DEEL 1 ALGEMENE INFORMATIE

Transcriptie

1 Internationale veiligheidsrichtlijnen Deel 1 Algemene informatie DEEL 1 ALGEMENE INFORMATIE Editie CCR/OCIMF 2010 Pagina 1

2 Internationale veiligheidsrichtlijnen Deel 1 Algemene informatie Editie CCR/OCIMF 2010 Pagina 2

3 Hoofdstuk 1 FUNDAMENTELE EIGENSCHAP- PEN VAN VLOEISTOFFEN IN BULK Dit hoofdstuk beschrijft de fysische en chemische eigenschappen die het meest van invloed zijn op het ontstaan van gevaren bij het hanteren van vloeistoffen in bulk. Deze eigenschappen zijn de dampspanning de ontvlambaarheid van de gassen die vrijkomen uit de vloeistoffen en de dichtheid. 1.1 Dampspanning Werkelijke dampspanning Alle ruwe oliën, aardolieproducten en chemische producten zijn in wezen mengsels van een groot aantal verschillende chemische verbindingen. De kookpunten van deze chemische verbindingen variëren van -162 C (methaan) tot ruim boven de +400 C en de vluchtigheid van een bepaald mengsel van chemische verbindingen hangt voornamelijk af van de hoeveelheden van de meer vluchtige bestanddelen (d.w.z. degene met een lagere kookpunt). De vluchtigheid (d.w.z. de neiging van een product om gas te vormen) wordt gekenmerkt door de dampspanning. Wanneer een product wordt overgebracht naar een gasvrije tank of houder begint het te verdampen, d.w.z. het geeft gas af aan de ruimte erboven. Dit gas heeft ook de neiging opnieuw op te lossen in de vloeistof en evenwicht wordt uiteindelijk bereikt met een bepaalde hoeveelheid gas, gelijkmatig verdeeld over de ruimte. De druk die dit gas uitoefent wordt het dampspanningsevenwicht van de vloeistof genoemd, meestal kortweg aangeduid als de dampspanning. De dampspanning van een zuivere chemische verbinding hangt alleen van haar temperatuur af. De dampspanning van een mengsel hangt af van haar temperatuur, bestanddelen en het volume van de gasruimte waarbinnen verdamping optreedt; d.w.z. dit hangt af van de verhouding gasvolume: vloeistofvolume. De werkelijke dampspanning (TVP) of borrelpunt-dampspanning is de druk, die uitgeoefend wordt door het gas dat door een mengsel wordt geproduceerd wanneer het gas en de vloeistof in evenwicht zijn bij de heersende temperatuur. Het is de hoogste dampspanning die mogelijk is bij een bepaalde temperatuur. Wanneer de temperatuur van een product stijgt, stijgt ook zijn TVP. Wanneer de TVP de atmosferische druk overstijgt, begint de vloeistof te koken. De TVP van een product is een goede indicatie voor zijn vermogen tot vervluchtiging. Helaas is dit een eigenschap die uiterst moeilijk te meten is, maar zij kan worden berekend op basis van een gedetailleerde kennis van de samenstelling van de vloeistof. Er zijn betrouwbare correlaties voor het afleiden van de TVP van de gemakkelijker te meten Reiddampspanning en temperatuur. Editie CCR/OCIMF 2010 Pagina 3

