Milieu, Veiligheid en Maatschappij (MVM) Toets 30%

Transcriptie

1 Milieu, Veiligheid en Maatschappij (MVM) Toets 30% Docenten: Urjan Jacobs en Henk Nugteren Datum: 25 september 2014 Tijd: 14:00 16:00 uur Zaal: TN 4.25 Deze toets telt voor 30% voor het eindresultaat MVM De toets bestaat uit: Start 3 punten 1. Kennisvragen 5 punten 2. HAZOP 10 punten 3. Begripsvragen 5 punten 4. Schatten effecten door berekening 7 punten Totaal 30 punten Gebruik bij onderdeel 2 de bijgevoegde tabel (en eventueel de flow sheet) en lever deze in. Succes

2 1 Kennisvragen (5 punten) a. Geef definities van de begrippen gevaar (hazard) en risico (risk). Geef commentaar op de verschillen. Noem enkele voorbeelden. Een gevaar is een fysische of chemische eigenschap (inherent), die de potentie heeft schade te berokkenen aan mensen, bezittingen of het milieu. Voorbeelden: Chloorgas is giftig en dus gevaarlijk; methanol kan een explosief mengsel opleveren als er voldoende verdampt; de straat oversteken houdt een zeker gevaar in. Een risico is een maat voor economisch verlies, menselijk leed, of milieuschade, uitgedrukt in kans en ernst van een incident. kans: waarschijnlijkheid, frequentie ernst: gevolgen risico = f(effecten, kansen) Gevaar is een kwalitatief begrip, risico een kwantitatief begrip. Bij gevaar spreekt men van relatieve veiligheid: een proces kan gevaarlijker of veiliger zijn dan een alternatief proces. Risico kan men in getallen uitdrukken: een risico kan bijvoorbeeld 1 op zijn dat er een x aantal doden vallen. b. Vaak wordt een complex systeem van veiligheidsschillen om een gevaarlijk proces geconstrueerd om het risico zo veel mogelijk te beperken. Noem de soorten maatregelen die men op die manier kan treffen. Wat zijn de grootste nadelen van zo n systeem? Om een proces kunnen achtereenvolgens (van binnen naar buiten) de volgende veiligheidsmaatregelen worden genomen: - Supervisie via controlemetingen en alarmen - Kritische alarmen met onmiddellijke operator interventie - Automatische alarmen met acties - Fysieke bescherming (sterk genoeg bestand tegen) - Fysieke bescherming, zoals bijvoorbeeld dijken (indammen gevolgen) - Bedrijfsnoodplannen met acties (bv BHV, bedrijfsbrandweer) - Burger rampenplan. Nadelen: - Gevaar blijft - Duur - Kan falen. c. Risico wordt effectief als er sprake is van blootstelling. Wat zijn de twee belangrijkste parameters die een rol spelen bij blootstelling? Schets een grafiek waarin je laat zien hoe deze twee parameters invloed hebben op het risico. Geef enkele voorbeelden.

3 De belangrijkste parameters voor blootstelling zijn de intensiteit van blootstelling (bv. concentratie gevaarlijke stoffen, druk, warmte, etc) en de duur ervan (de tijd gedurende dat men er aan is blootgesteld). In een intensiteit tijd diagram kunnen de kansen op effecten worden aangegeven. Zie figuur. In de richting van grotere kansen en ernstiger effecten neemt het risico toe. d. Noem vier strategieën van risico management en de daarbij behorende soorten maatregelen. Als je dat makkelijker vindt kun je het aan de hand van een voorbeeld toelichten. Procedureel: Er worden procedures opgesteld aan de hand waarvan personeel in de fabriek dienen te handelen. Actief: Het controleren van bepaalde processen wordt grotendeels gedaan via automatische meting en terugkoppeling (sensoren, meters, analyse apparatuur etc. die pompen, kleppen, verwarming, koeling, etc. aansturen) Passief: De hardware (bv reactorvaten, leidingen, opslagtanks, etc.) worden zodanig geconstrueerd dat zij bestand zijn tegen alle te verwachten (berekende) omstandigheden, ook als er calamiteiten optreden. Inherent: Het gevaar wordt daadwerkelijk weggenomen itt de hierboven genoemde maatregelen die alleen het risico verkleinen. Bv een giftige stof wordt vervangen door een niet giftige stof, of er wordt bij lagere temperatuur gewerkt, etc. Als voorbeeld kan het schema uit het college worden gebruikt.

