| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Afdækning af muligheder for etablering af standardværktøjer og/eller -kriterier til vurdering af sundheds- og miljørisici i forbindelse med større uheld (gasudslip) på risikovirksomheder

3 Risikoscenarier - gasudslip og uheldsformer

• 3.1 Fordråbede Gasarter
• 3.2 Toksiske gasser
• 3.3 Toksiske væsker
• 3.4 Udslip af væsker over kogepunktet
• 3.5 Reaktive stoffer
• 3.6 Udslip af syre og ammoniakvand
• 3.7 Frigivelse af støv
• 3.8 Toksisk røg
• 3.9 Kryogen udslip
• 3.10 Spredning af gassen
• 3.11 Et dækkende sæt af scenarier

Der er flere situationer hvor gasudslip kan ske. Alle centreres omkring frigivelse af et toksisk materiale. En nogenlunde dækkende liste over udslipsformer der kan forekomme i Danmark er:

• Udslip af gasformig toksisk gas, fra cylindere, lagertanke eller rør
• Udslip af fordråbede gasarter (ammoniak, klor osv.) fra et hul i en beholder eller rør
• Udslip forårsaget af tankbrud, især tryktanke til fordråbede gasarter
• Udslip af syrer og af vandammoniak (disse kræver anderledes modeller end de som anvendes for rene stoffer)
• Udslip af kryogen (nedkølede) gasarter
• Udslip af toksisk væske, efterfulgt af fordampning.
• Brand med frigivelse af toksisk røg
• Udslip af toksisk gasser under reaktioner, hvor reaktionen kan være en normal tilsigtet reaktion, eller en utilsigtet reaktion.
• Frigivelse af toksisk støv

Eksempler på alle disse scenariotyper er sket i Danmark i løbet af de sidste 30 år, med undtagelsen af store tryktankbrud og kryogenudslip.

Der vil ofte være en væsentlig forskel imellem udslip der forgår udendørs og dem der foregår indendørs. Af denne grund fordobles antallet af forskellige scenarier som skal kunne beregnes.

Der er nogle steder hvor væske eller fordråbede gasarter kan frigives på vand, især ved losning af skibe. Antallet af scenarier der skal kunne behandles øges herved.

Den fysiske form af disse frigivelsesscenarier beskrives nedenfor.

Der er andre scenarier der sjældent forekommer men som kan være omfattende i omfanget. Eksempler er eksplosioner i siloer, eksplosioner i kloak og drænsystemer. Disse scenarier behandles ikke her fordi gasspredning kun er en mindre del af scenariovurderinger.

I det følgende beskrives hvordan de forskellige udslip forgår.

3.1 Fordråbede Gasarter

Langt de alvorligste gasudslip opstår ved uheld med fordråbede gasarter, af hvilken ammoniak, klor og svovldioxid er de mest almindelige.

Figur 3.1 Udslip af ammoniak ved destruktion af en 15 l. cylinder. (Photo Dave Crosbie, Burnsville Fire Department and the Minneapolis Police Department Bomb Squad.) (15 liter udslip)

Udslip fra en trykbeholder kan opstå ved:

• tæring eller brud i rør
• revner i beholder
• totalbrud i beholder
• brud på fyldningsslanger
• udslip fra flanger
• menneskelige fejl ved åbning af en ventil
• udslip igennem en sikkerhedsventil
• overtryk
• væskeslag

Totalbrud på en statisk beholder forekommer yderst sjældent (Se statistik i ref. 111). Brud på tankvogne (tankbiler eller jernbane tankvogne) sker ca. en gang pr. år på verdensbasis. Et tilfælde af et mindre brud i en transportabel ammoniak tank kendes i Danmark. (Ringsted, 1997).

Brud i lastnings- eller losningsslange kan være forårsaget af slid, men den mest almindelige årsag til udslip er frakørsel uden afkobling af slangen.

Der er forskel i både form og omfang af et udslip, afhængigt af, om udslippet sker fra toppen af beholdere eller i gasfyldte rør, hvor kun gas frigives, eller fra lavere rør eller bunden af beholderen, hvor stoffet frigives som væske.

