Doel van de proef is na te gaan in hoeverre en op welke wijze dergelijke vloeistoffen worden afgevoerd naar de afvoerroosters.

Transcriptie

1 Van Kinsbergenlaan PH Baarn tel. +31 (0) fax. +31 (0) mail business@h3mhuijben.nl site Memo Betreft : Uitstroomproef april 2008 IJ-tunnel Amsterdam Datum : 2 mei 2008 Ref : 1027A-08/jwh/mrk 1. Probleemstelling Bij ongevallen kan de tank van een voertuig lek raken waardoor brandbare vloeistoffen op het wegdek terecht komen. Volgens de wetgeving voor tunnels is hierop artikel 5.21 van het Bouwbesluit van toepassing, waarin wordt gesteld: Artikel 5.21 Een wegtunnelbuis met een lengte van meer dan 250 m heeft ter beperking van uitbreiding van brand door verspreiding van brandbare vloeistoffen en ter beperking van verspreiding van giftige vloeistoffen op een afvoervoorziening aangesloten voorzieningen die deze stoffen voldoende kunnen afvoeren. Doel van de proef is na te gaan in hoeverre en op welke wijze dergelijke vloeistoffen worden afgevoerd naar de afvoerroosters. 2. Uitgangspunten Op dit moment bevinden zich in de IJ-tunnel in elke tunnelbuis drie afvoerpunten, te weten bij het zuidportaal, het noordportaal en in het midden van de tunnel op het diepste punt. Om te kunnen beoordelen in hoeverre en op welke wijze brandbare vloeistoffen in de huidige situatie worden afgevoerd is het noodzakelijk het gedrag van de vloeistofstroom te bestuderen : - op langshellingen zowel in de tunnel als onder NEMO - op plaatsen waar de wegverkanting van links naar rechts of andersom wisselt - nabij de afvoerroosters op het diepste punt van de tunnel - nabij de afvoerroosters ter plaatse van de tunnelportalen van de tunnel Er was gelegenheid proeven uit te voeren in zowel de Oostbuis als de Westbuis. Omdat bovengenoemde situaties alle in de Oostbuis voldoende representatief zijn voor zowel de Oost- als de Westbuis zijn alleen in de Oostbuis metingen uitgevoerd. Om een reëel beeld te verkrijgen van lekkages van eigen brandstoftanks van vrachtwagens zijn interviews met diverse producenten van vrachtwagens gehouden. Hieruit blijkt 1. De inhoud van brandstoftanks is wettelijk gelimiteerd op 999 liter. 2. Vrachtwagens mogen maximaal 1499 liter brandstof vervoeren, zonodig verdeeld over meerdere tanks. 3. Autobussen mogen niet meer dan 600 liter brandstof vervoeren. In de praktijk blijkt echter een inhoud van 500 liter reëel te zijn. 4. De hoogte van brandstoftanks zelf is maximaal 700 mm (deze hoogte is van belang voor het bepalen van het uitstroomdebiet). 5. De kans op ontstaan van een lek bij een aanrijding is niet groot maar ook niet ondenkbaar. BTW nr. NL B01 KvK nr Bankgiro nr

