inkuipingswand kan slaan en geen vloeistofstraal over de inkuipingswand kan spuiten algemeen toepasbaar, tenzij er door lokale omstandigheden een plaatsgebrek zou zijn en/of omwille van (brand-)veiligheidsredenen (toegang en evacuatie, brandbestrijding, ...) de hoogte van de inkuipingswand beperkt moet worden. Zelfs in geval van beperkte ruimte, kunnen complementaire maatregelen (antispatscherm, kanalen, golfbrekers, deflectors, of andere) de hoeveelheid vloeistof die potentieel over de inkuipingswand kan terechtkomen herleiden tot een verwaarloosbaar niveau. Dergelijke complementaire maatregelen mogen echter de brandveiligheid of benodigde ruimte voor inspectie en onderhoud (zie maatregel 'goede toegang voorzien in en rondom de inkuiping voor bediening, inspectie, onderhoud, evacuatie en interventie') niet in het gedrang brengen. Mogelijke conflicten met brandbestrijding zullen eerder een probleem zijn bij opslag van ontvlambare of brandbare vloeistoffen, en minder bij andere gevaarlijke vloeistoffen die niet brandbaar of ontvlambaar zijn. Het is echter ook mogelijk dat een goede toegang (en dus beperkte hoogte) nodig is voor andere interventies dan brandbestrijding (schuimdeken om vervluchtiging toxische stoffen te beperken, verwijdering van de gelekte vloeistof, ...)

Milieu- en veiligheidsaspecten

De kans op een catastrofale tankbreuk of op het overspuiten van vloeistof over de inkuipingswand uit een gat in een tank is zeer gering, maar de potentiële gevolgen van het terechtkomen van een grote hoeveelheid gevaarlijke of brandbare vloeistof buiten de inkuiping zijn zeer groot, zowel naar milieu als naar bescherming van personen die zich buiten de inkuiping bevinden. De casuïstiek toont aan dat het overslaan van een vloeistofgolf wel degelijk een realistisch scenario is. Er zijn cases beschreven waarbij meer dan 20% van de vrijgekomen vloeistof over de inkuipingswand is terechtgekomen. In het bijzonder bij tankenparken in waterwingebied en beschermingszones, of in de buurt van waterlopen, is de milieuschade bij dergelijk scenario zeer groot. Bij gewone inkuipingen (geen tankenparken) zijn de mogelijke gevolgen beperkter.

Op basis van de casuïstiek lijkt het overspuiten van een vloeistofstraal eerder uitzonderlijk. Bovendien is de hoeveelheid product die buiten de inkuiping terechtkomt beperkt, rekening houdende met de plaats van het lek uit de tank, de beperkte kans dat dit op het punt is waar de afstand het kortst is, het dalende vloeistofniveau ten gevolge van het lek, wrijvingsverliezen, enz. Het aanleggen van de inkuiping opdat er geen, of aanzienlijk minder, vloeistoffen buiten de inkuiping terechtkomen (bv. door het verhogen van inkuipingswanden), verlaagt het risico op beide fenomenen drastisch.

Financiële aspecten

Om te voorkomen dat er vloeistof buiten de inkuiping terecht kan komen door een vloeistofgolf of -straal, kan het nodig zijn om de inkuiping groter te maken dan wat nodig zou zijn om het product en blusmiddel op te vangen (zie maatregel 'een inkuiping voorzien met voldoende opvangcapaciteit'), of zijn mogelijk bijkomend complementaire maatregelen nodig. Deze vergroting van de inkuiping of de complementaire maatregelen kunnen gepaard gaan met een significante meerkost. Door de investering worden eventuele (mogelijk hoge) kosten voor bodemsanering of schade aan omliggende terreinen, installaties of personen in de toekomst vermeden, zie ook de casuïstiek.

Codes van goede praktijk en regelgeving

ALGEMEEN

De huidige algemene voorwaarden bevatten geen bepalingen rond minimumafstand of minimumhoogte. De sectorale voorwaarden in VLAREM bepalen een minimumafstand tussen de tank en de inkuiping ten minste de helft van de hoogte van de houders. Deze verplichting vervalt:

• bij opslag van gevaarlijke vloeistoffen in dubbelmantelhouders of houders met ringmantel of een gelijkwaardige afscherming, die er voor zorgt dat eventuele lekvloeistof binnen de inkuiping terechtkomt, of
• bij opslag van brandbare vloeistoffen met een vlampunt van meer dan 100 °C of extra zware stookolie, ongeacht het vlampunt, en een voldoende viscositeit waardoor de eventuele lekvloeistof binnen de inkuiping terechtkomt.

Ook volgens de Belgische Codex Welzijn op het Werk moet de afstand tussen de tank en de inkuipingswand (onderkant) minstens de helft van de hoogte van de tank zijn, tenzij een ringmantel de vloeistof binnen de inkuiping houdt.

De richtlijn Guidance note for the Control of Pollution (Oil Storage) (Engeland) vermeldt een minimumhoogte voor de inkuipingswand van 150 mm (gericht op de opvang van hemelwater of bluswater, zie 4.2).

