Na zlecenie Komisji UE, w ramach działań koordynowanych przez MAHB (Major Accident Hazards Bureau), w Joint Research Centre została wykonana analiza zaistniałych w państwach Europy Zachodniej poważnych awarii. Publikacja poświęcona wynikom tych prac [1] zawiera wiele niezwykle interesujących informacji dotyczących ważnych aspektów występowania, przebiegu i charakterystyk poważnych awarii przemysłowych. Zostały one szeroko przedstawione i skomentowane w opracowaniu wydanym w 2002 r. przez CIOP [2].

Analizie poddano dane o 550 awariach, które wydarzyły się głównie w latach 50.– 90., zawarte w bazach danych ARIA (Francja), FACTS (Holandia), MHIDAS (Wielka Brytania) oaz MARS i CDCIR (MAHB – UE).

Liczba awarii, w których uczestniczyły niebezpieczne substancje chemiczne i w których powstały lub prawdopodobnie powstały dodatkowe substancje niebezpieczne wynosiła 406 a w sumie w analizowanych zdarzeniach awaryjnych wystąpiło ponad 350 substancji chemicznych.

Z analizy tych baz danych o awariach wynika, że liczby charakteryzujące występowanie podstawowych, głównych rodzajów zdarzeń awaryjnych, tj. pożarów, wybuchów oraz uwolnień niebezpiecznych substancji do otoczenia, kształtują się następująco (rys. 1):

Rys. 1. Liczby poszczególnych rodzajów zdarzeń awaryjnych [1]

Na podstawie danych przedstawionych na rys. 1, można określić częstotliwość występowania poszczególnych rodzajów poważnych awarii przemysłowych w odniesieniu do ogólnej liczby analizowanych awarii:

• pożary stanowiły ok. 45 %
• wybuchy – ok. 22 %
• uwolnienia substancji toksycznych – ok. 33 %.

Jednym z bardzo istotnych zjawisk, często towarzyszących poważnym awariom przemysłowym, jest powstawanie nowych, nieobecnych w normalnych warunkach w procesie czy też w obiekcie, niebezpiecznych substancji chemicznych. Stanowią one dodatkowe zagrożenie, często przewyższające wielkość zagrożeń związanych z realnie znajdującymi się w zakładzie niebezpiecznymi substancjami.

Bardzo interesujące wnioski wypływają z analizy częstości występowania awarii, w których uczestniczą i w których powstają niebezpieczne substancje chemiczne, w zależności od rodzaju operacji technologicznych oraz od obszaru działalności przemysłowej. Te zależności przedstawiono na rys. 2 oraz rys. 3.

Rys. 2. Liczba awarii w zależności od rodzaju procesu technologicznego [1]

Z danych zamieszczonych na rys. 2 wynika, że awarie powodujące uwolnienie bądź utworzenie i uwolnienie niebezpiecznych substancji w warunkach utraty kontroli miały miejsce nie tylko podczas procesów technologicznych polegających na realizacji przemian (reakcji) chemicznych, ale także podczas operacji fizycznych, prostego postępowania z materiałami ciekłymi i stałymi oraz, w szczególności podczas składowania.

Rys. 3. Liczba awarii w zależności od obszaru działalności przemysłowej [1]

Z rys. 3 wynika, że poważne awarie przemysłowe, w których powstają dodatkowe substancje chemiczne, zdarzają się najczęściej przy produkcji pestycydów i w przemyśle petrochemicznym (głównie przy produkcji polimerów). Bardzo często poważne awarie występują także przy magazynowaniu substancji niebezpiecznych (chodzi tu o wyodrębnione magazyny).

Dużą liczbę awarii przypisano kategorii „inne”. Chodzi tu przede wszystkim o awarie, które zdarzyły się przy transporcie substancji niebezpiecznych – w grupie „inne” były to 43 awarie.

Analiza zdarzeń awaryjnych pozwoliła także określić zależność częstotliwości występowania awarii od rodzajów poszczególnych procesów (operacji) technologicznych – rys. 4.

Rys. 4. Liczba awarii w zależności od rodzaju operacji technologicznych [1]

Z danych zamieszczonych na rys. 4 wynika, że awarie powodujące utworzenie niebezpiecznych substancji miały miejsce nie tylko podczas procesów chemicznych – około 70 awarii, lecz także, podczas innych operacji, w tym operacji fizycznych, takich jak postępowanie z cieczami oraz ciałami stałymi i ich transportu, a przede wszystkim jednak podczas składowania (magazynowania) – około 160 (!) awarii.

