Weet wat je blust (3): kies voor een veiliger fabrieksontwerp

Chemische calamiteiten voorkomt men met een veilig installatieontwerp, en met een oordeelkundig bouwconcept reduceert de ernst van het incident en brengt het personeel in veiligheid.

Trefwoorden: #blussen, #chemische calamiteiten, #Fabrieksontwerp, #installatieontwerp, #risicobeheer

Lees verder

pumps_art

Download het artikel in

ENGINEERINGNET.BE - Verder kan men met de juiste voorzieningen een uitslaande brand bedwingen. Door goede opslagpraktijken kan men ook op dat niveau aan veilig risicobeheer doen.

Bij een uitslaande brand in een omgeving met massa’s solventen stijgt de temperatuur binnen de 5 minuten naar 900°C. In een omgeving zonder solvent is dat 500°C. Staal is onbrandbaar; maar diens sterkte neemt af vanaf 400°C (Fig. 1), gepaard gaand met de vervorming van staal. Bij 800°C is er nog 10% van de initiële sterkte over.

Onder invloed van een steeds toenemende temperatuur gaat het staal van de draagstructuur finaal begeven. Op dat moment is de kans op het geheel of gedeeltelijk redden van het reactoren-

en/of machinepark onherroepelijk verloren. Bovendien zullen de uit de beschadigde reactoren en recipiënten vrijkomende zeer brandbare/explosieve solventen en chemicaliën nieuw voedsel vormen voor het zich verder verspreiden van de brand.

Bij het ontwerp van de gebouwen moet alles er dus op gericht zijn het moment waarop het staalgebinte het begeeft zolang mogelijk uit te stellen. Op die manier krijgen de aanwezigen in het gebouw de tijd om het gebouw te verlaten of in veiligheid gebracht te worden. Bovendien kan de veiligheid van de hulpploegen beter en langer gegarandeerd worden.

Passieve brandbeveiliging
Om het moment waarop het staalgebinte het begeeft door de hitte zo lang mogelijk uit te stellen, kan men kiezen voor passieve brandbeveiliging.

Dit behelst …

  • het inkapselen van cruciale steunelementen in stortbeton.
  • het delocaliseren van de belangrijkste dragerelementen buiten de productieruimten. Men kan de belangrijke drager-elementen isoleren door tussenliggende burelen, controlekamers, opslagruimtes, etc.
  • het gebruik van hoogwaardig wapeningsstaal, waarvan de duurzaamheid kan worden verbeterd.
  • het aanbrengen van een epoxy-coating/zwelverven of galvaniseren.
  • het opdelen van de productie-units in compartimenten met de juiste positionering van de brandwerende toegangsdeuren om de overslag van brandende solventstromen en hitte van het ene naar het andere compartiment te vertragen (Fig. 2 & 3)

Voor de bouw van faciliteiten waarin toxische en explosieve producten worden behandeld, gaat de voorkeur uit naar vezelversterkte, niet-poreuze, impermeabele, gladde, chemisch bestendige beton- of sandwichelementen.

Voor gebunkerde productiecellen maakt men bij voorbaat gebruik van vezelversterkt (koolstof, aramide, nylon, composietmaterialen, glasvezel) gewapend beton met hoge druksterkte en chemische bestendigheid. Een systeem met naar buiten openklapbare wanden (golfplaten) is acceptabel, omdat bij een explosie - teneinde een destructieve drukopbouw in het gebouw zelf te verhinderen - de drukgolf naar buiten gekanaliseerd moet worden.

Ramen (langwerpig in de breedte en smal in de hoogte) moeten hooggeplaatst worden. De ruiten moeten van een type zijn, dat sterke breking en hoge reflectie van zonlicht bewerkstelligt. Op die manier kan er geen al te sterk zonlicht in de productieruimte binnendringen.