2 Op basis van de interviews en literatuur [1] zijn gatgrootten van 5 x 1 cm en 10 x 2,5 cm gekozen voor de bepaling van het uitstroomdebiet. Daarnaast is de situatie beschouwd waarbij tijdens een ongeval een lek in een tankwagen voor het vervoer van dieselolie ontstaat. Het uitstroomdebiet is berekend op basis van liter, een leegstroomtijd van 2 uur, een gatgrootte van rond 6 cm en een vloeistofhoogte bij aanvang van 4 m. Deze gatgrootte is gekozen overeenkomstig de uitgangspunten van Rijkswaterstaat voor tankautobranden, waarbij een tankautobrand naar schatting circa 2 uur duurt bij maximale vulgraad van de tank. Het uitstroomdebiet is afhankelijk van de druk die de vloeistof op het gat uitoefent; deze druk is afhankelijk van de vloeistofhoogte in de tank. Bij de maximale vloeistofhoogte is het uitstroomdebiet het grootst, naarmate de vloeistofhoogte door uitstroming afneemt wordt ook het uitstroomdebiet kleiner. De berekende en voor de metingen gekozen uitstroomdebieten zijn: Maximum debiet Gemiddeld debiet Leegstroom tijd Gekozen proefdebiet Brandstoftank Gat 5 x 1 cm 0,75 l/s 0,4 l/s 45 min 0,6 l/s Brandstoftank Gat 10 x 2,5 cm 3,7 l/s 2 l/s 8 min 3 l/s Tankauto Gat Ø 6 cm 10 l/s 5,5 l/s 2 uur 7,5 l/s 3. Onderzoeksmethoden Er zijn er op vier plaatsen in de Oostbuis uitstroomproeven gehouden, te weten op de volgende locaties: 1. Ter plaatse van de Oost 2 deur midden op de linkerrijstrook. Hier is de afvoer naar de goot en vervolgens naar het rooster op het diepste punt gemeten meter voorbij de Oost 1 deur ter plaatse van hulppost O10 op de rechterrijstrook, waar de wegverkanting tegengesteld is t.o.v. de rest van de tunnelbuis. De stroming bij de overgang van de wegverkanting van links naar rechts is hiermee beoordeeld. 3. Onder Nemo, 15 meter voor het rooster ter plaatse van het oude zuidportaal midden op de linkerrijstrook met als doel de afvloeiing naar het afvoer rooster bij het zuidportaal te testen. 4. Onder Nemo, 60 meter voor het rooster bij zuidportaal en midden op de rechterrijstrook. Doel was de afvloeiing naar het afvoer rooster bij het zuidportaal te testen en waar te nemen wat de invloed is van de afvoerpunten aan de linkerkant van het wegdek. De volgende proeven zijn uitgevoerd: Debiet Locatie 0,6 l/s 3 l/s 7,5 l/s t.p.v. Oost2 deur Proef 1 Proef 2 Proef 3 In de rijrichting ca. 15m voorbij de Oost 1 deur Proef 4 Proef 5 Proef 6 In de rijrichting ca. 15m voor het rooster bij het ingangsportaal, onder NEMO In de rijrichting ca. 60m voor het rooster bij het ingangsportaal, onder NEMO Proef 7 Proef 8 Proef 9 2

3 Proef 7 was bedoeld om te toetsen of bij een grote vloeistofstroom het rooster dwars over de weg de vloeistof geheel zou opnemen. Het blijkt dat minder dan 50% van de vloeistofstroom over het rooster stroomt. Verwacht mag worden dat bij 0,6 l/s en 3 l/s de vloeistofstroom wel geheel door de riolering wordt opgenomen en niet over het rooster de tunnel in stroomt. Herhaling van de proef onder NEMO op 60m voor het rooster bij het ingangsportaal zou een gelijk beeld hebben opgeleverd als de proeven 1 en 4 en is daarom niet uitgevoerd. Ten behoeve van deze proeven is een tankauto ingezet die met een regelbaar debiet water kon lozen. De lozing is zodanig uitgevoerd dat geen (grote) horizontale snelheid is meegegeven hetgeen de wijze van uitstroming over het wegdek zou beïnvloeden. De grootte van het debiet is voor elke proef gemeten door vullen van een emmer respectievelijk een speciekuip met vastgestelde inhoud en tegelijkertijd een tijdmeting. Hiermee wordt voor het doel van de proef voldoende nauwkeurigheid bereikt. Tijdens de uitstroomproef is het uitstroom patroon vastgelegd door middel van foto s en videoopnamen en door een grid-meting op het wegdek. De grid-meting is uitgevoerd middels krijtstrepen op het wegoppervlak en de NJ-barriers. De proef is uitgevoerd met medewerking van: - Rikkelman Techniek te Hengelo (organisatie en begeleiding proef) - RRS te Diemen (levering tankauto) 4. Resultaten Van elke proef zijn zowel foto s gemaakt als video-opnamen. Op basis van het fotomateriaal is in bijlage 2 een indruk gegeven van het verloop van de stroming. De waarnemingen ter plaatse zijn eveneens in bijlage 2 vastgelegd in schetsen waarmee een indruk over het stromingspatroon wordt gegeven. 4.1 Proef 1 Over het wegdek ontstaat zowel langs de wegdekbelijning aan de zijkant van de weg als in het midden een vloeistoflint. Deze linten bewegen zich met een snelheid van ca. 0,2 m/s voort 4.2 Proef 2 Er ontstaat ter plaatse van het lek een vlek van ca. 60 m2, waarna een vloeistofbaan van 1,5 meter breed zich met een snelheid van ca. 0.5 m/s uitbreidt. 4.3 Proef 3 Er ontstaat ter plaatse van het lek een vlek van ca. 120 m2, waarna een vloeistofbaan van 3 meter breed zich met een snelheid van ca. 1 m/s uitbreidt. 4.4 Proef 4 Het patroon is gelijk aan dat van proef 1, echter nu gespiegeld 4.5 Proef 5 Het patroon is gelijk aan dat van proef 2, echter nu gespiegeld, na 3 minuten bereikt de vloeistof de wegverkanting en stroomt geleidelijk naar de andere kant van de weg. 3

