Schutz von Personen, Umwelt und Material
Was kennzeichnet das Gefährdungspotenzial von
Industrieanlagen?
Ulrich Hauptmanns
1. Mitteldeutsches Symposium Anlagensicherheit am 22. März 2012 im Kulturhaus Leuna
Woher stammt das Gefährdungspotenzial
in der Industrie?

Energie



Physikalisch (z.B. druckverflüssigtes Gas, fallender
Gegenstand, Kernreaktion)
Chemisch (z.B. durchgehende Reaktion, brennbares Gas,
Sprengstoff)
Toxizität


Chemotoxizität
Radiotoxizität
2
Wie kann sich das Gefährdungspotenzial
konkretisieren und zur Gefährdung werden?

Brand

Explosion

Toxische Freisetzung

Direkte mechanische Einwirkung
3
Warum und wo können sich Gefährdungspotenziale konkretisieren?

Durch technisches und/oder menschliches Versagen
sowie durch umgebungsbedingte Gefahrenquellen

innerhalb eines Betriebsbereichs als Personen-,
Umwelt- und Sachschäden

außerhalb eines Betriebsbereichs als PersonenUmwelt- und Sachschäden
4
Gegenmaßnahmen innerhalb des
Betriebsbereichs: Arbeitsschutz (1)

technische Maßnahmen

Einsatz gefährdungsarmer Technik bzw.
ungefährlicher Stoffe

Änderung der Technologie

Automatisierung


5
Arbeitsschutz (2)

organisatorische Maßnahmen


Arbeitsschutzmanagement (Festlegung von
Verantwortlichkeiten, Unterweisungen etc.)

Änderung des Arbeitsablaufs, des Arbeitsinhaltes
und der Aufgabenverteilung
6
Arbeitsschutz (3)

personenbezogene Maßnahmen


Benutzung persönlicher Schutzausrüstungen

Schilder, Warnsignale

Beschäftigte qualifizieren und unterweisen
7
Einschätzung der Wirksamkeit der
Maßnahmen – Tödliche Arbeitsunfälle
8
Vergleich: Exponentieller Verlauf Räuber-Beute Modell
M
9
Arbeitsunfälle in der Chemie: 1970-1988: Sättigungswert 18,8; 1990-2003: Sättigungswert 8,6
Abschätzung für Haushalt, Spiel und Freizeit:
8,6 je Million Stunden
10
Nutzen der Modellbetrachtung
Die Modellbetrachtung zeigt, dass

jede Vorgehensweise ihre Grenzen findet,

vor Erreichen der Sättigungsgrenze jeder
Zugewinn mit sich steigerndem Aufwand
erarbeitet werden muss und

es dann besser ist, über grundlegend neue
Vorgehensweisen nachzudenken (Paradigmenwechsel).
11
Wie sicher ist sicher genug?

Dies ist keine naturwissenschaftlich technische
Fragestellung, aber Naturwissenschaftler und
Ingenieur müssen sich am Finden der Antwort
unbedingt beteiligen.

Hinter dieser Suche nach einem Maßstab verbirgt
sich der Wahrscheinlichkeitscharakter des
Sicherheitsbegriffs.

Denn: absolute Sicherheit gibt es nicht.
12
Abschlussbemerkung vor Übergang zum
Schutz Dritter

Im Arbeitsschutz geht es in der Regel um direkte
Einwirkungen auf den Menschen und seine
Umgebung, da Quelle und Schutzobjekt räumlich
nahe beieinander liegen.