4 2 HAZOP (10 punten) Een waargebeurd ongeluk Procesomschrijving: In een chemische fabriek wordt methanol gebruikt als grondstof voor de productie van diverse chemicaliën. Methanol wordt opgeslagen in een voorraadtank met een capaciteit van 200 m 3, die van tijd tot tijd wordt bijgevuld vanuit een tankauto. Vanuit de voorraadtank wordt een batchreactor in de fabriek direct voorzien van methanol. Methanol wordt in overmaat toegevoerd aan het proces en de niet gereageerde methanol wordt gescheiden en weer teruggestuurd naar de voorraadtank. Met het idee om geld uit te sparen is er een vrij ingewikkeld systeem gemaakt met vijf kleppen, zodat slechts één pomp nodig is om alle drie de acties te kunnen uitvoeren. De pomp draait voor alle taken met een debiet van 10 m 3 per uur. De acties zijn: 1. Voorraadtank vullen vanuit een tankauto 2. Methanol aan de fabriek leveren. Elk uur wordt een batch gedraaid en moet 1 m 3 naar de reactor worden gepompt. 3. Overtollig methanol (0,5 m 3 per batch) wordt aan het eind van elke batch uit de fabriek naar de voorraadtank teruggepompt. Het gebruikte schema is toegevoegd. Incident: De pomp en de kleppen werden ten tijde van het incident door een computer aangestuurd. Allereerst werd een tankauto met methanol geleegd in de voorraadtank. Het programma werd op de computer gestart vanuit de controlekamer: de kleppen CV1 en CV5 werden automatisch geopend, de andere kleppen blijven dicht en de pomp wordt in werking gezet. De chauffeur van de tankauto weet niet dat het systeem computergestuurd is en als hij merkt dat zijn tankauto leeg raakt, zet hij de pomp uit door de (nood)stopknop op de pomp in te drukken (die daar vanwege veiligheidsredenen is aangebracht). De volgende job is het verpompen van 1 m 3 methanol van de voorraadtank naar de reactor in de fabriek. Het programma wordt gestart en de kleppen worden door de computer in de juiste stand gezet: kleppen CV3 en CV4 open en alle andere kleppen dicht. Omdat de pomp handmatig is uitgezet (en niet meer op de computer reageert) zet een operator de pomp ook weer handmatig aan. Als er uit de fabriek een seintje naar de computer gaat dat voldoende methanol is geleverd, geeft de computer opdracht de pomp te stoppen. Maar de pomp stopt niet. De reactor wordt overvoerd, loopt over en grote hoeveelheden methanol lekken weg. Een ramp is het gevolg. Dit soort rampen dienen te worden voorkomen. Een HAZOP studie kan een goede aanzet zijn om verbeteringen in de proces flow sheet aan te brengen die het geheel veiliger maken. Voer een HAZOP uit voor (een gedeelte van) deze fabriek.