4 4.6 Proef 6 In eerste instantie lijkt het uitstroompatroon op een gespiegelde versie van proef 3. Na ca. 1,5 minuut heeft de vloeistof de wegverkanting bereikt en vormt hier een grote plas op het wegdek. De vloeistof vervolgt zijn weg aan de andere kant van het wegdek. 4.7 Proef 7 Er ontstaat een plas op het wegdek vergelijkbaar aan de plas bij proef 3. Aangezien ca. 80% van de vloeistof door de roosters wordt afgevoerd blijft de vloeistofbaan beperkt. Gedurende een korte tijd is het ontstane plasoppervlak echter groot genoeg voor een hoog brandvermogen. Na het rooster over het wegdek blijft een deel van de vloeistof zijn wegvervolgen in de tunnel. De hoeveelheid vloeistof wordt geschat op ca. 1,5 l/s. 4.8 Proef 8 Er ontstaat een patroon gelijk aan dat van proef 2, echter wordt door de roosters zo n 80% van de vloeistof afgevoerd. Het brandoppervlak blijft hierdoor beperkt tot ca. 20 m2. De vloeistof die voorbij de roosters stroomt de tunnel in wordt geschat op 0,6 l/s. 4.9 Proef 9 Het patroon bij deze proef lijkt op dat van proef 7, er ontstaat echter een groter brandoppervlak tot aan het rooster dwars over de weg. De hoeveelheid vloeistof die door de roosters wordt afgevoerd blijft ca. 80%. 6. Berekeningen 6.1 Uitgangspunten Voor het uitvoeren van berekeningen aan potentieel optredende brandvermogens zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd: Specifiek brandvermogen: 2 MW/m2 Afbrandsnelheid: 0,036 l/s/mw Maximaal brandvermogen in de tunnel: 200 MW Per proef is er van uitgegaan dat: Het brandoppervlak en uitgestroomd volume zijn rechtevenredig aan elkaar; De vloeistof verdeelt zich gelijkmatig over het wegdek en verhoudt zich lineair tot de verstreken tijd Motivering specifiek brandvermogen en afbrandsnelheid De afbrandsnelheid is als volgt bepaald: Soortelijk gewicht diesel = 0,83 kg/l Theoretische verbrandingswaarde 42,4 MJ/kg; in een plasbrand komt de zuurstof minder gemakkelijk bij de vlammen, daarom rekening te houden met een werkelijke verbrandingswaarde van ca. 80%, dus 34 MJ/kg, ofwel 34 x 0,83 = 28 MJ/l ofwel 28 MW / l/s. Dit levert een verbrandingssnelheid van 0,036 l/s per MW op. In het rapport TNO B [1] staat dat de afbrandsnelheid naar oppervlak bij plasbranden in de orde van 4 l/min per m2 is, ofwel 0,06666 l/s per m2. Tezamen met de verbrandingssnelheid naar brandgrootte levert dat een specifiek brandvermogen van ca. 1,9 MW/m2. Dit is goed vergelijkbaar met de algemeen gebruikelijke waarde van 2 MW/m2 voor het specifieke brandvermogen Motivering maximaal brandvermogen Het maximaal mogelijke brandvermogen is afhankelijk van de hoeveelheid beschikbare brandstof en verbrandingslucht. Aangezien het ventilatiesysteem onmisbaar is voor het beheersen van de brand hebben wij rekening gehouden met het in werking zijn van het ventilatiesysteem en de daarbij behorende luchttoevoer. Dit is in overeenstemming met hetgeen gesteld wordt in de Aanbevelingen 4

