Waterstoftankstation – Lek in bufferopslag-gaswolkexplosie

Algemene beschrijving

Tabel 1.1 Gegevens gebruikt bij berekening van effectberekeningen

Een “Free viewing demo” waarmee deze file kan worden ingezien is te downloaden via https://www.gexcon.com/software/effects/. Met deze gratis demo is de berekening in effects met bijbehorende grafieken in te zien en beter af te lezen. Wilt u zelf gaan rekenen met de parameters uit de berekening met effects dan heeft u een licentie en aanvullende software van Gexcon nodig.

Kans van optreden

De kans van optreden van dit scenario wordt bepaald door de kans op een lek gevolgd door een explosie.
In Nederlandse QRA’s wordt voor druktanks uitgegaan van een lekfrequentie van 1 x 10^-5/jr en een lekdiameter van 10 mm (zie ook: Handleiding Risicoberekeningen Bevi v4.3  en Memo Risico- en effectafstanden waterstoftankstations revisie 1). Op basis van onderzoek door Sandia National Laboratories, kan echter specifiek voor waterstof op de volgende manier ook een lekfrequentie worden bepaald (zie ook: HYRAM).

Uit berekeningen met EFFECTS volgt dat een explosieve wolk alleen zal ontstaan indien het gat waaruit het waterstof ontsnapt een doorsnede heeft van minimaal 1,9 mm. Een gatdiameter van 1,9 mm komt overeen met een doorstroomoppervlak van 2,8 mm². Dit is 36 % van het oppervlak van de doorsnede van de aansluiting (78,4 mm² voor een aansluiting van 10 mm doorsnede). Uit paragraaf 2.4.2 uit het rapport van Sandia kan voor flensaansluitingen (die hier als meest relevant worden beschouwd) worden afgeleid dat de lekfrequentie voor het 1,9 mm gat 7 x 10^-5 per jaar per flens zal bedragen. Grotere gatdiameters zullen ook explosieve wolken opleveren. Omdat de frequentie van voorkomen sterk afneemt met de grootte van de openingen (de frequentie voor een 5 mm opening is bijvoorbeeld 1,1 x 10^-5 /jr) lijkt op basis van de Sandia-gegevens een frequentie van 10^-4 /jr voor een lek dat een explosieve wolk kan veroorzaken (met dus een doorsnede van 1,9 mm of meer) redelijk bij een flensaansluiting van 10 mm.

Momenteel (2023) wordt er in de Nederlandse QRA’s van uitgegaan dat het ontsnappende gas direct zal ontsteken en een fakkel zal veroorzaken, ofwel de kans op vertraagde ontsteking = 0. Waarschijnlijk worden deze ontstekingskansen herzien en ook het Sandia-rapport geeft in tabel 2-1 aan dat vertraagde ontsteking van waterstof mogelijk is. Dit rapport zal in deze studie als uitgangspunt dienen. Volgens dit rapport zijn de ontstekingskansen afhankelijk van het uitstroomdebiet. Bij een gatdiameter van 1,9 mm is de initiële (maximale) uitstroom circa 0.085 kg/s (Berekend met EFFECTS). Volgens Sandia is de kans op vertraagde ontsteking dan 0,4 %. Bij een 10 mm opening bedraagt de initiële uitstroom 2,34 kg/s, hetgeen volgens Sandia een ontstekingskans van 2,7% zou betekenen. Op basis hiervan lijkt een vertraagde ontstekingskans van 1,5 % redelijk.

Samengevat:
De frequentie voor een gaswolkexplosie als gevolg van een lek in een 950 bar 300 liter buffertank op basis van Sandia-gegevens is 1,5 10^-2 x 10^-4 /jr = 1,5 x 10^-6 /jr per aansluiting (of afdichting).

