Respecteren van interne scheidingsafstanden

Beschrijving

Interne risicoafstanden hebben een preventief doel om tijdens het ontwerp van de inrichting de kans op optreden van een domino-effect tussen verschillende componenten binnen dezelfde inrichting te reduceren. Domino-effecten ontstaan wanneer het falen van een gevarenbron leidt tot het falen van een andere gevarenbron, waar de gevolgen van het falen van de tweede gevarenbron vaak een groter effect hebben. Verder hebben interne scheidingsafstanden ook als doel om de impact van te voorziene ongevallen op personen in de onmiddelijke omgeving van de gevaarlijke installaties binnen de inrichting te beperken.

In het kader van deze BBT-studie werd door M-Tech (M-Tech, 2020) een berekening van interne scheidingsafstanden en risicoafstanden[1] voor verschillende samenbouwconfiguraties gemaakt. Deze studie en de resulterende zelfberekening- (en evaluatie)tools zijn volledig te raadplegen via op deze pagina.

Onderstaande paragrafen bevatten de interne scheidingsafstanden bepaald op basis van de geselecteerde representatieve vrijzettingsscenario’s en de criteria voor relevante schade aan personen (invallende stralingsflux van 5 kW/m², een concentratie van 4 vol% H2 in lucht en een explosieoverdruk van 56 mbar) en installaties (invallende stralingsflux van 15 kW/m² en een explosieoverdruk van 100 mbar).

Voor de berekening van de interne scheidingsafstanden is er geen duidelijke richtlijn m.b.t. de methodiek[2]. Gedurende deze studie werden twee methodes gebruikt, namelijk enerzijds de Vlaamse QRA (Quantitative Risk Analysis) methode, en anderzijds de NFPA 55 (editie 2016) methode, om te komen tot representatieve vrijzettingsscenario’s voor het bepalen van de interne scheidingsafstanden. Het toepassen van de Vlaamse QRA methode impliceert dat de geselecteerde representatieve vrijzettingsscenario’s voor het berekenen van de interne scheidingsafstanden uitsluitend gebaseerd zijn op de vrij ernstige vrijzettingsscenario’s die voor de verschillende installatieonderdelen in de QRA worden beschouwd, en dat deze vrijzettingsscenario’s enkel relevant zijn voor installatie-onderdelen die een minimaal aantal uren per jaar worden aangewend of die bestaan uit een groot aantal elementen. Voor installatie-onderdelen die op jaarbasis beperkt gebruikt worden, of die bestaan uit een beperkt aantal elementen kunnen m.a.w. geen interne scheidingsafstanden worden bepaald. Voor andere onderdelen die frequent worden gebruikt of die bestaan uit een groot aantal elementen resulteert de methode daarentegen in vrij grote scheidingsafstanden. Dit nadeel kan worden ondervangen door bij de bepaling van de interne scheidingsafstanden ook andere (minder ernstige) vrijzettingsscenario’s in beschouwing te nemen dan louter deze die in een QRA worden bestudeerd. Zo stelt de NFPA 55 (editie 2016) dat een lekgrootte gelijk aan 3% van de maximale doorstroomoppervlakte (of 17,3% van de doorstroomdiameter) in de installatie kan worden aangenomen ter bepaling van de scheidingsafstanden die rond de installatie dienen te worden aangehouden.

Het selecteren van een representatief vrijzettingsscenario voor het bepalen van de interne scheidingsafstanden uit de set van vrijzettingsscenario’s die in een Vlaamse QRA worden bestudeerd is niet altijd mogelijk voor de installatie-onderdelen die voorkomen op een waterstoftankstation. Daarom werd besloten om het representatieve vrijzettingsscenario te baseren op de doorstroomoppervlaktes of –diameters van de installatieonderdelen, zoals voorgeschreven door de NFPA 55. Deze interne scheidingsafstanden worden hieronder toegelicht[3].

Standaard vs LPG-achtige slangen:

Voor de verlading van gevaarlijke stoffen met behulp van flexibele slangen zijn in het Handboek Risicoberekeningen twee sets van faalfrequenties opgenomen, nl. faalfrequenties voor standaardslangen en faalfrequenties voor LPG-achtige slangen. Momenteel zijn er nog geen faalfrequenties beschikbaar voor waterstofslangen. Om deze correct te kunnen afleiden is er meer informatie over casuïstiek nodig. Concreet is er informatie nodig over hoelang een slang in gebruik is (aantal gebruiksjaren), hoeveel uren een slang wordt gebruikt (aantal gebruiksuren per jaar), en informatie over het aantal en de omvang (aantal vrijzettingen, grootte lekdiameter, hoeveelheid vrijgezet product) van de vrijzettingen die zich gedurende deze periode hebben voorgedaan.