4 1.1.2 Reid-dampspanning De Reid-dampspanningstest (RVP-test) is een eenvoudige, voor aardolieproducten algemeen gebruikte methode voor meten van de vluchtigheid van vloeistoffen in bulk. De test wordt uitgevoerd in een standaardapparaat en op een nauw omschreven wijze. Er wordt een monster van de vloeistof ingebracht in de testhouder bij atmosferische druk, zodanig dat het volume van de vloeistof een vijfde van het totale inwendige volume van de houder bedraagt. De houder wordt verzegeld en ondergedompeld in een waterbad waar het tot 37,8 C wordt verwarmd. Nadat de houder is geschud om snel een evenwichtstoestand te bereiken, wordt de stijging van de druk als gevolg van verdamping afgelezen op een aangesloten manometer. Dit aflezen van de manometer geeft een zeer goede benadering, in bars, van de dampspanning van de vloeistof bij 37,8 C. De RVP is bruikbaar voor een algemene vergelijking van de vluchtigheid van een breed scala aan producten. Zij is op zich echter van weinig waarde als middel voor het schatten van de waarschijnlijke gasontwikkeling in specifieke situaties, vooral omdat de meting is gedaan bij de standaardtemperatuur van 37,8 C en een vaste gas-vloeistof-verhouding. Voor dit doel is de TVP bruikbaarder en, zoals reeds vermeld, in sommige gevallen bestaan er een correlaties tussen TVP, RVP en temperatuur. 1.2 Ontvlambaarheid Algemeen In het verbrandingsproces reageren productgassen met de zuurstof in de lucht. De reactie geeft voldoende warmte af voor het vormen van een vlam, die zich verplaatst door mengsel van productgas en lucht. Wanneer het gas boven de vloeistof wordt ontstoken, is de geproduceerde warmte gewoonlijk genoeg om voldoende vloeistof voor nieuw gas te verdampen om de vlam in stand te houden en er wordt nu gezegd dat de vloeistof in brand staat. In feite is het het gas dat verbrandt en continu wordt aangevuld vanuit de vloeistof Explosiegrenzen Een mengsel van productgas en lucht kan niet worden ontstoken en verbranden, tenzij de samenstelling ervan binnen het bereik ligt van gasconcentraties in lucht dat bekend staat als het ontvlammingsbereik. De onderste grens van dit bereik, bekend als de onderste explosiegrens (LEL) is die productconcentratie, waar beneden er onvoldoende productgas is om verbranding in stand te houden en te verbreiden. De bovenste grens van het bereik, bekend als de bovenste explosiegrens (UEL) is die productconcentratie, waar boven er onvoldoende lucht is om verbranding in stand te houden en te verbreiden. De explosiegrenzen zijn verschillend voor verschillende producten Invloed van inert gas op ontvlambaarheid Wanneer een inert gas, bijvoorbeeld stikstof, CO 2 of rookgas wordt toegevoegd aan een mengsel van productgas en lucht, is het resultaat dat de onderste explosiegrens van de concentratie wordt verhoogd en de bovenste explosiegrens van de concentratie wordt verlaagd. Deze invloeden worden geïllustreerd in figuur 1.1, die alleen beschouwd moeten worden als leidraad bij de betreffende principes. Editie CCR/OCIMF 2010 Pagina 4

5 Elk punt in het diagram staat voor een mengsel van koolwaterstofgas, lucht en inert gas, gespecificeerd naar koolwaterstofgehalte en zuurstofgehalte. Mengsels van koolwaterstofgas en lucht zonder inert gas liggen op lijn AB, waarvan de dalende lijn de vermindering van het zuurstofgehalte laat zien wanneer het koolwaterstofgehalte toeneemt. Punten aan de linkerkant van lijn AB staan voor mengsels met een verder verminderd zuurstofgehalte door toevoeging van inert gas. De onderste en bovenste grensmengsels voor ontvlambaarheid van koolwaterstofgas in lucht worden weergegeven door de punten C en D. Wanneer het gehalte aan inert gas toeneemt veranderen de explosiegrensmengsels zoals aangegeven door de lijnen CE en DE, die uiteindelijk samenkomen in punt E. Alleen de mengsels, vertegenwoordigd door punten in het gearceerde gebied binnen de lus CED, kunnen branden. In dit diagram zijn veranderingen in de samenstelling als gevolg van de toevoeging van lucht of inert gas weergegeven door verplaatsingen langs rechte lijnen, ofwel in de richting van punt A (zuivere lucht) of in de richting van een punt op de zuurstofgehalte-as, overeenkomstig de samenstelling van het toegevoegde inerte gas. Zulke lijnen worden getoond voor het gasmengsel dat wordt vertegenwoordigd door punt F. Uit figuur 1.1 blijkt duidelijk dat, wanneer inert gas wordt toegevoegd aan mengsels van productgas, het ontvlammingsbereik kleiner wordt, totdat het zuurstofgehalte een niveau bereikt, algemeen aangenomen als liggende bij 11% van het volume, waarbij een mengsel niet kan branden. Het cijfer van 8 volume-% aan zuurstof, dat in deze Gids wordt aangegeven voor een veilig inert gemaakt gasmengsel, staat een marge boven deze waarde toe. Wanneer een inert gemaakt mengsel, zoals vertegenwoordigd door punt F, wordt verdund met lucht, beweegt zijn samenstelling zich langs de lijn FA en komt dus in het gearceerde gebied van ontvlambare mengsels te liggen. Dit betekent dat alle inert gemaakte mengsels in het gebied boven lijn GA door een ontvlambare fase gaan wanneer deze gemengd worden met lucht, bijvoorbeeld tijdens een ontgassingsproces. De mengsels die beneden lijn GA liggen, zoals vertegenwoordigd door punt H, worden niet ontvlambaar bij verdunning. Opgemerkt moet worden dat het mogelijk is om van een mengsel zoals F te veranderen naar een mengsel zoals H door verdunning met extra inert gas (d.w.z. zuiveren om koolwaterstofgas te verwijderen). Editie CCR/OCIMF 2010 Pagina 5

