Status van de kaart: actueel
Laatste update: 16 mei 2023
Algemene beschrijving
Een hogedruk waterstofleiding op de bodem van een zeehaven is lekgeraakt. Het waterstofgas komt met grote kracht vrij en hierdoor ontstaan gasbubbels in het water. Ter plaatse zal een gebied op het wateroppervlak hevig bruisen en bubbelen. Dit noemen we het bruisgebied (boil area). Waterstofbellen die vrijkomen aan het wateroppervlak zorgen voor het ontstaan van een gaswolk boven het wateroppervlak. De grootte en locatie van het bruisgebied en de gaswolk kunnen variëren door de stroming van het water en de interactie tussen gasbellen en het oppervlaktewater.
Effecten
Wanneer het vrijgekomen waterstofgas ontsteekt, zijn de volgende effecten mogelijk:
- Wolkbrand
- ‘Plasbrand’ op het wateroppervlak
- Explosie
Kegelmodel voor gasuitstroom
De uitstroom van gas onder water is een complex proces dat natuurkundig gezien lastig is te berekenen. Hoewel er al geruime tijd onderzoek naar dit proces wordt gedaan, is dit scenario nog niet helemaal duidelijk (zie ook: Current understanding of subsea gas release: A review). In de wetenschappelijke literatuur worden diverse benaderingen met behulp van computermodellen beschreven, die zijn gericht op aardgasleidingen op zee, vaak vanaf een waterdiepte van 50 meter. In aanvulling hierop zijn kleinschalige experimenten uitgevoerd. Gedetailleerde wetenschappelijke studies specifiek gericht op binnenwateren met een waterdiepte van 10 tot 30 meter in combinatie met dit scenario zijn niet gevonden. Er bestaat een recent computermodel (zie ook: Subsea gas release) dat de gasuitstroom in detail simuleert, gebruikmakend van CFD-technieken (Computational Fluid Dynamics). Dit model was helaas niet toegankelijk.
Volgens publicatie Dispersion of Subsea Releases: Review of Prediction Methodologies wordt de gasstroom uit een onderzees lek in rekenmodellen veelal beschouwd als een trechtervormige opwaartse stroom naar het wateroppervlak (figuur 1). Deze trechtervormige gasstroom kan vereenvoudigd worden weergegeven met behulp van het kegelmodel in figuur 2. Met dit model kan, gegeven de waterdiepte, een grove schatting worden gemaakt van de diameter en het oppervlak van het bruisgebied.
Een voorbeeld van een bruisgebied van een aardgaslek op de zeebodem is de explosie bij gasleidingen Nord-Stream. Verder wordt aangegeven dat dit model geldig is voor een steady state-situatie. Het beschrijft dus niet de initiële ‘burst’ van een volledige breuk van een (hoge)druk gasleiding.
NB.
*Zie ook: Dispersion of Subsea Releases: Review of Prediction Methodologies)
NB
*Zie ook: Risk Assessment of Natural Gas Transmission Pipelines at Major River Crossings.
In figuur 3 is weergegeven hoe de uitkomsten van het kegelmodel zich verhouden tot de uitkomsten van meer gedetailleerde rekenmodellen. In deze figuur zijn ter referentie diameters van het bruisgebied voor een gegeven waterdiepte weergegeven, afkomstig uit verschillende wetenschappelijke publicaties. Uit de figuur blijkt dat de in de literatuur beschreven diameters goed worden benaderd met het kegelmodel (zie ook: Explosies bij gasleidingen Nord Stream: steeds meer aanwijzingen voor sabotage).
Kans van optreden
Bij een leiding die in de bodem onder een haven ligt, is graafschade als externe faaloorzaak onwaarschijnlijk. Daarvoor in de plaats komt echter schade ten gevolge van (nood)ankeren en van spudpalen (zie ook: Faalkansberekening Nieuwe Waterweg bundel). De kans op falen door ankeren of spudpalen wordt onder andere bepaald door de diepteligging van de leiding onder de bodem van de haven, door het aantal scheepsbewegingen, door het draagvermogen van schepen en door leidingparameters, zoals druk en wanddikte.