Figur 3.2 En jetudslip af gas under tryk (propylen)

Hvis stoffet frigives som gas under tryk, sker den første del af udslippet i form af en jet (se figur 3.2). Jetten bliver bredere og jettens hastighed mindre, ved at luft suges ind. Denne effekt er vigtig for beredskabet idet fortyndingsgraden kan være op til en faktor 100 (se bilag A).

Når hastigheden i jetten falder til ca. vindhastigheden, går spredningen over i en ny fase, hvor den tager form af en fane. Fortyndingen sker ved opblanding af gassen med luft pga. turbulens i atmosfæren. Graden af fortynding afhænger af vindhastighed, atmosfærens stabilitet og af omgivelserne.

Spredning af gas påvirkes af omgivelser ved frigivelsen. Længden af jetten afkortes hvis den rammer en beholder eller en væg. Fortyndingen påvirkes dog ikke i særlig høj grad. Hvis udslippet derimod sker i en brønd, et højt bassin eller indendørs, destrueres jettens momentum uden at der sker væsentlig fortynding. Resultatet er at jettens fortyndingsvirkning går tabt og fanerne derved bliver betydeligt længere.

Hvis udslippet sker som væske tager udslipsjetten form af en intens strøm af gas og fine dråber. Væsken er ofte op til 80 % af udslippet for stoffer som ammoniak eller klor (se bilag A). Jetten og fanen spredes alligevel i en form der ligner et gasudslip, idet væskedråberne i mange tilfælde er så små, at de bæres med som en tåge. I nogle tilfælde regner der dråber fra jetten. Dette sker specielt hvis stoffet har et lavt damptryk, som for eksempel fluorbrint eller butan og specielt ved udslip med lave temperaturer i beholderen.

Figur 3.3 Udslip af en tofase jet (forsøg, ved anvendelse af mindre farlig stof, dvs. vand over kogepunktet)

Væsken i jetten medfører at blandingen holdes kold (ved kogepunktet af gassen, f.eks. -33.5⁰ for ammoniak). Den kolde blanding af luft, gas og væsketåge spredes som et tungt lag og spredes som en såkaldt ”pandekagesky”.

Hvis en tofase jet rammer en anden beholder eller en væg, sker der et betydeligt udfald af væsken fra jetten. Resultatet bliver at der dannes en pøl af væske, der fordamper relativt langsomt. Fjernelse af væske fra fanen medfører at fanen bliver kortere (ca. 30 % kortere for typiske ammoniakudslip, se bilag A).

Figur 3.4 Spredning af tung gas i industriområde med meget turbulens (nitrogen).

Et eksempel på denne slags udslip er en frigivelse af ammoniak (i Ringsted), hvor en studs brækkede væk fra en ammoniakbeholder der var ved at blive hejset op på en lastvogn.

Det sker i nogle sjældne tilfælde, at en beholder med fordråbet gas sprænges (ca. 1 gang om året under transport på verdensplan, som nævnt tidligere). Årsagerne kan være dårlige svejsninger, tæring (specielt af svejsninger), overfyldning eller ”væskeslag”. (Væskeslag i en beholder sker ved hurtig overfyldning gennem et langt rør, således at væsken rammer toppen af beholderen med stor kraft).

Hvis en fordråbet gasbeholder sprænges, sker der en hurtig opkogning og både væske og gas kastes ud af beholderen. Der dannes en sky af gas iblandet luft og væsketåge. Skyen er tungere end luft og indenfor nogle få sekunder begynder den at falde som en flad ”pandekagesky”, som derefter bevæger sig med vinden. Skyen fortyndes som resultat af turbulens i luften.

Et eksempel på totalbrud på en tank (en af de få i verden) er den fra Potchefsroom i Syd Afrika i 1973. En 50 tons beholder svigtede pga. en svejsefejl. Der blev dannet en sky 150 m bred og 20 m. høj. 11 personer indenfor 100 m. døde (der var 30 personer indenfor 70 m. radius, så mange overlevede). Nogle personer i et kontrolrum indenfor 80 m. blev reddet efter 30 minutter. De havde anvendt våde klude til at reducere ammoniak indåndingen. Fire personer udenfor hegnet døde.

