Kwantitatieve risicoanalyse (QRA)

Kwantitatieve risicoanalyse (QRA) Maarten Bekaert – [email protected] Maarten Bekaert - [email protected] 10 Oktober 2013

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

10 Oktober 2013 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

2

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


3

Algemene Principes van een QRA


4

Definitie QRA

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


5

Wat is QRA? Wat kan er mis gaan? Gevaarsidentificatie

Hoe vaak? Analyse Frequenties

Hoe groot? Analyse Gevolgen

Wat betekent dit? Analyse risico’s Wat te doen? Risicoreductie 10 Oktober 2013 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

6

Stroomschema QRA 1 Familiarisation and Data Collection (System Description)

2 Hazard Identification and Accident Case Development

4 Frequency Analysis

3 Background Data Collection and Analysis

5 Consequence Analysis

6 Risk Calculation

7 Risk Criteria

8 Risk Assessment

10 Risk Mitigation

11 Report Production and Results Presentation 10 Oktober 2013 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

7

9 Iterative Calculation

QRA - kwantificeringsgrootheden n

 risico = Σ ( effect i x kans i ) i=1

 plaatsgebonden risico (PR) : is de kans dat een persoon op een bepaalde plaats in de buurt van een Seveso-inrichting overlijdt ten gevolge van een zwaar ongeval in die inrichting, wanneer deze persoon zich gedurende één jaar permanent en onbeschermd op die plaats zou bevinden.

 groepsrisico (GR): Het groepsrisico is de kans (per jaar) dat een aantal personen in de omgeving van een Seveso-inrichting gelijktijdig omkomt ten gevolge van een zwaar ongeval binnen die inrichting.


8

PR-contouren 604 000 10-3

10-8

Ystvi k Buhaug

10-7

603 000 Tømmerdal

Vollen Sagli Myra

Lia

Buslette

10-6

10-4

Ledal

602 000 Bergheim

10-5

Veiset

Lidarheim

601 000

- IR ter hoogte van plaatsje Ystvik - = 5.0 x 10-9 per jaar - IR ter hoogte van administratiegebouw - = 5.1 x 10-7 per jaar - Maximale waarde IR - = 4.2 x 10-3 per jaar (in Plant) - IR-ranking

N

Soetra Dromnes Primary School & Community house

W

E

Alsted Vesterheim Østrem

600 000

S

Bjorkli

0

1000m SCALE

590 000 10 Oktober 2013 13000

14000

© Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

15000

16000

17000 9

18000

Slide 9

Resultaten groepsrisico  fN-curve 1.0E-02

Total Methanol Plant Gas Receiving Storage/Jetty Pipelines

1.0E-03 1.0E-04 Kans op > N doden per jaar (F)

1.0E-05

1.0E-06 1.0E-07 1.0E-08

 ranking

1

10

100

Aantal doden (N) 10 Oktober 2013 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

10

Slide 10

Doelstellingen QRA  Aanleveren van objectieve meting van risico veroorzaakt door een activiteit  Identificeren scenario’s van zware ongevallen met grootste bijdrage aan risico’s

 Optimaliseren van risicoreducerende maatregelen  Ondersteunen van besluitvorming risico-aanvaardbaarheid (in kader van ruimtelijke ordening)


11

Wanneer een QRA zinvol ?  Wettelijke verplichting

 Goede praktijk voor hoog risico bedrijven, maar niet vereist voor - niet hoge drempel Seveso-bedrijven - Transport gevaarlijke stoffen - …

 Ondersteuning ruimtelijke ordening vraagstukken  Ondersteuning besluitvorming - Selectie tussen opties naar kostoptimalisatie toe - Review van veiligheidskritische beveiligingen - locatiekeuze


12

Identificatie van de scenario’s


13

Plaats in QRA stroomdiagram 1 Familiarisation, and Data Collection. (System Description)

2 Hazard Identification (Accident Case Development)


3 Background Data, Collection and Analysis


6 Risk Calculation

7 Risk Criteria

8 Risk Assessment

9 Iterative Calculations

10 Risk Mitigation


11 Report Production and Results Presentation 14

Enkele belangrijke begrippen  Gevaar - LPG is licht ontvlambaar, explosieve gas/lucht-mengsels mogelijk

 Loss of containment (LOC) - lekkage uit pijpleiding benedenstroom van een 100 ton tank met LPG onder druk

 Scenario -

25 mm gat in pijpleiding met 75% C3 / 25% C4 bij 25°C en 10 bar geïsoleerd in 10 minuten faalfrequentie 5 x 10-5 per jaar


