Onderzoek oorzaak explosie RWZI Raalte

Transcriptie

1 21 januari 2013 Onderzoek oorzaak explosie RWZI Raalte Eindrapport

2 21 januari 2013 Onderzoek oorzaak explosie RWZI Raalte Eindrapport 2012 Kiwa N.V. Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Colofon Kiwa Technology B.V. Wilmersdorf 50 Postbus AC Apeldoorn Tel Fax Titel Onderzoek oorzaak explosie RWZI Raalte Projectnummer Projectmanager R.M. van Aerde Opdrachtgever Waterschap Groot Salland Kwaliteitsborger(s) S.L.M. Lueb Auteur(s) R.M. van Aerde Dit rapport is niet openbaar en slechts verstrekt aan de opdrachtgevers van het Contractonderzoekproject/adviesproject. Eventuele verspreiding daarbuiten vindt alleen plaats door de opdrachtgever zelf.

3 Voorwoord Op zondagochtend 21 oktober 2012 heeft zich op de rioolwaterzuivering Raalte een explosie voorgedaan. In eerste instantie is er door Kiwa Technology BV onderzoek verricht in opdracht van netbeheerder Enexis. Dit onderzoek betrof het aardgasdistributie gedeelte dat valt onder de verantwoordelijkheid van Enexis. Vervolgens is Kiwa Technology BV door Waterschap Groot Salland gevraagd voorlopig onderzoek uit te voeren aan de biogasinstallatie in eigendom van Waterschap Groot Salland. Dit voorlopige onderzoek, beschreven in de hoofdstukken 3 tot en met 5, resulteerde in een verondersteld scenario dat zou hebben geleid tot de explosie. Om dit veronderstelde scenario te kunnen onderbouwen, dan wel te kunnen uitsluiten, zijn de verschillende delen van de biogasinstallatie nader onderzocht. De resultaten van dit vervolgonderzoek zijn beschreven in de hoofdstukken 7 tot en met 11. Kiwa N.V januari 2013

4 Samenvatting De explosie op zondagochtend 21 oktober 2012 is vooraf gegaan door de detectie van biogas uit een condensafvoer achter in de leidingkelder. Hierop volgend treedt het gasalarm in werking. Als reactie op het gasalarm, volgt er een aantal automatische acties. Deze acties leiden onder andere tot het stoppen van afvoer van biogas uit de gashouder. De toevoer van biogas van de vergistingstanks naar de gashouder wordt echter niet gestopt. Als gevolg hiervan stijgt het niveau in de gashouder. Bij het bereiken van het 125 m 3 niveau is de niveaubeveiliging van de gashouder geopend. Deze beveiliging had verdere vulling van de gashouder moeten voorkomen. Door ernstige vervuiling van de vlamdover in de afvoer had deze beveiliging echter onvoldoende capaciteit om voldoende gas te kunnen afvoeren. Hierdoor vindt er een verdere vulling van de gashouder plaats. Omdat de gashouder op een gegeven moment niet meer kon expanderen, vindt er vanaf dit punt drukopbouw plaats in de gashouder en de daaraan verbonden leidingen en condensafvoeren. De gashouder is voorzien van een overdrukbeveiliging welke opent bij 44 mbar. De vergistingstanks zijn voorzien van beveiligingen welke openen bij een druk boven de 40 mbar. Bij een druk van +/- 39,7 mbar opent echter al het waterslot van de condensafvoer bij de gasreiniger. Deze condensafvoer heeft een afvoer in de pompenkelder. Tijdens het onderzoek is vastgesteld dat bij het openen van het waterslot er zoveel water uit het slot wordt gedrukt dat er geen afsluiting van gas meer plaatsvindt. De volledige inhoud van de gashouder kan hierdoor via de afvoer uitstromen in de pompenkelder. In de pompenkelder vormt zich vervolgens een explosief gasmengsel. Door een onbekende ontsteekbron is dit mengsel ontstoken. Kiwa N.V januari 2013

5 Inhoud Voorwoord 1 Samenvatting 2 Inhoud 3 1 Beschrijving biogasinstallatie Eigenschappen biogas 5 2 Beschrijving van het incident Beschrijving situatie Tijdsverloop incident Schade 8 3 Vaststellen bron gaslekkage 9 4 Opvolgacties na gasalarm Beschrijving systeem Gevolg van de opvolgacties Conclusie 12 5 Situatie en werkzaamheden voor het incident Algemeen Werkzaamheden gasinstallatie Fakkel Gasmotor 13 6 Scenario Mogelijke invloed op het incident door interventie wachtdienstmedewerker Onderzoeksvragen 15 7 Onderzoek aan condensafvoeren in leidingenkelder Bevindingen 16 8 Onderzoek gashouder Mechanische niveaubeveiliging Werking mechanische niveaubeveiliging Onderzoek werking mechanische niveaubeveiliging Vlamdover Conclusie Hydraulische overdrukbeveiliging Werking hydraulische overdrukbeveiliging Onderzoek hydraulische overdrukbeveiliging 23 Kiwa N.V januari 2013

6 8.2.3 Conclusie 23 9 Condensafvoer in condensput Onderzoek condensafvoer Conclusie Beveiligingen vergistingstanks Conclusie Condensafvoer bij gasreiniging Werking condensafvoer Onderzoek condensafvoer Conclusie Vergelijk onderzoeksresultaten met tijdsverloop incident Eindconclusie 31 Kiwa N.V januari 2013

