Szenarien

1
Störfallablaufszenarien als Prognoseinstrumente
Hans-Joachim Uth, Umweltbundesamt, Berlin
2
Übersicht

• Aktuelle Rechtslage SEVESO II Richtlinie
• Störfallablaufszenarien
• Quellterme
• Konzept der Deutschen Störfallkommission
• Universelle Anwendung auf alle szenarischen
  Betrachtungen nach Seveso II
• Bemerkung zur Risikodiskussion

3
Szenarische Betrachtungen als Grundlage für
Prognosen
4
Verletzung
Immissionen Schäden an Mensch und Natur
Verbrennung
Vergiftung Verseuchung
Ausbreitung Luft Wasser
direkt
jet-fire
Brände
pool fire
Freisetzung toxischer Stoffe
Wärme- strahlung
Quellterm
Feuer- ball
Lachen- verd.
BLEVE
Druckwelle
Trümmerwurf
Massen- explosion
UCVE
CVE
5
Rahmenbedingungen zur Erstellung von
Störfallablaufszenarien

• Anlagenspezifität
• Standortspezifität
• Schutz der Beschäftigten
• Grundlagen
• Ereignisannahmen (Quellterme) auf der Grundlage
  des Sicherheitsberichts.
• Maßgebend Größte zusammenhängende Menge (GZM)
  und kritische Menge (Mk)

6
Vorsorge durch Stand der ST Vernünftiger Ausschl
uss Zusätzliche Vorsorge durch Gefahrenabwehr- p
lanung
1
Genehmigungs- fähigkeit
P
a

DS 1
DS 2
Restrisikofall
Angenommene Szenarien
Wahrscheinlichkeit P
7
Typ SA und DS 1 Annahmen bei Störfallszenarien
für die Anlagenauslegung und die interne
Gefahrenabwehrplanung

• Quellterm
• Rohrbrüche
• Zu betrachtende Menge
• Kritische Menge Mk im gestörten Anlagenteil
• Folgewirkungen
• Brand /Explosion
• Ausbreitung (Luft-und Wasserpfad)
• Toxische Belastung

8
Typ DS 2 Annahmen bei Störfallszenarien für die
externe Gefahrenabwehrplanung

• Quellterm
• Rohrbrüche,
• Behälterbrüche
• Zu betrachtende Menge
• Größte zusammenhängende Menge GZM im gestörten
  Anlagenteil
• Gesamter Brandabschnitt bei Bränden
• Größte zusammenhängende Menge bei
  Massenexplosionen
• Folgewirkungen
• Brand /Explosion
• Ausbreitung (Luft-und Wasserpfad)
• Toxische Belastung

9
Konzept der SFK

• Definitionen
• Vernünftigerweise nicht auszuschließende
  Störfälle (Typ SA), die im Rahmen der
  Sicherheitsanalyse beschrieben werden.
• Vernünftigerweise auszuschließende Störfälle, zu
  deren Auswirkungsbegrenzung anlagenbezogene
  Vorkehrungen und spezielle Gefahrenabwehrmaßnahm
  en getroffen werden (Dennoch-Störfälle,Typ DS).
  
• Vernünftigerweise auszuschließende Störfälle zu
  deren Begrenzung nur allgemeine
  Gefahrenabwehrmaßnahmen getroffen werden
  (ExzeptionellerStörfall, (Typ WC).

