Basis-chemie – Brandbare wolk

Algemene beschrijving

In deze MBA kunnen in principe alle beschreven scenario’s voorkomen omdat basis chemische industrie een noemer is waaronder veel bedrijven kunnen vallen.

Brandbare wolk

Als een brandbare vloeistof (die vervolgens verdampt) of brandbaar gas vrijkomt en niet direct ontbrandt, zal de wolk zich verspreiden en ontbranden op het moment dat er een ontstekingsbron in contact komt met de wolk. Pas als de wolk zover verdunt is dat de concentratie onder het Lower Explosion Level zakt, is het risico op ontbranding verdwenen. De effecten van een brandbare wolk kunnen zowel op het bedrijfsterrein als erbuiten optreden. De oorzaak van het vrijkomen van het brandbare gas vindt zijn oorzaak in een lekkage of bezwijken van een insluitsysteem op het bedrijfsterrein.

Omdat zowel op als buiten het terrein een brandbare wolk voor groot gevaar kan zorgen (ontstekingsbronnen zijn in onze drukke wereld nooit ver weg), zal er gestreefd worden om de kans op vrijkomen zo veel als mogelijk te beperken. Als vrijkomen onvermijdelijk en zelfs gepland is (denk hierbij bijvoorbeeld aan een affakkelsysteem) kan voorkomen worden dat de wolk onverbrand vrijkomt door een waakvlam bij de uitgang van het affakkelsysteem (gecontroleerd laten verbranden).

Vergunningsadvies

Een advies met betrekking tot het voorkomen en/of bestrijden van een brandbare wolk zal alleen maar in het vergunningsadvies terecht komen als hiervoor stationaire maatregelen genomen worden. Dit kan alleen maar in geval van een vaste installatie. Als de bestrijding mobiel of semi-stationair wordt uitgevoerd, wordt dit beschreven in de bedrijfsbrandweeraanwijzing.

Het scenario Brandbare wolk is het gevolg van het vrijkomen van een brandbaar gas (of vloeistof die vervolgens uitdampt) uit een insluitsysteem. In de vergunning zal met name ingezet worden op het voorkomen van het vrijkomen van een brandbare vloeistof of –gas. Bij een brandbare vloeistof kan nog geprobeerd worden de vloeistof af te dekken (bijvoorbeeld met schuim), bij een gas is dit niet mogelijk. Bij een gas kan nog wel geprobeerd worden om met een waterscherm het vrijkomende gas op te mengen en verdunnen. Beide oplossingen zijn maar beperkt toepasbaar omdat de locatie van het vrijkomen vooraf bekend moet zijn (bekende zwakke plek?), om de stationaire voorzieningen daar aan te brengen.

Effecten

De effecten van een brandbare wolk zijn in eerste instantie natuurlijk afhankelijk van het al dan niet ontbranden van de wolk. De kans daarop neemt af naarmate de afstand tot de bron groter wordt en de kans wordt kleiner als er geen of weinig ontstekingsbronnen zijn.

De effecten van een ontbrandende gaswolk zijn minder heftig dan bij bijvoorbeeld een BLEVE. Bij een brandbare wolk is de atmosferische druk gelijk aan 1 atmosfeer en is het brandbare gas zich aan het vermengen met de lucht. Bij een BLEVE gaat het om een wolk die onder druk vrij komt (meer dan 1 atmosfeer) en nog niet is opgemengd.

De effecten zijn de ontbranding geven weinig drukeffecten. De hittestraling en secundair branden zijn het grootste gevaar.

De reikwijdte van dit scenario kan het best berekend worden met specifieke modelleringssoftware.

