Bijlage 2: Stoffen, effecten en maatregelen

1. Inleiding: stoffen, effecten en externe veiligheid

In deze bijlage is algemene informatie opgenomen over de effecten van stoffen. Voor informatie over een specifieke stof kunt u terecht op de website http://stoffen-info.nl/. Op deze website is veel informatie opgenomen over de indeling, classificering en etikettering van stoffen incl. links naar andere relevante websites.

Bij externe veiligheid gaat het om de risico’s die omwonenden en andere (niet direct bij de activiteit betrokken) aanwezige personen in de omgeving van een activiteit waarbij gevaarlijke stoffen worden gebruikt, lopen. Activiteiten zijn bijvoorbeeld:

• De productie, het gebruik en de opslag van gevaarlijke stoffen op een vaste locatie.
• Het transport van gevaarlijke stoffen over de weg, het spoor, het water of via buisleidingen.

Zowel de kans op het mogelijk vrijkomen van een gevaarlijke stof als het effect bij het vrijkomen van een gevaarlijke stof zijn bepalend voor het risico. Het begrip risico kan als volgt worden gedefinieerd:

de ongewenste gevolgen van een bepaalde activiteit in relatie met de kans dat deze zich zullen voordoen.

Ofwel: Risico = kans × effect

Er zijn verschillende oorzaken die kunnen leiden tot het vrijkomen van de gevaarlijke stof (LOC: ‘Loss of containment’) met elk hun eigen kans op optreden. Bij het vrijkomen kunnen verschillende effecten optreden. Deze effecten hangen af van de gevaarseigenschappen van de stof (bijvoorbeeld giftig, brandbaar, etc.), de condities waaronder de stof aanwezig is (gasfase, vloeistoffase, druk, temperatuur etc.) en de omgeving waarin de stof vrijkomt.

In deze bijlage worden de verschijnselen en effecten beschreven die zich kunnen voordoen bij het vrijkomen van gevaarlijke stoffen. Vervolgens gaan we in op de typen maatregelen die kunnen worden genomen om het vrijkomen van gevaarlijke stoffen te voorkomen en/of de effecten te beperken.

2. Wat zijn gevaarlijke stoffen en effecten?

Zoals in het bovenstaande is aangegeven hangen de effecten bij het vrijkomen van een gevaarlijke stof af van de gevaarseigenschappen van de stof zelf, maar ook van de condities waaronder deze stof aanwezig is en de omgeving waarin deze stof vrijkomt.

2.1 Gevaarseigenschappen

De gevaarseigenschappen van een stof kunnen divers zijn. In het Besluit risico’s zware ongevallen worden stoffen ingedeeld naar hun gevaarseigenschappen, namelijk:

• (zeer) giftig;
• (zeer) licht ontvlambaar;
• oxiderend;
• ontplofbaar;
• gevaarlijk voor het milieu;
• reageert heftig in contact met water of vormt vergiftig gas in contact met water.

De stoffen die kunnen leiden tot risico’s voor omwonenden zijn vooral (zeer) giftige stoffen, ontplofbare stoffen en (licht) ontvlambare/zeer licht ontvlambare stoffen.

2.2 Stofcondities

Naast de gevaarseigenschappen zijn de condities waaronder een stof aanwezig is, van invloed op het uiteindelijke effect. Behalve de fase waarin een stof zich bevindt (gasfase, vloeistoffase of vaste stof), zijn dit ook de temperatuur en druk. Uitstroming van een giftig gas leidt bijvoorbeeld tot een directe verspreiding van gas in de omgeving, terwijl bij uitstroming van een giftige vloeistof een vloeistofplas ontstaat waaruit (geleidelijk) een giftige damp vrijkomt.
Bij tot vloeistof verdichte of gekoelde gassen ontstaat een combinatie van een gaswolk en een vloeistofplas.

2.3 Omgeving

De omgeving is medebepalend voor de uiteindelijke effectontwikkeling. Bij de uitstroming van een brandbaar gas speelt bijvoorbeeld de aanwezigheid van ontstekingsbronnen en de aanwezigheid van obstakels een rol. Bij de uitstroming van vloeistoffen wordt de afmeting van de vloeistofplas en daarmee de uiteindelijke verdamping bepaald door voorzieningen als een tankput of de aanwezigheid van een onregelmatige ondergrond, zoals een grindbed. Ook is de omgevingstemperatuur van invloed op bijvoorbeeld verdamping.

