Riskutredning Författare: Daniel Roos Datum: 2016-06-20 Kontaktuppgifter: AB Sandvik Materials Technology; 81181 Sandviken E-post: daniel.roos@sandvik.com Sammanfattning Riskutredning av en tankstation för tankning av vätgas till fordon uppförd på fastighet Sestaden 4:1. Några risker har noterats och bedömts med avseende på sannolikhet och konsekvens, men alla risker har bedömts vara små. Vätgas är brandfarligt och kan antändas i ett stort blandningsintervall. Gasens snabba diffusionshastighet gör att den mycket snart späds ut till icke-brännbara halter. Det föreligger ingen risk för markförorening vid utsläpp av vätgas. Mängden gas som vid ett givet tillfälle befinner sig i hela det totala systemet (inkluderande AGAs produktionsanläggning) är knappt 100 kg och är således inte underställd Seveso-lagstiftningen. Tankning med gas är avsevärt mycket säkrare än tankning med vätskor Samtliga säkerhetsavstånd som beskrivs i TSA 2015 (anvisningar för tankstationer) uppfylls med god marginal. Riskbedömning har gjorts på ett antal scenarier som alla bedömts som små. Scenarierna är: o Påkörning Den trycksatta delen av anläggningen kommer att befinna sig ett antal meter från vägen bakom ett staket och ett vägräcke. Sannolikheten bedöms som liten. o Gasläckage Vätgas kan komma att läcka ut från kompressorstationen eller från kopplingen till fordonet, men anläggningen har kontinuerlig egenkontroll av läckage och innan varje tankning görs läcktest av kopplingen till fordonet. Sannolikheten bedöms som liten. o Tankning av vätgas med högt tryck till fel fordon Gaskopplingarna är standardiserade utifrån typ av gas och trycket de klarar och passar bara till rätt sorts fordon. Sannolikheten bedöms som liten. o Skadegörelse Den trycksatta delen av anläggningen befinner sig på instängslat område och är byggd för att försvåra skadegörelse. Dispensern är inte trycksatt annat än under tankning och inför varje tankning görs ett läcktest. Konsekvensen ur säkerhetssynpunkt av skadegörelse bedöms som liten. o Plötslig brand, Explosion Sannolikheten bedöms som liten för brand och mycket liten för explosion. Konsekvensen vid brand är huvudsakligen att intilliggande träd kan antändas. Det är viktigt att ett säkerhetsavstånd hålls öppet mot uppväxande skog. Konsekvensen av explosion bedöms som relativt liten då mängden gas som skulle kunna bilda ett explosivt gasmoln är begränsad och avståndet till tex utövare på fotbollsplanen är tillräckligt stort.
1 Bakgrund Målet med riskbedömningen är utreda riskpåverkan förknippad med planerad markanvändning. I ovanstående ingår att efter behov ge förslag på förebyggande åtgärder. Denna riskutredning har utförts som en del av säkerhetsarbetet i och med att en ny tankstation för vätgas skall uppföras på nuvarande fastighet, sestaden 4:1 i Sandviken. Stationen kommer att uppföras i ett samarbete mellan Sandvik, Sandvikens Kommun och AGA Gas. AGA kommer att vara ägare av drift och underhåll av stationen, men marken kommer att ägas av Sandvik. Tankstationen kommer att vara obemannad. Brukare kommer i första hand vara Sandvikens Kommun, Sandvik, Sandviken Hus och Sandviken Energi, men stationen är tänkt att vara publik och tillgänglig för allmänheten. Förväntad förbrukning är från 2019 och framåt 18 000 kg vätgas per år. 2 Omfattning Syftet med riskanalysen är att uppfylla kraven i Plan- och Bygglagen (2010:900) gällande beaktande av risker vid planering av markanvändning. I riskbedömningen belyses risker förknippade med plötsliga skadehändelser som brand, explosioner med livshotande konsekvenser, d.v.s. risker som påverkar personers liv och hälsa. Omfattningen av riskanalysen är nybyggnationen av vätgasstationen i enlighet med gällande norm för biogas och vätgastankstationer, TSA 2015. Tankning av vätgas ingår inte i utredningen så när som på risken för övertrycksättning av ett fordon. 3 Vätgasens egenskaper Säkerhetsdatablad med information om vätgas finns att hämta på www.aga.se. Tabell 1 Fysikaliska egenskaper vätgas Densitet gas, 15 C, 101,2 kpa 0,0852 [kg/m³] Molekylvikt 2,01 [g/mol] Relativ densitet i luft gas, 15 C, 101,2 kpa 0,07 [-] Explosionsgränser i luft 4-77 [Volyms%] Självantändningstemperatur 101,3 kpa 560 [ C] Temperaturklass Explosionsgrupp T1 IIA
Vätgas är en lättantändlig gas. Brännbar blandning med luft är 4 77 %. Vätgas brinner med en het låga, men den avger samtidigt väldigt lite värmestrålning så risken för sekundär antändning är liten. Gasens låga densitet gör att den inte får någon utbredning i markplanet. All gas som kommer ut i atmosfären kommer att stiga rakt upp och utgör ingen allvarlig risk för den som befinner sig i närheten. Gas som läcker diffunderar snabbt till icke brännbara blandningar. Det finns ingen risk för markförorening vid läckage av vätgas. Gasen diffunderar ut i atmosfären. 4 Teknisk beskrivning Anläggningen börjar där pipelinen som försörjer Sandviks industriområde med vätgas från AGAs fabrik i Sandviken skär Sätragatan. Huvudkomponenter är: i) avstick med avstängning från pipeline, ii) bufferttank, iii) kompressor, iv) högtryckslager, v) kylanläggning samt vi) dispenser/tankningsmunstycke.