Ten aanzien van de effecten van een Brandbare wolk is het van belang een aantal zaken mee te nemen in de beeldvorming, te weten:

• Een stof die in gasvorm lichter is dan lucht zal sneller opstijgen. Stoffen die net zo zwaar of zwaarder dan lucht zijn, blijven hangen boven het aardoppervlak;
• Rustig weer (geen harde wind en ook weinig thermiek in de lucht) zorgt ervoor dat de wolk langzaam wordt opgemengd terwijl harde wind en veel thermiek ervoor zorgt dat de wolk al relatief snel niet meer de vereiste concentratie heeft om te kunnen ontbranden;
• Inzet van waterschermen dicht bij de bron kan eraan bijdragen dat de concentratie sneller verlaagd wordt

Bedrijfsbrandweer

Het scenario Brandbare wolk is niet altijd te bestrijden voor een bedrijfsbrandweer. Een brandbare wolk die is ontstaan in gasvorm, kan alleen maar een bedrijfsbrandweerscenario zijn als het om een langdurende ontsnapping gaat. Alarmering, uitruk en opbouw van een waterscherm kosten tijd en zullen te laat komen voor een instantane lekkage. Een niet instantane lekkage biedt wat dat betreft meer mogelijkheden. Het opstellen van een waterscherm is de meest effectieve manier om het vrijkomende gas op te mengen en te verdunnen.

Als de lekkage in de vloeistoffase van een stof plaatsvindt, is de verdampingssnelheid afhankelijk van de stofeigenschappen en de situatie ter plaatse. Afdekken van de uitgestoomde plas kan op dat moment een optie zijn.

Dit scenario komt wat betreft bestrijding overeen met scenario “Brandbare plas”. De bestrijding door de bedrijfsbrandweer is meestal gebaseerd op het opbrengen van schuim. Voor een effectieve inzet is het van belang dat er:

1. Snel gealarmeerd wordt;
2. De locatie goed bereikbaar is voor mens en materieel (hittestralingscontouren);
3. Er voldoende water, SVM, menskracht en pompcapaciteit beschikbaar is;
4. Snel gestart kan worden met schuim opbrengen. Een plasbrand op een vlakke ondergrond, spreidt zich ver uit waardoor de vloeistoflaag erg dun wordt en snel opbrandt (de afbrandsnelheid van benzine is 5 mm/minuut, van kerosine 3 mm/minuut en van diesel 2 mm/minuut).
   Voor een goede inschatting van aard, omvang en (mogelijke) locatie van de plasbrand, dienen de bovenstaande aspecten aan de orde te komen.

Voor een goede inschatting van aard, omvang en (mogelijke) locatie van de plasbrand, dienen de bovenstaande aspecten aan de orde te komen.

Kentallen waterscherm

Inzet waterscherm bij toxische wolk

Waterschermen kunnen een toxische wolk verdunnen of opwervelen doordat ze veel lucht verplaatsen. De benodigde hoeveelheid water (om de toxische wolk te verdunnen tot de AGW), wordt bepaald door de hoeveelheid lucht die daarvoor nodig is:

L = (b / AGW) x 1.000.000

L: Benodigde hoeveelheid lucht in m³
b: bronsterkte in kg/s
AGW: Alarmeringsgrenswaarde in mg/m²

Toelichting
De benodigde hoeveelheid lucht wordt berekend door de bronsterkte te delen door de AGW. De AGW wordt in mg berekend. Omdat de bronsterkte in kg is, wordt de uitkomst van de deling met 1.000.000 vermenigvuldigd.

De hoeveelheid lucht bepaalt vervolgens de benodigde hoeveelheid water:

V = (L / 2000) x 60

V: Benodigd water in L/min
L: Benodigde lucht in m³

Toelichting
Het benodigd water wordt berekend door de benodigde hoeveelheid lucht te delen door 2.000 (1 liter water verplaatst 2 m³ lucht). Omdat uitkomst de hoeveelheid water per seconde betreft moet deze nog vermenigvuldigd worden met 60.

Naast de benodigde hoeveelheid water die nodig is voor het verdunnen van de wolk tot de AGW, kan ook berekend worden hoeveel water nodig is voor het volledig oplossen van de wolk. Hiervoor kan de volgende formule worden gebruikt:

V = (b / o) x 60 x 100

V: het minimaal benodigde waterdebiet in L/min
b: bronsterkte in kg/s
o: oplosbaarheid van de stof in g/100ml

Toelichting
Het benodigde water wordt berekend door de bronsterkte te delen door de oplosbaarheid. De bronsterkte in kg/s en wordt maal 60 gedaan om op kg/min te komen. De oplosbaarheid wordt maal 100 gedaan om van g/100 ml naar kg/100 l te komen.