2.4 Mogelijke effecten: effectenboom

In de PGS 6 (Aanwijzingen voor implementatie van Brzo 1999) is een voorbeeld opgenomen van een effectenboom.
Deze is weergegeven in figuur 1. De effectenboom geeft inzicht in de effecten die kunnen optreden bij het vrijkomen van gevaarlijke stoffen afhankelijk van aard van de stof, condities en (deels) omgeving. Deze effecten zijn te onderscheiden in:

• toxische plas
• plasbrand
• toxische wolk
• gasbrand
• schokgolf
• penetratie

Bij bestudering van de effectenboom wordt duidelijk dat bijvoorbeeld een schokgolf zowel veroorzaakt kan worden door ((zeer) licht) ontvlambare stof (gas of vloeistof) als door een explosieve stof.

Effectenboom (PGS 6)

In het volgende hoofdstuk worden, uitgaande van de gevaarseigenschappen van een gevaarlijke stof, de mogelijke effecten verder uitgewerkt. Deze uitwerking volgt zoveel mogelijk de effectenboom.

3. Beschrijving mogelijke effecten per type gevaarlijke stof

In het onderstaande overzicht wordt per type stof (uitgaande van de indeling op gevaarseigenschappen conform het Brzo) een beschrijving gegeven van de effecten die kunnen optreden.

3.1 (zeer) giftige stoffen

Giftig gas

Bij uitstroming van een giftig gas ontstaat direct een toxische wolk die zich verspreidt in de omgeving. Afhankelijk van de opslagcondities, zoals opslag onder druk, tot vloeistof verdicht of tot vloeistof gekoeld, zal een deel van het gas condenseren en vervolgens uitregenen. Er vormt zich een (kokende) toxische vloeistofplas. De plasverdamping leidt weer tot een toxische wolk die zich met de wind verspreidt in de omgeving.

Giftige vloeistof

Bij uitstroming van een giftige vloeistof ontstaat een toxische plas. Door verdamping ontstaat vervolgens een toxische wolk die zich met de wind verspreidt in de omgeving.

Twee-fasenmengsel (mengsel van giftig gas en giftige vloeistof)

Bij een twee-fasenuitstroming van een kokend damp/vloeistofmengsel zal een deel direct verdampen (initiële verdamping) en een toxische wolk vormen. Het andere deel van het mengsel zal uitregenen en een (kokende) toxische vloeistofplas vormen. Door plasverdamping ontstaat een toxische wolk die zich verspreidt in de omgeving.

3.2 (zeer) licht ontvlambare stoffen

Brandbaar gas

Bij brandbaar gas zijn diverse effectscenario’s mogelijk.

Bij het optreden van een gat in een tank of een leidingbreuk, kan brandbaar gas met hoge snelheid uitstromen. Er ontstaat een zogenaamde turbulente straal. Als er directe ontsteking plaatsvindt, ontstaat een zogenaamde fakkelbrand met als effect warmtestraling naar de omgeving. Wanneer het uitstromende gas niet direct wordt ontstoken, verspreidt zich een brandbare wolk in de omgeving. Afhankelijk van de wijze van opslag (tot vloeistof verdicht of gekoeld) ontstaat ook een vloeistofplas.

Op het moment dat de wolk nog binnen de explosiegrenzen is en een ontstekingsbron tegenkomt vindt er een gasbrand plaats. Indien de verbrandingssnelheid laag blijft, spreekt men van een zogenaamde flash fire. Het belangrijkste effect hiervan is warmtestraling. De overdruk is verwaarloosbaar.

Bij een hogere verbrandingssnelheid (hoger dan de geluidssnelheid) kan een zogenaamde gaswolkexplosie ontstaan. Een schokgolf is het gevolg. Deze hogere verbrandingssnelheid is veelal het gevolg van obstakels in de wolk. Hierdoor kan de verbrandingssnelheid zodanig toenemen dat er overdruk ontstaat. Bij ontsteking van de vloeistofplas ontstaat een plasbrand met als belangrijkste effect warmtestraling.