5 Om dit goed te doen nemen we aan dat alle kleppen en de pomp nog handmatig worden bediend (m.a.w. er is nog geen automatische regeling aangebracht). Omdat het een batch proces betreft en de leidingen ook nog verschillende functies hebben, moet de analyse voor elke node voor alle drie de mogelijke acties plus de stand-by modus (pomp uit, alle kleppen dicht) opnieuw worden uitgevoerd. Doe dit alleen voor node 1 aangegeven op de flow sheet en gebruik de bijgeleverde tabellen om de resultaten te rapporteren. Gebruik voor alle acties de parameter FLOW en alleen voor de actie reactor vullen ook de parameters DRUK en TRANSFER (de hoeveelheid verpompte vloeistof per actie). Gebruik alleen de guide words NO, MORE, LESS, REVERSE, OTHER THAN, PART OF, en dan alleen in de gevallen waarbij ze een zinvolle combinatie vormen en van toepassing zouden zijn. Modeluitwerking: Zo had het er uit kunnen zien, maar dit pretendeert niet volledig te zijn. Bovendien zijn ook niet alle details noodzakelijk voor een goede beoordeling. De belangrijkste conclusies moesten wel worden gevonden: - Level indicators (laag en hoog) op zowel voorraadtank als reactor - FIA en/of FIC op de leiding na de pomp zetten, met verschillende functies in verschillende modus. - PIA op leiding (of een short circuit) om de pomp te beschermen Enkele veel voorkomende fouten of onvolkomenheden in oplossingen van studenten: - Intenties niet ingevuld. Als niet duidelijk is wat de intentie is kan ook niet bepaald worden wat de afwijking is (documentatie is een voorwaarde voor een goede HAZOP). - Niet specifiek waar dat wel kon. Gegeven is dat de pomp 10 m 3 /h verplaatst. Dan moet bij MORE FLOW staan: > 10 m 3 /h. Etcetera. - Maatregelen zijn vaak veel te weinig gericht op voorkomen van de afwijking (wat je kan doen met LIC; FIA; etc.) en veel te veel op herstel van het euvel (pomp uitzetten, klep open doen). Ook worden maatregelen genoemd om de gevolgen te bestrijden (schoonmaken, evacueren, gewonden naar het ziekenhuis brengen). Dat is niet de bedoeling van een HAZOP. Voorkomen is hier ook beter dan genezen. Het doel van de HAZOP is het systeem veiliger maken door maatregelen te treffen zodat mogelijke afwijkingen niet voor kunnen komen. - Bijna niemand merkt op dat te hoge druk kan betekenen dat de kleppen dicht zitten en de pomp dus tegen een muur staat te draaien. De pomp kan oververhit raken (met de vloeistoffen er in) en kapot gaan. Er moet dus minstens een PIA geplaatst worden. Vaak wordt ook een short circuit

6 rondom de pomp geplaatst zodat in voorkomende gevallen de vloeistof rondgepompt wordt. Veel studenten installeren een drukventiel voor hoge druk. Dit is niet handig wanneer het vloeistof betreft. - Er worden toeters en bellen aangenomen die niet op de flow sheet staan (tekst eerst goed LEZEN). - MORE FLOW (bij voorraadtank vullen): vaak wordt als gevolg gezien dat de tank overloopt. Dat is niet zo logisch, want men bestelt over het algemeen geen methanol als de tank nog vol is. Er zou een protocol kunnen worden toegevoegd: LIC op bepaalde stand voordat een tankauto mag lossen. Als dan de pomp te hard staat kan de tank niet overlopen. Neemt niet weg dat het geen gewenste situatie is, er kan allerlei schade ontstaan en het proces wordt ontwricht. - MORE DRUK en MORE FLOW kunnen niet samengenomen worden, er kunnen verschillende oorzaken zijn en bovendien kan hoge druk juist wijzen op lage of geen FLOW bij een obstakel. - Verder vragen sommigen zich af waarom voor vier acties de HAZOP gedaan moet worden. Daar zijn verschillende redenen voor. (1) Omdat het hier een systeem betreft dat voor verschillende acties wordt gebruikt en er dus interacties kunnen optreden. (2) In dit geval met een batch reactor zijn de vereisten en daardoor ook de zaken die het oplevert steeds weer anders. (3) Omdat je moet leren zeer nauwkeurig volgens de systematiek een HAZOP uit te voeren en moet ervaren hoe dat in de praktijk gaat. (4) Er is al een grote vereenvoudiging gemaakt, er is maar één node geplaatst. In het echt zouden dat er in dit systeem minstens tien zijn en dat levert dan 40 pagina s aan verslag op, met vele aanbevelingen, waarbij enkele die juist die grote ramp zou hebben voorkomen, die in het geschetste geval was gebeurd. Actie: Stand-by Intentie: Systeem klaar houden voor gebruik Node 1: Pijpleiding Intentie: Vloeistof staat stil in pijp Parameter: FLOW Guideword Afwijking Oorzaken Gevolgen Maatregelen / acties NO Geen LESS n.v.t MORE Wel stroming in pijp Pomp staat ten onrechte aan Kleppen ten onrechte open (Waarschijnlijk beide) Onbedoelde transfer van materiaal Mogelijke overstroming Flow meter met alarm installeren (alleen activeren in deze modus)