10
Schematische Darstellung der Herleitung eines
Dennoch-Störfalls
Betriebsbereich
Umgebung
Masse Quellrate
Immission
Bereich Dennoch-Störfall
Mi MGZM MK
Störfallbeurteilungs- Wert z.B. ERPG-2
Entfernung log d
Kritischer Aufpunkt z.B. Wohnbebauung
11
Schritte zur Bestimmung der Quellrate durch
Rückrechnung
12
Schritte zur Bestimmung der Quellrate durch
Rückrechnung
1. Bestimmung der nächsten Wohnbebauung,
verletzlichen Objekte
13
Schritte zur Bestimmung der Quellrate durch
Rückrechnung
1. Bestimmung der nächsten Wohnbebauung,
verletzlichen Objekte 2. Festlegung des
Immissionswertes z.B. AEGL/ERPG-Wert,
Wärmestrahlungs- oder Explosionstoleranzwert
14
Schritte zur Bestimmung der Quellrate durch
Rückrechnung
1. Bestimmung der nächsten Wohnbebauung,
verletzlichen Objekte 2. Festlegung des
Immissionswertes z.B. AEGL/ERPG-Wert,
Wärmestrahlungs- oder Explosionstoleranzwert 3.
Bestimmung der Quellrate durch Nomogramme
15
Schritte zur Bestimmung der Quellrate durch
Rückrechnung
1. Bestimmung der nächsten Wohnbebauung,
verletzlichen Objekte 2. Festlegung des
Immissionswertes z.B. AEGL/ERPG-Wert,
Wärmestrahlungs- oder Explosionstoleranzwert 3.
Bestimmung der Quellrate durch Nomogramme 4.
Ermittlung des anlagenspezifischen Quellterms,
der zur Quellrate paßt
16
Schritte zur Bestimmung der Quellrate durch
Rückrechnung
Quell- rate
Quell- term
Immissions- konzentration
R
RERPG
ERPG
ERPG
Anlage
Schutzobjekte
17
Schritte zur Bestimmung der Quellrate durch
Rückrechnung
1. Bestimmung der nächsten Wohnbebauung,
verletzlichen Objekte 2. Festlegung des
Immissionswertes z.B. AEGL/ERPG-Wert,
Wärmestrahlungs- oder Explosionstoleranzwert 3.
Bestimmung der Quellrate durch Nomogramme 4.
Ermittlung des anlagenspezifischen Quellterms,
der zur Quellrate paßt 5. Berechnung des
Störfallablaufszenariums
18
Zusammenhang der Szenarienfälle GAP, DE, LUP, SB
Quellort Betriebs- DE
Beginn (Anlage) Grenze A Betrieb
B Wohnbebauung
Quellrate
Immission

(Störfallbeurteilungswert)
GZM DEB LUP Mk SA
ERPG-3 ERPG-2 MAK
Entfernung log d
Ungünstigste-Mittlere-Wetterlage
Verbotszone LUP
Bereich Gefahrenabwehrplanung
19
Beispiel Gefahr durch eine Freisetzung von
Brom aus einer Polyproduktionsanlage 1/11
I. Abgrenzung von Dennoch-Störfällen (untere
Grenze) 1. Schritt Auswahl des
Störfallbeurteilungswertes In einer
Polyproduktionsanlage für anorganische Präparate
wird u.a. Brom in größeren Mengen verwendet. Als
Grenzwert wird der VCI-Störfallbeurteilungswert
Cs (Brom) 3.56 mg/m3 oder 0,5 ppm verwendet.
20
Beispiel Gefahr durch eine Freisetzung von
Brom aus einer Polyproduktionsanlage 2/11
I. Abgrenzung von Dennoch-Störfällen (untere
Grenze) 2. Schritt Auswahl des
Immissionsaufpunktes Die Anlage liegt in einem
Industriegebiet am Rande einer Kleinstadt. Die
nächste Wohnbebauung ist 2000 m von der Anlage
entfernt, in 1000 m Entfernung verläuft eine
öffentliche Straße.
21
Beispiel Gefahr durch eine Freisetzung von
Brom aus einer Polyproduktionsanlage 3/11
I. Abgrenzung von Dennoch-Störfällen (untere
Grenze) 3. Schritt Ermittlung des Quellterms
Ermittlung des Quellterms durch
Rückrechnung.Verwen- dung der VCI-Nomogramme für
Brom. Ungünstigste Wetterlage mit Ausbreitungskl
asse 1, stabile Schichtung, Inversion in 20 m
Höhe, Windgeschwindigkeit von v 1 m /
sec Bezugsdosis für Brom ist 30 ppm x min
Ablesung Entfernung zum kritischen
Aufpunkt 1000 m 2000 m Kritische Menge 90
kg 150 kg
22
Beispiel Gefahr durch eine Freisetzung von
Brom aus einer Polyproduktionsanlage 4/11
I. Abgrenzung von Dennoch-Störfällen (untere
Grenze) 4.5. Schritt Ermittlung der Quellrate
und der Menge Mk Die Quellrate ermittelt sich aus
dem Quellterm und den angenommenen
Freisetzungsbedingungen. Das stoffspezifische
Nomogramm ermöglichen Abschätzungen zur
Freisetzung von Brom (in flüssiger Phase) mit
anschlies- sender Verdampfung bei 20 C und
unterschiedlichen Zeiten. Es ergeben sich
folgende Mengen für die Quellrate, die bei der
Verdunstungsdauer t die quelltermrelevanten
Mengen liefern Verdunstungsdauer t D 1000
m D 2000 m 1 h 200 kg 450 kg 15 min
2000 kg 4000 kg Die kritische Menge
Brom, die zu einer Überschreitung des
Störfallbe- urteilungswertes führen kann,
beträgt bei t 1 h Mk 450 kg.
23
Beispiel Gefahr durch eine Freisetzung von
Brom aus einer Polyproduktionsanlage 5/11
II. Abgrenzung von Dennoch-Störfällen (obere
Grenze) 1. Schritt Ermittlung der größten
zusammenhängenden Menge GZM
in der Anlage Es wurde ein Destillationsapparat
mit 250 kg Brom (Angabe aus dem
Sicherheitsbericht) identifiziert.
24
Beispiel Gefahr durch eine Freisetzung von
Brom aus einer Polyproduktionsanlage 6/11