In de haven van Rotterdam is de faalfrequentie van een leiding door een externe faaloorzaak 1,8 x 10-5 per jaar bij een diepteligging van 2 meter (zie ook: Faalkansberekening Nieuwe Waterweg bundel). Bij een diepteligging van 2,5 m onder de bodem is de kans op falen van een leiding 5,9 x 10-7 per jaar. In de haven van Amsterdam zijn deze kansen 4x kleiner, omdat het aantal bewegingen van en naar Amsterdam 4x zo laag is dan dat voor Rotterdam (Zie ook: Hoe druk is het in de Nederlandse zeehavens?). In deze kansen zijn factoren als grondverzakkingen en opzet niet verwerkt.
De wolkbrand heeft de grootste kans om ontstoken te raken, bijvoorbeeld door een langsvarend schip. De vervolgkans hierop is 0,5.
Effecten
Vrijkomen waterstof vanuit bruisgebied
Direct na de breuk is het uitstroomdebiet en daarmee de omvang van de uitstroom van waterstof uit het wateroppervlak het grootst. Door de kracht van de initiële burst kan op het moment van openbreken naar verwachting ook oppervlaktewater worden weggeblazen.
Na het moment van openbreken komt waterstofgas aan het wateroppervlak vrij in een gebied dat hevig bruist en borrelt: het bruisgebied (boil area). Door de aanwezigheid van gas in dit deel van het water zal het drijfvermogen afnemen van schepen die zich hierin bevinden, waardoor een schip boven de gasleiding kan kapseizen of zinken (zie ook: Interview TNO).
Door de initiële hoge uitstroomsnelheid van het gas kan in het bruisgebied een soort grote fontein ontstaan bestaande uit een mengsel van waterstofgas en opspattend water. Dit vermengt zich boven het wateroppervlak vervolgens met lucht. Deze fontein kan van zowel plek als hoogte veranderen (zie ook: Dispersion of Subsea Releases: Review of Prediction Methodologies en zie ook: Very Large Deep-Set Bubble Plumes from Broken gas pipelines). De maximale hoogte kan niet worden vastgesteld; wel is bekend dat deze afhangt van de druk in de leiding.
Het uitstroomdebiet loopt vervolgens binnen enkele minuten na de breuk terug tot een stabiel uitstroomdebiet wordt bereikt. Dit stabiele uitstroomdebiet blijft aanwezig totdat de leidingbeheerder het getroffen leidingdeel met afsluiters inblokt.
Voor deze stabiele fase kan de omvang van het bruisgebied worden bepaald met het kegelmodel zoals hierboven aangegeven. Voor twee waterdieptes is met behulp van het kegelmodel de diameter van het bruisgebied geschat; dit staat weergegeven in tabel 1.
Tabel 1: Schatting van de diameter van het bruisgebied
| Waterdiepte | Diameter bruisgebied | |
|---|---|---|
| Haven van Amsterdam | 11-14m | 5-6m |
| Haven van Rotterdam | 17-23m | 7-10m |
De verspreiding van het uit het water vrijgekomen waterstofgas wordt beïnvloed door de windsterkte en windrichting.
Afhankelijk van de locatie van de breuk, het soort leiding en de aan- of afwezigheid van andere leidingen in de omgeving, kan de uitstroom van waterstof enkele uren duren. Na het inblokken van de leiding blijft waterstof uit het wateroppervlak stromen totdat de druk in de leiding gelijk is aan de waterdruk ter hoogte van de bodem van de zeehaven.
De effectafstanden voor de verdere verspreiding van de waterstofwolk konden op het moment van schrijven niet worden vastgesteld voor dit scenario. In de wetenschappelijke literatuur zijn alleen effectafstanden gevonden uit een risicoanalyse voor een aardgasleiding met een diameter van 1066 mm op een waterdiepte van 15 meter (Zie ook: Risk Assessment of Natural Gas Transmission Pipelines at Major River Crossings). Voor dit scenario wordt een relatief hoge veiligheidsafstand van 1175 meter aangeraden voor schepen, omdat bemanning en passagiers geen directe vluchtmogelijkheid hebben.
‘Plasbrand’ op water
Indien het uit het water ontsnappende waterstof direct wordt ontstoken, kan op het wateroppervlak in het bruisgebied een soort ‘plasbrand’ ontstaan, zoals weergegeven in figuur 4 en in het voorbeeld van een ‘plasbrand’ op water tijdens een incident in de Golf van Mexico (zie ook: The Eye of fire, in the gulf of Mexico: Yet another warning from the ocean). Deze brand kan voortduren zolang het gaslek niet is gedicht.