7 Actie: Voorraadtank vullen Intentie: Voorraadtank vullen vanuit tankwagen Node 1: Pijpleiding Intentie: Methanol transporteren via CV1/pomp/CV5 (10 m 3 /h) Parameter: FLOW Guideword Afwijking Oorzaken Gevolgen Maatregelen / acties NO Geen Pomp weigert Tankwagen niet geleegd FIA (alarm bij geen flow, stroming alleen in deze modus) CV1 of CV5 dicht Pomp kan beschadigen FIC (pomp uit); eventueel pomp short circuit installeren. LESS < 10 m 3 /h Pomp niet goed Lossen duurt te lang FIA Lekkage voor de pomp Lekkage, dus gevaar FIA MORE > 10 m 3 /h Onwaarschijnlijk; pompen zijn meestal op een debiet ontworpen. CV2 of CV3 ook open? REVERSE Stroomt andere kant op Onwaarschijnlijk; Tank vol + pomp stuk Methanol stroomt terug naar tankwagen Terugslagklep? LIA of LIC (Hi) op voorraadtank PART OF In dit geval gelijk aan LESS Lucht in leiding Koppeling aan tankwagen niet goed aangebracht Gevaarlijke situatie met lucht in opslagtank Koppeling controleren OTHER THAN Iets anders dan methanol Verkeerde tankauto gekoppeld Kan gevaarlijk zijn, Specifieke koppelingen afhankelijk van wat geleverd is aanbrengen Productieverlies

8 Actie: Reactor vullen Intentie: Reactor met 1 m 3 methanol vullen Node 1: Pijpleiding Intentie: Transport via CV3/pomp/CV4 (10 m 3 /h) Parameter: FLOW Guideword Afwijking Oorzaken Gevolgen Maatregelen / acties NO Geen Pomp weigert Reactor niet gevuld FIA / FIAC stroming CV3 of CV4 dicht Pomp kan beschadigen FIA / FIAC Voorraadtank leeg Reactor niet gevuld LIAC (Lo) op voorraadtank plaatsen LESS < 10 m 3 /h Pomp niet goed Gat in leiding voor de pomp Lekkage FIA / FIAC MORE > 10 m 3 /h Onwaarschijnlijk; CV1 of CV2 ook open? REVERSE Stroomt andere kant op Onwaarschijnlijk; Reactor vol + pomp stuk Eventueel LIA (Hi) op reactorvat plaatsen Actie: Reactor vullen Intentie: Reactor met 1 m 3 methanol vullen Node 1: Pijpleiding Intentie: Transport via CV3/pomp/CV4 (10 m 3 /h) Parameter: DRUK Guideword Afwijking Oorzaken Gevolgen Maatregelen / acties MORE Te hoge druk Blokkade / CV4 dicht Pomp kan beschadigen Short circuit om pomp aanleggen LESS Te lage druk Leiding kapot; pomp werkt niet Lekkage; gevaar PIC (pomp uitschakelen) Actie: Reactor vullen Intentie: Reactor met 1 m 3 methanol vullen Node 1: Pijpleiding Intentie: Transport via CV3/pomp/CV4 (10 m 3 /h) Parameter: TRANSFER Guideword Afwijking Oorzaken Gevolgen Maatregelen / acties NO Geen stroom Zie NO FLOW Zie NO FLOW Zie NO FLOW MORE Te veel verpompt Vulactie wordt niet op tijd gestopt Reactor kan overstromen Transfermeter op leiding plaatsen; LIC (Hi) op reactor plaatsen; Beiden met terugkoppeling naar pomp LESS Te weinig naar reactor Vulactie te vroeg gestopt Mogelijk onvolledig product in reactor Voorraadtank leeg Pomp kan beschadigen LIAC (Lo) op voorraadtank; Short circuit om pomp aanleggen

9 Actie: Overtollig methanol wegpompen Intentie: Restant uit reactor terug naar voorraadtank pompen Node 1: Pijpleiding Intentie: Transport methanol via CV2/pomp/CV5 (10 m 3 /h) Parameter: FLOW Guideword Afwijking Oorzaken Gevolgen Maatregelen / acties NO Geen Pomp weigert Reactor wordt niet stroming leeggepompt Kleppen CV2 en/of CV5 dicht Pomp kan beschadigen FIA (alarm bij geen flow, alleen in deze modus) FIC (pomp uit); eventueel pomp short circuit installeren. LESS < 10 m 3 /h Pomp niet goed Leegpompen duurt te lang FIA Pijp gebarsten Lekkage, dus gevaar FIA Reactor is al leeg Pomp draait voor niets LIC (Lo) op reactor plaatsen MORE > 10 m 3 /h Onwaarschijnlijk; CV1 en/of CV3 ook open? REVERSE Stroomt andere kant op Vrijwel onmogelijk Terugslagklep? PART OF OTHER THAN Product uit Geen goede scheiding in reactor komt reactor (gedeeltelijk) in leiding Vervuiling van de voorraadtank Wat te doen hangt af van scheidingssysteem en ontwerp reactor (geen gegevens over bekend). Moet wel worden voorkomen want anders wordt hele voorraad onbruikbaar.

