CSB-Klassikfallanalyse – Unfall mit Leckage eines Chemiktankers der Free Industry Company, die öffentlichen Gewässer verschmutzt wurden

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CSB-Klassikerfallanalyse – Unfall durch Leckage von Chemikalien in Tanks der Free Industry Company, die zu Verschmutzung des öffentlichen Wassers führte. Tang Bin 1. Website von Tianjin Just Safety Enterprise Management Consulting Co., Ltd.: www.justsafety.com.cn. Telefon: 13802084672. E-Mail: tangbin@justsafety.com.cn. He Chen 2. Shanghai Yu Rui Business Consulting Co., Ltd. Schlagwörter: Tankleckagen, Chemikalien, Integritätsmanagement, U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board (CSB). Zusammenfassung: Dieser Artikel analysiert auf der Grundlage der Untersuchungen des U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board den Unfall durch Leckage von Chemikalien in Tanks der Free Industry Company, der zur Verschmutzung des öffentlichen Wassers führte. Dabei werden die Ursachen für die Verschmutzung des Wassers aus Sicht des Versagens der Tanks sowie des Eindringens der Chemikalien in den Elk River untersucht. Zudem werden Möglichkeiten erörtert, wie das Sicherheitsmanagement der Tanks verbessert werden kann. Einführung: Am 9. Januar 2014 besuchte der Beauftragte des Umweltschutzamtes des US-Bundesstaates Westvirginia die Anlagen zur Lagerung und Transport von Chemikalien der Firma Free Industries in Charleston, der Hauptstadt des Bundesstaates. Der Besuch diente dazu, den von Bürgern gemeldeten Geruch von Chemikalien in diesem Gebiet zu untersuchen. Der Aufsichtsbeauftragte stellte fest, dass aus den oberirdischen Tanks in Bereich 396 Chemikalien austraten. Es handelte sich um eine Mischung aus Methylcyclohexan-Methanol-Verbindungen und Polyethylenglykol-Ethern. Labortests ergaben, dass der Hauptbestandteil Methylcyclohexan-Methanol-Verbindungen waren. Die Chemikalien drangen durch 2 kleine Löcher im Boden des Tanks 396 aus. Sie sickerten in den Kies und den Boden um den Tank herum ein. Aufgrund von Rissen in den Feuerschutzwällen, die ursprünglich dazu dienten, Lecks im Tank zu verhindern, sowie aufgrund von Löchern, die durch mangelnde Wartung entstanden waren, konnten die Chemikalien über diese Feuerschutzwälle in den Fluss gelangen. Die Untersuchung ergab außerdem, dass ein Teil der ausgetretenen Chemikalien über unterirdische Kanäle am Boden des benachbarten Tanks in den Fluss gelangte. Unter Druck der Umweltschutzbehörde ergriff die Free Industry Company umgehend Maßnahmen, um die Lecks unter Kontrolle zu bringen, die ausgelaufenen Chemikalien zurückzugewinnen und eine weitere Verschmutzung zu verhindern. Allerdings sind etwa 37,9 m³ an Methylcyclohexan-Methanol-Rohstoffen in den umliegenden Boden sowie in den Elk River eingedrungen und fließen mit dem Fluss nach unten bis zu den Eingängen der öffentlichen Wasseraufbereitungsanlagen im US-Bundesstaat West Virginia – etwa 2,4 km flussabwärts von der Free Industries Company. Da die Ausrüstung der öffentlichen Wasseraufbereitungsanlagen nicht in der Lage ist, alle Mengen an Methylcyclohexan-Methanol aus dem Wasser zu entfernen, wird das Trinkwasser im Verteilungssystem verschmutzt. In jener Nacht verschickte das öffentliche Wasserversorgungsunternehmen eine „Verbotskundmachung“ an 93.000 Kunden – rund 300.000 Einwohner betroffen –, wodurch zahlreiche Geschäfte, Schulen und Einrichtungen des öffentlichen Sektors geschlossen werden mussten. Die Notaufnahmen der örtlichen Krankenhäuser nehmen zahlreiche Patienten auf, die unter Symptomen wie Übelkeit, Hautausschlag, Erbrechen, Bauchschmerzen und Durchfall leiden. Die Behörden für öffentliche Sicherheit empfehlen den Einwohnern, in den nächsten 4 bis 9 Tagen den Verzehr von Leitungswasser sowie das Baden einzuschränken. Einige Anwohner gaben an, dass selbst nach dem erforderlichen Spülen der Leitungen einige Wochen nach dem Leck ein deutlicher unangenehmer Geruch im Trinkwasser vorhanden war. Auf Grundlage der Untersuchung des US-amerikanischen Ausschusses für Chemikalien Sicherheit und Gefahrenuntersuchung (CSB – Chemical Safety Board) zum Vorfall der Kontamination öffentlichen Wassers durch ein Leck in einem Chemikalientank der Firma Liberty Industries analysiert dieser Artikel insbesondere die Probleme im Zusammenhang mit dem Versagen des Tanks selbst sowie dem Versagen der Kontrollmaßnahmen nach dem Austreten der Chemikalien. 