Wolkbrand
Nadat het uit het water is ontsnapt, zal het waterstof zich vermengen met omgevingslucht. Bij (vertraagde) ontsteking zou dan een wolkbrand kunnen ontstaan indien de concentratie van waterstof in de lucht meer bedraagt dan 4 (vol)%, de ontstekingsgrens (LEL) van het waterstof-luchtmengsel.
Doordat waterstof een veel lagere dichtheid heeft dan aardgas, wordt verwacht dat het relatief snel zal opstijgen in vergelijking met aardgas.
Explosie
Als waterstof zich op enigerlei manier kan ophopen, bijvoorbeeld onder een scheepsplatform of in een scheepsruim, dan kan bij ontsteking van het ontvlambare mengsel een explosie ontstaan.
Zelfredzaamheid en handelingsperspectief
Deze informatie is deels gebaseerd op het scenario: ‘Hoge druk aardgasleiding met bijmenging waterstof’.
Afhankelijk van de situatie en de inrichting van de omgeving kan het handelingsperspectief verschillen. Snel reageren is bevorderlijk (zie ook: Handboek Incidentbestrijding op het water).
- Passagiers en bemanning op schepen hebben geen directe vluchtmogelijkheid. Schepen moeten daarom een zeer ruime veiligheidsafstand waarborgen. Voor een aardgasleiding wordt een veiligheidsafstand van 1175 meter genoemd (zie ook: Risk Assessment of Natural Gas Transmission Pipelines at Major River Crossings). Gezien waterstof voor zover bekend sneller vervliegt, zou dit (ruim) voldoende moeten zijn.
- Voor personen buiten is het handelingsperspectief vluchten (uit het zicht van de brand, onder dekking van objecten zoals muren).
- Als er schuilmogelijkheden zijn, is dekking zoeken of een schuilplaats binnengaan een goed handelingsperspectief.
- Voor personen binnen, dicht bij de bron, daar waar gebouwen ontbranden, is het handelingsperspectief ontruimen en vluchten.
- Voor personen binnen, op grotere afstand van de bron, daar waar gebouwen niet ontbranden, is het handelingsperspectief binnenblijven.
Randvoorwaarden
De onderstaande aspecten zijn mede bepalend voor de mogelijkheden op het gebied van zelfredzaamheid. Deze zijn locatie-afhankelijk en staan in relatie tot elkaar.
Het verloop van het ongevalsscenario:
- Door statische of kinetische energie zal het gas bij uitstroom onder hoge druk direct ontbranden;
- Na ontsteking zijn direct de effecten merkbaar en kan de brand uren duren.
Herkenbaarheid van het scenario:
- Een mogelijke brand is door zijn hitteontwikkeling en bulderend geraas direct waarneembaar voor de aanwezigen.
Mate van bewustzijn van de gevaren:
- Weten dat er een ongeval is met een hogedruk waterstofleiding;
- Weten wat de gevaren zijn van waterstof;
- Weten wat je moet doen in geval van een (dreigende) ontsteking van waterstof.
Gesteldheid van personen:
- Fysieke gesteldheid;
- Geestelijke gesteldheid.
Aanwezige voorzieningen:
- Mogelijkheden om van de bron af te vluchten;
- Mogelijkheden om te schuilen
Optreden multidisciplinaire hulpverlening
Deze informatie is deels gebaseerd op het scenario: ‘Hoge druk aardgasleiding met bijmenging waterstof’ uit het scenarioboek Externe Veiligheid.
Brandweerzorg
Na het ontstaan van dit incident komt de hulpverlening op gang. Wat betreft de bestrijding ligt bij dit scenario de nadruk op redden/evacueren, uitbreiding voorkomen en blussen van secundaire branden (zie ook: Handboek Incidentbestrijding op het water).
De brandweer start de processen
Bron- en emissiebestrijding
- Bepalen van het bron- en effectgebied;
- De eventuele ‘plasbrand’ op water gecontroleerd laten uitbranden;
- Voorkomen van uitbreiding en beperken van effecten door
middel van het afschermen van de omgeving; - Stabiliseren van het incident en ontstane branden in de
omgeving blussen; - Waarschuwen van de bevolking.
Redding
- Redden en verlenen van eerste hulp aan slachtoffers.