Deshalb lassen sich die Folgen relativ gut abschätzen. Dies gilt für


Dauerbelastungen und
Unfallsituationen
13
Fragen zum Schutz Dritter

Geht es um den Schutz Dritter, so stellen sich
Fragen wie




Eintrittshäufigkeit von Störfällen
Art und Umfang der Exposition
Vergleichbarkeit der Auswirkungen
Angemessene Abstände
14

Was tut man um Eintrittshäufigkeit und
Auswirkungen von Störfällen zu mindern?
Auslegung nach dem Stand der Technik/Sicherheitstechnik





Vermeidung oder Substitution von besonders gefährlichen Stoffen
Verringerung der Inhalte von Apparaten und Vermeidung großer
Puffervolumina
geschickte Festlegung der Verfahrensparameter, insbesondere
hinsichtlich Druck, Temperatur und Konzentration, so dass
Gefährdungspotentiale inaktiv bleiben
geeignete Standortwahl unter Berücksichtigung der Infrastruktur
etc.
15
Vierstufiges Sicherheitskonzept„Mindern“ und „Lindern“
Stufe 1 Normaler Betrieb mit Halten der eingestellten
Sollwerte
Stufe 2 Störungsbeherrschung mit Alarmierungen und
Abschaltungen
Stufe 3 Schadensvermeidung mit Noteingriffen und
Schnellabschaltungen zur Vermeidung des Verlassens des bestimmungsgemäßen Betriebes
Stufe 4 Gefahrenabwehr mit Maßnahmen der Schadensbegrenzung, falls Stofffreisetzungen eintreten.
16
Schadensmaßstäbe und Vergleichbarkeit

Das „klassische“ Konzept von Grenz- oder Referenzwerten, z.B. für Druckspitzen, Wärmebelastung,
toxische Dosen, ist binär


„akzeptabel“
„nicht akzeptabel“
und deshalb leicht handhabbar, aber realitätsfern.
Unterschiedliche Schadensarten lassen sich nicht
miteinander vergleichen.
17
Größere Realitätsnähe durch Anwendung des Probit
Konzepts
Das Probit-Konzept verbindet die Intensität einer Belastung mit
der Wahrscheinlichkeit für einen Schadenseintritt
PSchaden
1

2
Y 5
 x2 
 exp   2  dx    Y  5
Y  15, 6  1,93  ln p 0
Platzen des Trommelfells
Y  77,1  6,91  ln p 0
Tod
18
Probit Konzept - Schaden durch Überdruck
19
Probit Konzept - Schaden durch Wärmeenergie
20
Das Störfallrisiko von Industrieanlagen

ist direkt (aus Erfahrung) nur schwer abzuschätzen, da
die Zahl der Störfälle erfreulich gering ist.

Setzt man „Störfallanlage“ gleich „Störfallanlage“ so
kann man der ZEMA mit Hilfe einer „Nullfehler
Bayes-Statistik“ ableiten, dass die erwartete
Häufigkeit für eine Störfall mit Todesfolge außerhalb
der Anlage etwa 10-6 pro Jahr beträgt.

In der Regel, und um Aussagen über etwaige
Schwachstellen zu erhalten, bleibt nur die analytische
Risikoermittlung.
21
Ablauf einer analytischen Risikoermittlung
Anlagentechnische
Untersuchung:
Häufigkeit von
Freisetzungen,
Bränden
und
Explosionen
Quellterme:
Randbedingungen für
toxische
Freisetzung,
Brände
und
Explosionen
Atmosphärische
Ausbreitung:
zeit- und
ortsabhängige
Konzentrationen;
Ausbreitung von
Druckwellen,
VCE,
BLEVE
Toxische
Belastung,
Belastung
durch
Druckoder
Wärmeenergie:
bedingte
Todeswahrscheinlichkeiten
Häufigkeit und
Schadensausmaß
werden
zum
Risiko
zusammengefaßt
22
Das Risiko besteht mithin aus zwei
Elementen

der erwarteten Eintrittshäufigkeit eines
Schadensereignisses


und
dem mit dem Schadensereignis verbundenen
Schadensumfang.
23
Ereignisabläufe

Sowohl für die Abläufe innerhalb der Anlage als
auch für diejenigen außerhalb werden dabei