Bovenstaande berekeningen zijn modelmatig en houden geen rekening met de omstandigheden. Per scenario moet beoordeeld worden of een effectieve inzet met waterschermen mogelijk is en of de effectiviteit opweegt tegen de risico’s voor personeel. Voor het beoordelen van de effectiviteit dient ten minste naar de volgende factoren te worden gekeken:

• Wind: hoe meer wind, hoe lager de effectiviteit. Boven 5 m/s is er nog nauwelijks effect.
• Afstand tot de bron: hoe groter de afstand tot de bron, hoe kleiner de effectiviteit. Optimale afstand tot bron is 10 m (effectiviteit van 90%), bij 20 m is dit nog 15 %.
• Hoogteverschil: hoe groter het hoogteverschil met de bron, hoe lager de effectiviteit.
• Watercapaciteit: hoe groter de watercapaciteit, hoe hoger de effectiviteit. Een waterscherm is pas effectief bij capaciteiten boven de 2.000 l/min.
• Aantal monitoren: meer monitoren in cascade opstelling voor optimaal effect.
• Vrije uitstroom: bij obstakels tussen bron en scherm is een inzet nauwelijks effectief

Kentallen plasgroottes

De omvang van het scenario plasbrand wordt bepaald door zaken als: soort stof, inhoud van een insluitsysteem, type van uitstroom (instantaan of continu), de aanwezigheid van obstakels en specifieke weersomstandigheden.

Vuistregels maximale plasoppervlaktes op land, water en spoorwegemplacementen*

* In deze tabel wordt geen rekening gehouden met type ondergrond. Bij sterk absorberende ondergronden kan het oppervlak afnemen tot 10% van de oorspronkelijke plasgrootte. Ook hier geldt dat het uitgangspunt blijft dat de daadwerkelijke omvang berekend moet worden met modelleringssoftware waarin de ondergrond als parameter kan worden ingevoerd.
** Dit betreffen enkel lekkages die niet gelimiteerd worden door bijvoorbeeld opvangbakken of opstaande randen. In die gevallen geldt vanzelfsprekend het oppervlak van de opvang als maximaal plasoppervlak.

Tabel hieronder geeft voorbeelden voor het berekenen van plasoppervlaktes bij lekkende appendages. Hierbij is onderscheid gemaakt in 3 verschillende situaties; LOC (Loss Of Containment)-opvang met afschot en snelle afvoer, LOC-opvang zonder afvoer en geen LOC-opvang. De oppervlaktes gelden bij vertraagde ontsteking.
Tijdens de brand zal de plas een evenwichtsoppervlak krijgen waarbij de verbrandingssnelheid van het product gelijk is aan de toevoer. Dit evenwichtsoppervlak kan alleen met modellering (software) bepaald worden.

Plasgrootte bij verschillende appendages op land, water en spoorwegemplacementen*

Gatgrootte versus plasgrootte bij appendage branden en brand bij overslag

* In deze tabel wordt geen rekening gehouden met type ondergrond. Bij sterk absorberende ondergronden kan het oppervlak afnemen tot 10% van de oorspronkelijke plasgrootte. Ook hier geldt dat het uitgangspunt blijft dat de daadwerkelijke omvang berekend moet worden met modelleringssoftware waarin de ondergrond als parameter kan worden ingevoerd.

(1) Uitgangspunt is dat het grootste gat (0,1d) 2 cm in doorsnee is. Dit omdat leiding- diameters van leidingen met gevaarlijke vloeistoffen binnen procesinstallaties in de regel niet groter zijn dan 8” (200mm).
(2) Full-bore lekkages binnen een procesinstallatie kunnen worden veroorzaakt door openstaande drains/vents. Drains en vents zijn in de regel niet groter dan 3”. Guillotine breuken worden normaliter niet reëel geacht i.v.m. onderhouds- en beheerssystemen/procedures.
(3) Tussen de 1 en 5 bar absoluut zal de vloeistof zich over een groter oppervlak verspreiden vanwege de stuwing in de lekstroom. De vloeistofstraal zal of kapot slaan op objecten in de omgeving, of een langere afstand afleggen en uiteenvallen.
(4) Effect modelleringssoftware kan uitstromingsmodellen genereren op verschillende oppervlaktes (beton, grind,etc.) en berekend de plasafmetingen. Deze berekeningen dienen door de opsteller van het bedrijfsbrandweerrapport gemaakt te worden. Eventueel kunnen de resultaten getoetst worden door modelleringssoftware.