6 Figuur 1.1 Diagram samenstellingen ontvlambaarheid Tests op ontvlambaarheid Omdat mengsels van productgas en lucht ontvlambaar zijn binnen een relatief smalle marge van productgasconcentraties in lucht en de concentratie in lucht afhankelijk is van dampspanning, zou het in principe mogelijk moeten zijn een test op ontvlambaarheid te ontwikkelen door het meten van de dampspanning. In de praktijk heeft het zeer brede scala aan aardolieproducten en het temperatuurbereik waarover deze worden gehanteerd verhinderd één eenvoudige test voor dit doel te ontwikkelen. In plaats daarvan maakt de olie-industrie gebruik van twee standaardmethoden. De ene is de Reid-dampspanningstest (zie paragraaf 1.1.2) en de andere is de vlampunttest, die rechtstreeks de ontvlambaarheid meet. Bij sommige residuele brandstofoliën is echter gebleken dat de vlampunttest niet altijd een directe indicatie van de ontvlambaarheid oplevert (zie paragraaf 2.7). Editie CCR/OCIMF 2010 Pagina 6

7 1.2.5 Vlampunt In deze test wordt een monster van de vloeistof geleidelijk verwarmd in een speciale pot en een kleine vlam wordt herhaaldelijk voor een ogenblik boven het vloeistofoppervlak gehouden. Het vlampunt is de laagste vloeistoftemperatuur waarbij de kleine vlam een vlammenflits over het vloeistofoppervlak in gang zet, aldus de aanwezigheid van een ontvlambaar mengsel van gas en lucht boven de vloeistof aangevend. Voor alle oliën, met uitzondering van enkele residuele brandstofoliën, komt dit mengsel van gas en lucht nauw overeen met het onderste-explosiegrens-mengsel. Er zijn vele verschillende vormen van vlampuntapparaten, maar ze vallen uiteen in twee klassen. In de ene klasse is het vloeistofoppervlak permanent blootgesteld aan de atmosfeer terwijl de vloeistof wordt verwarmd en het resultaat van zo'n test is bekend als het "open-beker-vlampunt". In de andere klasse wordt de ruimte boven de vloeistof afgesloten gehouden op de korte momenten na waarin de ontstekingsvlam via een kleine opening naar binnen wordt gevoerd. Het resultaat van deze testklasse is bekend als het "geslotenbeker-vlampunt". Vanwege het grotere verlies van gas aan de atmosfeer in de open-beker-test ligt het openbeker-vlampunt van een aardolievloeistof altijd iets hoger (ongeveer bij 6 C) dan zijn gesloten-beker-vlampunt. Het beperkte verlies van gas in het gesloten-beker-apparaat leidt ook tot een consistenter resultaat dan kan worden verkregen bij een open-beker-test. Om deze reden heeft de gesloten-beker-methode nu in het algemeen de voorkeur en wordt in deze Gids gebruikt bij het overwegen van de classificatie van aardolie. Cijfers van openbekers-tests kunnen echter nog steeds worden gevonden in de wetgeving van diverse nationale regeringen, in de reglementen van classificatiebureaus en in andere soortgelijke documenten Ontvlambaarheidsclassificatie Er zijn vele schema's voor het indelen van het gehele scala aan vloeistoffen in bulk in verschillende ontvlambaarheidsklassen, gebaseerd op vlampunt en dampspanning, en er is tussen landen een aanzienlijk verschil in deze schema's. Meestal is het basisprincipe de overweging of er al dan niet een ontvlambaar mengselevenwicht van gas en lucht kan worden gevormd in de ruimte boven de vloeistof wanneer de vloeistof op omgevingstemperatuur is. In het algemeen was het in deze Gids voldoende de vloeistoffen in bulk te groeperen in twee categorieën, genaamd niet-vluchtig en vluchtig, in termen van vlampunt als volgt gedefinieerd: Niet-vluchtig Vlampunt van 60 ºC of hoger, zoals vastgesteld door de testmethode met gesloten beker. Deze vloeistoffen produceren bij elke normale omgevingstemperatuur een gasevenwichtconcentratie beneden de onderste explosiegrens. Ze omvatten distillaatbrandstofoliën, zware gasoliën en dieseloliën. Hun RVP's liggen beneden 0,007 bar en ze worden meestal niet gemeten. Vluchtig Vlampunt beneden 60 ºC, zoals vastgesteld door de testmethode met gesloten beker. Sommige aardolievloeistoffen in deze categorie kunnen een gas-lucht-evenwichtmengsel produceren binnen het ontvlammingsbereik in sommige delen van het normale omgevingstemperatuurbereik, terwijl de meeste overige een gas-lucht-evenwichtmengsel afgeven boven de bovenste explosiegrens bij alle normale omgevingstemperaturen. Editie CCR/OCIMF 2010 Pagina 7