5 ventilatie voor verkeerstunnels uit 2005 waar op blz. 22 wordt onderbouwd dat het de voorkeur verdient tijdens een plasbrand het ventilatiesysteem in te schakelen. Dat betekent dat er in principe voldoende verbrandingslucht is om zeer grote branden te laten ontstaan. Bij de gekozen debieten zouden dan als alle weggelekte vloeistof verbrandt - in principe de volgende brandvermogens kunnen ontstaan: Bij 0,6 l/s een brandvermogen van 17 MW Bij 3 l/s een brandvermogen van 84 MW Bij 7,5 l/s een brandvermogen van 210 MW In werkelijkheid zal het voorkomen dat een deel van de vloeistof in de riolering stroomt voordat deze in de tunnel verbrandt. Dan is het optredende brandvermogen kleiner. Door ons is daarom aangenomen dat het maximale brandvermogen in de tunnel 200MW is Motivering rechtevenredige verdeling van de vloeistof over het wegdek in de tijd Tijdens de proeven is gebleken dat de uitbreiding van de plas in de tijd lineair is. Aan gezien het wegoppervlak, op de goot en de belijning na, egaal is kan men er van uitgaan dat de vloeistof zich gelijkmatig over het wekdek verdeelt. 6.2 Berekende potentiële brandvermogens In onderstaande tabel zijn weergegeven: - het berekende plasoppervlak uit de waarnemingen - het bijbehorende potentiële brandvermogen (met gebruik van 2 MW/m2) - de waargenomen lengte van de plas alsmede de tijd die nodig is om deze plasgrootte te bereiken. Proef Debiet in l/s Plasoppervlak bij proefneming (m2) Berekend potentieel brandvermogen op basis van de brandstofaanvoer (MW) Lengte van de optredende brand (m) Plasgrootte bereikt na t (sec) Proef 1 0,6 8, Proef Proef 3 7,5 120 > Proef 4 0,6 8, Proef Proef 6 7,5 > 200 > Proef 7 7,5 Geen meting Proef Proef 9 7, Proef 7 had ten doel de werking van het afvoerrooster bij het ingangsportaal te beproeven. Hiervan zijn geen berekeningen van het plasoppervlak gemaakt. Uit de waarnemingen is het volgende af te leiden: - bij alle proeven blijkt een aanzienlijke lengte te ontstaan. - uit een vergelijking van de proeven bij 3 l/s blijkt dat grote brandvermogens kunnen ontstaan, echter de grootte is afhankelijk van de plaatselijke verkanting van het wegdek en locatie van de brand t.o.v. het afvoerrooster. De brandvermogens zijn in de orde van een grote vrachtwagenbrand hoewel de uitstroming behoort bij maar een lekkage in een dieseltank van een vrachtauto. - uit een vergelijking van de proeven bij 7,5 l/s blijkt dat zeer grote brandvermogens zijn te verwachten. Deze uitstroming hoort bij lekken in tankauto s. 5