7 1 Beschrijving biogasinstallatie Op de RWZI Raalte wordt rioolwater gezuiverd. Het slib dat bij deze zuivering vrijkomt, wordt in een tweetal vergistingstanks vergist. Bij deze vergisting komt biogas vrij. Dit gas wordt opgeslagen in een gasbuffer. Het biogas wordt enerzijds gebruikt voor verbranding in een gasmotor en een tweetal cv-ketels. Anderzijds wordt het biogas geïnjecteerd in de vergistingstanks ten behoeve van menging van de slibgisting. Om het biogas te kunnen injecteren in de vergistingstanks, wordt het gas door middel van een tweetal compressoren op een druk van ongeveer 1,36 bar gebracht. Via een tweetal ringleidingen, elke compressor voorziet een ringleiding van gas, aan de bovenzijde van de vergistingstanks en een aantal lansen wordt het biogas geïnjecteerd in het in de vergistingstanks aanwezige slib. De zuigzijde van de compressor staat in verbinding met het verzamelpunt boven op de vergistingstanks. Via dit verzamelpunt staan de vergistingstanks ook in verbinding met de gashouder. 1.1 Eigenschappen biogas Biogas is een brandbaar gas wat bestaat uit ongeveer 60 % methaan (CH 4 ) en 35 % kooldioxide (CO 2 ). De exacte samenstelling varieert afhankelijk van het vergistingsproces. De onderste ontsteekgrens is ongeveer 8 %vol, de bovenste ontsteekgrens ongeveer 18%vol. De dichtheid van het biogas is vergelijkbaar met lucht. De exacte samenstelling en daarmee eigenschappen van biogas zijn afhankelijk van het verloop van het vergistingsproces. Kiwa N.V januari 2013

8 2 Beschrijving van het incident 2.1 Beschrijving situatie tweede gasalarm mechanische afzuiging condensafvoerleiding uitmondig condensafvoer deur eerste gasalarm Figuur 1. Plattegrond kelderruimte toevoer ventilatielucht De kelderruimte bestaat uit een tweetal ruimten welke zijn gescheiden door een muur met daarin een deur. De linker ruimte (zie figuur 1) is de pompenkelder, de rechterruimte is de compressorkelder. Aan deze compressorkelder bevindt zich de leidingentunnel. In deze leidingentunnel is de eerste melding van gas. De compressorkelder is voorzien van mechanische afzuiging. De natuurlijke toevoer van lucht bevindt zich aan het uiteinde van de leidingtunnel, direct bij het toegangsluik. Kiwa N.V januari 2013

9 2.2 Tijdsverloop incident Driehoek: informatie uit het overzicht storingsmeldingen Bol: informatie uit het trendscherm 01:53 eerste gas alarm Melding van gasdetectie SBQA_0102 achter in leidingtunnel. Alarm is bij 10% LEL. Volgens volgactielijst gassensoren versie 8 januari 2007 leidt dit alarm tot: Uitschakelen van de gascompressoren; Uitschakelen van de CV ketels; Uitschakelen van de gasmotor; Sluiten van de afvoer van biogas van vergistingstank SGT 1 en 2 naar de gascompressoren door middel van SBa-0206; Sluiten van de toevoer van biogas naar de gasmeters door middel van SBa- 0208; Sluiten van de toevoer van aardgas naar de gasmeters door middel van ApA LEL staat voor Lower Explosion Limi, de onderste grens in volume procenten waarbij een gas explosief is in lucht. Voor biogas ligt deze waarde op ongeveer 5% (deze waarde is afhankelijk van de exacte samenstelling van het biogas). Alarm bij 10% LEL betekent dat bij 10% van de LEL waarde wordt gealarmeerd. 03:11 niveau aanduiding gashouder hoog-hoog De gashoeveelheid in de gashouder is toegenomen. Dit leidt uiteindelijk tot een niveau alarm. 06:13 tweede gasalarm Melding gasdetectie SBQA_0101 voor in leidingenkelder. Alarm is bij 10% LEL. Dit alarm is 4 uur na het eerste gasalarm. De volgacties op dit gasalarm zijn gelijk aan die van SBQA_0102 (eerste gasalarm). 06:14 start niveaudaling gashouder 07:11 niveau aanduiding laag-laag Direct na het tweede gas alarm is in het trendscherm een niveaudaling in de gashouder zichtbaar. Binnen een uur is de gashoeveelheid zover afgenomen dat dit leidt tot het laag-laag alarm van de gashouder. 07:44 explosie Om 07:44 is de laatste storingsmelding. Het is aangenomen dat dit het moment van explosie is. De explosie vindt 1,5 uur na het tweede gasalarm plaats. Kiwa N.V januari 2013

10 2.3 Schade De grootste schade is aan de linkerzijde van het gebouw. Aan deze zijde is het plafond van de pompenkelder ingezakt. Het plafond van de compressorkelder (rechterzijde) is nog deels intact. In de leidingtunnel is de zichtbare schade beperkt. Kiwa N.V januari 2013