8 De keuze van 60 C als vlampuntcriterium voor de indeling in niet-vluchtige en vluchtige vloeistoffen is tot op zekere hoogte arbitrair. Omdat de voorzorgsmaatregelen voor nietvluchtige vloeistoffen minder stringent zijn, is het essentieel dat onder geen enkele voorwaarde een vloeistof, die een ontvlambaar mengsel van gas en lucht af kan geven, ooit per ongeluk wordt opgenomen in de categorie "Niet-vluchtig". Daarom moet de scheidslijn zodanig worden gekozen dat factoren als het verkeerd beoordelen van de temperatuur, onnauwkeurigheid in de meting van het vlampunt en de mogelijkheid van vermenging met een minieme hoeveelheid meer vluchtige stoffen worden ingecalculeerd. Het geslotenbeker-vlampunt-criterium van 60 C maakt ruime marges mogelijk voor deze factoren en is ook verenigbaar met de definities die internationaal zijn aanvaard door de IMO en door een aantal regelgevende instanties over de hele wereld. 1.3 Dichtheid van koolwaterstofgassen Het is belangrijk te weten of de dichtheid van een gas groter of kleiner is dan de dichtheid van lucht. Wanneer de gasdichtheid hoger is dan de dichtheid van lucht, zal het gas zich verspreiden over de bodem van een compartiment of, in een terminal, dicht bij de grond blijven. Bij overslagwerkzaamheden kunnen gelaagdheidseffecten optreden en aanleiding geven tot gevaarlijke situaties. Tabel 1.1 geeft voor een aantal producten de gasdichtheden ten opzichte van de lucht. Dichtheid ten opzichte van lucht Gas Zuivere koolwaterstof 50 volume-% koolwaterstof/ 50 volume-% lucht Ondersteexplosiegrens-mengsel Propaan 1,55 1,25 1,0 Butaan 2,0 1,5 1,0 Pentaan 2,5 1,8 1,0 Tabel 1.1 Propaan, butaan en pentaan; dichtheid ten opzichte van lucht: Hoge dichtheden, hoger dan die van lucht, en de gelaagdheidseffecten die erdoor ontstaan, zijn alleen significant wanneer het gas geconcentreerd blijft. Wanneer het verdund wordt met lucht, benadert de dichtheid van het gas-lucht-mengsel die van lucht en is er bij de onderste explosiegrens niet van te onderscheiden. Editie CCR/OCIMF 2010 Pagina 8

9 1.4 Corroderend vermogen Tanks, pijpleidingen, slangen en bijbehorende uitrusting zoals pompen, pakkingen, instrumenten en fittingen moeten zijn vervaardigd van materialen die ofwel: een goede mechanische en chemische weerstand tegen de bulklading hebben, of een geschikte coating hebben ter bescherming tegen de eigenschappen van de bulklading. Editie CCR/OCIMF 2010 Pagina 9

10 Editie CCR/OCIMF 2010 Pagina 10