Sommige chemische producten (peroxides, gehalogeneerde verbindingen, etc.) zijn onderhevig aan fotochemische decompositie, terwijl andere solventen onder invloed van zonnewarmte (bv. door het brandpunt-focusserend effect van de glasuitrusting) kunnen ontsteken.

Dakvensters (koepels) moeten zo geplaatst worden dat niet het volle daglicht in de productieruimte binnendringt of althans de productieapparatuur niet ten volle belicht wordt.

Om een blikseminslag op een productie-unit te vermijden, kan men de complete unit in een ‘Kooi van Faraday’ overkapselen. Een kooisysteem biedt een betere bescherming dan enkelvoudige opvangspitsen. Een goede beveiliging houdt rekening met de grootte en vorm van het gebouw, de waarde van het gebouw of zijn inboedel, de omliggende gebouwen, de omgeving en nog veel meer.

Bliksembeveiliging bij middel van een kooi van Faraday gebeurt het best met een minimum aan daalleidingen. Maar niet enkel de buitenkant van een gebouw moet beveiligd worden. Indien de externe beveiliging een bliksem opvangt, dan kan deze nog overslaan op de elektrische installatie en apparatuur in het gebouw.

Een overspanningsbeveiliging is dan ook wenselijk. Bij het uitvallen van de elektriciteit zou men automatisch het verwarmingscircuit moeten kunnen vergrendelen, en automatisch het koelcircuit moeten kunnen inschakelen.

Er moet een noodgenerator voorzien zijn die in geval van elektrisch defect toch nog elektrische stroom kan leveren zodat alle registratie- en controlefuncties werkzaam blijven.

De schakelkastkamer voor de controle en sturing van alle procesapparatuur wordt best aan de noordkant geplaatst. Wordt die aan de zuidkant geplaatst, dan kan de kamertemperatuur tijdens de zomer hoger oplopen dan wenselijk voor de goede werking van de elektronische apparatuur.

Het is al gebeurd dat elektronische systemen het begaven door onvoldoende koeling van de schakelkasten. Mogelijke gevolgen zijn het uitvallen van roer- en koelsystemen, waardoor een goede afvoer van de warmte van het reactiemengsel niet langer verzekerd is, met als gevolg dat een exotherme reactie uit de hand kan lopen (zgn. 'Runaway' reactie).

Het is ook al gebeurd dat bedienings- en controleschermen gedurende een bepaalde tijd 'zwart' bleven, waardoor men geen enkele controle meer had op de aan de gang zijnde chemische reacties. In het beste geval kan men ter plaatse toch nog de nodige waarnemingen doen of handelingen stellen.

Ideaal is een systeem waarbij de warmte lucht in de schakelkastkamer vervangen wordt door droge koude lucht.

Actieve brandbeveiliging
Als alternatief kan men de brand vertragen bij middel van actieve brandbeveiliging, d.w.z. brand- en explosiedetonatoren die een brandblussysteem op basis van poeder en/of brandvertragers, etc. in werking kunnen stellen. Blussystemen op basis van water zijn te vermijden omwille van de heftige reactie (exotherm en explosief) van bepaalde stoffen met water.

Indien er nooit watergevoelige producten in de unit worden gebruikt, kan toch eventueel bluswater overwogen worden. Bluswater heeft echter nog altijd als nadeel dat de pool aan vloeistoffen verhoogd wordt. Water vermengd met organisch solvent kan evenzeer branden, en kan bij het uitvloeien naburige solventtanks of productie-units/magazijnen in brand steken.

In een brandende unit zonder watergevoelige producten is schuim meer aanvaardbaar dan alleen water. Blussystemen op basis van poeder of brandvertragers moeten dan zo georiënteerd worden dat de operatoren niet in een stofwolk terechtkomen, wat hun ademhaling kan bemoeilijken.

Als branddetectoren in een solventrijke omgeving gebruikt men best geen ionische rookmelders (om veiligheidsreden), en evenmin optische rookdetectoren en CO-melders (interferentie vanwege solventdampen). De voorkeur gaat uit naar thermische detectoren en optische vlamdetectoren. Het is belangrijk dat de branddetectoren zelf EX/OX zijn, en dat er geen interferentie optreedt vanwege solventdampen.