2. Verlauf des Unfalls durch Leckage eines Chemikalienlagers der Free Industry Company – Kontamination des öffentlichen Wassers 2.1 Hintergrund der Free Industry Company Die Free Industry Company wurde im Jahr 1992 gegründet und stellt spezielle Chemikalien für die Bergbau-, Stahl- und Zementindustrie bereit. Auf dem Gelände der Anlage in Charleston gibt es zwei computergesteuerte Lade- und Entladebereiche. Chemikalien wie Methylcyclohexan-Methanol, Calciumchlorid und Glycerin, die per Tankwagen zur Anlage gebracht werden, werden in unterirdischen Tanks vorübergehend gelagert und anschließend verkauft. Am 31. Dezember 2013 fusionierte die Free Industry Company mit dem Etowah River Terminal und erhielt das Eigentum an den 396 Behältern zur Aufbewahrung von Chemikalien. Neun Tage später kam es zu einem Chemikalienleck. Am Tag des Unfalls waren im Firmenregister 19 Mitarbeiter eingetragen, von denen 18 am Ort des Geschehens waren. Östlich des Werksgeländes befinden sich die Eisenbahnstrecke und die Barrow Avenue. Die Wohngebiete liegen direkt an der Südseite des Werksgeländes. Der Elk River fließt entlang der Westgrenze des Werksgeländes, wie in Abbildung 1 zu sehen ist. Das Gelände umfasst ein zweistöckiges Verwaltungsgebäude, Lagerhallen, einen Friedhof, eine Feuerpumpe, eine Fackel, Befüllanlagen für Kraftstoff, Trennvorrichtungen für Öl und Wasser, einen Anleger sowie 19 oberirdische Tanks und die dazugehörigen Produktleitungen. Unter ihnen wurde der Behälter für Unfallzwecke Nr. 396 im Jahr 1938 errichtet (siehe Abbildung 2). Seine geplante Speicherkapazität beträgt 174,9 m³. Nachdem die Free Industrial Company das Eigentum erworben hatte, wurde er zur Lagerung einer Mischung aus Methylcyclohexan-Methanol und Polyethylenglycolether verwendet. Am Tag des Unfalls enthielt der Tank Nr. 396 zu 88,5 % (im Massenverhältnis) Methylcyclohexan-Methanol als Rohstoff, zu 7,3 % (im Massenverhältnis) Polyethylenglykol-Ether sowie zu 4,2 % (im Massenverhältnis) Wasser. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeqcPic0yAxryvTlLbTeJV3iaiazbTFHCbQbWMOick8JRUWUY4MsuEIQJzXg/0?wx_fmt=png Abbildung 1: Anordnung der Chemikalienbehälter https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeC5t4x00NznsaVrZx5vVSy3K4nY8UiaTbYm5cgxvibEpgMvYILWRrkCew/0?wx_fmt=png Abbildung 2: Bild des Lagerbehälters nach dem Unfall von 396 2.2 Chemikalien, die im Zusammenhang mit dem Leckunfall standen 2.2.1 Rohes MCHM – Methylcyclohexan-Methanol-Rohstoff Im Lagerbehälter vom Unfall von 396 befand sich eine Mischung aus Rohem Methylcyclohexan-Methanol (abgekürzt Crude MCHM) sowie Polyglycol-Ethern (abgekürzt PPH, stripped). Die Rohstoffe für Methylcyclohexan-Methanol werden von der Firma Eastman Chemical hergestellt. Es handelt sich dabei um 6 verschiedene Verbindungen, wie in Tabelle 1 dargestellt. Davon weist 4-MCHM (d.h. reiner Methylcyclohexan-Methanol) den höchsten Anteil auf und ist auch der Hauptbestandteil, der in das Trinkwassersystem gelangt. Tabelle 1: Zusammensetzung der Rohstoffe für Methylcyclohexan-Methanol, hergestellt von Eastman Chemical Company. Name des Chemikals | Konzentrationsbereich
4-Methylcyclohexanemethanol | 68–89%
4-(Methoxymethyl)cyclohexanemethanol | 4–22%
Wasser | 4–10%
Methyl 4-methylcyclohexanecarboxylat | 4–10%
Dimethyl 1,4-cyclohexanedicarboxylat | 5%
Methanol | 1%
1,4-Cyclohexanedimethanol | 1–2%
Die Rohstoffe für Methylcyclohexan-Methanol werden hauptsächlich in Prozessen zur Reinigung von Kohle sowie zur Entfernung von Verunreinigungen eingesetzt. Bei der Verbrennung entsteht Umweltverschmutzung. Nach den Sicherheitsdatenblättern von Eastman Chemical soll der Körper dem unverdünnten Methylcyclohexan-Methanol ausgesetzt werden, da dies Unbehagen in den Augen und auf der Haut verursacht. Bei höheren Temperaturen können Dämpfe von Methylcyclohexan-Methanol ebenfalls Unbehagen in den Augen und den Atemwegen verursachen. Derzeit gibt es keine Testmethoden und Wertebereiche für die berufliche Exposition gegenüber Methylcyclohexan-Methanol. 2.2.2 Polyglykol-Ether (PPH, entfettet) 12 Tage nach dem Leck von Polyglykol-Ethern gab die Free Industry Company Informationen über eine weitere Substanz preis, die sich im Tank 396 befand – nämlich Polyglykol-Ether. Diese Substanz dient dazu, die Effektivität der Schwermetallabscheidung zu verbessern. Sie macht 7,3% des Inhalts des Tanks 396 aus. Laut den von Freedom Industries bereitgestellten Sicherheitsdatenblättern kann die Substanz zu schweren Haut- und Augenreizungen führen. Es handelt sich dabei um eine brennbare Flüssigkeit. 2.2.3 ShurFlot 944