• II. Abgrenzung von Dennoch-Störfällen (obere
  Grenze)
• 2. Schritt Berechnung des Quellterms aus der GZM
• Durch eine Explosion wird das gesamte Brom im
  Produktionsraum (258 m3, 25 C)
• fein verteilt und verdampft. Der Austritt erfolgt
  durch das von der Explosion
• aufgesprengte Eingangstor (5,4 m2,
  Luftwechselfaktor 5/h).
• Bei Verdampfen von 250 kg Brom in 258 m3 ergibt
  sich bei 25 C ein Sättigungs-
• partialdruck von 0,13 bar.
• Die Verdunstung von Bromaerosolen bewirkt einen
  Wärmeentzug. Die ermittelte
• Temperatur liegt bei -8 C. Dadurch sinkt der
  Sättigungspartialdruck auf 0,05 bar,
• im Gasraum sind lediglich 80 kg Brom enthalten.
• Das kalte Brom/Luftgemisch (Dichte ca. 1,6
  kg/m3) fließt innerhalb von
• 10 Sekunden aus der Türöffnung. Die
  Emissionszeit unter Zugrundelegung des
• Luftwechselfaktors 5/h ergäbe 720 s.

25
Beispiel Gefahr durch eine Freisetzung von
Brom aus einer Polyproduktionsanlage 7/11

• II. Abgrenzung von Dennoch-Störfällen (obere
  Grenze)
• 3. Schritt Rechnung der Ausbreitung anhand
  spezifischer
• Bedingungen in der Anlage und der Umgebung
• Ausbreitungsrechnung nach VDI 3783 mit der
• ungünstigste Wetterlage (Ausbreitungsklasse 1,
  stabile Schichtung mit
• Inversion in 20 m Höhe, Windgeschwindigkeit v
  1 m/sec)
• mittlere Wetterlage (Ausbreitungsklasse 2
  indifferente Schichtung ohne
• Inversion, Windgeschwindigkeit 3 m/sec)
• Zur Berücksichtigung der Umgebung des
  Freisetzungsortes
• (von Produktionsgebäuden eingeschlossene
  Werksstraße in Ausbreitungs-
• richtung) Umgebungsmodellierungen durch hohe
  Windparallele Schlucht
• (3,7m hoch, 4,2m breit) nach Ergänzungsblatt
  III zu VDI 3783-2

26
Beispiel Gefahr durch eine Freisetzung von
Brom aus einer Polyproduktionsanlage 8/11
27
Beispiel Gefahr durch eine Freisetzung von
Brom aus einer Polyproduktionsanlage 9/11
28
Beispiel Gefahr durch eine Freisetzung von
Brom aus einer Polyproduktionsanlage 10/11

• Ermittlung der Gefährdungsbereiche
• Bei den Planungen zur Gefahrenabwehr (Ermittlung
  der
• Gefährdungsbereiche) muss mit einer
  Überschreitung des
• Störfallbeurteilungswertes in Abständen bis ca.
• 4000 m bei ungünstigster Wetterlage bzw. mit
• 1000 m bei mittlerer Wetterlage gerechnet
  werden.