11 3 Vaststellen bron gaslekkage Op 7 november 2012 is er visueel onderzoek uitgevoerd in de leidingentunnel. Doel van dit onderzoek is het vaststellen van de bron van gaslekkage welke aanleiding heeft gegeven tot het eerste gasalarm. In de leidingentunnel bevindt zich een 4-tal gasleidingen. Deze leidingen zijn afkomstig van de perszijde van de gascompressoren. De gasdruk in de leidingen bedraagt ongeveer 1,36 bar. Deze leidingen worden via de wand van de leidingentunnel naar de vergistingstanks gevoerd. Elke leiding is voorzien van een condensafvoer. Deze condensafvoer voert het in biogas aanwezige vocht af. Figuur 2. Schets bovenaanzicht leidingentunnel. Positie van de gassensor ten opzichte van de leidingen en condensafvoeren. Gezien de positie van de gasdetectie en de continue luchtstroom door de leidingtunnel, is het leidingdeel vanaf de gasdetectie tegen de luchtstroom in onderzocht. Van dit leidingdeel is visueel geen afwijking vastgesteld die een mogelijke bron van gaslekkage kan zijn. Gezien de positie ten opzichte van de gasdetectie, is het mogelijk dat een niet goed functionerende condensafvoer een bron van gaslekkage is geweest. Om dit vast te kunnen stellen, is nader onderzoek verricht aan de condensafvoeren. Foto 1. Overzicht condensafvoeren en gasleidingen. Kiwa N.V januari 2013

12 gasleidingen condens afvoeren Foto 2. Leidingdeel (rechterzijde)voor de gasdetectie Figuur 3. Doorsnede condensafvoer Rifox Minox-leicht zoals toegepast in de leidingentunnel. Kiwa N.V januari 2013

13 4 Opvolgacties na gasalarm Na het eerste gasalarm (SBQA_0102) om 01:53 volgt een aantal automatische acties. De situatie die als gevolg hiervan ontstaat, is van belang voor het verdere verloop van het incident en staat hieronder beschreven. 4.1 Beschrijving systeem De gasdetectie en gekoppelde apparatuur vormen een stand-alone systeem met een eigen energievoorziening. Dit systeem moet er voor zorgen dat er na detectie van gas een aantal acties volgen. Deze acties moeten er toe leiden dat de installatie in een veilige toestand wordt gebracht. Volgens het EVD (explosie veiligheidsdocument) rev. nr. 2 datum wordt er bij 10% LEL een laag alarm en bij 30% een hoog alarm gegenereerd. Het systeem maakt geen onderscheid tussen een 10% of 30% melding, beide meldingen leiden tot alarm. De gehanteerde LEL waarde is gebaseerd op methaan. Op zowel gasalarm SBQA_0102 (eerste alarm achter in de leidingentunnel) als SBQA_0101 (tweede alarm voor in de leidingkelder) moeten volgens de volgactielijst gassensoren versie 8 januari 2007 de volgende volgacties plaatsvinden: Uitschakelen van de gascompressoren; Uitschakelen van de CV ketels; Uitschakelen van de gasmotor; Sluiten van de afvoer van biogas van vergistingstank SGT 1 en 2 naar de gascompressoren door middel van SBa-0206; Sluiten van de toevoer van biogas naar de gasmeter door middel van SBa- 0208; Sluiten van de toevoer van aardgas door middel van ApA Bij in bedrijfname in 2007 is het gehele systeem getest door het activeren van het gasalarm. Op 24 september 2012 zijn de afsluiters voor het laatst getest op functioneren. Alle afsluiters zijn voorzien van een standmelding. Wanneer binnen een gedefinieerde tijd de gewenste stand niet wordt bereikt, volgt er een storingsmelding. Na het eerste gasalarm zijn er geen storingsmeldingen geweest. Er wordt daarmee aangenomen dat alle afsluiters de juiste stand hebben bereikt. 4.2 Gevolg van de opvolgacties De acties na het gasalarm hebben volgende situatie tot gevolg: Er is geen toevoer van biogas (en aardgas) naar het gebouw; De verbruikers van het biogas zijn uitgeschakeld; De vergistingstanks en de gashouder blijven met elkaar in verbinding; De gashouder blijft in verbinding met de gasreiningsinstallatie (niet operationeel ten tijde van incident). Kiwa N.V januari 2013

14 Door deze situatie blijft het hieronder geschetste deel van de installatie gevoed worden met biogas vanuit de vergistingstanks. condensafvoer gasreiniger 1 Condensafvoer in put Condens afvoerleiding 2 Toevoer van gas gashouder 3 gebouw vergistingstanks 1 - niveau beveiliging 2 - drukbeveiliging 3 - drukbeveiliging 4 - drukbeveiliging 4 Figuur 4. Schematisch tekening van situatie na eerste gasalarm. 4.3 Conclusie Gevolg van de acties na het gasalarm is dat er nog wel toevoer van biogas is uit de vergistingstanks naar de gashouder, maar geen verbruik meer is van biogas uit de gashouder. Het stijgen van het niveau in de gashouder na het eerste gasalarm wordt hiermee verklaard. Kiwa N.V januari 2013