15

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


16

LOC’s Handboek Faalfrequenties 2009  Alle apparaten worden bestudeerd (wel soms preselectie van meest relevante installaties via subselectiesysteem): -

Opslagtanks/transporteenheden Pompen/compressoren warmtewisselaars Leidingen Verlading via flexibels/laadarmen …

 voorbeeld van ongevalsscenario’s met betrekking tot drukvaten: -

Breuk 10 minuten uitstroming Groot middelgroot klein lek


17

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


18

Modelleren van de gevolgen


19

1 Familiarisation and Data Collection (System Description)

QRA stroomdiagram





6 Risk Calculation

7 Risk Criteria

8 Risk Assessment

10 Risk Mitigation

11 Report Production and Results Presentation


20


Berekenen van de gevolgen

Lek

Dispersie

Ontsteking

 Dispersie van toxische producten  Warmtestraling bij branden  Overdruk bij explosies 10 Oktober 2013 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

21

Brand/Explosie

Gevolgenberekening  Brontermberekening

(kg of kg/s)

 Plasvorming  Plasverdamping  Dispersie  Schade bepaling - toxische belasting - Overdruk (explosiemodellen) - Warmtestraling (brandmodellen)

 Noot: diverse technische richtlijnen van toepassing (flash and spray, toxiciteitsprobits, magazijnbranden, …) en bijkomende verduidelijking via Q&A’s , te vinden op website van dienst VR  Noot: voor iedere stap in de gevolgenberekening worden in Vlaanderen diverse modellen gebruikt (voor een overzicht TWOL Onderzoek modellen – dienst VR) 10 Oktober 2013 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

22

Theorie: bronterm  Vaten: -

Instantaan 10 minuten lekken

Vessel

Vessel

Orifice Released material

Released material

•

leidingen -

Vessel

leidingbreuk lek 10% diameter

Released material Pipe

Rupture point

•Karakteristieken: -

druk, temperatuur, medium, gatgrootte, tijd, fase


23

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


24

Schade-effecten  toxische belasting  warmtestraling  overdruk

 Jet Fire (fakkel)

 Inhalatie

 Pool Fire (plasbrand)  Flash Fire (wolkbrand)  Fireball (vuurbal), BLEVE  Explosie


25

Toxische belasting  Probit-functie - Pr = a +b ln ( C n t)

 1% letaliteit = 10 minuten blootstelling aan 300 mg/m3 chloor = 2 minuten / 550 mg/m3 chloor = 10 minuten / 70 mg/m3 fosgeen = 10 minuten / 130 mg/m3 NO2 = 5 minuten / 4700 mg/m3 koolmonoxide


26

Warmtestraling  In wolk/vlam: 100% letaal letsel door vlamcontact  daarbuiten: stralingsintensiteit probit-relatie of single value criteria

 kritische niveaus: - 35 kW/m2: ontsteking van gebouwen, 100% doding - 10 kW/m2: 1% doding (ongekleed)


27

Voorbeeld fakkelbrand Zone letaliteit

b a

fakkel

x

puntbron

Gevarenzone is een ellips, afgebakend tot een minimumwarmtestralingsniveau (voor 1% doding 10 kW/m2) 10 Oktober 2013 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

28

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


29

Bepalen van de kans van voorkomen


30

Plaats in stroomdiagram

1 Familiarisation and Data Collection (System Description)





6 Risk Calculation

7 Risk Criteria

8 Risk Assessment

10 Risk Mitigation

11 Report Production and Results Presentation 10 Oktober 2013 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

31


TIJDSTIPPEN WAAROP FAALKANSEN WORDEN GEBRUIKT IN EEN QRA

 Initiële gebeurtenissen  Vervolgkansen  Aanwezigheidskansen


32

INITIELE GEBEURTENISSEN

 Falen van mechanische componenten - faalfrequenties - faalkansen per aanspraak

 Voorkomingskans van een gebeurtenis (brand, etc.) - magazijnbrand - tankbrand


33

VERVOLGKANSEN

 Kans op een uitstromingsrichting  Kans op direkte ontsteking  Kans op laattijdige ontsteking  Kans op een wolkbrand versus gaswolkexplosie


34

AANWEZIGHEIDSKANSEN

 Scenario-specifieke gegevens  Populatiegegevens  Meteocondities  Ontstekingsbronnen


Bepaling van de kans van voorkomen - Handboek Faalfrequenties, opgesteld door LNE (Vlaamse Overheid) 2009. - (Verplicht) gebruik omwille van uniformiteit tussen verschillende OVR’s.