ShurFlot 944 ist ein Produkt, das durch das angemessene Mischen von Ausgangsstoffen, deren Hauptbestandteil Methylcyclohexan-Methanol ist, sowie einer geringen Menge Polyethylenglycolether hergestellt wird. Laut dem Sicherheitsdatenblatt von Free Industrial Company besteht ShurFlot 944 aus Alkoholen, Ethylenoglykol-Ethern sowie Carbonsäureverbindungen. Das Produkt wird zur Flotationsmethode verwendet; es handelt sich um eine dunkelgelbe oder braune Flüssigkeit mit starkem Geruch. Ähnlich wie bei der Exposition gegenüber dem Ausgangsstoff Methylcyclohexan-Methanol kann ShurFlot 944 zu Unwohlsein der Haut, der Augen und der Atemwege sowie zu Übelkeit und Erbrechen führen. 2.3 Verlauf des Leckages Am Morgen des 9. Januar 2014 um 8:16 Uhr erhielt die Umweltschutzbehörde des US-Bundesstaates Westvirginia Meldungen über einen ungewöhnlichen Geruch in der Luft. Es wurde angegeben, dass der Geruch von den Produktionsanlagen der Firma Freedom Industries in Charleston ausging. Gegen 10 Uhr vormittags erhielt das 911-Notrufzentrum im County Kanawa ebenfalls Meldungen über einen ungewöhnlichen Geruch nach Chemikalien, etwa 0,8 km von der Free Industry Company entfernt. Der Beauftragte der Umweltschutzbehörde kam gegen 11:05 Uhr zu der Firma Free Industry, um sich mit dem Geschäftsführer zu treffen und das Problem des unangenehmen Geruchs in der Luft zu besprechen. Fast zur gleichen Zeit berichtete ein Mitarbeiter der Free Industrial Company dem Präsidenten von einem Leck im Lagerbehälter für das Rohmaterial Methylcyclohexan-Methanol. Der Vorstandsvorsitzende begleitete den Inspektor zu dem Tank mit der Nummer 396. Dort sahen sie, dass es zu einem Leck kam – das Wasser sammelte sich dort und bildete eine Fläche von 37,2 m². Die Tiefe des Wassers betrug etwa 7–10 cm. In der nordwestlichen Ecke des Flüssigkeitsbeckens fließt kontinuierlich Wasser in einen unterirdischen Kanal mit einem Durchmesser von etwa 30,5 cm. Gleichzeitig sickert Wasser unterhalb des Brandwalls des Tanks sowie aus inneren Öffnungen in den benachbarten Elk River. Nach dem Unfall eilte der Aufsichtsbeamte der öffentlichen Wasseraufbereitungsanlage in Westvirginia sofort zum Ort des Geschehens, um mehr Informationen zu erhalten. Anschließend berichtete er den Ermittlern der CSB, dass auf der Oberfläche des Elk River in der Gegend um den Leckpunkt eine auffällige Glanzbildung zu beobachten war. Um 11:56 Uhr wurde ihm mitgeteilt, dass das ausgetretene MCHM ein Koagulans sei. Gegen 13:30 Uhr teilte ein Mitarbeiter vor Ort, der möglicherweise von der Free Industrial Company oder einer Autoverkehrsfirma stammte, dem Aufsichtspersonal der öffentlichen Wasseraufbereitungsanlage mit, dass MCHM ein Schäumungsmittel und kein Koagulationsmittel sei. Anschließend schätzte die Umweltschutzbehörde den Ausmaß des Lecks auf etwa 3,8–18,9 m³. Gegen 14:00 Uhr bemerkten die Bediener der öffentlichen Wasseraufbereitungsanlage einen leichten unangenehmen Geruch im Wasser, das in die Aufbereitungsanlage floss. Auf der Grundlage der geschätzten Mengen an Leckagen sowie anderer bekannter Informationen entschied sich die öffentliche Wasseraufbereitungsanlage, auf Filterverfahren und Reinigungssysteme zurückzugreifen, um die durch die ausgelaufenen Chemikalien verursachten unangenehmen Gerüche zu beseitigen. Kurz nach 16:00 stellte die öffentliche Wasseraufbereitungsanlage fest, dass die Filter die Chemikalien im Wasser nicht vollständig entfernt hatten. Auch flussabwärts der Filter wurde ein unangenehmer Geruch festgestellt – das öffentliche Wasserversorgungssystem könnte somit bereits kontaminiert sein. Um 18:00 Uhr gab das öffentliche Wasserversorgungsunternehmen nach Beratung mit dem **Büro, dem Umweltschutzamt und der Behörde für öffentliche Gesundheit eine Verbotserklärung heraus. Um 21:30 Uhr an diesem Abend verkündete der Gouverneur von West Virginia, Tomblin, gegenüber der Öffentlichkeit den Ausnahmezustand. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSetJksUCufraoUYt8yAIlNfw64DCCcFPh9AyHybfIXkL8Z0cVmkUPpaQ/0?wx_fmt=png Abbildung 3: Zeitplan für die Notfallreaktion bei einem Leck
Tabelle 3: Analyse des Vorfalls – Auslaufen von Chemikalien aus Tanks der Free Industrial Company und Verunreinigung des öffentlichen Wassers
Um die Ursachen dafür zu ermitteln, dass Chemikalien aus den Tanks ausliefen und in den Elk River gelangten, führte das CSB-Ermittlungsteam eine umfassende Untersuchung der Tanks, der Brandwand sowie des umliegenden Bodens durch. Zudem wurden relevante technische Dokumente sowie Protokolle über Inspektionen der Tanks ausgewertet. 3.1 Analyse des Versagens des Speichertanks 3.1.1 Punktwäsche Der von API zertifizierte Inspektor führte eine innere und äußere Inspektion des Speichertanks, der bei dem Unfall Nr. 396 beschädigt wurde. Dabei stellte er fest, dass die Ursache für das Leck in zwei Löchern im Boden des Tanks lag – deren Durchmesser jeweils etwa 1,9 cm bzw. 1,0 cm betrug. Durch eine strukturelle Untersuchung von Proben des Tankmaterials wurde festgestellt, dass das Leck durch Pittingkorrosion entstanden ist. Dabei breitete sich die Korrosion von der Innenseite des Tankbodens in Richtung des Bodens aus, schwächte allmählich die Wanddicke und führte schließlich zur Entstehung eines Lochs. Außerdem gibt es in der Nähe der Behälterhülle weitere, ziemlich tiefe, isolierte Korrosionsstellen, wie in Abbildung 4 und Abbildung 5 zu sehen ist. Auf den Bodenplatten der benachbarten MCHM-Tanks (395, 397) treten ähnliche Korrosionsprobleme auf. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeovgRWT8oTV7Tc9iaASDuz20oa5L7wOhvQNVul9iaecxnAysMcexGYYsQ/0?wx_fmt=png Abbildung 4: Korrosionslöcher und -stellen im Boden der Lagerbehälter nach dem Unfall mit der Nummer 396 https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSecDozfJAEfOETgt2nMqUREpqakC2jVnE0XibxxNDHLwLUiahcuDUdFZaA/0?wx_fmt=png Abbildung 5: Ausmaß der Korrosion im Boden der Lagerbehälter nach dem Unfall mit der Nummer 396 Unter Korrosion versteht man in der Regel eine elektrochemische Reaktion zwischen dem Metalllegierungsmaterial und der Umgebung, wodurch das Strukturmaterial mit einer bestimmten Geschwindigkeit geschädigt wird. Punktverschleiß hingegen ist eine Korrosion, bei der sich in einem Punkt oder in einem sehr kleinen Bereich auf der Metalloberfläche tiefe Löcher bilden – in Form von Hohlräumen. In der Regel beginnt dieser Prozess an der oberen Oberfläche des horizontal liegenden Metalls und entwickelt sich in Richtung der Schwerkraft weiter; dabei kann er die gesamte Wandstärke durchdringen. Da Pitting im Allgemeinen lokal auftritt und die vertikale Korrosionsgeschwindigkeit in der Regel höher ist als die horizontale, ist das Problem des Pittings schwer zu erkennen. Der durch Pitting entstehende Rost bedeckt die Korrosionsstellen, wodurch sie im Prüfprozess schwerer zu erkennen sind. Obwohl auch die Bodenseite des Speichertanks von Korrosion betroffen ist, ist diese Korrosion im Vergleich zu der Punktkorrosion, die direkt zum Leckageunfall führte, nicht so schwerwiegend, wie in Abbildung 6 dargestellt. Eine Eigenschaft der Pitting-Korrosion ist, dass sie in der Regel von der Metalloberfläche ausgeht und sich in Richtung der Schwerkraft ausbreitet. Wie in Abbildung 6 zu sehen ist, gibt es auf der Innenfläche des Bodens des Behälters 396 deutlich sichtbare, einzelne Korrosionsstellen, die sich in Richtung der Wandstärke ausdehnen. Im Vergleich dazu sind die Korrosionsmerkmale auf der Bodenseite recht konstant: Es bilden sich sehr flache Einbuchtungen sowie eine Schicht aus Eisenoxid. Üblicherweise ist die Korrosionsgeschwindigkeit der lokal auftretenden Pittingkorrosion um ein Vielfaches höher als die allgemeine Korrosionsgeschwindigkeit auf der gesamten Metalloberfläche. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSek11YrbwESXgs5v6K2JibsaOQkQNqaG6eOT851I6RIlofWRTQA49f6yA/0?wx_fmt=pngAbbildung 6: Veränderungen der Wandstärke durch Korrosion der Bodenplatte des Speichertanks 3.1.2 Korrosionsrate Aufgrund der morphologischen Analyse der Korrosionsstellen auf der Bodenplatte des Tanks nach dem Unfall Nr. 396 lässt sich feststellen, dass die durchgehenden Korrosionslöcher von der Oberfläche der Bodenplatte ausgehen – und nicht von ihrer Unterseite. Das CSB-Ermittlungsteam beauftragte einen Experten für Speichertanks mit der Analyse der Korrosionsgeschwindigkeit. Obwohl wir erkennen, dass sich die Korrosionsrate ändert und es viele Unsicherheitsfaktoren gibt, ist unter Berücksichtigung der damaligen Forschungsergebnisse die beste und sinnvollste Annahme, dass die Korrosionsrate des Tanks 396 während seines Lebenszyklus konstant bleibt – nämlich bei 12,3 mpy (Mills pro Jahr). Der mögliche Bereich liegt dabei zwischen 10 und 15 mpy. Da es keine ursprünglichen Pläne und Dokumentationen für den Tank gibt, gehen Tankexperten davon aus, dass die ursprüngliche Bodenplatte des Tanks über 25 Jahre lang verwendet wurde. Im Jahr 1963 wurde sie durch eine 6,4 mm dicke, geschweißte Stahlbodenplatte ersetzt – die auch bei dem Leckageunfall verwendet wurde. Aufgrund des Zustands der Behälterbodenplatte nach dem Unfall schätzt der Behälterinspektor, dass die ausgetauschte Bodenplatte mindestens 25 Jahre lang genutzt werden kann. Zu einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Austausch der Tankbodenplatte wurde auf diese Polyvinylacetat aufgetragen, um Korrosionsschäden vorzubeugen; siehe Abbildung 7. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeogd5kdcYDPXLfFcRBKPWEdg6ekic9hwJTiau54VVIj3VvT7GRSXxRm6Q/0?wx_fmt=pngAbbildung 7: Zeitachse des Betriebs der Lagerbehälter im Zusammenhang mit dem Unfall von 396. 3.1.3 Überprüfung der Integrität der Lagerbehälter Die Ermittlungsgruppe der CSB stellte fest, dass die Free Industry Company keine angemessenen Verfahren für regelmäßige Inspektionen und Tests festgelegt hatte, um sicherzustellen, dass die oberirdischen Lagerbehälter sowie die damit verbundenen Anlagen ordnungsgemäß gewartet werden. Ein Teil des Grundes ist, dass es nur wenige regulatorische Anforderungen gibt, die Unternehmen dazu verpflichten, die oben genannten Wartungsverfahren für Tanks einzuhalten, und dass die Unternehmen diese Anforderungen auch nicht freiwillig befolgen. Free Industrial Company gab an, dass die MCHM-Tanks mindestens 10 Jahre vor dem Leckagesunfall im Januar 2014 nicht überprüft worden seien. Die Ermittlungsgruppe der CSB erhielt einen inoffiziellen Bewertungsbericht über die Tanks auf dem Gelände der Free Industry Company, insgesamt 2 Seiten lang, der im Dezember 2013 von einer externen Beratungsfirma erstellt wurde. Dieser kurze Bericht fasst die Ergebnisse der visuellen Inspektion der Tanks zusammen und weist darauf hin, dass an den Tanks 395/396/397 Verbindungsarbeiten durchgeführt wurden. Es werden jedoch keine Informationen über den Zustand des Inneren der Tanks bereitgestellt. Im Bericht heißt es: „Die oben genannten Tanks weisen ein gewisses Maß an struktureller Integrität auf, erfüllen aber nicht unbedingt die Standards von API653 und EPA.