Conform het Handboek Risicoberekeningen worden in een QRA  de faalfrequenties voor LPG-slangen normaliter enkel toegepast voor de verlading van ontvlambare gassen, categorie 1 en 2 (incl. LPG) en van aardgas, en niet voor de verlading van waterstof. Aangezien LPG- en H2-slangen op dezelfde manier gebruikt worden (deze worden op dezelfde manier gebruikt en zijn qua veiligheidsvoorzieningen erg gelijkend), en om de continuïteit met reeds uitgevoerde studies voor reeds vergunde tankstations te behouden, (hiermee wordt het mogelijk om stations in stadskernen te bouwen), wordt in deze studie gekozen omde faalfrequentiedata van LPG-achtige slangen te gebruiken[4] voor het berekenen van de scheidingsafstanden, op voorwaarde dat volgende veiligheidsvoorzieningen getroffen worden:

Vanwege de fysische eigenschappen van waterstof, wordt er voor de berekening van interne scheidingsafstanden onderscheid gemaakt tussen installaties in een gesloten omgeving en in een open omgeving.

  • Componenten die staan opgesteld in openlucht

Figuur 26 toont de berekende interne scheidingsafstanden tot naburige personen in functie van de werkingsdruk en de interne leidingdiameter in de installatie. De afstanden werden bepaald uitgaande van een lekgrootte gelijk aan 3% van de maximale doorstroomoppervlakte en een invallende stralingsflux van 5 kW/m² (ontstoken jet) en een waterstofconcentratie van 4 vol% (niet onstoken jet).

Figuur 26: Berekende interne scheidingsafstanden tot naburige personen in functie van de werkingsdruk en de interne leidingdiameter in de installatie

Figuur 27 toont de berekende interne scheidingsafstanden tot naburige installaties met gevaarlijke stoffen in functie van de werkingsdruk en de interne leidingdiameter in de installatie. De afstanden werden bepaald uitgaande van een lekgrootte gelijk aan 3% van de maximale doorstroomoppervlakte en een invallende stralingsflux van 15 kW/m² (ontstoken jet).

Figuur 27: Berekende interne scheidingsafstanden tot installaties met gevaarlijke stoffen in functie van de werkingsdruk en de interne leidingdiameter in de installatie

  • Componenten die staan opgesteld in een besloten ruimte

Voor waterstofinstallaties in een besloten ruimte wordt het risico dat uitgaat van de waterstofinstallaties hoofdzakelijk bepaald door de effecten van een gasexplosie na een waterstoflek in een beperkt geventileerde besloten ruimte[5]. Tabel 34 toont de berekende minimale scheidingsafstanden tot locaties waar frequent personen binnen achter glas aanwezig kunnen zijn en tot naburige installaties met gevaarlijke stoffen. De scheidingsafstanden werden berekend voor componenten die staan opgesteld in een besloten ruimte die al dan niet is voorzien van een adequaat explosiedrukontlastingssysteem (explosieluiken). De scheidingsafstanden werden bepaald als de afstand tot een invallende explosieoverdruk van 40 mbar (voor personen) en 100 mbar (voor installaties)[6].

Tabel 34: Minimale scheidingsafstanden tussen installaties in besloten ruimten en naburige personen en installaties binnen de inrichting[7]

Toetsen van scheidingsafstanden aan normen en codes van goede praktijk:

In de beschikbare normen en codes van goede praktijk (zie bijlage 4 van de veiligheidsstudie van M-tech, 2020) worden interne scheidingsafstanden aanbevolen van 5 tot 8 m (EIGA 15/06), 4 tot 14 m (NFPA 55) en 2 tot 8,5 m (PGS 35) voor naburige personen en van 3 tot 8 m (EIGA 15/06), 4 tot 6 m (NFPA 55) en 2 tot 7 m (PGS 35) tot naburige installaties met gevaarlijke stoffen. De interne scheidingsafstanden die in de veiligheidsstudie werden afgeleid op basis van de vrijzettingsscenario’s die in de QRA-studie werden beschouwd zijn beduidend groter dan de scheidingsafstanden die in de normen en codes van goede praktijk worden aanbevolen (zie §V.1.4.1.1 van de veiligheidsstudie van M-tech, 2020). De interne scheidingsafstanden die werden afgeleid op basis van een representatieve lekgrootte gelijk aan 3% van de maximale doorstroomoppervlakte (cfr. NFPA 55, editie 2016) liggen daarentegen in lijn met de aanbevolen scheidingsafstanden uit de beschikbare normen en de codes van goede praktijk (zie §V.1.4.1.2 van de veiligheidsstudie van M-tech, 2020).

