Kwantitatieve risicoanalyse (QRA)

Transcriptie

1 Kwantitatieve risicoanalyse (QRA) Maarten Bekaert Maarten Bekaert - maarten.bekaert@dnv.com

2 Agenda Algemene principes QRA Identificatie van de scenario s Modellering van de gevolgen Bepalen van de kans van voorkomen Berekenen van de risico s Kritische blik op QRA 2

3 Objectief van de presentatie De algemene doelstelling van deze presentatie is het vergroten van de kennis van QRA bij de vergunning verlenende overheden; het vergroten van het inzicht in het proces en de aannames/parameters zodat de resultaten beter begrepen kunnen worden. 3

4 Algemene Principes van een QRA 4

5 Definitie QRA Kwantitatieve risicoanalyse (QRA) is een techniek die toelaat risico's te analyseren op basis van numerieke waarden. In een QRA worden risico's dus berekend. (website dienst VR) 5

6 Wat is QRA? Wat kan er mis gaan? Gevaarsidentificatie Hoe vaak? Analyse Frequenties Hoe groot? Analyse Gevolgen Wat betekent dit? Analyse risico s Wat te doen? Risicoreductie 6

7 Stroomschema QRA 1 Familiarisation and Data Collection (System Description) 2 Hazard Identification and Accident Case Development 3 Background Data Collection and Analysis 4 Frequency Analysis 5 Consequence Analysis 6 Risk Calculation 7 Risk Criteria 8 Risk Assessment 9 Iterative Calculation 10 Risk Mitigation 11 Report Production and Results Presentation 7

8 QRA - kwantificeringsgrootheden n risico = Σ ( effect i x kans i ) i=1 plaatsgebonden risico (PR) : is de kans dat een persoon op een bepaalde plaats in de buurt van een Seveso-inrichting overlijdt ten gevolge van een zwaar ongeval in die inrichting, wanneer deze persoon zich gedurende één jaar permanent en onbeschermd op die plaats zou bevinden. groepsrisico (GR): Het groepsrisico is de kans (per jaar) dat een aantal personen in de omgeving van een Seveso-inrichting gelijktijdig omkomt ten gevolge van een zwaar ongeval binnen die inrichting. 8

9 PR-contouren Bergheim Lidarheim Ystvi k Buhaug 10-4 Vollen Sagli Myra Veiset Ledal Tømmerdal Buslette Lia - IR ter hoogte van plaatsje Ystvik - = 5.0 x 10-9 per jaar - IR ter hoogte van administratiegebouw - = 5.1 x 10-7 per jaar - Maximale waarde IR - = 4.2 x 10-3 per jaar (in Plant) - IR-ranking Soetra N Dromnes Vesterheim Østrem Primary School & Community house Bjorkli Alsted W S E m SCALE Slide 9

10 Resultaten groepsrisico fn-curve Kans op > N doden per jaar (F) 1.0E E E E-05 Total Methanol Plant Gas Receiving Storage/Jetty Pipelines 1.0E E E-08 ranking Aantal doden (N) 10 Slide 10

11 Doelstellingen QRA Aanleveren van objectieve meting van risico veroorzaakt door een activiteit Identificeren scenario s van zware ongevallen met grootste bijdrage aan risico s Optimaliseren van risicoreducerende maatregelen Ondersteunen van besluitvorming risico-aanvaardbaarheid (in kader van ruimtelijke ordening) 11

12 Wanneer een QRA zinvol? Wettelijke verplichting Goede praktijk voor hoog risico bedrijven, maar niet vereist voor - niet hoge drempel Seveso-bedrijven - Transport gevaarlijke stoffen - Ondersteuning ruimtelijke ordening vraagstukken Ondersteuning besluitvorming - Selectie tussen opties naar kostoptimalisatie toe - Review van veiligheidskritische beveiligingen - locatiekeuze 12