Een specifiek scenario is de zogenaamde BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion).

Een BLEVE treedt op wanneer een vat met brandbaar, onder druk tot vloeistof verdicht gas, in één keer volledig bezwijkt. Er ontstaat dan een snel expanderende wolk van damp en vloeistofdruppeltjes. Bij onmiddellijke ontsteking brandt de wolk van buitenaf af, waarbij naast aanzienlijke warmtestraling ook een schokgolf optreedt.

BLEVE, Crescent City (1970)

Brandbare vloeistoffen

De uitstroming van een brandbare vloeistof leidt tot de vorming van een plas op de grond. Wanneer er een ontstekingsbron aanwezig is, ontstaat een plasbrand die leidt tot warmtestraling in de omgeving.

Uit de brandbare vloeistofplas kan zich door verdamping ook een brandbare gaswolk vormen. Bij vertraagde ontsteking kan een gasbrand (flash fire) ontstaan.

Plasbrand kerosine (proefopstelling)

3.3 Oxiderende stoffen

Bij het vrijkomen van oxiderende stoffen, zoals zuurstof, is sprake van een indirect effect. Oxiderende stoffen leiden namelijk tot een verhoogde reactiviteit an andere (gevaarlijke) stoffen. Hierdoor wordt de brandsnelheid hoger en de benodigde ontstekingsenergie kleiner. Kleding bijvoorbeeld ontbrandt hierdoor sneller. Door de hogere brandsnelheid zal ook de warmtestraling toenemen. Zuurstof kan ontsnappen uit een opslagtank, maar kan ook vrijkomen door ontleding van andere stoffen. Naast zuivere zuurstof bestaan er diverse andere stoffen/verbindingen met oxiderende eigenschappen zoals peroxides die veelal onder gekoelde condities moeten worden opgeslagen om ontleding te voorkomen.

3.4 Ontplofbare stoffen

De opslag van explosieve stoffen kan leiden tot drukgolven en fragmenten in de omgeving. De drukgolven leiden ook indirect tot schadelijke effecten door glasscherven en brokstukken.

Fysische explosie: door inwendige druk bezwijkt een vat of ander insluitsysteem. Er ontstaat een drukgolf en fragmenten die tot schade kunnen leiden.
Stofexplosie: ontsteking van brandbare stof in poedervorm, zoals meel.

Grote schade als gevolg van explosie, Toulouse

3.5 Stoffen gevaarlijk voor het milieu

Hieronder worden vooral die stoffen verstaan die bij het vrijkomen leiden tot verontreiniging van bodem en oppervlaktewater. Hoewel op (lange) termijn de effecten voor planten en dieren aanzienlijk zijn, is veelal geen sprake van letale effecten voor de mens als direct gevolg (binnen 48 uur) van het incident. In kwantitatieve risicoanalyses worden deze stoffen niet beschouwd. Wel zijn deze stoffen relevant voor de zogenaamde milieurisicoanalyse die door Brzo-inrichtingen moet worden opgesteld.

3.6 Stoffen die heftig reageren in contact met water of een giftig gas vormen in contact met water

Door de heftige reactie kan overdruk in een reactievat ontstaan waardoor dit vat bezwijkt. Op dat moment komt er een (meestal toxische) gaswolk vrij die zich verspreidt in de omgeving gecombineerd met een toxische plas.

4. Vlinderdasmodel

In het bovenstaande is toegelicht dat bij het vrijkomen van de gevaarlijke stof verschillende effecten mogelijk zijn, afhankelijk van gevaarseigenschappen van de stof, condities waaronder de stof aanwezig is en de omgeving.

