Het komt voor dat je temperatuurgevoelige stoffen wilt opslaan in verticale opslagtanks die samen een tankput delen. Volgens de PGS 29-richtlijn voor de bovengrondse opslag van brandbare vloeistoffen moet elke opslagtank voorzien zijn van een eigen koelsysteem. Op die manier wordt het risico verkleind dat brand in de omgeving leidt tot escalatie bij de opgeslagen stoffen. In de praktijk blijkt dat de PGS 29 oplossing robuust en conservatief is. Binnen de richtlijnen biedt een performance based koelsysteem een efficiënt alternatief, stellen Jort Kramer en Roel Steenbergen.
Volgens de PGS 29 moeten opslagtanks zijn voorzien van een eigen stationaire koelvoorziening tegen opwarming door een externe brand. Het opwarmen van de opslagkans kan leiden tot escalatie zoals uitbreiding van de brand of een explosie. De stationaire koelvoorziening moet zijn uitgelegd volgens de NFPA 15. En deze schrijft een koelcapaciteit van minimaal 10,2 l/min.m2 voor. Dit is een ‘one-size fits all’ voorschrift. Maar het is volgens de PGS 29 ook mogelijk om ‘perfomance based’ de koelcapaciteit te bepalen.
Wat is ‘performance based’ koelen?
Performance based koelen houdt in dat voor elke specifieke situatie wordt bepaald wat het minimale koeldebiet is. Het is dus essentieel dat alle onzekerheden in de werking van het systeem worden onderzocht. Voor het koelen van tanks met temperatuurgevoelige stoffen is één randvoorwaarde dat de inhoud niet opwarmt tot boven de ‘temperature of no return’ (hierna TNR). Gebeurt dit wel, dan zal een run-away scenario optreden.
Een tweede voorwaarde is dat de temperatuur van de tankwand onder de zelfontbrandingstemperatuur van de stof blijft. Boven het vloeistofniveau in de tank kan zich een explosieve damp vormen. Bij een te hoge temperatuur van de tankwand zou de damp kunnen ontsteken met een mogelijke explosie tot gevolg.
Het opstellen en doorrekenen van een performance based koelsysteem biedt de mogelijkheid om een kleinere installatie aan te leggen, of de bestaande installatie (deels) te hergebruiken. Het ontwerpen van een effectief koelsysteem is, naast een goede blusmethode, benodigd om temperatuurgevoelige stoffen veilig op te slaan.
Praktijkvoorbeeld
In het volgende voorbeeld is uitgegaan van een fictieve tank met een diameter van 8 meter en een hoogte van 10 meter. De tank is voor 50 procent gevuld met een temperatuurgevoelige stof. In de tankput brandt deze koolwaterstof, de modellering is gedaan door de conservatiefste uitgangspunten uit de API 521 te hanteren.
In figuur 1 is het temperatuurverloop van de tankwand en de tankinhoud gemodelleerd. Het duurt maximaal 45 minuten voordat deze tankputbrand geblust is. Tijdens deze 45 minuten mag de temperatuur van de opgeslagen stof (geel) maximaal 55 °C worden en de temperatuur van de tankwand (blauw) moet onder de 400 °C blijven.
Figuur 1. Opbouw temperatuur van de tankwand en inhoud over tijd de tijd.
Bij het ontwerpen van een effectief koelsysteem is het belangrijk dat niet alleen gekeken wordt naar de hoeveelheid koelwater, maar ook de snelheid van inschakelen. In figuur 1 is te zien dat de tankwand (blauw) na 92 seconden de grens van 400 °C overschrijdt. Dit betekent dat de koeling in minder dan 1,5 minuut na het detecteren van de brand effectief de tankwand moet koelen. Wordt dit gedaan, dan blijkt uit figuur 2 dat met een debiet van 2,5 l/min.m2 een situatie ontstaat die binnen de geschetste grenzen blijft. De temperatuur van de tankinhoud (geel) blijft onder de 55 °C (rode stippellijn) en de temperatuur van de tankwand komt niet boven de 400 °C (blauw).
Figuur 2. Effect van de koeling met een debiet van 2,5 l/min.m2.
Met 2,5 l/min.m2 water koelen is dus net voldoende om een run-away scenario of explosie te voorkomen. In figuur 3 is het effect van de koeling met een debiet van 2,8 l/min.m2 gemodelleerd. Hierin is te zien dat de het koeldebiet in eerste instantie niet voldoende is om de onderste meter van de tank te koelen (zwarte stippellijn). Naarmate de tankwand verder afkoelt, verdampt steeds minder koelwater en blijft steeds meer koelwater over. Na 5 minuten wordt ook de onderste meter van de tankwand gekoeld. De opwarming van de opslagen stof gaat nu minder snel en is minder kritisch geworden.
Figuur 3. Effect van de koeling met een debiet van 2,8 l/min.m2.
Conclusie
Performance based koelen is een manier om zo efficiënt mogelijk om te gaan met het beschikbare blus- en koelwater. Zolang detectie en koeling snel en efficiënt samenwerken, is het mogelijk om met een ‘beperkte’ capaciteit hetzelfde te bereiken als met de geldende ontwerprichtlijnen. In deze casus is te zien dat minder dan 33 procent van het voorgeschreven koeldebiet nodig is om de tank effectief te koelen. Een koelsysteem met een lager debiet maar een korte inschakeltijd leidt in dit geval tot een gelijkwaardig niveau van veiligheid.
ing. Jort Kramer, projectingenieur industriële veiligheid, ingenieurs- en adviesbureau Antea Group
ing. Roel Steenbergen, senior adviseur industriële veiligheid, ingenieurs- en adviesbureau Antea Group
Volg Brandveilig op LinkedIn
Ontvang het laatste nieuws omtrent brandveiligheid!
Mis niets. Meld je aan en ontvang wekelijks onze nieuwsbrief. Ruim 7.500 vakgenoten gingen je al voor.