Szenarien erdacht
Das sind mögliche Entwicklungen der Zukunft, die
aufgrund beobachteter Ereignisse sowie des Wissens
und der Vorstellungskraft des Sicherheitsanalytikers
erdacht werden.
Sie werden in Ereignisablaufdiagrammen dargestellt.
24
Ereignisablaufdiagramm für die Freisetzung einer Dampfwolke mit Eintrittswahrscheinlichkeiten für die Verzweigungen
0,02
0,02
Weglänge > 1000 m
0,6
Explosion
0,23
Dampfwolkenfreisetzung
0,39
100<Weglänge<1000
m
0,98
0,4 Brand/ Feuerball
Wolkezzzzzzzzzzzzzzzzz
zzzzzzzz
0,6
Weglänge < 1000 m
0,153
Explosion
0,358
0,61
Weglänge < 100 m
0,4 Brand/ Feuerball
0,239
25
Zur Quantifizierung der Ereignisabläufe
benötigt man

ein Anlagenmodell, um die erwartete Häufigkeit eines
Störfalls abzuschätzen mit

Wahrscheinlichkeiten für die Entwicklung der
Störfallfolgen
sowie Eingangsdaten (im wesentlichen aus Beobachtungen).

Modellrechnungen und experimentelle Ergebnisse, um
den Schadensumfang abzuschätzen.
26
Explosion oder Gaswolkenfeuer bei Freisetzung von 756 kg
Methan aus einer Biogasanlage/Behältervolumen 1500 m3 –
Gaswolkenfeuer wahrscheinlicher wegen Drucklosigkeit
27
Abgerissener Rotorflügel (kin. Energie 125,4
MJ; pot. Energie 71,8 MJ) - Trümmerflug
28
Weggesprengter Turbinenläufer - Trümmerflug
29
Ortsbezogenes Risiko aus einer Freisetzung aus dem
Behälter einer Biogasanlage (756 kg Methan)
Erwartete Häufigkeit für Behälterversagen: 50∙10-6 a-1
30
Ortsbezogenes Risiko – Freisetzung ca. 100 kg Phosphin (alle Leckgrößen in einer Leitung DN 80)
31
Belegung eines
Geländes von 160000
m2 mit Produktionen
und Lagern verschiedenen Typs (Bezeichnungen gemäß
4. BImSchV)
Gesamtes ortsbezogenes Risiko im Abstand
von 500 m: 1,6.10-5 a-1
Erforderlicher angemessener Abstand:
950 m bei einem gesamten ortsbezogenen
Risiko von 4,7.10-6 a-1
Acetylen
Benzol
Ethylen
Toluol
Wasserstoff
Schwefelwasserstoff
Chlor
Brom, Chlor
Chlorwasserstoff, Fluor
Fluorwasserstoff, Jod
32
Maßstäbe für die Beurteilung von Risiken

Vorschlag für Risikogrenzwerte

ortsbezogenes Risiko (entspricht Individualrisiko bei
24h Aufenthalt am betreffenden Ort):
10-6 a-1, wie in den Niederlanden

Kollektiv- oder Gruppenrisiko: Schweiz mit
Vergleichsfaktoren für Umwelt- und Sachschäden
33
Risikogrenzwerte für das Kollektiv- oder
Gruppenrisiko im Kanton Zürich
Beispiel: Störfallwert 0,3
10 Tote
50 Millionen SFr
0,5 km2 Flusswasseroberfläche
0,1 km2 Bodenkontamination
Beispiel: Störfallwert 0,9
1000 Tote
5000 Millionen SFr
-------- Flusswasseroberfläche
100 km2 Bodenkontamination
Bemerkung: 10 Verletzte
= 1 Toter
34
Schlußfolgerungen

Es gibt geeignete Methoden, um Gefährdungspotenziale und Risiken von Industrieanlagen abzuschätzen

Vergleiche zwischen chronischen und Unfallrisiken,
auch in unterschiedlichen Anlagen, sind möglich

Die Gesellschaft und damit die Politik ist aufgerufen,
Bewertungsmaßstäbe zu entwickeln, wie es sie in
anderen Ländern bereits gibt.
35
Abschluss

Über den wichtigen Punkt der Unsicherheiten bei der
Ermittlung von Risiken habe ich bewusst nicht
gesprochen, damit ein interessanter und wichtiger
Punkt für die Diskussion bleibt.

Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit und
freue mich auf Fragen und Diskussionsbeiträge.
36

Dr. Hauptmanns: Schutz von Personen, Umwelt und Material