29
Beispiel Gefahr durch eine Freisetzung von
Brom aus einer Polyproduktionsanlage 11/11
Hinweis Die Ergebnisse der spezifischen
Ausbreitungsrechnung ergeben weitere Abstände im
Vergleich mit den unter Punkt I.3 ver- wendeten
Nomogrammen. Dies liegt im wesentlichen an der
unterschiedlichen Normierung auf die Bezugsdosis
von 30 ppm x min (bei den Nomogrammen) und auf
die Spitzen- konzentration von 0,5 ppm (bei den
Ausbreitungsrechnungen). Ein weiterer Beitrag
liefert die unterschiedliche Ausbreitungsart Den
Nomogrammen liegt ein dichteneutrales
Ausbreitungs- modell zugrunde, die spezifische
Betrachtung des o.g. Störfallab- laufszenariums
legt eine Schwergasausbreitung zugrunde. Dies
hat insbesondere Auswirkung auf das
Ausbreitungsverhalten im Nahbereich.
30
Welche Erwartungen erwecken die Risikodiskussion?

• Transparentes Verfahren auf wissenschaftlich
  technischer Basis (ingenieurgerechte Denkweise)
• Verknüpfung mit ökonomischen Optimierungsstrategie
  n zur Kostensenkung
• Dokumentationsfreundlichkeit für interne und
  externe Berichts- und Nachweispflichten
• Ergebnisse sind gut kommunizierbar und können mit
  anderen Risiken gesellschaftlicher Tätigkeiten
  verglichen werden
• Nachweis der Risikostreuung, d.h.
  Industrie/Betrieb wird aus der öffentlichen
  Diskussion entlastet. Damit ist Akzeptanz und die
  positive Wirkung auf den Share-Holder-Value
  verbunden

31
Risiko Rechenformel

• R P x S
• Wahrscheinlichkeit (P)
• Wirkungen (S)
• Exakte Rechenwerte oder Parametrisierung
• Systematischer Untersuchungsverlauf

32
QRA benötigt Szenarien

• Rückwärtsbetrachtung (z.B. Individuelles
  Todesrisiko)
• Vorwärtsbetrachtung (z.B. Behälterversagen)

33
Bestandteile szenarischer Betrachtungen
MAK- Geruchs- LCL0 Wert schwelle LC50,
etc.
Stoffdaten
Quellkonfiguration
Toxizität
Verfahrens- Austritts- Wetter-
Orographie daten
impuls daten
S C H Ä ? D E N
Quellterm Ausbreitung
Einwirkung (Austritts-
(Transport
auf Schutz- bedingungen)
in Luft und objekte

Wasser)
Austritts- Massen-
Ausbreitungsmodell
Explosivität zustand strom
Parameter
Brennbarkeit
Explosions- Zündgrenzen modell
34
Datenqualität (Unsicherheiten)

• Methodische Grenzen
• Nachhaltigkeit
• Risikogrenzwert
• Singularität der Daten (Identität von erfassten
  und verwendeten Daten)

• Stand der Technik
• Soft-Data (SMS)
• Expertenschätzung
• Erfassung komplexer Abläufe, z.B. DE
• Erfassung komplexer Anlagenstrukturen
• Datenbiografie
• Human Factor

35
Beispiel Quellterm Behälterversagen

• Stand der Technik (Faktor 10)
• Management
• Statistik und Singularität

36
Unschärfe bei Störfallablaufszenarien
37
Beispiel Toxische Wirkung

• Biologische Varianz
• Sondergruppen
• Datenverfügbarkeit

38
Unschärfe bei Störfallablaufszenarien
39
Schematischer Vergleich
SA Mk GZM Inventar (max)
lg Masse kg
-1 0 1 2 3
Vernünftiger Ausschluß DS 1 DS
2
lg N (Todesopfer)
0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9
Datenunsicherheit (Faktor 100)
lg f (Wahrscheinlichkeit) a-1
Qualitatives Maß für die Wahrscheinlichkeit
40
Gruppenbildung

• Halbquantitative Ansätze
• Artefakte, hohes Maß an Konventionen
• Systematische Untersuchung bleibt erhalten

41
Anwendungsbereiche von QRA

• Optimierung von Designalternativen im
  Planungszustand
• Optimierung von Investitionsentscheidungen für
  SHE
• Optimierung von Inspektionssystemen (RBI)
• Ermittlung von Domino-Effekten
• Bewertung von SMS
• Überwachung der Ansiedelung in der Nachbarschaft
  von gefährlichen Industriebetrieben (LUP)
• Festlegung von Gefahrgutwegen

42
Facit

• Methode der QRA ist Stand der Technik
• Entscheidend ist die spezifische Datenqualität
• QRA muß in das gesellschaftliche Normengefüge
  passen
• QRA kann in Teilsystemen erfolgreich eingesetzt
  werden
• QRA und andere Methoden ergänzen sich

43
Ende
44
(No Transcript)
45
(No Transcript)