13 Identificatie van de scenario s 13

14 Plaats in QRA stroomdiagram 1 Familiarisation, and Data Collection. (System Description) 2 Hazard Identification (Accident Case Development) 3 Background Data, Collection and Analysis 4 Frequency Analysis 5 Consequence Analysis 6 Risk Calculation 7 Risk Criteria 8 Risk Assessment 9 Iterative Calculations 10 Risk Mitigation 11 Report Production and Results Presentation 14

15 Enkele belangrijke begrippen Gevaar - LPG is licht ontvlambaar, explosieve gas/lucht-mengsels mogelijk Loss of containment (LOC) - lekkage uit pijpleiding benedenstroom van een 100 ton tank met LPG onder druk Scenario - 25 mm gat in pijpleiding met 75% C3 / 25% C4 - bij 25 C en 10 bar - geïsoleerd in 10 minuten - faalfrequentie 5 x 10-5 per jaar 15

16 Gevaarsidentificatie Kritisch voor kwaliteit van QRA Een over het hoofd gezien gevaar betekent een onderschatting van het risico Verleden: QRA studies bevatten alleen een paar geloofwaardige credible scenario s van zware ongevallen Moderne QRA studies: veel meer scenario s 16

17 LOC s Handboek Faalfrequenties 2009 Alle apparaten worden bestudeerd (wel soms preselectie van meest relevante installaties via subselectiesysteem): - Opslagtanks/transporteenheden - Pompen/compressoren - warmtewisselaars - Leidingen - Verlading via flexibels/laadarmen - voorbeeld van ongevalsscenario s met betrekking tot drukvaten: - Breuk - 10 minuten uitstroming - Groot - middelgroot - klein lek 17

18 Aandachtspunten runaway-reacties Magazijnbranden/toxische verbrandingsproducten Interne explosies Domino-effecten 18

19 Modelleren van de gevolgen 19

20 QRA stroomdiagram 1 Familiarisation and Data Collection (System Description) 2 Hazard Identification and Accident Case Development 3 Background Data Collection and Analysis 4 Frequency Analysis 5 Consequence Analysis 6 Risk Calculation 7 Risk Criteria 8 Risk Assessment 9 Iterative Calculation 10 Risk Mitigation 11 Report Production and Results Presentation 20

21 Berekenen van de gevolgen Lek Dispersie Ontsteking Dispersie van toxische producten Brand/Explosie Warmtestraling bij branden Overdruk bij explosies 21

22 Gevolgenberekening Brontermberekening (kg of kg/s) Plasvorming Plasverdamping Dispersie Schade bepaling - toxische belasting - Overdruk (explosiemodellen) - Warmtestraling (brandmodellen) Noot: diverse technische richtlijnen van toepassing (flash and spray, toxiciteitsprobits, magazijnbranden, ) en bijkomende verduidelijking via Q&A s, te vinden op website van dienst VR Noot: voor iedere stap in de gevolgenberekening worden in Vlaanderen diverse modellen gebruikt (voor een overzicht TWOL Onderzoek modellen dienst VR) 22

23 Theorie: bronterm Vaten: - Instantaan - 10 minuten - lekken Vessel Vessel Orifice Released material Released material leidingen Vessel - leidingbreuk - lek 10% diameter Pipe Released material Rupture point Karakteristieken: - druk, temperatuur, medium, gatgrootte, tijd, fase 23

24 Dispersiemodellen Meerdere modellen gebruikt in Vlaanderen (Gaussiaans dispersiemodel, UDM, Hegadas, SLAB, Charm) De meeste modellen herleiden elke dispersieberekening tot een puntbrondispersie Berekening van de concentratie meestal op basis van een gelijkvormigheidsprofiel Lichte gassen en lift-off is in diverse modellen niet voorzien Condensatie, verdamping en depositie worden zelden gemodelleerd Obstakels/terreineffekten worden verwaarloosd in de modellen 24

25 Schade-effecten toxische belasting warmtestraling overdruk Jet Fire (fakkel) Inhalatie Pool Fire (plasbrand) Flash Fire (wolkbrand) Fireball (vuurbal), BLEVE Explosie 25