Kentallen hittestraling

Omvang hittestralingscontouren

Een brand op hoogte geeft andere contouren dan dezelfde brand op maaiveldniveau. Middels speciale modelleringssoftware kan dit in beeld worden gebracht. Een conservatieve methode om toch gebruik te maken van extra inzetdiepte, is door de afstand A van de 3 kW/m²-contour naar beneden te kantelen om de contour op maaiveldniveau te verkrijgen.
Stralingscontouren van gebouwbranden en buitenopslagen van hout, kunststof, papier, e.d. kunnen middels de Beheersbaarheid van Brand-methodiek worden bepaald. De stralingsberekeningen zijn hierbij gebaseerd op de PGS 2 (oude CPR 14). Hierbij dienen de stralingsbronuitgangspunten duidelijk te zijn omschreven. Zo wordt voor opslaggebouwen met een ‘normale’ opslag 45 kW/m² als bronstraling gehanteerd. Voor kunststof opslag wordt vaak 55 kW/m² gehanteerd. Deze waarden zijn sterk afhankelijk van de productvorm, wijze van opslag en materiaaleigenschappen.

Kentallen schuimblussing

Om te bepalen hoeveel water nodig is voor een effectieve inzetstrategie, wordt de onderstaande formule gebruikt:

V = O x a

V: het minimaal benodigde waterdebiet
O: het te blussen of te koelen oppervlak
a: van toepassing zijnde de applicatiesnelheid

Om te bepalen hoeveel schuimvormend middel nodig is om een voldoende dekkende schuimlaag op te kunnen brengen, wordt de onderstaande formule gebruikt:

V = O x a x t x f

V: de hoeveelheid schuimvormend middel (SVM) in liters
O: het met schuim af te dekken oppervlak in m²
a: van toepassing zijnde applicatiesnelheid in l/min/m²
t: benodigde tijd voor een stabiele schuimlaag in minuten
f: het bijmengpercentage

Voor het onderhouden van een schuimlaag wordt dezelfde formule gebruikt. Steeds moet gecontroleerd worden of de schuimlaag in stand blijft en indien nodig dient de schuimlaag te worden aangevuld. Omdat continue applicatie niet nodig is, kan worden volstaan met 5-10% van de oorspronkelijk gebruikte capaciteit*.

* Bron: Handreiking Bluswatervoorziening en Bereikbaarheid, Brandweer Nederland

Voor het bepalen van de applicatiesnelheid en benodigde opbrengtijd kan gebruik gemaakt worden van diverse NFPA, IP en PGS normen. Welke norm gebruikt wordt, is afhankelijk van het type installatie en de kenmerken ervan. Hieronder zijn de belangrijkste normen weergegeven.

Uitgangspunten blussen/afdekken gelimiteerde plas

(Bron: NFPA 11 (2016), tabel 5.7.3.2)

* Bij het bepalen van de benodigde tijdsduur wordt onderscheid gemaakt tussen de klassen waar de koolwaterstof die afgedekt moet worden onder valt. Klasse 1 betreft koolwaterstoffen met een enkele binding (alkanen). Klasse 2 betreft koolwaterstoffen met een dubbeleof driedubbele binding (alkenen en alkynen);
** Dit betreft bijvoorbeeld vast opgestelde schuimkoppen op de rand van een opvangbak of tankput.

Uitgangspunten blussen/afdekken ongelimiteerde plas

Uitgangspunten mobiel blussen full surface tankbrand

*NFPA 11 maakt geen onderscheid in het formaat van de tank. IP-19 daarentegen geeft aan dat bij een grotere tankdiameter ook een grotere applicatiesnelheid gebruikt dient te worden. IP-19 hanteert de volgende dimensies:

Uitgangspunten actief stationair blussen/afdekken rim seal brand (drijvend dak tank)

Uitgangspunten actief/stationair blussen afdekken full surface tankbrand**

Bovenstaande berekeningen zijn gebaseerd op fluorhoudend blusschuim. Voor fluorvrij schuim zijn nog geen internationale richtlijnen opgesteld. Voor applicatiesnelheden en opbrengtijden dient contact opgenomen te worden met de fabrikant

De meest actuele kentallen m.b.t blussing zijn te vinden in de NFPA 11.