3.2 Toksiske gasser

Toksiske gasarter anvendes til tekniske formål og til kemisk syntese. Eksempler er cyanbrint, phosphine, fosgen og klorbrinte. Gasserne leveres i cylindre. Udslip kan ske pga. cylindersvigt, brud på rør eller fejl i opkobling af cylinder til anlæg.

Gasspredningen sker som en jet. Et udslip vil ofte ske indendørs, idet anvendelsen oftest sker indendørs. Spredningen sker derfor igennem vinduer, døre eller udluftningsskakter. Den første fortynding vil være afhængig af hvor meget ventilation der er i bygningen.

3.3 Toksiske væsker

Nogle toksiske væsker anvendes i industrien, i kemisk syntese og til produktion af f.eks. polyuretanskum

Udslip af disse væsker kan ske ved brud på rør, ved overfyldning af tanke, ved brud på losningsslanger eller ved deciderede tankbrud.

Spredning af giftige dampe afhænger af hvor meget væske der frigives, og hvor stor pølen bliver. Pølens størrelse afhænger af væskens viskositet, men i højre grad af afgrænsninger som bassiner, kantsten og hulninger i jorden.

Spredning af giftige dampe afhænger også af jordtemperaturen, solens stråling og af vindhastigheden, eller indendørs, af ventilationsforhold.

Et af problemerne med toksiske væsker er, at frigivelsen af dampe kan være langvarige, for det første fordi oprensningen kan vare flere timer, og for det andet, fordi det kan være vanskeligt at rense overfladen (f.eks. jorden) totalt.

3.4 Udslip af væsker over kogepunktet

Nogle væsker anvendes under tryk over kogepunktet. Dette er tilfældet ved flere kemiske synteser, hvor opløsningsmidlet ofte er over kogepunktet. Udslip af disse væsker ved f.eks. rørbrud eller udslip igennem en sprængplade sker som en gas jet eller to fase jet. Formen af udslippene ligner dem for fordråbede gasarter.

3.5 Reaktive stoffer

Forskellige reaktive stoffer kan danne toksiske gasarter ved reaktioner. Dette gælder for visse stoffer der indgår i kemiske synteser, for eksempel klorbrinte og svovldioxid fra forskellige kloreringer med thionylklorid. Disse vil normalt kun blive frigivet hvis et anlægs skrubber svigter. Der er også mange stoffer, der kan reagere i uheldssituationer, f.eks. pga. forkert blanding, og det kan give overraskende frigivelse af toksiske gasser. Tilfældene bør i forhold til Seveso direktivet være identificeret for samtlige kolonne 1 og kolonne 2 virksomheder, men der eksisterer tilfælde i almene industrier, hvor identifikation er mere besværlig.

Bedømmelsen af udslipshastigheden vil ofte afhænge af nøjagtigheden i bedømmelse af blandingshastigheden, for eksempel af salpetersyre med organiske stoffer. Mange tilfælde er næsten umulige at bedømme på forhånd, og der behøves derfor metoder til bedømmelse af den aktuelle udslipssituation.

Gasspredning fra reaktioner beregnes på den samme måde som for gasudslip fra beholdere, men uden den initiale jet spredning.

En af de væsentligste grupper af stoffer der kan frigive toksiske gasarter er de stoffer der reagerer voldsomt med vand. Nogle, som thionylklorid, danner toksiske gasarter ved reaktionen. Andre, som isocyanater, danner varme under reaktionen med vand, hvorved der dannes giftige dampe.

Et eksempel på udslip af toksisk gas efter en reaktion er frigivelse af nitrøse gasser efter antændelse af gødningspiller under tørring, i Fredericia i1996. Uheldet sket ved en varmetørringsproces for gødning, hvor en kontaminering af stoffet førte til dekomponering.