“ Ohne Modernisierungsmaßnahmen eignen sich diese Tanks nicht zur Lagerung von Erdöl und kontrollierten Produkten. Der Bericht empfiehlt, dass Unternehmen Pläne erstellen, um in den nächsten 5 Jahren von qualifiziertem Personal jede Lageranlage gründlich überprüfen zu lassen. Die Ermittlungsgruppe der CSB stellte fest, dass die Free Industry Company über kein System zur Verhinderung oder Erkennung von Leckagen verfügte, auch keine wirksamen Maßnahmen zur Eindämmung von Leckagen vorhanden waren. Zudem waren in den Tanks weder Anzeigen noch Messsysteme für den Flüssigkeitsstand vorhanden, sodass es nicht möglich war, den tatsächlichen Mengenverlust an MCHM zu ermitteln. Dadurch waren die Schätzungen bezüglich des Leckageausmaßes ungenau. Zu dieser Zeit gab es weder in Westvirginia noch auf Bundesebene Vorschriften, die eine Installation von Lecküberwachungssystemen in oberirdischen Tanks vorschrieben. 3.2 Ausströmung von MCHM in den Elk River: Nachdem MCHM durch Korrosionslöcher im Boden des Behälters nach dem Unfall im Jahr 1939 ausgetreten war, gelangte es auf zwei Wegen in den Elk River: (a) über die beschädigten Feuerwände ； (b) Durch den beschädigten Unterführungstunnel. 3.2.1 Geologische Analyse des Tankbereichs: Das CSB-Ermittlerteam beauftragte einen Geologen damit, die Eigenschaften sowie die Durchlässigkeit des Bodens unterhalb der Tanks von MCHM zu untersuchen. Es wurde festgestellt, dass die 10–15 cm dicke Schicht aus Kies am Boden der Tanks eine hohe Durchlässigkeit aufweist. Dadurch kann das Wasser schnell durch diese Kiesschicht dringen. Der Boden unter der Schotterbasis gehört zur Tonart; der minimale Permeationskoeffizient des Oberflächentons liegt unter 10-7 cm/s, was einer mittleren Permeabilität entspricht. Kies ist sehr durchlässig und bietet nur geringen Widerstand gegen den Flüssigkeitsfluss, wie in Abbildung 8 dargestellt. Auf der Grundlage der Größe der Leckstellen im Tank 396 schätzte das Ermittlungsteam der CSB die Geschwindigkeit, mit der Flüssigkeit vom Boden des Tanks in den Boden sickert, auf 11,5 GPM (Gallonen pro Minute – etwa 0,0038 m³ pro Minute). Daher sollte das Leck am 396er-Tank an der umliegenden Oberfläche beobachtet werden können oder das Erdreich um den Tank durchtränken. Allerdings gab keiner der Mitarbeiter der Free Industrial Company, die vom Untersuchungsteam der CSB befragt wurden, an, vor dem Tag des Unfalls irgendwelche Anzeichen für ein MCHM-Leck bemerkt zu haben. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeU14py4guRmVkP4GgkVHBqraXB6dLyeic0wzRRQLybpCr0Feibr733fMA/0?wx_fmt=png Abbildung 8: Schematische Darstellung des Durchlässigkeitswiderstands einer Schottergründung 3.2.2 Brandwall Um alle Behälter vor Ort verlaufen Ziegelmauerwerkswände, die im Falle eines Leckagevorfalls als Maßnahme zur Kontrolle von Überläufen dienen können. Im ersten Feuerschutzwall befinden sich die Tanks mit den Nummern 398–405, im zweiten Feuerschutzwall die Tanks mit den Nummern 393–397. Sie sind aus Ziegeln, Betonblöcken sowie gegossenem Beton errichtet worden. Die Konstruktion soll es ermöglichen, alle Stoffe aufzunehmen, falls alle Tanks vollständig zerbrechen sollten. Eine Betonwand zwischen dem Speichertank und dem Pumpenhaus trennt die beiden Brandwände voneinander. MCHM und PPH lecken weiterhin aus dem Boden des Tanks 396 und fließen zu einer niedrig gelegenen Stelle in der nordwestlichen Ecke des Brandwalls. Aufgrund von Vernachlässigung im Laufe der Jahre wurde die Struktur des Feuerschutzwalls beschädigt, wodurch das am Unfalltag ausgetretene MCHM durch die Beschädigungen im Feuerschutzwall entweichen konnte. Wie in Abbildung 9 zu sehen ist, weisen viele Teile der Feuerwände große Löcher und Risse auf, wodurch es nicht möglich ist, das ausgetretene Material unter Kontrolle zu halten. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeoLrC6HazRSAVWPvqibtYstSm7AgtqXcQXrSf7D2IxwGDDicHpKKPEzug/0?wx_fmt=pngAbbildung 9: Ort der Beschädigung des Feuerschutzwalls3.2.3 Das Entwässerungssystem für Regenwasser in der Tankanlage umfasst einen unterirdischen Rohrkanal aus Wellrohr mit einem Durchmesser von 30,5 cm. Dieser Kanal beginnt an der Nordostseite der Tankanlage, durchquert das Gebiet des Feuerschutzwalls und erreicht schließlich die Nordwestseite der Tankanlage – dort mündet er in den Elk-Fluss. Der Durchlass verläuft zwischen dem Tank 394 und dem Tank 395, etwa 9 m nördlich des Tanks 396. Abbildung 10 zeigt einen Querschnitt der unterirdischen Struktur des Durchlasses; die genaue Position des Eingangs des Durchlasses ist unbekannt. Der ausgetretene Teil des MCHM sickert in die Leitungen ein und fließt dort entlang, bis er an der Entlüftungsstelle oder am Ausgang außerhalb des Feuerschutzwalls ankommt, von wo aus er in den Elk River abfließt. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeSEf5au6XtCsl5SqMBfQJicHCym0MKqica9JkZIc22ibf6UXQPibAdsMcGg/0?wx_fmt=pngAbbildung 10: Schema eines unterirdischen Kanals 3.3 Empfehlungen der CSB-Untersuchungskommission (1) Die Eigentümer und Betreiber von Oberflächenbehältern in der Nähe von Wasserquellen sollten regelmäßige Überprüfungsverfahren sowie Maßnahmen zur kontinuierlichen Überwachung der Behälter und der Brandschutzwände einrichten, um die Integrität der Behälter sowie die Fähigkeit zur Bekämpfung von Leckagen zu überprüfen. Es sollte auch mit den örtlichen Wasserversorgungsunternehmen sowie den Notfallreaktionsbehörden koordiniert werden, um eine umfassende Kommunikation bezüglich der Eigenschaften der gelagerten Chemikalien, der Menge sowie der Toxizitätsinformationen zu gewährleisten. Dadurch kann sichergestellt werden, dass im Falle eines Lecks sofort auf diese wichtigen Informationen zugegriffen werden kann ； (2) Die Eigentümer und Betreiber von oberirdischen Tanks müssen die geltenden Verwaltungsvorschriften berücksichtigen und entsprechende Maßnahmen zur Vorbeugung und zum Schutz vor Leckagen umsetzen, um die potenziellen Risiken durch Leckagen in den Tanks sowie an den Brandschutzwällen zu verringern ； (3) Da die toxischen Eigenschaften vieler Chemikalien unbekannt sind, **müssen umgehend Maßnahmen ergriffen werden, um Quellen des Trinkwassers sowie die Öffentlichkeit vor den Auswirkungen dieser gefährlichen Chemikalien zu schützen.** Erhöhung der Häufigkeit der Überprüfungen von Chemikalienlagern in Gebieten in der Nähe von Wasserquellen sowie Verbesserung der Koordinierungsmechanismen zwischen den Notfallbehörden und den Gesundheitsbehörden ； (4) **Es sollten Richtlinien für die Bewertung von Wasserquellen festgelegt werden. Die öffentlichen Wasserversorgungsunternehmen sollen daher „Pläne zum Schutz der Wasserquellen“ erstellen, die die Eigenschaften der Wasserquellen, potenzielle Quellen von Umweltverschmutzung, Managementstrategien, die Überwachung der Wasserquellen sowie alternative Wasserquellen umfassen.** Das „Programm zum Schutz der Wasserquellen“ sollte mindestens alle 3 Jahre aktualisiert werden – oder dann, wenn es zu erheblichen Veränderungen bei den potenziellen Schadstoffquellen in dem betreffenden Gebiet kommt. 4. Die Lekage eines Chemikalienlagers der Free Industrial Company, die zu einer Verschmutzung des öffentlichen Wassers führte – Was können wir daraus lernen? Die Sicherheitsverwaltung von Lagertanks basierte ursprünglich auf einem Ansatz, der auf der Bewältigung von Unfällen beruhte: Nach einem Unfall wurden Maßnahmen zur Beseitigung des Schadens ergriffen sowie Notreparaturen vorgenommen. Zudem erfolgte eine regelmäßige Wartung in Abhängigkeit von der Nutzungsdauer des Tanks – wie in diesem Fall. Derzeit befinden sich die meisten Tanknutzer in unserem Land noch in dieser Phase, während im entwickelten Westen bereits ein umfassendes Integritätsmanagement auf der Grundlage vorhersehbarer Risiken und Zuverlässigkeit eingeführt wurde. Das Integritätsmanagementmodell stellt eine höhere Ebene der Verwaltung von Tanksystemen dar. Aus sicherheitstechnischer und wirtschaftlicher Sicht wird bei diesem Ansatz eine auf Risikobewertung ausgerichtete Integritätsverwaltung für Tanks durchgeführt. Durch die Analyse historischer Daten des Tanksystems können die Entwicklungen der Risiken vorhergesagt werden. Unter Berücksichtigung des Akzeptanzniveaus der Risiken werden anschließend gezielte Inspektionsstrategien sowie Maßnahmen zur Notfallbehandlung festgelegt. Dadurch erhalten die Entscheider eine Grundlage sowie eine Plattform für eine dynamische Überwachung und Entscheidungsfindung. 4.1 Die Risikobewertungs-API Publ 353 bietet eine quantitative Methode zur Risikobewertung von Tanks. Dabei werden die möglichen Leckagen im Tank, ihre Häufigkeit sowie die daraus resultierenden Folgen ermittelt. Anschließend wird das Produkt aus Häufigkeit der Leckagen und ihren Folgen verwendet, um den Risikowert zu bestimmen. 