15 5 Situatie en werkzaamheden voor het incident Tijdens het onderzoek is gekeken, of de situatie of de werkzaamheden voor het incident aanleiding geven tot nader onderzoek. 5.1 Algemeen Volgens medewerkers van de RWZI Raalte waren er geen afwijkingen, zoals schuimvorming, in het vergistingsproces. Er was sprake van een rustige vergisting. 5.2 Werkzaamheden gasinstallatie In de periode voor het incident zijn er diverse werkzaamheden verricht aan en in de nabijheid van de gasinstallatie. Op basis van de ontvangen informatie is er geen reden om aan te nemen dat onzorgvuldig handelen tijdens deze werkzaamheden aanleiding is geweest voor het incident. 5.3 Fakkel In verband met een defect aan de fakkel, was deze buiten gebruik gesteld. Onder normale omstandigheden wordt bij halve vulling (75 m 3 ) van de gashouder, het aangevoerde gas via de fakkel verbrand (gasproductie is ongeveer 800 m 3 per 24 uur). Omdat de fakkel buiten werking was, heeft men voor het weekend slib afgevoerd. Het idee hierachter was dat de gasconsumptie van de gasmotor voldoende was om het geproduceerde gas te verbranden. Hierdoor zou de vullingsgraad van de gashouder onder de helft blijven. Wanneer er onvoldoende verbruik is (minder dan de toevoer), leidt dit tot een maximaal niveau in de gashouder en uiteindelijk afblazen van biogas via een beveiliging. Voorafgaand aan het incident is er geen indicatie dat de gashouder zijn maximale vullingsgraad heeft bereikt. Dit treedt pas op na het eerste gasalarm. Er is daarom geen reden om aan te nemen dat de niet functionele fakkel aanleiding heeft gegeven tot het incident. 5.4 Gasmotor Op zaterdag 20 oktober is de gasmotor uitgevallen. Door de aanwezige storingsmonteur is de gasmotor opgestart. Het is niet bekend of de keuzeschakelaar hierbij op biogas, aardgas of automatisch is gezet. In stand aardgas vindt er geen afname van biogas plaats. Wanneer er door de gasmotor geen verbruik is van biogas, leidt dit tot een niveaustijging in de gashouder. Voorafgaand aan het incident is er geen indicatie dat de gashouder zijn maximale vullingsgraad heeft bereikt. Dit treedt pas op na het eerste gasalarm. Er is daarom geen reden om aan te nemen dat de gasmotor aanleiding heeft gegeven tot het incident. Kiwa N.V januari 2013

16 6 Scenario Op basis van de verkregen informatie en de resultaten van het voorlopige onderzoek wordt verondersteld dat volgend scenario zich heeft ontwikkeld. Het incident start met het waarnemen van gas in de leidingentunnel. Dit gas is waarschijnlijk vrijgekomen als gevolg van een lekkende condensafvoer. Door de acties na het gasalarm worden de compressoren uitgeschakeld. Het resterende gas in de persleiding van de compressor lekt weg via de bestaande lekkage. Met behulp van de aanwezige ventilatie wordt dit gas verder verspreid door de kelder en leidt tot een tweede alarm. Tussen het eerste en het tweede alarm zit een tijdsbestek van 4 uur. 1,5 uur na het tweede gasalarm volgt de explosie. Gezien de schade wordt er van uitgegaan dat er zich in de pompenkelder een explosief gasmengsel heeft gevormd. Het lijkt er daarmee op dat de verspreiding van gas en de vorming van het explosieve mengsel na het tweede gasalarm versneld heeft plaatsgevonden. Uitgaande van alleen een lekkende condensafvoer in de leidingentunnel moet voor verspreiding in de pompenkelder de toegangsdeur tussen beide kelders open hebben gestaan en moet er een stroming zijn geweest tegen de ventilatieluchtstroming in. Dit wordt niet waarschijnlijk geacht. Er wordt daarmee betwijfeld of alleen een condensafvoer in de leidingentunnel de bron van lekkage is geweest. Er is een mogelijkheid dat er, via de condensafvoer van de condensput voor de gasreiniger, biogas vanuit de gashouder in de pompenkelder is gekomen. Volgens medewerkers van Waterschap Groot Salland komt het voor dat er plotselinge drukstijgingen zijn in het vergistingsproces. Deze drukstijgingen hebben er in het verleden toe geleid dat het water uit het waterslot van condensafvoeren is gedrukt. Dit scenario zou de niveaudaling van de gashouder en het vormen van een explosiefmengsel in de pompenkelder onderbouwen. Er zijn vooralsnog geen andere scenario s naar voren gekomen die de vorming van een explosiefmengsel in de pompenkelder kunnen verklaren. 6.1 Mogelijke invloed op het incident door interventie wachtdienstmedewerker Uitgaand van bovenstaand scenario had interventie na het eerste gasalarm escalatie van het incident kunnen voorkomen. De interventie had dan moeten bestaan uit het elimineren van de lekbron en het weer in bedrijf nemen van de gasinstallatie. Of de wachtdienstmedewerker over werkinstructies beschikt, passend bij de situatie, is niet onderzocht. Gezien het tijdsbestek tussen het tweede gasalarm en de explosie wordt betwijfeld of interventie na het tweede gasalarm escalatie van het incident had kunnen voorkomen. Kiwa N.V januari 2013