36

Berekenen van de risico’s


37

QRA Stroomschema 1 Familiarisation and Data Collection (System Description)





6 Risk Calculation

7 Risk Criteria

8 Risk Assessment


10 Risk Mitigation

11 Report Production and Results Presentation


38

QRA - kwantificeringsgrootheden  risico = Σ ( effect i x kans i )

 plaatsgebonden risico (PR), voorheen IR

 groepsrisico (GR)

 wel: meewegen van omgevingsinvloeden


39

Omgevingsinvloeden  Meteo - weerstations in Vlaanderen

 Ontstekingsbronnen - punt/lijn-bronnen voor vertraagde ontsteking: - fakkel, fornuis, schip, trein, auto, hoogspanningskabels, area

- oppervlaktebronnen: plants, bevolkingsgebieden - of vaste ontstekingskasen

 Bevolking - ‘passende’ nauwkeurigheid

 voor alle 3: onderscheid dag/nacht


40

Plaatsgebonden Risico  Plaatsgebonden individueel risico

 Permanente blootstelling  Voorgesteld in de vorm van “isorisicocontouren”

 Criterium Locatie

IRC (risico /jaar)

Grens van de inrichting

10-5

Grens van een gebied met woonfunctie 10-6 Grens van een gebied met kwetsbare locatie 10-7


41

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


42

Risico bijdrage  Toont bijdrage aan risico’s van de scenario’s

Risico’s

 Target risico reductie op belangrijkste bijdrages

Bijdrage aan risico’s 10 Oktober 2013 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

43

Hoe worden risicocontouren bepaald?

Plant

stad


44

Lek freq. Wind prob. Doding

f Pw PD

PR op punt

=

f × Pw × PD


Plant

stad


45


f Pw PD

PR op punt

=

f × Pw × PD


Plant


f Pw PD

PR op punt

=

f × Pw × PD ontvlambaar? Onstekingskans Pign

stad

IR op punt

=

f × Pw × PD × Pign


46


Explosie

Plant

stad


47


Plant

Toxische stoffen Lek freq. f Wind prob. Pw doding PD PR op punt =

stad

f × Pw × PD 10 Oktober 2013 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

48

Hoe worden risicocontouren bepaald– volledig overzicht Voor alle:  Gebeurtenissen  Gridpunten

 Weerstypes  Scenario’s


49

Hoe worden fN curves bepaald?

Plant

stad


50

Hoe worden fN curves bepaald?

Plant

Lek freq. Wind prob. doding Pop blootgesteld

f Pw PD N

dan: aantal doden Ni = PD × N

stad N

Freq. van Ni . fi = f × Pw “F-N paar” (fi, Ni)


51

Hoe worden fN curves bepaald – volledig overzicht

1. Som fi voor elke Ni = fN 2. Voor elke Ni sommeer fN voor N ≥ Ni = FN 3. Plot FN vs. N (log-log) 10 Oktober 2013 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

52

Voorbeeld van een FN Curve Frequency per year of N or More Fatalities

1.0E+0

INTOLERABLE

1.0E-1

Base Case 1.0E-2

1999 Case

1.0E-3

2010 Case

1.0E-4 1.0E-5

ALARP REGION

1.0E-6

NEGLIGIBLE

1.0E-7 1.0E-8 1.0E-9

1 10 Oktober 2013 © Det Norske Veritas AS. All rights reserved.

10

100

No. of Fatalities (N) 53

1000

Een kritische blik op QRA’s in Vlaanderen


54

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


55

Vaststellingen/moeilijkheden  Gebruik van de risicoresultaten - Risicocriteria of risiconormen? - Geen uniforme lijn tussen de vergunningverlenende overheden - Keuze van representatieve stoffen (vb opslagmagazijnen/tankenparken) leidt tot voorwaarden in vergunning

 Risicoberekeningen - Onzekerheden op de berekende risicolijn - Maatregelen: meestal enkel gevolgbeperkende maatregelen eenvoudig door te rekenen - Al dan niet toepassing van risicoreductie op de faalkansen - Vrijheid voor de deskundige rond aantal parameters/modellen (unificatieproces lopende bij dienst VR) - Gebruik van historische data zegt niks over de toestand van de installaties - Veiligheidsbeleid/beheer en management systemen maken geen onderdeel uit van QRA en wordt beschouwd als cruciale factor


56

Vaststellingen/moeilijkheden  Organisatorisch -

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


57

Valkuilen  QRA-studies: geen absolute waarheid/risicolijn  Veel onzekerheden  Belangrijke verschillen tussen de bureau’s met erkende deskundigen - Andere inzichten - Andere risicosoftware

 Relativiteit van de uitkomst en aldus toetsing aan absolute criteria


58

Safeguarding life, property and the environment www.dnv.com


59

Kwantitatieve risicoanalyse (QRA)

Recommend Documents