Het effect (warmtestraling, toxische wolk) leidt weer tot schade. De uiteindelijke schade is afhankelijk van de omgeving. In een dichtbevolkt gebied zullen als gevolg van een toxische wolk mogelijk veel slachtoffers vallen, terwijl diezelfde wolk in een lege woestijn geen slachtoffers maakt. De effectenboom opgenomen in figuur 1 kan dus als het ware nog verder worden vertakt naar mogelijke schade. Het vrijkomen van een gevaarlijke stof vindt niet vanzelf plaats. Er is meestal een combinatie van oorzaken voor aan te wijzen. Het gat waaruit de gevaarlijke stof uitstroomt, kan bijvoorbeeld het directe gevolg zijn van corrosie. Het optreden van corrosie kan weer het gevolg zijn van een combinatie van een verkeerde materiaalkeuze in het ontwerp (technische fout) en een nalatig inspectieregime (organisatorische fout) Deze combinatie van mogelijke oorzaken kan worden uitgewerkt in een zogenaamde foutenboom.

De relatie tussen de oorzaken van het vrijkomen van een stof (foutenboom), het vrijkomen van
de gevaarlijke stof zelf (LOC) en de (schade-)effecten (effectenboom) kan inzichtelijk worden gemaakt
met behulp van het zogenaamde vlinderdasmodel, zoals weergegeven in de PGS 6 (Aanwijzingen voor implementatie van Brzo 1999).

Vlinderdasmodel (PGS 6)

Het vlinderdasmodel toont hoe risicoreducerende maatregelen (LOD’s: ‘Lines of Defence’) kunnen worden getroffen:

> LOD’s aan de linkerzijde van de vlinderdas

Dit zijn de preventieve maatregelen. Deze maatregelen voorkomen dat de gevaarlijke stof vrij komt. Zij worden ook wel aangeduid als bronmaatregelen. Er is onderscheid te maken in technische preventieve maatregelen en organisatorische preventieve maatregelen.

> LOD’s aan de rechterzijde van de vlinderdas

Dit zijn zowel effect- als schadebeperkende maatregelen, ook wel bestrijdingsmaatregelen genoemd.

Afhankelijk van het moment waarop deze maatregelen aangrijpen in de effecten(schade)boom zijn deze gericht op:

• effectbestrijding
• dosisreductie
• blootgestelden- en slachtofferreductie

Ook hier kan onderscheid worden gemaakt in technische maatregelen en organisatorische maatregelen. De effect- en schadebeperkende maatregelen kunnen zowel preparatief als repressief van aard zijn. Preparatieve maatregelen zijn voorbereidende maatregelen, zoals bedrijfsnoodplannen, rampbestrijdingsplannen etc. Repressieve maatregelen betreffen de bestrijding van het effect en de schade als gevolg daarvan zelf. Onderstaande figuur plaatst de genoemde typen maatregelen in het vlinderdasmodel.

Maatregelen in het vlinderdasmodel

Maatregelen aan de linkerzijde van de vlinderdas hebben veelal betrekking op een specifiek procesonderdeel. Deze maatregelen sluiten bepaalde vervolgeffecten uit en hebben daardoor grote invloed op de risicoreductie van dat specifieke gedeelte. Maatregelen geplaatst aan de rechterzijde van de vlinderdas hebben vaak betrekking op een groot gebied en/of veel mensen en/of installaties en grijpen minder diep in op het specifieke risico. Veiligheid moet dus zo dicht mogelijk bij de bron worden gezocht!

Dit wordt geïllustreerd in onderstaande figuur.

Beschermingsniveaus maatregelen

5. Mogelijke maatregelen

In dit hoofdstuk zijn voorbeelden gegeven van maatregelen die kunnen worden toegepast. Daarbij is onderscheid gemaakt in maatregelen per basisoorzaak en per effect (zoals genoemd in de effectenboom).

De weergegeven maatregelen zijn in algemene termen benoemd en niet limitatief. De specifieke maatregelen zijn op de werkbladen voor de verschillende typen inrichtingen weergegeven. Daarop staan specifieke bronmaatregelen, zoals ontwerpeisen etc.. Ook is er onderscheid gemaakt in technische en organisatorische maatregelen.

Basisoorzaken en maatregelen

Er zijn verschillende oorzaken die kunnen leiden tot het vrijkomen van een gevaarlijke stof (LOC: ‘Loss of containment’). In de PGS 6 wordt gesproken over een aantal basisoorzaken. Deze zijn opgenomen in de onderstaande tabel met enkele voorbeelden van te treffen maatregelen.

Effecten en maatregelen