Bufferttank Kompressor (med högtryckslager) Dispenser Trycket i pipelinen är 12 bar. Efter avsticket från pipelinen sitter en kulventil för avstängning, en tryckbegränsning och en bufferttank om ca 20 m³. Bufferttankens funktion är att förhindra att kompressorn vid full drift temporärt sänker trycket i pipelinen nedströms. Trycket i bufferttanken begränsas till 8 bar. I den efterföljande kompressorn höjs trycket till 900 bar och lagras i det stationära gaslagret. Kompressorn är en kolvkompressor med fem trycksteg. De stationära gaslager består av tre bankar, lågmellan- och högtrycksbankar, om 20x50 liter. Från högtryckslagret går gasen via en kylare till dispensern och till fordonet. I högtryckslagret finns maximalt 40 kg gas. I bufferttanken finns maximalt 14 kg. Totalt är mängden gas inom anläggningen maximalt 54 kg. Räknar man även med den mängd gas som i en given tidpunkt ligger i pipelinen så är mängden ytterligare ca 40 kg. Gränsen för att anläggningen ska räknas som Sevesoverksamhet går vid 5 ton. 4.1 Tankning Tankning till fordon sker till ett temperaturkompenserat maximalt tryck som motsvarar 700 bar vid
15 C. Tankning kan ske till både 700 bars tryck och till 350 bar. Personbilar använder 700 bar medan bussar och fordon med hybridlösningar mellan batteri och vätgas använder 350 bar. Tankning påbörjas normalt genom att flöda gas från lågtrycksbanken för att sedan växla till mellantrycksbanken och sedan till högtrycksbanken för att på så sätt spara komprimeringsenergi. Om behovet finns men trycket i gaslagret inte är tillräckligt stor kan tankning ske direkt ifrån kompressorn. 4.2 Säkerhet vid tankning Generellt sett är tankning med gas betydligt säkrare än tankning med konventionella vätskeformiga bränslen. Det beror på att det är en nyare teknik som tagits fram i en tid med ett mer utvecklat säkerhetstänk. Anslutningen är utformad så att den bara går att kopplas till ett fordon med rätt trycktankar. I anslutningen finns en jordning som medför att statisk elektricitet inte kan utgöra en risk för antändning. Styrsystemet i kompressorstationen gör först ett läcktest för att kontrollera att kopplingen till fordonet är tät. De flesta fordon har en IR-port i tankmunstycket, vilket möjliggör kommunikation under tankningen med tankstationen för att förmedla fordonets tankstorlek och gasens temperatur. Detta görs för att kompressorstationen ska kunna genomföra tankning på optimalt sätt. Kompressorstationen följer sedan tankningen under tiden som gasen strömmar in i fordonet för att säkerställa att inget läckage uppstår och för att se att tryckhöjningen följer normalt mönster. Flödeshastigheten, med tillåtna max- och min-värden, mäts under tankning för att inte ett slangbrott eller en igensatt koppling ska kunna äventyra säkerheten. När givet maxtryck i fordonet uppnåtts avbryts tankningen. Resterande tryck i slang och koppling evakueras tillbaka till kompressorstationen på betryggande avstånd från användaren. 5 Beskrivning av omgivningen Anläggningen är placerad intill idrottsanläggningen vid Göransson Arena. Det är mycket öppet i omgivningen, vilket innebär god ventilation. Förhärskande vindriktning är sydvästlig, vilket är gynnsamt ur spridningssynpunkt eftersom inga känsliga byggnader eller verksamheter ligger nordost om stationen. Säkerhetsavstånd: Kapitel 5.3 i TSA 2015 "Avstånd mellan tankstation och verksamhet utanför anläggningen" anger säkerhetsavstånden till: 25 m för "Byggnader i allmänhet, antändbart material eller brandfarlig verksamhet", 50 m för "Stor brandbelastning" och 100 m för "Utgången för svårutrymda lokaler" Det finns inga nära grannar, närmaste byggnad är en lagerlokal 65 m från högtryckslagret, vilket inte i TSA 2015 bedöms som en svårutrymd byggnad. Närmaste boendehus är ca 150 m från högtryckslagret.