Effecten

Resultaten

Een lek van 10 mm in de 300 l waterstofcilinder van 950 bar leidt tot een gaswolkexplosie. Enkele resultaten van de effectberekeningen zijn weergegeven in Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Enkele resultaten effectberekeningen 10 mm lek 300 liter, 950 bar cilinder

Uit Tabel 3.1 blijkt dat er slechts gedurende 18 seconden een explosieve atmosfeer aanwezig is. De (vertraagde) ontsteking zal derhalve binnen deze tijd moeten plaatsvinden. Het verloop van de druk met de afstand tot het centrum van de explosieve wolk is weergegeven in Figuur 3.1

Het hieruit voortkomende schadebeeld is weergegeven in Tabel 3.1. Binnen de eerste ring komt 100 % van de aanwezigen te overlijden. Deze ring heeft een straal van 16 m. Inpandig kunnen, met name als gevolg van schade aan het gebouw, tot op 35 m nog letale slachtoffers vallen, alsook gewonden (T1/T2/T3). Buiten zal in dit gebied (16-35 m) alleen gehoorschade ontstaan (T3). Ruitbreuk is mogelijk tot op ruim 260 m.

Tabel 3.2 Schade en slachtoffers gaswolkexplosie na lek in 300 l 950 bar waterstofcilinder

Uit berekeningen met EFFECTS volgt dat de ontstane overdruk (ruimschoots) voldoende is om installatiedelen die zich in de buurt van de explosieve wolk bevinden zwaar te beschadigen (zie ook: tabel 9-1 in ‘Groene Boek’ Deel 2B). Zelfs bij een lek van 1,9 mm (minimum lekgrootte voor de vorming van een explosieve wolk) kan ontsteking van de ontstane gaswolk tot grote overdrukken leiden in de onmiddellijke nabijheid van het explosiecentrum: circa 4 bar op 1 m afstand en 1 bar op 2 m. Aangezien waterstofdruktanks aan zware testeisen moeten voldoen alvorens ze worden gebruikt, zullen cilinders in de directe nabijheid van het explosiecentrum zeer waarschijnlijk niet volledig falen, maar veeleer worden ontzet, wat tot (nieuwe) lekken kan leiden en mogelijk nieuwe explosies of fakkels en brand. Omdat het eerste incident de grootste schadeafstand heeft, zal de vervolgschade naar verwachting relatief gering zijn.

Zelfredzaamheid en handelingsperspectief

Mogelijk handelingsperspectief

Afhankelijk van de situatie en de inrichting van de omgeving kan het handelingsperspectief verschillen. Snel reageren is bevorderlijk.

• Voor personen buiten is het handelingsperspectief vluchten (uit het zicht van eventueel ontstane secundaire branden, onder dekking van objecten zoals muren).
• Als er schuilmogelijkheden zijn, is voor personen buiten dekking zoeken of een schuilplaats binnen gaan een goed handelingsperspectief.
• Voor personen binnen, dichtbij de bron (daar waar gebouwen ontbranden of instorten) is het handelingsperspectief ontruimen en vluchten.
• Voor personen binnen, op grotere afstand van de bron (daar waar gebouwen niet ontbranden of instorten) 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 ongevalscenario

• De snelheid waarmee het scenario zich voltrekt, is afhankelijk van het ontstekingsmoment. Na ontsteking zijn direct de effecten merkbaar. Bij een lek van 10 mm doorsnede is er slechts gedurende 18 seconden een explosieve wolk aanwezig. De vertraagde ontsteking zal dus binnen deze periode moeten plaatsvinden.
• Hoewel het lekken van het gas waarschijnlijk hoorbaar zal zijn, zal er in de praktijk waarschijnlijk onvoldoende tijd zijn om een veilige plek te bereiken.

Herkenbaarheid van het scenario

De explosie is door de knal direct waarneembaar voor aanwezigen.

Mate van bewustzijn van de gevaren

• Weten dat een dergelijk ongeval mogelijk is bij een waterstofvulstation
• Weten wat de gevaren zijn van waterstof
• Weten wat je moet doen in geval van een lek of dreigende explosie

Gesteldheid van personen

• Fysieke gesteldheid
• Geestelijke gesteldheid

Optreden multidisciplinaire hulpverlening

Brandweerzorg

Het incident is van korte duur. De hulpverlening komt ter plaatse nadat de explosie is geweest. Daardoor ligt bij dit scenario de nadruk op redden / evacueren, uitbreiding voorkomen en (eventueel) blussen van secundaire branden en gecontroleerd af laten fakkelen of leeg laten stromen van beschadigde installatie-onderdelen. Gezien de mogelijkheid van een tweede explosie ligt het voor de hand een onbemande verkenning uit te voeren.