26 Toxische belasting Probit-functie - Pr = a +b ln ( C n t) 1% letaliteit = 10 minuten blootstelling aan 300 mg/m 3 chloor = 2 minuten / 550 mg/m 3 chloor = 10 minuten / 70 mg/m 3 fosgeen = 10 minuten / 130 mg/m 3 NO 2 = 5 minuten / 4700 mg/m3 koolmonoxide 26

27 Warmtestraling In wolk/vlam: 100% letaal letsel door vlamcontact daarbuiten: stralingsintensiteit probit-relatie of single value criteria kritische niveaus: - 35 kw/m2: ontsteking van gebouwen, 100% doding - 10 kw/m2: 1% doding (ongekleed) 27

28 Voorbeeld fakkelbrand Zone letaliteit b a x fakkel puntbron Gevarenzone is een ellips, afgebakend tot een minimumwarmtestralingsniveau (voor 1% doding 10 kw/m 2 ) 28

29 Overdruk BLEVE/gaswolkexplosie kritische niveaus: - 0,040 mbar: 1% doding voor mensen binnenshuis - Probitrelaties voor mensen binnen en buiten 29

30 Bepalen van de kans van voorkomen 30

31 Plaats in stroomdiagram 1 Familiarisation and Data Collection (System Description) 2 Hazard Identification and Accident Case Development 3 Background Data Collection and Analysis 4 Frequency Analysis 5 Consequence Analysis 6 Risk Calculation 7 Risk Criteria 8 Risk Assessment 9 Iterative Calculation 10 Risk Mitigation 11 Report Production and Results Presentation 31

32 TIJDSTIPPEN WAAROP FAALKANSEN WORDEN GEBRUIKT IN EEN QRA Initiële gebeurtenissen Vervolgkansen Aanwezigheidskansen 32

33 INITIELE GEBEURTENISSEN Falen van mechanische componenten - faalfrequenties - faalkansen per aanspraak Voorkomingskans van een gebeurtenis (brand, etc.) - magazijnbrand - tankbrand 33

34 VERVOLGKANSEN Kans op een uitstromingsrichting Kans op direkte ontsteking Kans op laattijdige ontsteking Kans op een wolkbrand versus gaswolkexplosie 34

35 AANWEZIGHEIDSKANSEN Scenario-specifieke gegevens Populatiegegevens Meteocondities Ontstekingsbronnen

36 Bepaling van de kans van voorkomen - Handboek Faalfrequenties, opgesteld door LNE (Vlaamse Overheid) (Verplicht) gebruik omwille van uniformiteit tussen verschillende OVR s. 36

37 Berekenen van de risico s 37

38 QRA Stroomschema 1 Familiarisation and Data Collection (System Description) 2 Hazard Identification and Accident Case Development 3 Background Data Collection and Analysis 4 Frequency Analysis 5 Consequence Analysis 6 Risk Calculation 7 Risk Criteria 8 Risk Assessment 9 Iterative Calculation 10 Risk Mitigation 11 Report Production and Results Presentation 38

39 QRA - kwantificeringsgrootheden risico = Σ ( effect i x kans i ) plaatsgebonden risico (PR), voorheen IR groepsrisico (GR) wel: meewegen van omgevingsinvloeden 39

40 Omgevingsinvloeden Meteo - weerstations in Vlaanderen Ontstekingsbronnen - punt/lijn-bronnen voor vertraagde ontsteking: - fakkel, fornuis, schip, trein, auto, hoogspanningskabels, area - oppervlaktebronnen: plants, bevolkingsgebieden - of vaste ontstekingskasen Bevolking - passende nauwkeurigheid voor alle 3: onderscheid dag/nacht 40

41 Plaatsgebonden Risico Plaatsgebonden individueel risico Permanente blootstelling Voorgesteld in de vorm van isorisicocontouren Criterium Locatie Grens van de inrichting Grens van een gebied met woonfunctie IRC (risico /jaar) Grens van een gebied met kwetsbare locatie

42 Groepsrisico De mogelijkheid dat een groep mensen terzelfder tijd getroffen wordt Werkelijke populatie in rekening gebracht Voorgesteld onder vorm van fn-curve 42