Jernvallens lokaler räknas som svårutrymda eftersom de är avsedda att inrymma publik, men avståndet är mer än 150 meter till närmaste hörn där en nödutgång finns placerad. Vätgastankstationen utgör försumbar risk för utövare på de intilliggande fotbollsplanerna. Avståndet till gasförande utrustning är, med hänsyn taget till vätgasens diffusionshastighet, stort. Förhärskande vindriktning är sydvästlig. Kontentan är att inte ens ett stort läckage skulle komma att påverka det området. All gashanteringsutrustning förutom själva dispensern kommer att vara instängslad och placerad på den intilliggande fastigheten Jernverket 5:2. Dispensern kommer att vara placerad på en tankstationsö tillsammans med en kortbetalningsstolpe. Dispensern är endast trycksatt under det att tankning pågår, efter godkänt läcktest. 6 Riskbedömning Tankstationen är i nästan alla avseenden mycket lik en tankstation för biogas varför tankstationsanvisningar, TSA 2015, har använts som utgångspunkt. De huvudsakliga skillnaderna mot en
anläggning för biogas är det högre trycket på vätgasstationen och att klassningsplanerna inte är desamma. När det gäller det högre trycket på vätgasanläggningen så är det bara högre efter kompressorn, in till kompressorn är det precis samma utrustning som på en biogasstation. Vätgaskompressorn är placerad i en färdig kompressorcontainer med all styrning och reglering Inbyggd. Den är CE-märkt enligt maskindirektivet och direktivet för tryckbehållare och tillverkad av Linde Gas GmbH i Österrike. Den är provkörd och testad i sin helhet innan leverans. Vätgasdispensern är även den CE-märkt och tillverkad av Linde Gas. Kompressorcontainer och vätgasdispenser är förbundna med ett söm- och skarvlöst rör som med god marginal klarar det höga trycket, särskilda anslutningar används till kompressorcontainern och till dispensern. Kompressorstationer av den här typen finns i ett 50-tal ute i världen, framför allt i Japan där de används relativt mycket. 7 Resultat Några punkter för hela anläggningen beaktas särskilt i det här projektet, trots att de mycket väl uppfyller kraven från TSA 2015. 7.1 Scenario 1 - utrustning skadas av påkörande fordon Endast buffertlager, dispenser och kompressorcontainer är placerade ovan mark, rör ligger under markytan. Dispensern är placerad på en dispenser-ö med kanter för skydd mot påkörning, i enlighet med TSA 2015 och reglerna för biogasdispensrar. Kompressorcontainern och bufferttanken skyddas av extra påkörningsskydd och är dessutom placerade bakom staket för att förhindra att trafik någonsin kommer i närheten. Totalt sett anses risken för skada från påkörande fordon som låg men inte obefintlig. Om en skada på utrustningen inträffar så ett läckage uppstår finns ett automatiskt nödavstängningssystem som stoppar anläggningen och försätter den i felsäkert läge. 7.2 Scenario 2 - Gasläckage Gasen är mycket lättare än luft och stiger därför mycket snabbt uppåt och blandas ut till en ofarlig nivå. Läckage utomhus kan vara mycket svårdetekterade i och med att gasen försvinner uppåt så snabbt men sådana läckage kan detekteras via tryckövervakning i systemet. Kompressorstationen har en process för självkontroll av läckage där den med jämna mellanrum sektionerar utrustningen och trycktestar delarna. Vid dispensern kan endast mycket begränsade gasläckage ske eftersom styrsystemet alltid trycktestar kopplingen mot fordonet för att detektera om läckage finns. Även under tankningen följer styrsystemet tankningsprocessen. Skulle ett oväntat läckage ske stängs tillförseln till dispensern av. Gastuberna i högtryckslagret är stadigt förankrade. Ett spontant läckage skulle inte få ett så våldsamt förlopp att tuber skulle kunna slita sig från kompressorhuset. 7.3 Scenario 3 - Tankning av vätgas med högt tryck till fel fordon Vätgasdispensern har särskilda munstycken av samma typ som tankningsmunstyckena för biogas men med geometriskillnader som omöjliggör anslutning till ett biogasfordon. Tydlig skyltning och