**Voor het stationair aanbrengen van de schuimlaag dient de tank over voldoende schuimkoppen te beschikkingen. Afhankelijk van de tankdiameter dient de tank over de volgende aantallen schuimkoppen te beschikken

***Voor het aanbrengen van het schuim van onder het vloeistofoppervlak (subsurface application) hanteert NFPA 11 dezelfde applicatiesnelheden en opbrengtijden (NFPA Tabel 5.2.6.5.1)

Kentallen koeling

Onderstaande tabel geeft inzicht in de applicatiesnelheden bij koeling. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen koeling waarbij installaties enkel worden aangestraald (buiten het vlamfront) en koeling waarbij installaties zijn omgeven door vlammen (binnen het vlamfront).

Uitgangspunten koeling

Koeling is optimaal als het water daadwerkelijk kan verdampen. Dit heeft meer effect dan stromend koelwater. In specifieke gevallen kan SVM toegevoegd worden. Het SVM laat water “plakken” aan verticale oppervlakken en horizontale tanks/vaten. Het debiet van het koelwater kan dan verlaagd worden. Deze methode is vooral geschikt bij het koelen van objecten in een plasbrand omdat vergroting van de brandende plas zoveel mogelijk wordt voorkomen (in een tankput wordt voorkomen dat de put te vol komt te staan).

De meest actuele kentallen m.b.t koeling zijn te vinden in de EI 19

Kentallen materieel

Uitgangspunten inzet mobiele middelen

Bovenstaande kentallen zijn indicatief. In de praktijk zal de exacte worplengte variëren. De feitelijke prestaties zullen daarom middels een live-test moeten worden aangetoond.

Uitgangspunten mobiele koeling

Kentallen personeel

Hiervoor zijn geen harde rekenregels. Door een taak-tijdanalyse kan inzichtelijk worden gemaakt hoeveel tijd een activiteit kost. In de onderstaande tabellen zijn vuistregels opgenomen.

Basisuitgangspunten bepaling personele component

Uitgangspunten inzet straatwaterkanonnen

Voor bediening van een straalpijp/handline zijn twee manschappen nodig. Bij capaciteiten < 200 l/min volstaat 1 manschap. Bij gebruik van technische hulpmiddelen (robots, slangenkarretjes of super lichte straatwaterkanonnen) kan onderbouwd afgeweken worden.

Rekenblad

Het scenario Brandbare wolk kan zijn oorzaak hebben in een lekkage van een brandbare vloeistof (die uitdampt) of een brandbaar gas.

Een instantane gasontsnapping is niet door een bedrijfsbrandweer te bestrijden en kan alleen maar stationair bestreden worden als van te voren bekend is waar de ontsnapping zal plaatsvinden.

Een continue gasontsnapping kan zowel door de bedrijfsbrandweer als stationair bestreden worden (op voorwaarde dat de locatie vooraf bekend is). In beide gevallen door middel van een waterscherm.

Een brandbare wolk die zijn oorzaak heeft in een vrijgekomen vloeistof kan zowel door de bedrijfsbrandweer als stationair bestreden worden (stationair: wederom alleen als de locatie vooraf bekend is). In beide gevallen door het afdekken van de plas

Modelleringssoftware

Voorbeelden van softwarepakketten zijn:

• Safeti-NL (DNV-GL);
• Effects (GEXCON);
• POOLFIRE6 (Health & Safety Executive – UK);
• FRED (GEXCON/Shell Global Solutions);
• ALOHA (Environmental Protection Agency – USA);
• Diverse CFD software pakketten.

In tegenstelling tot de modellering van scenario’s ten behoeve van Externe Veiligheid (EV), is voor scenario’s ten behoeve van bedrijfsbrandweerscenario’s geen specifiek softwarepakket
voorgeschreven.

Voor het bepalen van de omvang en effecten van de incidentscenario’s dient gebruik te worden gemaakt van speciale modelleringssoftware. In deze softwarepakketten kunnen zowel de omvang van het scenario (bijvoorbeeld plasoppervlakten), als reikwijdtes van risicocontouren worden bepaald.