Reaktioner kan til tide forekomme på uforventede måder. For eksempel skete der en eksplosion i et bryggeri i Faxe i 1997 på grund af en fejllfyldning af salpetersyre til en formalintank. Reaktionen ville nødvendigvis have ført til frigivelse af toksiske dampe og gasser.

Et tredje eksempel er frigivelse af flere tons svovldioxid i Næstved i 199X, der skete på grund af en utilsigtet blanding af to stoffer

3.6 Udslip af syre og ammoniakvand

Ammoniakvand (ammonium hydroxid) og syrer (specielt oleum, dvs. meget stærk svovlsyre) danner dampe ved frigivelse. Der kræves dog specielle modeller til beregning af frigivelsen, idet ammoniak og syre er bundet til vand i opløsning. Almindelige fordampningsmodeller som der findes i de eksisterende beregningsværktøjer, kan ikke anvendes.

3.7 Frigivelse af støv

Giftigt støv kan frigives ved eksplosioner, ved brand, ved spild og med vinden. Omfanget af farerne er normalt begrænset. Frigivelsen kan dog give andre langvarige problemer, idet jorden bliver kontamineret.

Et eksempel er nikkel pulver, der anvendes til hydrogenering, f. eks. i margarineproduktionen. Ved spild bliver pulveret ofte antændt og ved branden spredes nikkeloxid.

Til beregning af spredning i disse tilfælde kræves der både modeller for spredning og modeller for nedfald (deponering)af støvet.

Et eksempel på et uheld af denne slags er udslippet af en blanding af natrium hypoklorit, fenol, triklorfenol med et stort indhold af dioxiner i Seveso i 1976. Reaktionen var løbet løbsk og stofferne blev frigivet igennem en sprængplade. Et område på ca. 7 kvadrat km blev påvirket.

3.8 Toksisk røg

Toksisk røg dannes ved de fleste brande i form af kulmonoxid og PAHs. Risikoen er normalt høj indendørs, men lav udenfor, fordi røgen stiger til vejrs.

En højere risiko opstår hvis det brændende stof indeholder klor, idet der dannes både klorbrinte og fosgen. Andre problemer opstår hvis det brændende materiale selv er giftigt, f.eks. træ behandlet med arsen eller andre fungicider.

Et andet eksempel er en brand i gødningslager, hvor gødningen indeholder ammonium nitrat. Herved dannes toksiske nitrøse gasser ved brand (se figur 3.5).

Figur 3.5 Frigivelse af nitrøse gas fra en brand

Risikoen bliver specielt høj hvis

• branden opstår i et nabolag med højhuse
• der sker røgnedslag
• branden ikke er særlig varm og der ikke sker en separation af røgfanen fra jordniveau

Vurdering af området der påvirkes af toksisk røg kræver modeller for dannelse af toksiske stoffer, modeller for opstigning af røg, såvel som modeller for spredning.

Et eksempel på frigivelse af toksisk røg er branden ved en kontorvarefabrik i Allerød i 2000, hvor PVC’en brændte. Der dannes klorbrint i en sådan brand og røgen kan være væsentlig mere toksisk end ved en brand i ikke klorholdige stoffer.

3.9 Kryogen udslip

Der opbevares kun to former for gasarter i nedkølet flydende form i Danmark, nemlig oxygen og nitrogen. Begge gasarter kan blive farlige ved udslip. Oxygen, fordi det kan forårsage brand og nitrogen fordi det kan forårsage asfyxiering (kvælning).

Kryogen væske flyder fra udslipsstedet som andre væsker, men koger når de kommer i kontakt med jorden, hvorved jorden køles. Opkogningen ved uslipsstedet reduceres derved og væsken spreder sig over jorden med en intens opkogning ved kanten af pølen og mindre opkogning hvor jorden er blevet kølet (se figur 3.6 )

Figur 3.6 Udslip og fordampning af et kryogen væske (ammoniak, bemærk at oxygen og nitrogen spreder på den samme måde))

Vurdering af området der påvirkes af et kryogen udslip kræver modeller for udslipshastighed, for spredning på jorden og fordampning af stoffet, såvel som modeller for spredning af gassen.