6 7. Conclusies Bij een lekdebiet van 0.6 l/s breidt de plas zich over een klein gebied uit en is het potentiële brandvermogen beperkt. Bij een lekdebiet van 3 l/s kan de plas zich over een groot gebied uitbreiden, zelfs als de vloeistof reeds vlam heeft gevat. Dit gebeurt met een snelheid van ca. 0,5 m/s, binnen 1 minuut kan de plas zich hebben uitgebreid over en lengte van m en ontstaat, afhankelijk van de helling en verkanting van het wegdek een brandvermogen van MW. Bij een lekdebiet van 7,5 l/s breidt de plas zich uit met een snelheid van ca. 1 m/s. Het plasoppervlak kan daarmee in korte tijd groot worden zodat ook een groot brandvermogen van meer dan 200 MW kan ontstaan. In langsrichting ontstaat een plas van meer dan 100 m. De locatie van de lekkage in de tunnel is van invloed op de grootte van het brandoppervlak. De grootste / langste plas ontstaat op hellingen al dan niet in combinatie met de wijziging in wegverkanting. Op opgaande hellingen levert dit het grootste risico op wanneer het verkeer srtoomopwaarts van de brand tot stilstand is gekomen. Doch ook op neergaande hellingen kan er stroomafwaarts gevaar zijn wanneer de brand in of aan de staart van een file ontstaat. De afvoerroosters bij de tunnelportalen nemen de vloeistof redelijk goed op tot een lekdebiet van 3 l/s. Bij het lekdebiet van 7,5 l/s loopt er veel vloeistof over het rooster de tunnel in. De afvoerroosters op het diepste punt van de tunnel nemen de vloeistof goed op hoewel zich bij grote debieten wel een plas rondom het rooster vormt. 8. Aanbevelingen 1. Weer tankauto s uit de tunnel. Motivatie: Door het grote lekdebiet dat bij een tankwagen kan optreden wordt er dermate veel brandstof de tunnel ingevoerd dat er zich kort na het incident reeds een groot verbrandingsoppervlak heeft gevormd. Hierdoor is de kans op het optreden van een onbeheersbaar brandvermogen groot. Ook kunnen veel andere voertuigen in brand raken. 2. Maak een afweging betreffende het accepteren van vrachtverkeer in de tunnel. Motivatie: De tankinhoud van brandstoftanks van vrachtwagens is weliswaar kleiner dan de inhoud van een tankwagen, maar het optredende lekdebiet leidt tot een vergelijkbaar uitstromingspatroon als bij een lekke tankwagen. Daardoor kan een potentieel grote brand ontstaan en kunnen veel weggebruikers worden bedreigd. 3. Bussen zijn toelaatbaar. Motivatie: De plaatsing van brandstoftanks in bussen is zodanig dat de kans op een brandstoflekkage door een aanrijding bij een autobus kleiner is dan bij vrachtwagens. Een lekkage in de tank leidt echter tot een vergelijkbare situatie als bij vrachtwagens. 9. Literatuurverwijzingen [1] TNO rapport B Branden op Bruggen, Centrum voor Brandveiligheid, Rijswijk, 1979 [2] Technische specificaties brandstoftanks Schouten trucksupplies De Lier [3] Aanbevelingen Ventilatie van Verkeerstunnels, Rijkswaterstaat,

7 Bijlage 1 Voorbereidingen Uitzetten grid tov de lengteas van het wegdek Uitzetten grid op de breedte van het wegdek Kalibreren klein lekdebiet d.m.v. een emmer Kalibreren groot lekdebiet d.m.v. een teil 7

8 Bijlage 2 Resultaten in beeld Proef 1 t.p.v. Oost 2 deur met 0,6 l/s Ter plaatse van het lek Stromingspatroon over het wegdek Na 2,5 minuut Stromingspatroon na 2,5 minuut 8

9 Proef 2 t.p.v. Oost 2 deur met 3 l/s Ter plaatse van het lek Vlekvorming op het wegdek bij het lek De vlek versmalt na ca. 15 meter Stromingspatroon over het wegdek 9

10 Het stromingspatroon bij proef 2 is weergegeven in onderstaande figuur. 4,5m rijrichting 15m 6m 9m 1,5m front schuift op met ca. 0,5 m/s 10

11 Proef 3 t.p.v. Oost 2 deur met 7,5 l/s Ter plaatse van het lek Plasvorming op het wegdek Stroompatroon over het wegdek De vlek versmalt na ca. 25 meter De vloeistof gaat voorbij het rooster op het diepste punt Uiteindelijk stopt de vloeistof, voorbij de roosters ten gevolge van het stijgen van het wegdek. 11