17 6.2 Onderzoeksvragen Om het boven beschreven scenario te kunnen bevestigen of te kunnen uitsluiten zijn de volgende onderzoeksvragen relevant: 1. Onderzoek aan de condenspotten om de initiële lekbron te kunnen vaststellen. 2. Berekening van het lekdebiet en de ventilatie capaciteit om verspreiding van biogas in de compressorkelder te kunnen onderbouwen. 3. Beschouwing van de installatie tussen de gashouder en de condensafvoer in de pompenkelder om het veronderstelde verloop na het tweede gasalarm te kunnen onderbouwen. 4. Onderzoek aan de deur en de scheidingsmuur tussen beide kelders om de voortplantingsrichting van de explosie te kunnen vaststellen. 5. Beschouwing van de werkinstructies voor de wachtdienstmedewerker bij gasalarm in relatie tot de status van de installatie bij gasalarm om vast te stellen of interventie escalatie had kunnen voorkomen. De onderzoeksvragen 1, 2 en 3 worden in de hierna volgende hoofdstukken behandeld. Ten tijde van het vervolgonderzoek waren de deur en de restanten van de scheidingsmuur verwijderd. Hierdoor is het niet mogelijk geweest onderzoeksvraag 4 te beantwoorden. Er heeft geen beschouwing van de werkinstructies voor de wachtdienstmedewerker plaatsgevonden. Kiwa N.V januari 2013

18 7 Onderzoek aan condensafvoeren in leidingenkelder Ten behoeve van dit onderzoek zijn de condensafvoeren afgesloten van de gasleiding door het sluiten van de afsluiter tussen gasleiding en condensafvoer. Via een aansluiting aan de bovenzijde van de condensafvoer is de condensafvoer op een druk van 1,4 bar gebracht. Vervolgens is via een aangesloten drukmeter vastgesteld of de druk in de condensafvoer daalt. In geval van drukdaling is er sprake van lekkage. 7.1 Bevindingen Bij de condensafvoer rechtsonder is lekkage geconstateerd. Deze condensafvoer is vervolgens verwijderd en nader onderzocht. Tijdens dit onderzoek is de lekkage niet opnieuw vastgesteld. De deksel van de condensafvoer is vervolgens verwijderd. In de condensafvoer is een kleverige substantie aangetroffen. De kleverigheid van deze substantie is zeker aanleiding geweest voor het verkleven van de vlotter of afsluiter in de condensafvoer met uitstroming van biogas tot gevolg. Ook bij de andere drie condensafvoeren is de aanwezigheid van deze substantie vastgesteld. Volgens medewerker van de RWZI betreft het hier olie van de compressoren vermengt met condens uit het biogas en heeft deze substantie eerder aanleiding gegeven tot lekkage van de condensafvoeren. De mogelijkheid van olielekkage en de vermenging van olie met het condens is inherent aan het type compressor en het ontwerp van de installatie. Foto 3. Vlotter van condensafvoer rechtsonder Kiwa N.V januari 2013

19 Foto 4. Vlotter van een van de andere condensafvoeren Het debiet van de lekkage is niet gemeten aangezien de opening als gevolg van de verkleving niet met zekerheid is vast te stellen. Het is aannemelijk dat er bij de lekkage voldoende biogas is vrijgekomen om het niveau van 10% LEL te bereiken en daarmee het gasalarm te activeren. Kiwa N.V januari 2013

20 8 Onderzoek gashouder Volgens het scenario (zie hoofdstuk 6) zou de druk in het systeem (zie figuur 4) opgelopen zijn tot ongeveer 40 mbar om het waterslot van de condensafvoer te laten doorslaan. Om deze 40 mbar in het systeem te kunnen bereiken, moeten beide beveiligingen op de gashouder niet of onvoldoende gefunctioneerd hebben. Om dit vast te kunnen stellen, zijn de beveiligingen op de gashouder nader onderzocht. De gashouder is voorzien van twee beveiligingen (zie figuur 5). 1. Mechanische niveaubeveiliging. 2. Hydraulische drukbeveiliging. vlamdover vlamdover niveaubeveiliging Hydraulische overdrukbeveiliging GASHOUDER 150 m 3 Figuur 5. Gashouder 8.1 Mechanische niveaubeveiliging De gashouder bestaat uit een membraan met daarop ballast. Met het vullen van de gashouder expandeert het membraan. De mechanische niveaubeveiliging moet voorkomen dat een bepaald vullingsniveau van de gashouder wordt overschreden Werking mechanische niveaubeveiliging Bij het bereiken van een bepaald niveau in de gashouder wordt het contra gewicht, waarmee een vlinderklep gesloten wordt gehouden, omhoog gedrukt waardoor de vlinderklep wordt geopend (zie figuur 6). Via de vlinderklep wordt het biogas in de gashouder afgevoerd naar buiten. Aan het uiteinde van de afvoer bevindt zich een vlamdover. Kiwa N.V januari 2013