10 3 Begripsvragen (5 punten) a. Wat is er bij het bovenbeschreven ongeluk mogelijk fout gegaan? b. Noem de vier strategieën om een proces inherent veiliger te maken en laat zien welke van deze van toepassing zouden kunnen zijn om het bovenbeschreven proces inherent veiliger te maken. c. Beschrijf hoe je door implementatie van de hierboven gekozen strategie(ën) het proces daadwerkelijk veiliger kan maken. Bijvoorbeeld door aanpassingen te maken aan de flow sheet of deze rigoureus om te gooien. Oplossing: a. Doordat de chauffeur de pomp met de hand had gestopt werd de remote control vanuit de computer onderbroken. Kennelijk werd deze ook niet hersteld door de pomp weer handmatig te starten. De pomp is dus losgekoppeld van het computerprogramma en gewoon doorgegaan met draaien. Omdat de normale volgorde pomp uit kleppen dicht is, heeft de computer ook de kleppen niet dicht gezet. Daardoor kon zo veel methanol wegstromen totdat iemand de overstroming opmerkte. b. Vervang: methanol is een grondstof voor het proces. Er is hier geen reden aan te nemen dat het vervangen kan worden door een minder gevaarlijke grondstof (althans, hiervoor zijn geen gegevens). Matig: Voor zo ver bekend zijn de omstandigheden atmosferisch. Zelfs al zou de reactor onder andere omstandigheden hebben gewerkt, dan nog zou matiging niet het vermelde ongeluk hebben kunnen voorkomen. Minimaliseer: Een voorraadtank van 200 m 3 voor een verbruik van 0,5 m 3 /h is wat aan de ruime kant (ruim 16 dagen productie). Men kan zich dus afvragen of het wat minder kan. Vereenvoudig: Het systeem met drie taken voor één pomp blijkt te complex en foutgevoelig. Dit zou kunnen worden vereenvoudigd. c. Minimaliseer: Men kan aan een kleinere voorraadtank denken, maar dit heeft als nadeel dat de fabriek (te) afhankelijk van levering wordt. Een vaak gebruikte oplossing is het aanbrengen van een buffervat. In dit geval zou een vat van iets meer dan 1 m 3 volstaan. Dit vat wordt dan buiten geplaatst en steeds volgepompt vanuit de voorraadtank. Bij het vullen van de reactor kan dan nooit meer dan de inhoud van het buffervat worden verspild. Men zou ook de reflux van de reactor meteen naar dit buffervat kunnen terugsturen. Dat voorkomt mogelijke vervuiling van de voorraadtank.

11 Vereenvoudig: De acties scheiden en meerdere pompen gebruiken. Dat vergt iets meer investering, maar zal uiteindelijk niet veel duurder zijn. De pompen zullen langer meegaan (want draaien minder). Er kunnen eventueel kleinere pompen voor de kleinere jobs worden ingeschakeld (vullen en legen reactor en buffertank) en die paar extra pijpen zijn de kosten niet. Door deze vereenvoudiging worden de systemen strikt gescheiden en de veiligheid enorm verhoogd. Een vaak gehoorde opmerking in dit verband: Men is bereid veel geld uit te geven voor complexiteit, maar veel minder voor eenvoud (en dat komt de veiligheid dus niet ten goede). Een nieuw schema kun je nu zelf tekenen.