3.10 Spredning af gassen

Gassen spredes med vinden når den er frigivet. Gassen blandes med luften på grund af turbulens i atmosfæren. Når himlen er overskyet dannes turbulensen hovedsagelig på grund af vindens friktion mod jorden og mod træer, bygninger osv. Turbulensen blander gassen med luften således at den fortyndes (Figur 3.7).

Figur 3.7 Turbulens fortynder et udslip af kuldioxid

Luften ved jorden bliver varm når jorden varmes af solen. Resultatet er, at den varme luft stiger. Turbulens øges ved denne stigning, fordi langsomt bevægende luft ved jorden blandes med hurtigere bevægende luft højere oppe (figur 3.8). Atmosfæren siges at være ustabil. Resultatet er en meget hurtigere fortynding, men det kan også medføre, i tilfælde af toksisk røg, at røgfanen bringes ned på jordniveau (figur 3.9).

Luftlaget tæt på jorden bliver kold, når jorden er koldere end luften. Dette sker især om natten ved klar himmel, når jorden udstråler varme, og hvor der er ingen skyer til at reflektere varmen tilbage. Den kolde tunge luft bevæger sig ikke så let i vertikal retning og har en tendens til at bevæge sig ned igen hvis den turbulent hvirvel flytter sig opad. Resultatet er, at turbulensen dæmpes, især hvis vindhastigheden er under ca. 4 m/s. Turbulensen mindskes og atmosfæren siges at være stabil (figur 3.10). Fortyndingen af toksiske udslip foregår langsomt under disse forhold (figur 3.11).

Figur 3.8 Storturbulens der opstår pga. varm let luft ved jorden

Figur 3.9 Storskala turbulens bringer større hvirvler af røg mod jorden.

Figur 3.10 Mosekonebryg der bevæger sig langsomt ned ad en bakke under stabil atmosfærisk forhold.

Figur 3.11 En fane af svovl dioxid (nederst) og røg med damp (øverst). Svovldioxid fanen blev målt med signifikant koncentration 50 km. fra udslipsstedet. Der er et stabilt lag nederst.

3.11 Et dækkende sæt af scenarier

Eksempler af næsten alle de scenarier der er beskrevet ovenfor er sket i Danmark, og der er muligheder for at alle vil kunne forekomme (Forfatterens personlige observationer efter ca. 35 års arbejde i danske virksomheder). Listen er mere omfattende end den der gives i de eksisterende vejledninger om risikoanalyse eller beredskabsplanlægning. (se f.eks. refs. 1 til 6 ). Listen svarer nogenlunde til den liste der forekommer med relativ høj hyppighed rund omkring i verden. Der er nogle vigtige udslipsscenarier der er forekommet andre steder, men som ikke er taget med her, fordi der er få eller ingen muligheder for at de vil kunne ske i Danmark. Eksempler er udslip af kryogen ammoniak (findes ikke i Danmark siden lukningen af Lyngs Odde anlægget), frigivelse af stor mængder svovlsyre til vand (ingen stor syretanke ved vandkanten i Danmark) og frigivelse af blandinger af butan og fluorbrint (ingen anvendelse af disse stoffer til fremstilling af benzin i Danmark).

Værktøj der skal anvendes til spredningsberegninger ved kommuneplanlægning og beredskabsplanlægning bør kunne håndtere et komplet sæt af scenarier der er relevant i Danmark. Scenarierne er beskrevet ovenfor. Listen opsummeres i tabel 3.2 nedenfor. Det skal understreges at et værktøj der kun kan beregne gasspredning er i denne sammenhæng så godt som værdiløs alene. Beregning af udslipsraten og hastigheden, spredning af væske på jorden, nedfald af dråber fra fanen, fordampning og interaktionen med foranstaltninger som sprinklere, er lige så vigtige.

Tabel 3.1 Et rimelig dækkende sæt af scenarier der omhandler gasspredninger, med relevans i Danmark.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Marts 2007, © Miljøstyrelsen.