21 vlamdover afvoer contragewicht ballast vlinderklep membraan Figuur 6. Mechanische niveaubeveiliging Onderzoek werking mechanische niveaubeveiliging Tijdens het onderzoek is de gashouder langzaam gevuld met lucht. Hierbij is vastgesteld dat bij het bereiken van 125 m 3 vulling (aanwijzing buitenzijde gashouder) het membraan van de gashouder het contragewicht omhoog drukt. Hierbij wordt de vlinderklep gedeeltelijk geopend. De afvoer van gas uit de gashouder is hierbij nauwelijks waarneembaar. Na het verwijderen van de vlamdover neemt de afvoer capaciteit aanzienlijk toe, ongeveer 25 m 3 in 6 minuten op basis van de aanwijzing op de buitenzijde van de gashouder Vlamdover De vlamdover bestaat uit twee roestvaste schijven met elk een matrix van driehoekige passages. Hiermee moet voorkomen worden dat een vlam van buitenaf in de gashouder treedt. Door de open structuur van de vlamdover kan gas er eenvoudig doorheen stromen. Foto 5. Bovenzijde bovenste vlamdover Kiwa N.V januari 2013

22 Foto 6. Detail bovenzijde bovenste vlamdover Bij de verwijderde vlamdover is vastgesteld dat de onderzijde van de eerste schijf ernstig is vervuild. Slecht een zeer klein deel van het beschikbare oppervlak is vrij om gas door te laten. Foto 7. Onderzijde vlamdover Kiwa N.V januari 2013

23 Foto 8. Detail vervuiling Conclusie Als gevolg van de vervuiling van de vlamdover is de afvoer van biogas uit de gashouder kleiner geweest dan de toevoer van uit de vergistingstanks. Het gevolg hiervan is een verdere vulling en uiteindelijk drukopbouw in de gashouder. Kiwa N.V januari 2013

24 8.2 Hydraulische overdrukbeveiliging De hydraulische overdrukbeveiliging dient te voorkomen dat er in de gashouder een druk ontstaat die hoger is dan de ontwerpdruk van de gashouder. Volgens de documentatie bedrijfsvoorschrift voor een verticale membraangashouder van de fabrikant (Landustrie Sneek) zou de afblaasdruk 30 mbar zijn Werking hydraulische overdrukbeveiliging De hydraulische overdrukbeveiliging is gebaseerd op een waterslot. De hoogte van het waterslot is bepalend voor de druk waarbij biogas uit de gashouder wordt afgevoerd naar de buitenlucht. Wanneer de druk in de gashouder zakt als gevolg van de afvoer naar de buitenlucht, sluit het waterslot zich weer. Waterslot hoogte Figuur 7. Hydraulische overdrukbeveiliging Foto 9. Hydraulische overdrukbeveiliging Kiwa N.V januari 2013

25 8.2.2 Onderzoek hydraulische overdrukbeveiliging Uit veiligheidsoverweging is de drukbeveiliging niet in combinatie met de gashouder getest. De drukbeveiliging is los genomen van de gashouder. Via een aangepaste aansluiting is de druk langzaam opgevoerd. Hierbij is vastgesteld dat bij een druk van 44 mbar het waterslot opent Conclusie De hydraulische overdrukbeveiliging is ingesteld op een druk van 44 mbar en is daarmee hoger ingesteld dan de op basis van de documentatie verwachte afblaasdruk van 30 mbar. De afblaasdruk van 44 mbar is tevens hoger dan de openingsdruk van de watersloten van de condensafvoeren. De druk in het systeem heeft kunnen oplopen tot boven de 30 mbar zonder ingrijpen van de hydraulische overdrukbeveiliging. Kiwa N.V januari 2013

26 9 Condensafvoer in condensput Tussen de gashouder en de condensafvoer bij de gasreiniger bevindt zich een condensafvoer in een put (zie figuur 4). In deze condensafvoer wordt condens verzameld en afgevoerd. Deze condensafvoer heeft een waterslot van 35 mbar. Dit waterslot voortkomt het uitstromen van gas met een druk lager dan 35 mbar. De condensafvoer heeft geen beveiligingsfunctie. Het niet correct functioneren mag niet leiden tot een onveilige situatie. De put waarin de condensafvoer is geplaatst, is voorzien van gasdetectie. Volgens het scenario (zie hoofdstuk 6) moet de druk in het systeem (figuur 4) ongeveer 40 mbar zijn geweest. Bij deze druk moet het waterslot van deze condensafvoer biogas doorlaten. Wanneer dit het geval is, wordt het aanwezige gasalarm geactiveerd. Uit het overzicht van de alarmen valt op te maken dat dit alarm niet is geactiveerd. Om vast te stellen of en bij welke druk het waterslot opent, is de condensafvoer nader onderzocht. 9.1 Onderzoek condensafvoer De condensafvoer is uitgebouwd, gereinigd en separaat getest. Hierbij is de druk in de condensafvoer langzaam opgevoerd. Bij een druk van 40 mbar word er geen gas via het waterslot doorgelaten. Bij een druk van 80 mbar ontsnapt er slib uit de vulslang van de condensafvoer. Na de test is de afvoerleiding van het waterslot gedemonteerd. Hierbij is vastgesteld dat deze buis verstopt zit. 9.2 Conclusie Als gevolg van de verstopte afvoerleiding kan de condensafvoer niet correct functioneren. Een drukopbouw in het systeem van meer dan 35 mbar is hierdoor mogelijk geweest. Kiwa N.V januari 2013