Na podstawie wykonanych analiz można było także ustalić liczby charakteryzujące częstości występowania określonych przyczyn tych poważnych awarii. Rozkład wydarzeń inicjujących awarie przedstawiono na rys. 5. Rysunek pokazuje, że dwie najważniejsze przyczyny analizowanych awarii to „błąd operatora” i „awaria podzespołu”. W szczególności „błąd operatora” jest bardziej znaczącą pierwotną przyczyną awarii zachodzących wskutek reakcji niekontrolowanych i niepożądanych. W większości przypadków, przyczyną awarii spowodowanych przez błąd operatora jest niedostateczne szkolenie operatora w połączeniu z brakiem jasno określonych procedur (instrukcji postępowania).

Rys. 5. Częstość występowania różnych przyczyn awarii [1]

Z przedstawionych danych jednoznacznie wynika, że do najczęstszych przyczyn awarii, w których uczestniczyły i powstawały substancje niebezpieczne, nieobecne w normalnych warunkach procesu (oraz magazynowania), należą:

• błędy operatora - około 80 awarii, oraz
• awarie podzespołów – około 40 awarii.

Zwraca przy tym uwagę fakt, że w odniesieniu do ponad 140 awarii ich przyczyn nie udało się ustalić.

Warto zauważyć, że według informacji zawartych w „Wytycznych dotyczących polityki zapobiegania awariom i systemu zarządzania bezpieczeństwem, zgodnie z wymaganiami Dyrektywy Rady 96/82/WE (Seveso II)” [3], wydanych w 1998 r., w wyniku analiz poważnych awarii odnotowanych w Unii Europejskiej okazało się, że bezpośrednią przyczyną większości z nich były niedociągnięcia w zarządzaniu i/lub niedociągnięcia organizacyjne: niesprawności systemu zarządzania przyczyniły się do powstania ponad 85 % awarii.

Jeśli chodzi o powstawanie w trakcie awarii substancji chemicznych, nieobecnych w warunkach normalnych, należy wyodrębnić trzy główne rodzaje procesów fizykochemicznych, prowadzące do ich tworzenia się:

• pożary,
• reakcje niekontrolowane, (runaway reactions), oraz
• reakcje niepożądane (tworzenie się substancji w wyniku nieplanowanego ich kontaktu).

Wykonane analizy wykazały, że najbardziej znaczącą rolę w powstawaniu nowych substancji niebezpiecznych odgrywają pożary - ok. 49 % wszystkich przypadków. Następnie są to: reakcje niekontrolowane – ok. 32 % i reakcje niepożądane – ok. 19 %. Dane te ilustruje rys. 6.

Rys. 6. Scenariusze awarii prowadzące do powstawania substancji chemicznych nieobecnych w warunkach normalnych [1]

Autorzy pracy [1] podkreślają przy tym, że rola pożarów z punktu widzenia powstawania dodatkowych substancji niebezpiecznych jest prawdopodobnie znacznie większa, co nie było możliwe do pełnego ustalenia ze względu na niewystarczające informacje zawarte w analizowanych bazach danych.

Ważne z punktu widzenia przewidywania powstania nowych, nieobecnych w normalnych warunkach substancji chemicznych są wyniki analizy zaistniałych awarii pod względem występowania trzech głównych scenariuszy prowadzących do utworzenia takich substancji w zależności od rodzajów działalności przemysłowej. Wyniki tych analiz ilustruje rys. 7.

Rys. 7. Liczba awarii (%) dla poszczególnych rodzajów działalności przemysłowej w zależności od scenariuszy awarii [1]

Z rys. 7 wynikają m.in. następujące istotne wnioski:

• Z uwagi na pożary najbardziej istotne są magazyny, włączając magazyny nawozów i pestycydów – znaczne ilości niebezpiecznych produktów spalania związane są z fabrykami nawozów i pestycydów oraz z ich magazynowaniem.
• Jeśli chodzi o reakcje niekontrolowane, prowadzące do powstawania niebezpiecznych substancji, największe znaczenie mają technologie wytwarzania pestycydów, technologie petrochemiczne (głównie reaktory do polimeryzacji okresowej) oraz przemysł farmaceutyczny.

W przypadku reakcji chemicznych głównym sprawcą powstawania nowych substancji niebezpiecznych były reakcje niekontrolowane (ok. 60% zdarzeń), natomiast w przypadku magazynowania dominującą przyczyną powstawania takich substancji były pożary (ok. 65%). Z kolei reakcje niepożądane (nieplanowane) były najczęstszą przyczyną powstawania nowych substancji niebezpiecznych przede wszystkim w przypadku operacji z cieczami i ich transportu (ok. 38%), a także magazynowania (ok. 25%). Dane te ilustruje rys. 8.