12 Het stromingspatroon bij proef 3 is weergegeven in onderstaande figuur. 4m rijrichting 15m 7m 3m front schuift op met ca. 1 m/s 12

13 Proef 4 In de rijrichting ca. 15m voorbij de Oost 1 deur met 0,6 l/s Het stromingspatroon is aanvankelijk gelijk aan proef 1 De vloeistof water loopt richting de goot (Rijrichting is op foto naar rechts). Totaaloverzicht van het stromingspatroon Ter plaatse van de overgang van de wegdekverkanting begint de stroom van richting te veranderen (foto in de rijrichting genomen) 13

14 Proef 5 In de rijrichting ca. 15m voorbij de Oost 1 deur met 3 l/s In eerste instantie is het stromingspatroon gelijk aan proef 2 Stromingspatroon na ca. 2 minuten Ter plaatse van de kanteling van het wegdek begint de stroom zich van de linker- naar de rechter rijbaan te verplaatsen Totaal overzicht stromingspatroon proef 5. 14

15 Het stromingspatroon van proef 5 is weeggegeven in onderstaande figuur. Midden v.d. rijstrook rijrichting 10m 7m 3m 1m front schuift op met ca. 0,5 m/s 15

16 Proef 6 In de rijrichting ca. 15m voorbij de Oost 1 deur met 7,5 l/s Uitstroming Patroon bij de wegverkanting naar links gezien in de rijrichting (op de foto naar rechts, de foto is genomen tegen de rijrichting in) Ter plaatse van de wijziging in wegverkanting ontstaat een groot plasoppervlak (foto tegen de rijrichting in genomen) De plas breidt zich uit binnen enkele seconden. (foto tegen de rijrichting in genomen) Er ontstaat bij de overgang van de wegverkanting van links naar rechts een groot plasoppervlak. (foto tegen de rijrichting in genomen) Er ontstaat bij de overgang van de wegverkanting een plasoppervlak van ca. 210 m2. (foto tegen de rijrichting in genomen) 16

17 Het stromingspatroon van proef 6 is weergegeven in onderstaande figuur. Midden v.d. rijstrook rijrichting 10m 6m 5m 1,5m 16m 1,5m 2,5m 32m 34m 70m 85m 95m 2m 100m 17

18 Proef 7 In de rijrichting gezien ca. 15m voor het rooster bij het ingangsportaal, onder NEMO, met 7,5 l/s Op de linkerrijbaan, vlak voor het afvoerrooster De vloeistof stroomt gedeeltelijk voorbij het rooster Het stromingspatroon na het afvoerrooster. (foto tegen de rijrichting in genomen) Eindresultaat na enkele minuten, de vloeistof vervolgt zijn weg en steekt ter plaatse van de wegverkanting over naar de rechterrijstrook. (foto tegen de rijrichting in genomen) 18

19 Proef 8 In de rijrichting gezien ca. 60m voor het rooster bij het ingangsportaal, onder NEMO, met 3 l/s Een middelgroot debiet op de rechterrijbaan (Rijrichting is op de foto naar rechts) Werking van de afvoerpunten aan de linkerkant van de weg (Rijrichting is op de foto naar rechts) Een deel van de vloeistof wordt afgevoerd door de afvoerpunten. (Rijrichting is op de foto naar rechts) Een deel passeert het afvoerrooster bij het ingangsportaal. (Rijrichting is op de foto naar rechts) 19

20 Het stromingspatroon van proef 8 is weergegeven in onderstaande figuur. 4,5m rijrichting 2,5m 2,5m 6m 20

21 Proef 9 In de rijrichting gezien ca. 60m voor het rooster bij het ingangsportaal, onder NEMO, met 7,5 l/s Uitstroming vlak na aanvang Uitstroming stabiele situatie De vloeistof schiet met relatief hoge snelheid langs de afvoerpunten. (Rijrichting is op de foto naar rechts) Vloeistof stroomt de tunnel in. Wel is een gedeelte van de vloeistof afgevoerd, waardoor de hoeveelheid vloeistof beperkt blijft. (Foto met de rijrichting mee genomen) 21