Toepasbaarheid

Het respecteren van de interne scheidingsafstanden is algemeen toepasbaar voor nieuwe installaties die gebouwd worden na het in voege treden van een regelgevende verplichting omtrent deze scheidingsafstanden. Voor nieuwe installaties kan het beschikbare terreinoppervlakte een beperkende factor zijn, en is er dus de noodzaak om voldoende grond aan te kopen (cfr financieel aspect). Voor bestaande installaties is het verkleinen van afstanden qua kosten-baten vaak geen haalbare optie, omdat de meeste installatiecomponenten aan de grond verankerd zijn.

Verkleining van de hierboven beschreven afstanden is in bepaalde gevallen mogelijk indien andere bijkomende maatregelen worden ingevoerd. Het is noodzakelijk dat kleinere scheidingsafstanden in combinatie met extra omgevingsbeschermende maatregelen door een erkende deskundige externe veiligheid in een veiligheidsstudie onderzocht worden.

Voordeel voor milieu/veiligheidsniveau

Interne scheidingsafstanden hebben tot doel om preventief (in de ontwerp- en configuratiefase van de installatie) de impact van productvrijzetting en een eventueel vervolgscenario (bv. ontsteking van het vrijgekomen product) maximaal te beperken.

Financiële aspecten

Een eventuele meerkost aan het respecteren van interne scheidingsafstanden zijn de extra benodigde meters leiding tussen de verschillende installatieonderdelen, en de nodige terreinoppervlakte.

 

 



[1] De term risicoafstanden wordt in deze BBT-studie gehanteerd om consistent te blijven met de huidige VLAREM II wetgeving. In andere veiligheidsstudies (o.a. deze van M-Tech) worden de termen “externe scheidingsafstanden” of “externe risicoafstanden” gebruikt.

[2] In de BBT-studie LNG-verdeling werd de Vlaamse QRA methode gehanteerd voor de berekening van de interne scheidingsafstanden. Echter verschillen de installaties van LNG en waterstof qua opbouw (druktanks voor LNG en cilinders en flessen voor waterstof) waardoor dezelfde methodiek toepassen niet de beste resultaten zal geven.

[3] De afstanden berekend volgens de Vlaamse QRA methode worden ter vergelijking vermeld in de veiligheidsstudie van M-tech in Hoofdstuk V.

[4] Zie opmerking van Team Externe Veiligheid in Bijlage 2

[5] Een slecht geventileerde ruimte kan ook ontstaan door een faling van een actief ventilatiesysteem dat in geval van een incidentele vrijzetting wordt aangesproken.

[6] Gasexplosies in besloten ruimten (o.a. in de modules met compressoren, elektrolyse-apparatuur en stoomreformers) veroorzaken drukgolven buiten deze ruimten. Voor personen in de omgeving van de installaties manifesteren de effecten van overdruk zich hoofdzakelijk in de vorming van secundaire projectielen (bv. verscherving van glasramen). Vandaar dat personen die zich binnen achter glas bevinden het meest kwetsbaar zijn voor de effecten van overdruk t.g.v. een explosie. Ruiten van voertuigen bestaan echter uit gelaagd veiligheidsglas, dat de eigenschap heeft te verbrijzelen bij blootstelling aan overdruk zonder uiteen te spatten in gevaarlijke glasscherven. Personen die zich in voertuigen bevinden (of in gebouwen voorzien van veiligheidsglas) zijn dus veel minder kwetsbaar i.g.v. een gasexplosie. (Luc Vandebroek, persoonlijke communicatie, M tech, 2019)

[7] Het enige relevante scenario lijkt dat van een gaswolkexplosie in de besloten container.

Het scenario gaat uit van een stoichiometrisch H2/lucht mengsel in de container. De effecten zijn dus enkel afhankelijk van het volume van de container en het al dan niet aanwezig zijn van een drukontlastingssysteem, en niet van de installaties in de container. (Luc Vandebroek, persoonlijke communicatie, 2020)

 

Toon enkel technieken...
Aspecten
...op...
Beste beschikbare techniek
Milieuvriendelijke techniekTechnische aspectenMilieuaspectenBBT
BewezenAlgemeen toepasbaarInterne veiligheidKwaliteitGlobaal - technischLuchtEnergie - rendementGeluid en trillingenOverigeGlobaal - milieuExterne veiligheidEconomisch
Respecteren van interne scheidingsafstandenJa
  • Legende