Rys. 8. Liczba awarii (%) dla różnych operacji technologicznych w zależności od scenariuszy awarii [1]

Z rys. 8 jednoznacznie wynika, że pożary powodujące utworzenie znacznych ilości niebezpiecznych substancji powstają w magazynach i podczas czasowego przechowywania substancji chemicznych. Niekontrolowane reakcje mają miejsce głównie w urządzeniach reakcyjnych lub podczas destylacji (jako skutek ogrzania systemów chemicznych). Natomiast niepożądane reakcje są głównie wynikiem błędów w obchodzeniu się z ciałami stałymi i płynami, powodujących przypadkowy kontakt niewłaściwych substancji, które, reagując, tworzą nowe niebezpieczne substancje.

Na tej podstawie można sformułować następujące ważne z punktu widzenia przewidywania powstawania substancji niebezpiecznych w trakcie awarii wnioski:

• Pożary są związane głównie ze składowaniem (magazynowaniem) niebezpiecznych substancji oraz z ich czasowym przechowywaniem. Powodują one utworzenie znacznych ilości substancji niebezpiecznych.
• Niekontrolowane reakcje chemiczne wiążą się przede wszystkim z reakcjami chemicznymi oraz destylacją. Zachodzą one w urządzeniach reakcyjnych i są zazwyczaj wynikiem ogrzania się systemów chemicznych. Charakterystycznym zjawiskiem jest to, że zachodzą one najczęściej w trakcie normalnych operacji i procesów w reaktorach o działaniu okresowym – około 85 % takich przypadków.
• Niepożądane reakcje są związane głównie z postępowaniem z substancjami ciekłymi i stałymi. Są one najczęściej spowodowane przez błędy, które prowadzą do przypadkowego kontaktu niebezpiecznych substancji.

Odpowiednie dane przedstawiono na rys. 9.

Rys. 9. Liczba awarii w zależności od rodzaju operacji (awarie z udziałem procesów niekontrolowanych) [1]

Zagrożenia skutkami poważnych awarii i katastrof przemysłowych, związanych z niebezpiecznymi substancjami chemicznymi w instalacjach produkcyjnych oraz obiektach magazynowych mają szczególne znaczenie w państwach europejskich. Wiąże się to z dużą ilością zakładów użytkujących lub wytwarzających takie substancje oraz z dużą gęstością zaludnienia, szczególnie w aglomeracjach przemysłowych.

Poniżej przedstawiono w syntetycznym ujęciu najbardziej istotne wnioski z analiz poważnych awarii w Europie dotyczące ich skutków.

Rys. 10 obrazuje liczbę ofiar śmiertelnych awarii dla różnych zdarzeń awaryjnych. W 62 awariach (15% wszystkich 406 awarii z udziałem niebezpiecznych substancji chemicznych) wystąpił przynajmniej jeden zgon. W 19 awariach przyczyną śmierci było uwolnienie toksycznych substancji utworzonych w niepożądanych reakcjach w wyniku awarii.

Rys. 10. Liczba awarii z ofiarami śmiertelnymi [1]

Skutki awarii dla społeczeństwa oraz dla środowiska W ujęciu syntetycznym zestawiono na rys.11. Ewakuacja pracowników zakładów miała miejsce w przypadku 220 awarii (ok. 55% awarii), w 110 awariach (27%) konieczna była ewakuacja ludności z otoczenia zakładów, a 143 awarie (35%) spowodowały utrudnienia w komunikacji. Skażenie gleby i wód nastąpiło w wyniku 56 awarii (13,5%).

Rys. 11. Skutki awarii [1]

Analiza awarii pokazuje, że rodzaje scenariuszy awarii, które prowadzą do tworzenia się niebezpiecznych substancji chemicznych, okazują zasadniczy wpływ na wielkość poszczególnych rodzajów skutków. Większość skutków takich jak ewakuacja ludności, utrudnienia w komunikacji, część zgonów, stanowi głównie konsekwencję uwolnienia toksycznych substancji utworzonych w niepożądanych reakcjach w trakcie awarii. Tak więc powstawanie i uwolnienie toksycznych substancji w warunkach „utraty kontroli” podczas awarii stanowi najbardziej istotną przyczynę śmierci ludzi i szkód w środowisku.

Rys. 12 obrazuje skutki dla społeczeństwa i środowiska w zależności od scenariuszy awarii. Jak widać z tego rysunku, nie ma dominującej przyczyny ewakuacji pracowników zakładów. Z drugiej strony, ewakuacja ludności i utrudnienia w ruchu były częstsze jako wynik pożarów.

Ponieważ pożary dotykają głównie magazynów, można zakładać, że w pożarach udział bierze większa ilość substancji, niż w przypadku innych rozpatrywanych scenariuszy związanych z udziałem i powstawaniem niebezpiecznych substancji chemicznych.

Rys. 12. Procentowy rozkład awarii powodujących ewakuację fabryki, ewakuację ludności, dezorganizację ruchu oraz zanieczyszczenie wody i ziemi w odniesieniu do różnych scenariuszy awarii [1]