4.1.1 Häufigkeit von Leckagen in Tanks Die Häufigkeit von Leckagen in Tanks ergibt sich aus der Summe der Leckagehäufigkeiten der verschiedenen Komponenten wie der Bodenplatte des Tanks, des Tankkörpers, der Überlaufvorrichtungen sowie der zentralen Entwässerungsrohre bei Deckeltanks. Die Bestimmung der Leckfrequenz für die einzelnen Bewertungskriterien kann durch Anpassungsfaktoren an der Grundleckfrequenz vorgenommen werden. Die Referenzleckfrequenzen für die einzelnen Bewertungskriterien werden aus statistischen Daten ermittelt, wie in Tabelle 2 dargestellt. Aufgrund der unterschiedlichen tatsächlichen Betriebsbedingungen der jeweiligen Tanks hängen die Korrekturfaktoren von Faktoren wie der Nutzungsdauer des Tanks, der Korrosionsrate, der ursprünglichen Dicke, dem Prüfniveau und der Kategorie ab. Die mathematische Formel lautet: Leckfrequenz = Referenzleckfrequenz × Korrekturfaktor. Tabelle 2: Referenzzahlen für die Leckfrequenz von Speichertanks – Leckfrequenz je nach Typ des Versagens der Komponenten (Probleme pro Jahr). Anmerkungen: Kleine Lecks am Boden des Tanks: 7,2·10⁻³ – Schnelles Versagen: 2,0·10⁻⁵ – Kleine Lecks am Tankkörper: 1,0·10⁻⁴. Bei geschweißten Tanks: 1,0·10⁻³; bei genieteten Tanks: Schnelles Versagen: 4,0·10⁻⁶. Tanks, die nicht gemäß API 653 gewartet werden: 1,0·10⁻⁷. Tanks, die gemäß API 653 gewartet werden: Versagen der Zubehörteile: 1,0·10⁻⁵. Riss im Ablassschlauch auf der Oberseite des Tanks: 5,0·10⁻⁴. Normal geöffnete Ventile: Leckage durch Löcher mit einem Durchmesser von 3,175 mm: 2,0·10⁻². Riss in den Verbindungsstücken: 3,0·10⁻⁴. Normal geöffnete Ventile: Leckage durch Löcher mit einem Durchmesser von 3,175 mm: 3,0·10⁻². Riss im Ablassschlauch auf der Oberseite des Tanks: 5,0·10⁻⁶. Normal geschlossene Ventile: Leckage durch Löcher mit einem Durchmesser von 3,175 mm: 2,0·10⁻⁴. Riss in den Verbindungsstücken: 3,0·10⁻⁶. Normal geschlossene Ventile: Leckage durch Löcher mit einem Durchmesser von 3,175 mm: 3,0·10⁻⁴. 4.1.2 Folgen von Lecks in Speichertanks: Zu den Folgen gehören Umweltauswirkungen, also die Auswirkungen auf Boden, Gewässer und Ökosysteme ； Öffentliche Folgen bezeichnen die Auswirkungen auf die Sicherheit, Gesundheit sowie die Anlagen der Personen im Tanklager und in der Umgebung ； Unter geschäftlichen Folgen sind wirtschaftliche Verluste und ein Verlust des Ansehens zu verstehen. Die Berechnungsformel für den Wert der Folgen eines Lecks, LCV, lautet: LCV = ECOF·EWF + PCOF·PWF + BCOF·BWF. In der Gleichung steht ECOF für den Wert der Umweltauswirkungen ； PCOF ist der Wert der öffentlichen Folgen ； BCOF ist der Wert der geschäftlichen Folgen ； EWF, PWF und BWE sind die Gewichtungsfaktoren für die umweltbezogenen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Folgen. Ihre Werte liegen im Bereich von 0 bis 1. Sie werden in Abhängigkeit von der Wertorientierung sowie dem Risikoprofil des Unternehmens festgelegt. Zudem gilt: EWF + PWF + BWF = 1. Die Hauptfaktoren, die den Wert der Folgen eines Lecks beeinflussen, sind: Art und Menge des ausgetretenen Materials ； Bereich und Ziel der Leckageauswirkungen ； Bodenbedingungen, Recyclingfähigkeit der Materialien ； Schäden an Umwelt, Gesellschaft, Anlagen und Betrieb sowie Dauer der Schäden ； Bestimmte Umgebungsbedingungen, die die Folgen eines Lecks beeinflussen, darunter die umgebende Ökologie, die Bevölkerungsdichte sowie die Anordnung der Einrichtungen. Auf der Grundlage der Bestimmung der Häufigkeit von Tanklecks und deren Folgen werden die entsprechenden Risikowerte berechnet und das Risiko bewertet. Anhand des Risikoniveaus und der Verteilung werden gezielte Risikomanagementstrategien entwickelt, wie beispielsweise Überwachungsmaßnahmen für Objekte mit hohem Risiko, um das Gesamtrisiko wirksam zu kontrollieren. 4.2 Bewertung der Integrität
Die Bewertung der Integrität erfolgt auf der Grundlage der Risikobewertung. Dabei werden durch Untersuchungen mögliche Mängel in den Tanks ermittelt. Die festgestellten Mängel werden anschließend hinsichtlich ihrer Bedeutung bewertet, um sicherzustellen, dass das Risiko durch diese Mängel nicht zunimmt. Dadurch entsteht eine direkte Grundlage dafür, Maßnahmen zu ergreifen, um das Risiko zu verringern. 4.2.1 Methoden zur Behälterprüfung Die Behälterprüfung umfasst die Überprüfung des Behälterbodens, der Behälterwände, des Behälterdachs sowie der zugehörigen Zubehörteile. Dabei kommen hauptsächlich Routineinspektionen, Online-Prüfungen und Inspektionen nach Öffnen des Behälters zum Einsatz. Die routinemäßige Überprüfung erfolgt durch eine visuelle Inspektion, um festzustellen, ob es an den Speichertanks strukturelle Schäden gibt ； Die Online-Prüfung bedeutet, dass Methoden wie makroskopische Prüfung, Ultraschall-Dickenmessung und Akustische Emissionsprüfung ohne Produktionsunterbrechung angewandt werden ； Die Inspektion von Tanks erfordert deren Außerbetriebnahme, Entleerung, Öffnen sowie Spülung und Reinigung. Anschließend betreten die Prüfer den Tank, um verschiedene Tests durchzuführen. Dabei kommen hauptsächlich Verfahren wie Magnetfeldleckageprüfung, Ultraschallprüfung, Strahlenprüfung, Magnetpulverprüfung und Penetrantenprüfung