De richtlijn Guidance note for the water environment (oil storage) regulations 2006 (Schotland) vermeldt een minimumhoogte van 250 mm (gericht op de opvang van hemelwater of bluswater, zie 4.2).

De richtlijn HSG 176 (VK) beveelt een minimumafstand aan tussen tank en inkuipingswand van 1 m voor tanks tot 100 m³ en van 2 m voor tanks groter dan 100 m³. Hierbij is niet vermeld of dit is omwille van de mogelijkheid van een vloeistofgolf of -straal of omwille van andere redenen (hydrodynamische druk, toegankelijkheid, ...)

De Franse regelgeving (Arrêté 03/10/10) schrijft voor dat de afstand tussen de inkuipingswanden en de tankwand(en) ten minste gelijk is aan de hoogte van de inkuipingswand ten opzichte van de bodem van de inkuiping. Deze bepaling geldt niet voor inkuipingen aangelegd door uitgraving van de bodem. De bepaling geldt niet voor bestaande installaties. De hoogte van de inkuipingswanden is ten minste 1 meter ten opzichte van de binnenkant van de inkuiping. Deze minimale hoogte is 50 centimeter voor horizontale tanks, tanks met een inhoud kleiner dan 100 kubieke meter en opslag van zware stookolie. De hoogte van de inkuipingswanden is beperkt tot 3 meter ten opzichte van het externe maaiveld.

FM7-88 beschrijft een minimale afstand tussen tank en inkuipingswand minstens gelijk aan de helft van de diameter van de tank. In deze richtlijn is niet gespecifieerd dat dit is omwille van de mogelijke vloeistofgolf of omwille van de toegankelijkheid van de tank, maar aangezien het gaat om een afstand afhankelijk van de grootte van de tank is het logischer deze te beschouwen als maatregel om het overvloeien van de inkuiping te verhinderen.

CIRIA rapport C736 ‘Containment systems for the prevention of pollution’ beschrijft een extra hoogte (bovenop capaciteit voor opvang product, blus- en koelwater en hemelwater) voor de opvang van plotse golven door tankfalen van 250 mm voor inkuipingen uit beton of metselwerk (en voor “secundaire opvangtanks”), en 750 mm voor inkuipingen uit los materiaal (omwille van de helling van de dijken). Om “jetting” (het overslaan van de vloeistofstraal) te voorkomen, schrijft het rapport voor dat de som van de afstand tussen houder en inkuipingswand met de hoogte van de inkuipingswand minstens gelijk moet zijn aan de hoogte van de tank. Hiervan kan afgeweken worden omwille van brandveiligheidsredenen.

De andere standaarden vermelden niet specifiek het nemen van maatregelen om overslaan van een vloeistofgolf of het overspuiten van een vloeistofstraal te vermijden.

VERGELIJKING VLAREM II MET ANDERE STANDAARDEN

In de tabel in bijlage ‘Vermijden overslag’ is een vergelijking gemaakt van de voorwaarden uit VLAREM met deze uit de andere standaarden.

De sectorale voorwaarden bevatten bepalingen rond een minimumafstand tussen de tank en de inkuipingswand, die verschillend is ten opzichte van alle andere standaarden (behalve de Belgische regelgeving). Ten opzichte van de vele standaarden die geen voorwaarden stellen, is VLAREM uiteraard strenger. Ten opzichte van de standaarden die wel voorwaarden stellen, is VLAREM soms strenger, soms minder streng, afhankelijk van de situatie. VLAREM stelt geen voorwaarde voor een minimumhoogte van de inkuipingswand, en is dus minder streng dan de standaarden die wel een minimumhoogte opleggen.

Aanbevelingen voor het standaardkader in VLAREM

Opmerking: sommige van onderstaande voorstellen zijn niet weerhouden in de voorstellen voor VLAREM in hoofdstuk 6 (zie 6.4.5) omwille van de beperkte meerwaarde ten opzichte van de huidige voorwaarden in VLAREM II, en de te grote complexiteit of te voorschrijvende middelvoorschriften, volgens het oordeel van het begeleidingscomité. Ze worden in dit hoofdstuk echter wel als aanbevelingen behouden omdat, zoals hierboven toegelicht, ze een goede weerspiegeling zijn van de effectieve risico’s, en deze informatie nuttig kan zijn bij de concrete invulling van doelvoorschriften of bij afwijkingsaanvragen. De weerhouden voorstellen staan hieronder in zwarte tekst, de niet weerhouden voorstellen in grijze tekst.