Relevante aspecten
- Houd er rekening mee dat het draagvermogen van het water direct rondom het bruisgebied instabiel is, waardoor (hulp)schepen mogelijk kunnen zinken;
- Wees alert op de waterstofconcentratie wegens mogelijke ontsteking;
- Voorbereiding op een gaslek en/of (fakkel)brand bij een hogedruk waterstofleiding met een ‘aanvalsplan buisleiding’;
- Voorbereiding op samenwerking/informatiestromen met betrokken partijen (KLIK en leidingexploitant en passende (grootschalige) slagkracht brandweer);
- Opkomsttijd van de brandweer;
- Effectieve (grootschalige) bluswatervoorziening;
- Beschikbaarheid alarmeringssysteem om aanwezigen in het effectgebied te waarschuwen;
- Toegankelijkheid van het gebied.
Geneeskundige zorg
Relevante processen bij de geneeskundige hulpverlening
Spoedeisende Medische Hulpverlening
- Triage (zie ook: Triagering via Slabwraps);
- Inrichten van een gewondennest en behandelen van slachtoffers;
- Vervoeren/verwijzen naar ziekhuizen.
Publieke Gezondheidszorg
- De beoordeling van en maatregelen tegen schadelijke invloeden op de gezondheid via (drink)water (gebiedsafhankelijk);
- Onderzoek individueel.
Psychosociale Hulpverlening
- Signaleren getroffenen;
- Verwijzen getroffenen.
Relevante aspecten
- Operationele voorbereiding op het vervoer en behandelen van slachtoffers met ernstige brandwonden;
- Mogelijkheid voor ambulances om te kunnen keren op en vertrekken van de locatie;
- Veilige werklocatie voor de GHOR;
- Aantal slachtoffers, type slachtoffers en type letsel. Deze zijn locatie-afhankelijk en staan in relatie tot elkaar.
Type slachtoffers
- Aandachtspunt is operationele voorbereiding op het behandelen van kinderen met ernstige brandwonden (locatie specifiek). Dit vereist een aangepast gewondenspreidingsplan;
- Aandachtspunt is hulp aan verminderd zelfredzame personen (zorginstellingen).
Type letsel
- Door warmtestraling ontstaan uitwendige brandwonden. Bij inademing van hete gassen ontstaat inhalatietrauma;
- Stabilisatie van brandwondenslachtoffers is mogelijk in elk level-1-ziekenhuis. Specialistische behandeling van brandwonden kan in een beperkt aantal centra in Nederland plaatsvinden;
- Een langdurig traject van nazorg als gevolg van restletsel en psychotrauma is te verwachten.
Optreden Gasunie, politie en gemeente (hulpverlening)
Gasunie/leidingbeheerder
- (Automatisch) inblokken gasleiding;
- Zodra de gasuitstroom is gestopt, kan de gasleiding vollopen met water en hierdoor beschadigd raken.
Politie
- Afzetten van het effectgebied;
- Aanwezige personen in het effectgebied laten schuilen of vluchten;
- Gidsen van brandweervoertuigen en ambulances.
Gemeente
- Opvang en verzorging van personen uit het effectgebied;
- Voorlichting/communicatie over het ongeval;
- Registreren van slachtoffers.
Randvoorwaarden
Politie
- Operationele voorbereiding op het afzetten van een groot effectgebied;
- Voldoende mensen en middelen om het effectgebied af te kunnen zetten;
- Een operationeel mobiliteitsplan.
Gemeente
- Operationele voorbereiding op het opvangen en verzorgen van personen uit het effectgebied;
- Voldoende locaties en personeel voor de opvang en verzorging van personen uit het effectgebied;
- Operationeel voorlichting- en communicatieplan.
Gasunie/leidingbeheerder
- Inbloksystemen;
- Responsorganisatie.
Maatregelen
Kansbeperkend
- Verbieden van ankeren boven een leidingtracé. Hiervoor is het wel noodzakelijk dat beheerders van Rijkswateren en van havens de ligging van leidingen en van leidingentracés kennen;
- Verbieden van het gebruik van spudpalen boven een leidingtracé;
- Schepen zo weinig mogelijk over leidingentracés laten varen;
- Verdieping van de ligging van leidingen.
Effect en gevolgbeperkend
- Afstand houden tot het incident, hierbij rekening houdend met het mogelijk ‘uitwaaieren’ van de waterstofgaswolk;
- Afsluiters aanleggen zo dicht mogelijk bij de onderwaterpassage;
- Automatisch inblokken van de gasleiding.
Bevordering van de zelfredzaamheid
- Risicocommunicatie;
- (Bedrijfs)noodplannen oefenen.
Bevordering van de hulpverlening
- Werkende communicatiemiddelen;
- Waarschuwingsmiddelen;
- Afstemming hulpdiensten;
- Bluswater.