12 4 Schatten van veiligheids- en milieueffecten (7 punten) We gebruiken weer de set-up en de gegevens uit vraag 2. De batch reactor waarin methanol als grondstof wordt gebruikt staat in een fabriekshal van 50 m breed, 20 m diep en 10 m hoog. De voorraadtank(s) en de pomp(en) staan buiten het gebouw. Het gebouw wordt op verantwoorde wijze geventileerd met een ventilatievoud van 10. Dit betekent dat de inhoud van de hal 10 keer per uur volledig wordt vervangen door verse buitenlucht. Het is zomer en de temperatuur bedraagt 20 C. Neem aan dat er onder deze omstandigheden en in het geval het gelekte methanol zich over de vloer verspreidt er 10 m 3 methanol per uur kan verdampen. Bijgevoegd vind je de MSDS (Material Safety Data Sheet) van methanol. Bij onderstaande vragen zal je soms aannames moeten doen, vermeld deze dan ook bij je antwoord. Geef eventueel ook commentaar over het effect van je aannames ten opzichte van de werkelijke situatie en of deze de ernst van het ongeluk zouden onderschatten of juist overschatten. a. Neem een worst case scenario. Laat door berekening zien of door weggelekt methanol er in theorie een explosief mengsel in de fabriek kan ontstaan. Als je aanneemt dat de verbeteringen uit de vragen 2 en 3 de maximale hoeveelheid methanol die gelekt kan worden zich beperkt tot de inhoud van de reactor, kan het dan? b. Als er een explosie optreedt, hoeveel energie zal er dan maximaal bij kunnen vrijkomen? c. Hoeveel methanol mag er in de fabriek gelekt worden zonder dat de MACwaarde van methanol wordt overschreden? De meest gemaakte fout is dat men verondersteld dat de 10 m 3 methanol die per uur kan verdampen op de een of andere manier al damp is. Op de MSDS staat met vette letters: kleurloze vloeistof. En we werken bij 20 C. Dus het gaat erom uit te vinden hoeveel damp er ontstaat uit de vloeistof. Aangezien de ventilatie ook een 10 voud is, en aannemende dat dit als een CSTR gebeurt, voel je al meteen aan dat de maximale hoeveelheid methanol in de hal in steady-state het equivalent van 1 m 3 vloeistof is. Oplossing: a. Als worst case scenario nemen we het geval dat tientallen tonnen methanol zijn weggelekt en zich over de hele vloer van het gebouw heeft kunnen verspreiden zodat de verdamping optimaal is en er 10 m 3 per uur kan verdampen. Dit is gelijk aan het debiet van de pomp, dus alles kan verdampen. De explosiegrenzen liggen tussen 5,5 % en 36,5 % in lucht. Om 5,5 % methanol in lucht te bereiken moet de molfractie methanol gelijk zijn aan

13 0,055. Dit komt overeen met een concentratie (M methanol = 32; molaire volume 22,4 L): C = (0,055 x 32)/22,4 = 0,072 kg/m 3 De inhoud van het gebouw is 50x20x10 = m 3. Er moet dus 720 kg (dichtheid methanol is 0,8; dus 0,9 m 3 ) verdampt worden om deze concentratie te bereiken (zonder afzuiging). Er wordt per uur 10 keer de inhoud van het gebouw geventileerd. Bekijken we de situatie na 1 uur: Verdampt 10 m 3 (8000 kg) in m 3 (inhoud gebouw + 10x ververst). Dit levert een gemiddelde concentratie op van 0,0727 kg/m 3. Er zal dus in ieder geval binnen een uur een explosief mengsel ontstaan. Een andere benadering kan zijn: 1 m 3 vloeibaar methanol is gelijk aan 800 kg en dit is 25 kmol methanol. Dit neemt 22.4 x 25 = 560 m 3 in. Dat is meer dan 5.5 vol%. Dit is een benadering, maar geeft wel aan dat men zich in een gevaarlijk gebied bevindt. Extra (niet gevraagd of vereist): Let wel dat de uitgerekende concentratie een gemiddelde is, de eerste lucht uit de ventilatie zal nog een lage concentratie hebben en deze zal langzaam oplopen en na een uur zal de concentratie hoger zijn dan de hier uitgerekende. Om precies uit te rekenen wanneer de explosiegrens wordt bereikt zal t moeten worden bepaald uit een differentiaalvergelijking van de vorm dc/dt = toegevoegd door verdamping afgevoerd door ventilatie Uitgewerkt geeft dit: = = ( ) waarin a de hoeveelheid verdampte methanol per tijdseenheid is (10 m 3 /h oftewel 8000 kg/h), b het ververste volume per uur ( m 3 /h) en V het volume van de fabriek. De algemene oplossing van de differentiaalvergelijking van het type (begrensde groei): =( ) is =+ met =(0)