Onderaan de tabel in bijlage ‘Vermijden overslag’ is een voorstel gedaan voor het VLAREM standaardkader voor nieuwe installaties (sectorale voorwaarden):

• Voorstel: de som van de afstand tank-inkuipingswand en de hoogte van de inkuipingswand is ten minste de maximale vloeistofhoogte in de tank maal een correctiefactor 0,62. Als een bedrijf kan aantonen dat omwille van de eigenschappen van de vloeistof een grotere correctiefactor van toepassing is, mag deze voor de berekening gebruikt worden. Deze verplichting vervalt:
  • bij opslag van gevaarlijke vloeistoffen in dubbelmantelhouders, cup-tanks, houders met isolatielaag of houders met ringmantel of een gelijkwaardige afscherming, die er voor zorgt dat eventuele lekvloeistof binnen de inkuiping terechtkomt, of
  • bij opslag van gevaarlijke (5.17) / brandbare (5.6) vloeistoffen met een voldoende viscositeit waardoor de eventuele lekvloeistof binnen de inkuiping terechtkomt.
  • Argumentatie: Deze voorwaarde zorgt ervoor dat een horizontale vloeistofstraal niet over de inkuipingswand kan slaan. Voor het overspuiten van een vloeistofstraal is een eis in functie van de hoogte van (de vloeistof in) de tank logisch, omdat de hoogte en afstand van dergelijke straal toeneemt met toenemende tankhoogte. Het opvangen van dergelijke straal is echter niet enkel afhankelijk van de afstand tussen tank en inkuipingswand, maar ook van de hoogte van de inkuipingswand.

Worst-case geldt voor een horizontale straal uit een tank (zie bijlage 3 en voorbeeldberekeningen in bijlage 4):

afstand tot de tank + hoogte van de straal = vloeistofhoogte in de tank

Dit zou betekenen dat, om elke mogelijke horizontale vloeistofstraal volledig op te vangen, de hoogte van de inkuipingswand en de afstand tussen tank en inkuipingswand zo zouden moeten gekozen worden dat hun som minstens gelijk is aan de maximale vloeistofhoogte in de tank (ten opzichte van de vloer van de inkuiping). Deze worst-case benadering is echter een theoretische benadering. In de praktijk treden er wrijvingsverliezen op, en is de baan van de straal lager/minder ver. De VR richtlijnen (Handboek Risicoberekeningen) vermelden bijvoorbeeld een correctiefactor voor het debiet van het uitstromen van 0,62. Indien wordt aangenomen dat de uitstroomsnelheid recht evenredig is met het debiet, kan deze correctiefactor ook gehanteerd worden voor de vloeistofstraal.

Voor het overslaan van de vloeistofgolf, beschrijft de literatuur dat het overslaan van een vloeistofgolf bij catastrofaal falen van een tank nagenoeg onvermijdelijk is (zie bijlage 3). De casuïstiek in deze BBT-studie (zie 3.2.3) lijkt dit te bevestigen. Bij eenzelfde inkuipingscapaciteit neemt de overslagfractie ook eerder toe met toenemende afstand tussen tank en inkuipingswand (en dus dalende hoogte van de inkuipingswand). De huidige sectorale voorwaarde is dus relatief streng voor hogere inkuipingswanden, en weinig streng voor lagere inkuipingswanden. Het lijkt daarom weinig zinvol om een voorwaarde voor een minimumafstand te behouden (althans voor wat betreft de overslag van vloeistoffen. Voor de bespreking van toegankelijkheid, zie fiche 4.4). De voorgestelde voorwaarde verkleint de kans en de hoeveelheid (dus de gevolgen) van overslag. Waar het risico toch nog te groot is, zijn extra noodmaatregelen te voorzien.

Het behouden van de vrijstelling voor bepaalde situaties, en de uitbreiding van de vrijstelling voor cup-tanks en geïsoleerde tanks, zorgt ervoor dat de afstandsregels enkel van toepassing zijn in situaties met een reëel risico op overslag van vloeistofgolf of -straal. De vrijstelling voor viskeuze vloeistoffen wordt losgekoppeld van het vlampunt, omdat dit geen invloed heeft op het risico op overslag van de vloeistofstraal of -golf. 

• Voorstel: tankenparken met gevaarlijke vloeistoffen groep 1, ontploffingsgevaarlijke vloeistoffen gekenmerkt door GHS01 of acuut toxische vloeistoffen van gevarencategorie 1 en 2 een studie laten uitvoeren om aan te tonen dat risico’s van een overslaande vloeistofgolf bij plots vrijkomen voldoende beheerst zijn.
  • Argumentatie: De voorgestelde voorwaarde voor afstand en hoogte van de inkuipingswand verkleint het risico, maar volgens bijlage 3 is in de meeste gevallen toch nog een overslag mogelijk. VR vertrekt van de aanname dat een inkuiping niet kan falen (een mobiele barrière wel). Literatuur en casuïstiek tonen echter aan dat golfoverslag een geloofwaardige gebeurtenis is. Dergelijke studie is aanbevolen voor tankenparken met gevaarlijke vloeistoffen groep 1, ontploffingsgevaarlijke vloeistoffen gekenmerkt door GHS01 of acuut toxische vloeistoffen van gevarencategorie 1 en 2 , omwille van de grote veiligheidsrisico’s. De studie kan nagaan welke maatregelen (vergroten van afstand of hoogte inkuipingswand, alternatieve maatregelen zoals aangehaald in bijlage 3,...) de risico’s op een kostenefficiënte wijze beperken.
• Voorstel: In de algemene voorwaarden dezelfde bepalingen als bij de sectorale voorwaarden op te nemen.
  • Argumentatie: De huidige algemene voorwaarden bevatten geen bepalingen rond minimumafstand of minimumhoogte.