Rond de productie-units moeten voldoende hydranten staan, en liefst niet op te grote afstand van de productie-units (Fig. 4). De druk op het net moet altijd voldoende groot zijn, zodat blussen tot op grote hoogte nog altijd mogelijk is. Men kan gebruik maken van drukmeters die op verschillende plaatsen over het brandblusnetwerk zijn verspreid.

De drukmeters zouden in verbinding kunnen staan met een controle- en registratiesysteem, waardoor de druk op de verschillende hydranten dagelijks en direct afleesbaar zijn vanaf een computerscherm. Het circuit voor bluswater moet los staan van het proceswatercircuit en de koelcircuits.

Maar water of schuim (op basis van water en eiwitten) zijn geen ideaal blusmiddel voor de bestrijding van een brand in een productie-unit vol explosief met-water- reagerende stoffen.

Opslagzones en -ruimtes
In het solventenpark kan men alternerend tanks met gechloreerde (minder brandbaar) en niet-gechloreerde solventen in gebruik nemen; of afwisselend tanks die solventen met hoog, respectievelijk laag vlampunt bevatten.

Tankparken en opslaglocaties voor vloeibare chemicaliën liggen bij voorkeur aan de noordkant van gebouwen of centraal overdekt in een loods (Fig. 5).

Bij hevige zon kan de temperatuur van de tankwand hoog oplopen. Daarom zijn sprinklersystemen vereist om de tanks met solventen koel (verdamping van water onttrekt hitte aan de tank en diens inhoud) te houden.

In plaats van sprinklersystemen die manueel moeten geactiveerd worden, kan men beter kiezen voor een systeem geactiveerd door stralingsmeters (vanaf bepaalde lichtsterkte) en temperatuurmeters. Met het manueel geactiveerde sprinklersystemen kan vergetelheid serieuze consequenties hebben.

Explosiegevoelige producten (azides, tetrazolen, peroxideverbindingen, etc.) kunnen eventueel bewaard worden in een bunker overdekt met grond (bodem) (Fig. 6). Bij een explosie vangt de grond de schok al voor een belangrijk stuk op. Beton warmt snel op; grond daarentegen warmt veel trager op. Zo blijft het langer koel in de opslagplaats.

Gasflessen dienen opgesteld op een koele, overdekte plaats voorzien van watervernevelingsystemen en watersproeiers die bij brand de gasflessen koel houden. Voor opslag van gassen zoals fosgeen, methylbromide, blauwzuur, chloorgas, etc. is een gasdichte omkasting in onderdruk ideaal.
Voorzie in een goede verluchting waarvan de uitgang een actieve koolfilter bevat. Er bestaan systemen waarbij rond de opslagplaats een continu gordijn van alkalisch water wordt gecreëerd.


door Frank Moerman, KU Leuven

Bronnen
Barton, J. & Rogers, R. (1997), ‘Chemical Reaction Hazards’, 2nd edition, Institution of Chemical Engineers, Warwickshire, United Kingdom, 225 p.
Hoffman, J.M. & Maser, D.C. (1985), ‘Chemical Process Hazard Review’, ACS Symposium series N° 274, American Chemical Society, Washington, United States, 121 p.
Leggett, D. (2000), ‘Runaway Reactions: ignore the chemistry at your peril’, Chemical Engineering, 107 (8), 78-85.
Scott, R.A. & Doemeny, L.J. (1987), ‘Design Considerations for Toxic Chemical and Explosives Facilities’, ACS Symposium series N°345, Washington, United States, 318 p.
Vansant, E.F. (1997), ‘Cursus Veiligheidskunde’, Universiteit Antwerpen
Vereniging van de Nederlandse Chemische Industrie (2011), ‘Chemiekaartenboek’, 26e editie