27 10 Beveiligingen vergistingstanks Op elke vergistingstank bevindt zich een gecombineerde over- en onderdrukbeveiliging. De overdrukbeveiliging moet voorkomen dat er een te hoge druk kan ontstaan in de vergistingstank en de daar aan verbonden leidingen. De overdrukbeveiligingen zijn op 21 januari door medewerkers van het Waterschap Groot Salland getest. De overdrukbeveiliging van vergistingstank 1 opende bij 46 mbar, de overdrukbeveiliging van vergistingstank 2 opende bij 45 mbar Conclusie Door de hoge openingsdruk van de beveiligingen is er een drukopbouw in het systeem van meer dan 40 mbar mogelijk geweest. Kiwa N.V januari 2013

28 11 Condensafvoer bij gasreiniging Aanname in het scenario (zie hoofdstuk 6) is dat het waterslot van de condensafvoer bij de gasreiniger (zie figuur 4) is doorgeslagen waardoor de mogelijkheid ontstaat voor het biogas in de gashouder om vrij uit te stromen in de pompenkelder. De condensafvoer is voorzien van een waterslot van 39,9 mbar. De condensafvoer heeft geen beveiligingsfunctie. Het niet correct functioneren mag niet leiden tot een onveilige situatie. In voorgaande hoofdstukken is aangetoond dat de druk in het systeem (zie figuur 4) op heeft kunnen lopen tot een druk van 39,9 mbar. Het onderzoek aan de condensafvoer heeft tot doel vast te stellen of het waterslot inderdaad doorslaat bij een druk van 39,9 mbar Werking condensafvoer De condensafvoer bestaat uit een stalen cilinder waarin het condens uit het biogas wordt verzameld. De aanvoer van condens is via een tweetal buizen aan weerszijde van de cilinder. Via een derde buis wordt het teveel aan condens afgevoerd naar de kelder waar het door middel van een open leiding uitkomt in een put. Het waterslot van 39,9 cm voorkomt dat er biogas (tot een druk van 39,9 mbar) uit de condensafvoer kan stromen. Toevoer van condens Toevoer van condens Afvoer van condens Waterslot hoogte Figuur 8. Condensafvoer Kiwa N.V januari 2013

29 11.2 Onderzoek condensafvoer Om de werking van het waterslot te controleren is de condensafvoer uitgegraven. In de condensafvoer bevond zich slib. Aangezien de condensafvoerleiding zich onder het slibniveau in de kelder bevond, is het hoogst waarschijnlijk dat het slib in de condensafvoer is gelopen na het incident. De condensafvoer is gereinigd, gemonteerd aan de gashouder en gevuld met water zodat er een waterslot van 39,9 mbar ontstaat. Hiermee is de condensafvoer in zijn originele staat gebracht. Foto 10 Testopstelling condensafvoer Vervolgens is de druk in de gashouder langzaam opgevoerd. Bij een druk van 39,7 mbar wordt het waterslot weg gedrukt, hierbij spuit het water uit de afvoer. Foto 11 Doorslaan van het waterslot bij 39,7 mbar Kiwa N.V januari 2013

30 Het leeg drukken van het waterslot gaat met dusdanig veel kracht dat het waterslot water verliest en zich niet herstelt waardoor de gasuitstroom niet meer wordt afgesloten. De gashouder loopt hierdoor volledig leeg. De snelheid van leeglopen is ongeveer 25 m 3 in 4,5 minuut. Het openen van het waterslot bij 39,7 mbar in plaats van 39,9 mbar is waarschijnlijk te wijten aan de beschadiging van de afvoer. Dit verschil in openingsdruk is niet van invloed op het leegdrukken van het waterslot. NB. Voor het vullen van de gashouder is gebruik gemaakt van een ventilator. De capaciteit van deze ventilator ligt boven de biogas productiecapaciteit in de vergistingstanks. Om geen invloed van de ventilator te hebben op het leeg drukken van het waterslot, is de toevoer van de ventilator naar de gashouder gesloten op het moment dat het waterslot doorslaat Conclusie Met het onderzoek is aangetoond dat het mogelijk is dat het waterslot volledig uit de condensafvoer wordt gedrukt. Doordat de afvoerleiding met een open leiding uit komt in de pompenkelder ontstaat er een open verbinding tussen de gashouder en pompenkelder. Hierdoor kan het biogas vrij de kelder in stromen. Ondanks dat de condensafvoer geen beveiliging is, vormt het waterslot van de condensafvoer in het gekozen ontwerp de enige barrière tussen het biogas en de kelder. Kiwa N.V januari 2013

31 12 Vergelijk onderzoeksresultaten met tijdsverloop incident De informatie uit het trendscherm en het overzicht van de storingsmeldingen geven het tijdsverloop van het incident aan. In dit hoofdstuk wordt de relatie gelegd tussen dit tijdsverloop en de bevindingen van het uitgevoerde onderzoek. Driehoek: informatie uit het overzicht storingsmeldingen Bol: informatie uit het trendscherm Afbeelding trendscherm Groene lijn is het niveau van de gashouder Kiwa N.V januari 2013