zum Einsatz. Derzeit wird im Ausland hauptsächlich die Akustische-Emission-Technik eingesetzt, um online aktive Defekte an den Wandplatten von Atmosphärendruckbehältern sowie Korrosions- und Leckagezeichen auf den Bodenplatten zu erkennen. Die Methode der magnetischen Flussleckage dient zur regelmäßigen Erfassung von Korrosions- und Leckstellen an den Bodenplatten, während die Ultraschallprüftechnik zur Untersuchung der Behälterwand- und Deckplatten verwendet wird. Die Penetrantenprüfung kann Oberflächenfehler wie Leckagen und Risse recht empfindlich nachweisen. Die Vakuumbox-Prüfmethode kann zur Überprüfung nach der Reparatur von Tankböden sowie zur Erkennung möglicher Undichtigkeiten verwendet werden. Die Impuls-Eddy-Current-Methode ermöglicht es, die Wandstärke ohne Entfernen der Isolierschicht zu bestimmen. Außerdem können zur Erkennung kleiner Korrosionslöcher sowie Schweißfehler in den Speichertanks auch Druckluft, Seifenwasser oder Gasdetektoren eingesetzt werden. 4.2.2 Bewertungsmethoden Die Methoden zur Bewertung von Mängeln in Speichertanks umfassen hauptsächlich die direkte Bewertung der äußeren Korrosion, die direkte Bewertung der inneren Korrosion sowie die Bewertung der Spannungskorrosion. Die Bewertungsschritte sind nacheinander: Datenerfassung und -integration, Festlegung der Methode zur Bewertung von Mängeln, Durchführung der Mängelbewertung, Erarbeitung von Schlussfolgerungen zur Integrität, sowie Empfehlungen zu Reparaturmaßnahmen und zum Zeitabstand für erneute Überprüfungen. Der Schwerpunkt der Bewertung liegt auf der Beurteilung der verbleibenden Stärke und der Prognose der verbleibenden Lebensdauer. Die Bewertung der verbleibenden Festigkeit erfolgt auf der Grundlage der gesammelten und zusammengeführten Daten. Anhand der gewählten Methode zur Bewertung von Defekten werden die verbleibende Festigkeit sowie der Sicherheitsfaktor des Tanks berechnet. Dadurch kann die maximale äquivalente Belastung in den Bereichen mit Defekten bestimmt werden. Auf der Grundlage der Bewertungsergebnisse werden Empfehlungen zu Methoden zur Behebung von Fehlern sowie zu Zeitplänen gegeben. Die Vorhersage der verbleibenden Lebensdauer basiert auf Informationen wie dem Zeitpunkt, zu dem der Tank in Betrieb genommen wurde, sowie auf den Abmessungen der Defekte. Anhand dieser Daten wird ein Modell zur Vorhersage der verbleibenden Lebensdauer erstellt. Mithilfe von Schätzungen bezüglich des Wachstumsrates können die zukünftigen Entwicklungen der Metalldefekte sowie deren Auswirkungen auf die Integrität des Materials bestimmt werden. Zudem werden Empfehlungen bezüglich der Methoden und Zeitabstände für weitere Überprüfungen gegeben. 4.3 Risikominderungsmaßnahmen basieren auf den Ergebnissen der Risikobewertung und der Integritätsprüfung. Sie dienen dazu, die Wahrscheinlichkeit oder die Folgen bestimmter Leckagevorfälle zu verringern. Risikominderungsmaßnahmen lassen sich im Allgemeinen in 3 Kategorien einteilen: präventive Kontrollmaßnahmen, detektive Kontrollmaßnahmen und schützende Kontrollmaßnahmen. Präventive Kontrollmaßnahmen dienen dazu, Leckagen von vornherein zu verhindern. Detektive Kontrollmaßnahmen sollen dazu beitragen, einen Austritt gefährlicher Stoffe so früh wie möglich nach einem Leck festzustellen. Schutzmaßnahmen hingegen dienen dazu, die Auswirkungen eines Lecks zu verringern und zu verhindern, dass es zu weiteren Schäden in den umliegenden Gebieten kommt. 5. Fazit: Die Anwendung von Wartungsstrategien, die auf Risikobewertungen und Integritätsbewertungen beruhen, ist eine unvermeidliche Entwicklung im Bereich der Integritätsmanagement von Speichertanks. In Zukunft ist es notwendig, ein System sowie eine Plattform für das Integritätsmanagement von Speichertanks zu schaffen, um einen Kreislauf aus Datenerfassung, Bewertung und Wartung zu ermöglichen. Auf dieser Grundlage kann das Integritätsmanagement weiter auf die Ausrüstung in den Tankanlagen sowie auf die Sicherheitssysteme ausgedehnt werden. Dabei sollten auch Prozesssicherheitsbewertungen wie QRA oder HAZOP berücksichtigt werden. So kann letztendlich ein umfassendes Integritätsmanagement für die gesamten Tankanlagen erreicht werden. 6. Referenzdokumente: CSB INVESTIGATION REPORT – Chemische Ausläufer verschmutzen die öffentliche Wasserversorgung in Charleston, West Virginia. Berichtsnummer: 2014-01-I-WV; API Publ 353: Management der Integrität von Terminal- und Tankanlagen. 2006; APIRP 575: Inspektionsverfahren für Tanks unter Atmosphärendruck und Niedrigdruck, 3. Auflage; **Mitteilung der Generalverwaltung für Sicherheitsaufsicht zur weiteren Stärkung der Sicherheitsmanagement-Praktiken in Bereichen mit Chemiktankanlagen, Anweisung Nr. 3 [2014] 68 ； Chen Jianfeng, Shi Biyuan, Shen Yuxin u. a. Integritätsmanagement von Lagerbehältern und Prozessleitungen. Öl- und Gas-Transport, Ausgabe 04/2011