43 Risico s Risico bijdrage Toont bijdrage aan risico s van de scenario s Target risico reductie op belangrijkste bijdrages Bijdrage aan risico s 43

44 Hoe worden risicocontouren bepaald? Plant Lek freq. Wind prob. Doding f P w P D PR op punt = f P w P D stad 44

45 Hoe worden risicocontouren bepaald? Plant Lek freq. Wind prob. Doding f P w P D PR op punt = f P w P D stad 45

46 Hoe worden risicocontouren bepaald? Plant Lek freq. Wind prob. Doding f P w P D PR op punt = f P w P D stad ontvlambaar? Onstekingskans P ign IR op punt = f P w P D P ign 46

47 Hoe worden risicocontouren bepaald? Explosie Plant stad 47

48 Hoe worden risicocontouren bepaald? Plant stad Toxische stoffen Lek freq. f Wind prob. P w doding P D PR op punt = f P w P D 48

49 Hoe worden risicocontouren bepaald volledig overzicht Voor alle: Gebeurtenissen Gridpunten Weerstypes Scenario s 49

50 Hoe worden fn curves bepaald? Plant stad 50

51 Hoe worden fn curves bepaald? stad Plant N Lek freq. f Wind prob. doding Pop blootgesteld N dan: aantal doden N i = P D N Freq. van N i. f i = f P w P w P D F-N paar (f i, N i ) 51

52 Hoe worden fn curves bepaald volledig overzicht 1. Som f i voor elke N i = f N 2. Voor elke N i sommeer f N voor N N i = F N 3. Plot F N vs. N (log-log) 52

53 Frequency per year of N or More Fatalities Voorbeeld van een FN Curve 1.0E+0 1.0E-1 1.0E-2 1.0E-3 1.0E-4 INTOLERABLE Base Case 1999 Case 2010 Case 1.0E-5 1.0E-6 ALARP REGION 1.0E-7 NEGLIGIBLE 1.0E-8 1.0E No. of Fatalities (N) 53

54 Een kritische blik op QRA s in Vlaanderen 54

55 Meest bepalende parameters/aannames Keuze van referentiestof Bepaling van de tank/magazijninhoud en eventuele tijdsverdeling Modelkeuze (verdamping, dispersie, ) Impactcriteria (ondertussen geuniformiseerd) Uitstroomrichting (vb fakkel) Keuze/wijze om ontstekingsbronnen mee te nemen Detailering populatie (hoeveelheden, inschattingen binnen/buiten, dag en nacht) Toepassing van plasbeperkende maatregelen (vb inkuipingen) 55

56 Vaststellingen/moeilijkheden Gebruik van de risicoresultaten - Risicocriteria of risiconormen? - Geen uniforme lijn tussen de vergunningverlenende overheden - Keuze van representatieve stoffen (vb opslagmagazijnen/tankenparken) leidt tot voorwaarden in vergunning Risicoberekeningen - Onzekerheden op de berekende risicolijn - Maatregelen: meestal enkel gevolgbeperkende maatregelen eenvoudig door te rekenen - Al dan niet toepassing van risicoreductie op de faalkansen - Vrijheid voor de deskundige rond aantal parameters/modellen (unificatieproces lopende bij dienst VR) - Gebruik van historische data zegt niks over de toestand van de installaties - Veiligheidsbeleid/beheer en management systemen maken geen onderdeel uit van QRA en wordt beschouwd als cruciale factor 56

57 Vaststellingen/moeilijkheden Organisatorisch - Bedrijven komen dikwijls met onvolledige/onjuiste informatie - Inconsistenties tussen vergunning en werkelijke toestand - Korte deadlines - Inventarisatie van de omgeving complex gegeven (kwaliteit van de informatie niet steeds te controleren) 57

58 Valkuilen QRA-studies: geen absolute waarheid/risicolijn Veel onzekerheden Belangrijke verschillen tussen de bureau s met erkende deskundigen - Andere inzichten - Andere risicosoftware Relativiteit van de uitkomst en aldus toetsing aan absolute criteria 58

59 Safeguarding life, property and the environment 59