14 Je ziet al meteen dat de explosiegrens bereikt wordt want M (in ons geval a/b) is de groeilimiet en dat is 8000/ = 0,08 kg/m 3, hoger dan de explosiegrens van 0,072 kg/m 3. Opgelost levert het op: = + met =(0) = = (1 ) Invullen van C = 0,072 kg/m 3 geeft t = 0,2303 h (iets minder dan 14 minuten). Aannames: Er is hier aangenomen dat de damp homogeen verdeeld is in het gebouw en de ventilatie zo werkt dat deze homogene concentratie wordt afgezogen. In werkelijkheid zal dat niet het geval zijn, de concentratie zal hoger zijn aan de grond vlak boven de vloeistof. Dit kan worden gecompenseerd door laag bij de grond af te zuigen. Verder is aangenomen dat de verdampingssnelheid constant is, maar deze zal ook van temperatuur en concentratie afhangen. Temperatuur is constant gehouden, maar verdampen kost energie, dus de temperatuur zal dalen, waardoor de verdamping wordt vertraagd. Als we er van uit gaan dat niet meer dan 1 m 3 kan lekken (buffervat) en deze in 6 minuten verdampt, dan zal 800 kg methaan in m 3 lucht zijn verdeeld (inhoud + 1x ventilatie). Dit is een gemiddelde concentratie van 0,04 kg/m 3. Uitgerekend volgens de differentiaalvergelijking is na 6 minuten de concentratie 0,051 kg/m 3. Dit is beneden de explosiegrens en deze concentratie zal vervolgens alleen afnemen omdat niets meer kan verdampen. Er zal dus geen explosief mengsel ontstaan. Let op: dit is over de gemiddelde lucht. Vlak boven de vloeistof zou dus toch lokaal een hogere concentratie kunnen ontstaan, afhankelijk van luchtstromen en diffusie in het gebouw. Je kunt nu zelf een curve van de concentratie (tegen de tijd) in de hal maken voor beide gevallen. b. De in theorie grootste explosie kan optreden als in het gehele gebouw een verzadigde methanoldamp ontstaat. De dampspanning bij 20 C is volgens de MSDS 127 mbar. Dit betekent dat de molfractie bij verzadiging y gelijk is aan: y = 0,127 / = 0,125 De concentratie in de lucht is dan: C = 0,125 / 22,4 = 5,6 mol/m 3. De hal heeft een inhoud van m 3, dus er is 56 kmol methanoldamp aanwezig.

15 Als dit allemaal verbrandt levert het x 638,55 = 35,8 GJ op. In geval van een explosie moeten we rekening houden met een explosieefficiëntie tussen de 3% en 10%, zodat er een explosie kan zijn tussen de 1 en 3,6 GJ. Dit is echter puur theoretisch, want uit a) zouden we kunnen weten dat vanwege de ventilatie de maximale concentratie in de hal kan oplopen tot een limiet van 0,08 kg/m 3 (= 2,5 mol/m 3 ). In dat geval zal verbranding 16 GJ opleveren en een explosie tussen 0,5 en 1,6 GJ. c. Aannemende dat hal ideaal gemengd is door de ventilatie, mag er bij een MAC-waarde van 260 mg/m 3 in de hal van m 3 maximaal 2600 g methanol damp aanwezig zijn. Bij een ventilatievoud van 10 en een steadystate mag er dus 26 kg/h methanol lekken en verdampen. Dit vereist wel dat het lek geleidelijk is en de methanol keurig gedoseerd vrij komt (dit is mogelijk bij lekkage aan koppelingen, afsluiters of kleppen: zogenaamde fugitive emissions ). Een plotselinge lekkage van 26 kg zal de concentratie (tijdelijk) boven de MAC-waarde brengen. Daarnaast moet men zich ook realiseren dat de concentratie in de nabijheid van het lek ook hoger zal zijn dan de MACwaarde. Dus voor volkomen veilig werken moet men ruim onder deze 26 kg/h zitten. Bovendien blijkt deze MAC-waarde een waarde te zijn voor korte tijd. In andere literatuur wordt voor 8 uur blootstelling een waarde van 133 mg/m 3 gegeven. EINDE TOETS