De brandweer start de processen:

Bron- en emissiebestrijding

• Bepalen van het bron- en effectgebied
• 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 (zie slachtoffers)

Relevante aspecten

• Passende (grootschalige) slagkracht brandweer (zie capaciteit)
• Opkomsttijd van de brandweer (zie opkomst / inzettijd)
• Effectieve (grootschalige) bluswatervoorziening (zie bluswater)
• Beschikbaarheid van een alarmeringssysteem om aanwezigen in het effectgebied te waarschuwen
• Toegankelijkheid van het gebied. Tweezijdig toegankelijk, vluchtroute scheiden van route voor hulpdiensten, vluchtroute van de risicobron af (zie ook: Handreiking Bluswatervoorziening en bereikbaarheid 2019 hoofdstuk 4).

Opkomst/inzettijd

Met de volgende opkomsttijden moet rekening worden gehouden.

30 minuten:

• Norm opkomsttijd eerste peloton
• De start van de hulpverlening door 1-4 tankautospuiten wordt vastgesteld in het dekkingsplan.

45 minuten:

• Norm beschikbaarheid aanvullend tweede peloton met een richttijd van 8 uur inzettijd.

60 minuten:

• Norm beschikbaarheid derde/vierde peloton met een richttijd van 8 uur inzettijd
• Norm inzettijd aanvullende grootschalige watervoorziening
• Norm inzettijd Specialistische Redding & Technische hulpverlening.

Materieel en mankracht

• De benodigde slagkracht is afhankelijk van de omgeving, de omvang van het incident, het aantal slachtoffers en de aard en het type van de verwondingen. Bij dit incident is sprake van een verstedelijkt gebied. Het incident zal niet direct brand (in het effectgebied) veroorzaken, maar doordat binnen 21 m zware schade kan worden toegebracht aan woningen, zou als gevolg hiervan brand kunnen ontstaan.
• Houd rekening met de inzet van een tweede peloton (4 tankautospuiten) voor het koelen/blussen van de (omliggende) bebouwing en voor verlening van eerste hulp en transport van slachtoffers naar het gewondennest.
• Brandbestrijdingspeloton: opheffen van enkelvoudige beknelling in maximaal 4 personenwagens.
• Peloton Redding & Technische Hulpverlening: redden en bevrijden van maximaal 4 complexe beknellingen per uur.

Bluswater

• Bepaal hoeveel bluswater nodig is bij het scenario (op basis van de repressieve aanpak)
• Stel vast hoeveel bluswater aanwezig is
• Bepaal of aanvullende bluswatervoorzieningen voorhanden moeten zijn
• In het algemeen is in een woonwijk niet meer dan 15 m³/uur aan bluswater aanwezig. Bij secundaire branden is dit mogelijk niet voldoende (zie ook: Handreiking Bluswatervoorziening en bereikbaarheid 2019).

Indicatie bepaling capaciteit slachtoffers

• In de hectische fase komt via burgerhulp de redding op gang van lichtgewonden en niet beknelde personen (zie ook: Doorontwikkeling Grootschalig Brandweer Optreden)
• Noodzakelijke opschaling/bijstand wordt bepaald op basis van een inschatting van het aantal slachtoffers. Een indicatiebepaling van het aantal personen op een specifieke locatie is mogelijk via het invoeren van de effectafstanden in Bag populatieservice.

Geneeskundige zorg

De geneeskundige zorgverlening start de processen:

Spoedeisende medische hulpverlening

• Triage [zie ook: Triagering via Slabwraps]
• Inrichten van een gewondennest en behandelen van slachtoffers
• Vervoeren/verwijzen naar ziekenhuizen

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 om te kunnen keren/vertrekken voor ambulances op de locatie
• Veilige werklocatie voor de GHOR
• Aantal slachtoffers, type slachtoffers en type letsel. Deze zijn locatie afhankelijk en staan in relatie tot elkaar
• In geval van brand is operationele voorbereiding op het behandelen van kinderen met ernstige brandwonden mogelijk een aandachtspunt. Dit is locatiespecifiek en vereist een aangepast gewondenspreidingsplan.
• Indien het effectgebied kwetsbare bestemmingen omvat (bijv. een zorginstelling) is hulp aan verminderd zelfredzame personen een aandachtspunt
• Vaak is nazorg voor psychotrauma (maanden tot jaren) te verwachten.