32 Om 01:53 start het incident met de melding van gasdetectie SBQA_0102 achter in leidingtunnel. In hoofdstuk 3 is aangetoond dat een door vervuiling niet goed afsluitende condensafvoer biogas heeft gelekt en aanleiding is geweest voor het gasalarm. Op dit alarm volgt een aantal automatische acties. De afvoer van biogas uit de gashouder wordt afgesloten, de toevoer van biogas uit de vergistingstanks blijft in tact. Als gevolg hiervan vult de gashouder zich wat vervolgens leidt tot een hooghoog niveau alarm om 03:11. Het trendscherm en de storingsmeldingen zijn gebaseerd op de elektronische niveau meter die zich in de gashouder bevind. Als gevolg van de explosie is de informatie over de exacte instelling van deze meter verloren gegaan. Er kan wel van uit worden gegaan dat het alarmering niveau van deze meter zich onder het niveau van de beveiliging bevindt. Het hoog-hoog alarm is dus afgegeven voordat de gashouder zijn maximale vullingsniveau had bereikt. Na het hoog-hoog alarm heeft er dus een verdere vulling van de gashouder plaats gevonden. Deze vulling heeft plaatsgevonden buiten het bereik van de elektronische niveau meter. Omdat de gashouder was gevuld tot boven zijn normale expansie niveau zal er bij het leeg lopen eerst een drukdaling plaatsvinden voordat er sprake is van een niveau daling. Dit betekent dat er voor de zichtbare niveau daling in het trendscherm om 06:14 een drukdaling heeft plaats gevonden. Het doorslaan van het waterslot vindt dus plaats voor 06:14. Naar alle waarschijnlijkheid is het tweede gas alarm om 06:13 veroorzaakt door biogas dat van uit de pompenkelder door de aanwezige afzuiging in de compressor kelder is gezogen. Om 07:11 volgt het laag-laag alarm. Aangezien ook dit alarm is gebaseerd op de elektronische niveau meter wordt er van uit gegaan dat dit alarm is afgegeven voor dat de gashouder werkelijk leeg is. Ook na 07:11 zal er nog gas in de pompenkelder stromen. Het gas heeft zich opgehoopt in de pompenkelder en heeft zich voor een deel verspreid in de compressorkelder en is daar ook afgevoerd naar buiten als gevolg van de aanwezige afzuiging. Kiwa N.V januari 2013

33 13 Eindconclusie De explosie op zondagochtend 21 oktober 2012 is voorafgegaan door de detectie van biogas uit een condensafvoer achter in de leidingkelder. Hierop volgend treedt het gasalarm in werking. Als reactie op het gasalarm, volgt er een aantal automatische acties. Deze acties leiden tot: Uitschakelen van de gascompressoren; Uitschakelen van de CV ketels; Uitschakelen van de gasmotor; Sluiten van de afvoer van biogas van vergistingstank SGT 1 en 2 naar de gascompressoren; Sluiten van de toevoer van biogas naar de gasmeters; Sluiten van de toevoer van aardgas naar de gasmeters. De toevoer van biogas van de vergistingstanks naar de gashouder wordt echter niet gestopt. Als gevolg hiervan stijgt het niveau in de gashouder. Bij het bereiken van het 125 m 3 niveau is de niveaubeveiliging van de gashouder geopend. Deze beveiliging moet verdere vulling van de gashouder voorkomen. Door ernstige vervuiling van de vlamdover in de afvoer heeft deze beveiliging echter onvoldoende capaciteit om voldoende gas af te voeren. Hierdoor is er een verdere vulling van gashouder plaats. Omdat de gashouder op een gegeven moment niet meer kan expanderen is er vanaf dit punt druk opbouw in de gashouder en de daaraan verbonden leidingen en condensafvoeren. Bij een druk van 39,7 mbar opent het waterslot van de condensafvoer bij de gasreiniger. Deze openingsdruk ligt lager dan de openingsdruk van de overdrukbeveiligingen op de gashouder en vergistingstanks welke respectievelijk zijn ingesteld op 44 mbar en 46/45 mbar (respectievelijk vergistingstank 1 en 2). Tijdens het onderzoek is vastgesteld dat bij het openen van het waterslot er zoveel water uit het slot wordt gedrukt dat er geen afsluiting van gas meer plaatsvindt. De volledige inhoud van de gashouder kan hierdoor via de afvoer uitstromen in de pompenkelder. In de pompenkelder vormt zich vervolgens een explosief gasmengsel. Door een onbekende ontsteekbron is dit mengsel ontstoken. Door direct na het eerste gasalarm de gaslekkage te verhelpen en de biogasinstallatie weer in bedrijf te nemen had de wachtdienstmedewerker het incident kunnen voorkomen. De mogelijkheid tot het ontstaan van het incident is gecreëerd door: De keuze om de condensafvoer uit te laten komen in de pompenkelder; Het niet correct functioneren van de niveaubeveiliging van de gashouder; De instelling van de overdrukbeveiligingen van de gashouder en vergistingstanks. Met de keuze om de condensafvoer in de pompenkelder uit te laten komen is er een inherent onveilige situatie gecreëerd. De enige barrière tussen het biogas en de kelderruimte is een niet beveiligd waterslot. Falen van dit waterslot leidt tot gasuitstroom in de kelder. Het niet correct functioneren en de instelling van de beveiligingen is essentieel geweest in het verloop van het incident. Elk van deze onafhankelijke beveiligingen had op verschillende momenten tijdens de opbouw van het incident verdere escalatie kunnen voorkomen. Kiwa N.V januari 2013