uppmärkning med Hydrogen, Vätgas och adapter förbjuden gör att risken för övertrycksättning av fordon avsett för annat bränsle anses vara liten. 7.4 Scenario 4 - Skadegörelse Den enda delen av anläggningen som står öppet och tillgängligt är tappstället/dispensern. Den är å andra sidan inte trycksatt förutom under tiden som tankning pågår. En skada som tillfogats dispenserns munstycke eller slang skulle upptäckas under den första delen i tankningsprocessen som är läckagetest. All övrig gashanteringsutrustning kommer att stå bakom staket. Högtryckslagret befinner sig i en container som är låst med förreglingar som gör att utrustningen försätter sig i felsäkert läge om de bryts. Delar som skulle vara känsliga för medvetet sabotage har placerats så att de är svåra att komma åt. Till exempel måste hela högtryckslagret dras ut ur containern med gaffeltruck för att komma åt ventiler vid service. Det skulle alltså vara svårt att åstadkomma ett så våldsamt förlopp att en gastub skulle kunna slita sig från sin förankring. Om skadegörelse ändå sker på utrustningen så ett läckage uppstår finns ett automatiskt nödavstängningssystem som stoppar anläggningen och försätter den i felsäkert läge. 7.5 Scenario 5 Plötslig brand, explosion Vid allvarlig skadegörelse, eller för den händelse att utrustningen skulle komma att bli påkörd, finns säkerhetssystem som förhindrar att gas I någon större utsträckning ska kunna läcka ut. Om ett läckage oväntat skulle uppstå på grund av tekniskt fel bör det inte kunna få ett våldsamt förlopp och även små läckage kan upptäckas av säkerhetssystemet. Om vätgas ändå skulle komma att läcka ut i större omfattning är det inte givet att antändning sker. Även om antändning sker är det inte sannolikt att det leder till en explosion. Vid en vätgasbrand bildas en koncentrerad låga vars omfattning beror av mängden gas per tidsenhet som läcker ut. Riktningen är delvis beroende av vätgasens tryck och mynningens riktning, men på grund av gasens låga densitet kommer flamman att böja av uppåt mycket snarare än andra gaser. Brinnande vätgas släcker man inte med vatten. Stryps tillflödet av vätgas självdör lågan, vilket sker snabbt eftersom vätgasen har så hög diffusionshastighet att en icke-brännbar blandning snart uppnåtts. Viktigare är att säkra att intilliggande träd inte antänds och riskerar skogsbrand. TSA 2015 anger inget säkerhetsavstånd till träd, men det vore klokt att inte låta omkringliggande skog växa upp för att undvika sekundär antändning. Om gasen inte antänds bildas ett snabbt diffunderande gasmoln. Detta skulle kunna antändas senare och ge upphov till en snabb förbränning, en explosion. För att få en detonation krävs en jämnt fördelad stökiometrisk blandning (2 delar vätgas och en del syrgas), vilket naturligtvis inte spontant uppstår vid ett vätgasläckage. Mängden tillgänglig gas vid tankstationen är begränsad. En gasläcka i pipelinen skulle snart avta på grund av det låga trycket. En hastig gasläcka i något av de tre högtryckslagren (det får anses ytterst osannolikt att ett läckage skulle uppstå i flera lager samtidigt) i kompressorstationen skulle maximalt släppa ut 13 kg vätgas. Gasens höga diffusionshastighet gör dessutom att gasmolnet snart späds ut till icke-brännbara förhållanden. Riskanalys[1] utförd på vätgasfabriken vid Ringhals kärnkraftverk visade med teoretiska beräkningar utbredningen av ett gasmoln och tryckvåg av en explosion som skulle kunna uppstå vid läckage av en av deras vätgastankar. Beräkningarna visade sannolikheten för att 1 % av en population skulle drabbas av trumhinneruptur (trumhinnan är det organ som är känsligast för tryckförändringar) vid en explosion orsakad av ett gasmoln. Till grund för beräkningarna var mängden gas som läckte ut, hur snabbt gasen läckte ut och avståndet till gasmolnets centrum. Beräkningarna visade att sannolikheten för trumhinneruptur var < 1 % på avstånd över 50 m. Avståndet från kompressor till fotbollsplanerna är ca
50 m. Den största skillnaden för motsvarande beräkningar på vätgastankstationen i Sandviken är att mängden gas i Sandviken som mest skulle vara en tiondel av mängden som var tillgänglig på Ringhals. Beräkningarna simulerades i markplanet med en radiell tryckvågsutbredning, men gasmolnets huvudsakliga utbredning skulle vara uppåt, vilket ger en lägre tryckvåg i markplanet. Sammantaget räcker avståndet till fotbollsplanerna för att ett vätgasmoln, om det skulle uppstå, inte ska utgöra någon allvarlig risk för de som vistas där. Referenser [1] A. Deimer, Riskanalys av vätgas och vätgasfabriken vid Ringhals, ISRN: LUTVDG/TVBB--5040 SE, Lunds Tekniska Högskola, 2000