Aantal slachtoffers

Het alarmeringsproces start met (een) (112-)melding(en) bij de meldkamer. De meldkamer­centralist krijgt een melding van een (grootschalig) incident. Op basis van de melding(en) vormt de meldkamer een beeld en maakt een inschatting van het aantal slachtoffers. Op basis daarvan wordt een codering afgegeven. Aan elke codering is een standaard inzet gekoppeld (zie ook: GGB-leidraad).

Type letsel en slachtoffers

De volgende factoren verdienen aandacht:

• Overdruk leidt tot zware schade, rondvliegende brokstukken en mogelijk zelfs instorting van gebouwen. Dit kan tot letale en zwaargewonde slachtoffers leiden en tot fracturen. De druk kan ook mechanisch letsel veroorzaken, doordat personen letterlijk omver wordt geblazen. Die verwondingen zijn in alle ziekenhuizen met een SEH-afdeling goed behandelbaar. Op grotere afstand kunnen oog- en gehoorschade het gevolg zijn.
• Indien secundaire branden ontstaan, is aandacht voor brandwonden van belang. Communicatie is mogelijk moeizaam in verband met gehoorschade.
• Extra aandacht bij de operationele voorbereiding is noodzakelijk bij een verhoogde kans op slachtoffers uit de groep ouderen en kinderen.

Optreden politie

De politie start haar reguliere taken:

Afzetten en afschermen

• Afzetten effectgebied
• Creëren veilige werkomgeving voor hulpdiensten
• Ontruimen van het effectgebied of aanwezige personen in het effectgebied laten schuilen.

Mobiliteit

• Indien nodig begeleidend transport verzorgen voor overige hulpverleners als de verkeerssituatie daarom vraagt
• Opstellen van een mobiliteitsplan
• Indien mogelijk informeren van bewoners en/of andere aanwezigen in het gebied.

Indien relevant:

• Handhaven openbare orde
• Strafrechtelijke handhaving.

Relevante aspecten

• De politie heeft geen beschermende kleding of ademlucht en kan daarom niet opereren in blootgesteld gebied.
• Operationele voorbereiding op het afzetten van een groot effectgebied.
• Voldoende mensen en middelen om het effectgebied te kunnen evacueren en af te kunnen zetten.

Optreden gemeente (hulpverlening)

De gemeente start haar reguliere taken. Mogelijke taken:

Afzetten en afschermen

• Opvang en verzorging van personen uit het effectgebied
• Voorlichting/communicatie over het ongeval
• Registreren van slachtoffers.

Randvoorwaarden

• 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 gebied
• Operationeel voorlichtings- en communicatieplan.

Maatregelen

Kansbeperkend

• Wegnemen van de risicobron.
• Voorkom dat vrijgekomen gas zich in nauwe ruimtes kan ophopen, bijvoorbeeld door het gelijk omhoog te leiden via een TCS (Tank Connection Space).
• Houd bij aanpassing van een bestaand tankstation rekening met nieuwe scenario’s (zoals plasbrand bij vervanging van een ingeterpte LPG-tank door H2-cilincers).
• Onderhoud / testen dichtheid (afsluit)verbindingen.
• Juiste materialen gebruiken.

Effect en gevolgbeperkend

• Begrenzen van de inhoud.
• Beperken druk.
• Minimaliseer het aantal aansluitingen.
• Gebruik kleine leiding-/ aansluitdiameters.

Randvoorwaarden handelingsperspectief

• Alarmering.

Randvoorwaarden hulpverlening

• Middelen om de hulpdiensten snel te kunnen alarmeren.
• Bereikbaarheid over twee verschillende routes
• Openbare bluswatervoorzieningen primair en secundair.
• Dekkend systeem om aanwezigen in het effectgebied te waarschuwen.

Voorbeeld

In Kjørbø, Noorwegen, deed zich op 10 juni 2019 een incident voor bij een waterstoftankstation. Door een lekkende aansluiting ontsnapte waterstof uit een hogedruk buffer. Dit resulteerde in een explosie die brand veroorzaakte in de installatie en ook schade in de omgeving veroorzaakte. Er was geen persoonlijk letsel, maar bij een auto in de nabijheid ging de airbag open en bij een nabijgelegen kantoorgebouw sneuvelden ruiten. De installatie zelf raakte zwaar beschadigd.