PGS 29 en VLAREM III onder de loep: sterkte van een tankputwand

De functie van tankputwanden

In de wereld van industriële veiligheid speelt de betrouwbaarheid van tankputwanden een cruciale rol, vooral bij de opslag van gevaarlijke vloeistoffen. De Publicatiereeks Gevaarlijke Stoffen 29, beter bekend als PGS 29, is de richtlijn voor de veilige bovengrondse opslag van brandbare vloeistoffen en stelt strikte eisen aan deze wanden. In België geldt de VLAREM III-richtlijn. Deze richtlijnen bevatten allerlei eisen die moeten worden toegepast om de risico’s bij de opslag van gevaarlijke stoffen tot een aanvaardbaar niveau te reduceren.

Denk eens aan een dam die een woeste rivier in toom moet houden. Op dezelfde manier moeten tankputwanden voorkomen dat gevaarlijke vloeistoffen zich over het hele terrein verspreiden als een tank onverhoopt mocht overlopen of het begeeft. De vloeistoffen blijven dan binnen een afgebakend gebied zodat ze veilig kunnen worden afgevoerd of afgedekt met schuim. De sterkte van zo’n tankputwand is hierbij van groot belang.

Technische eisen volgens PGS 29 en VLAREM III

Doorgaans worden tankputten gebouwd volgens in de industrie geaccepteerde richtlijnen voor gevaarlijke stoffen. De sterkte van de wand wordt berekend op basis van de statische druk bij een volgelopen tankput. PGS 29 stelt dat de wanden van een tankput voldoende mechanische sterkte moeten hebben om de druk van de opgeslagen vloeistoffen te weerstaan. Dit omvat zowel de statische druk (van de vloeistof zelf) als eventuele dynamische druk (bijvoorbeeld door golven of beweging van de vloeistof).

In de VLAREM III-richtlijn geldt iets soortgelijks. Hierin worden specifieke technische eisen gesteld aan de constructie van tankputwanden, inclusief de noodzakelijke berekeningen voor mechanische sterkte. Het benadrukt dat de wanden bestand moeten zijn tegen de druk van de opgeslagen vloeistoffen, inclusief mogelijke dynamische effecten zoals golven of beweging van de vloeistof.

Hydrodynamische analyse van het effect van een vloedgolf op de sterkte van een tankputwand

De combinatie van Computational Fluid Dynamics (CFD) en Finite Element Method (FEM) stelt ons in staat om zowel de dynamische vloeistofstromen als de mechanische respons van de tankputwanden te modelleren. De CFD-analyse simuleert de vloeistofstromen en drukverdelingen, terwijl de FEM-analyse de structurele reacties van de wand op deze drukken berekent. Vergelijk het met het testen van een vliegtuig in een windtunnel: je ziet hoe de lucht stroomt en controleert vervolgens of de vleugels het houden.

“De combinatie van Computational Fluid Dynamics (CFD) en Finite Element Method (FEM) stelt ons in staat om zowel de dynamische vloeistofstromen als de mechanische respons van de tankputwanden te modelleren.”

Onze simulaties omvatten drie scenario’s die representatief zijn voor mogelijke incidenten:

• Langzaam leeglopen: In dit scenario stroomt een tank langzaam leeg en vult de tankput zich geleidelijk.
• Volledig gevulde tankput: De tankput raakt volledig gevuld door een of meerdere lekkende tanks.
• Plotseling catastrofaal openscheuren: Een tank scheurt plotseling open waardoor een vloedgolf ontstaat.

Zie in deze video de vorming van de vloedgolf bij het catastrofaal falen van de tank:

Een voorbeeld van een vloedgolf die ontstaat bij het catastrofaal falen van een tank

Door op verschillende tijdstippen de krachten op de tankwand uit te rekenen als gevolg van de dynamische krachten ontstaat het volgende beeld

Scenario-specifieke analyses

Voor scenario 1 en 2 gebruiken we een lineair materiaalmodel omdat de spanningen binnen het elastische bereik van het materiaal blijven. Voor scenario 3 gebruiken we een zogenaamd bi-lineair model om de plastische vervorming van de wand nauwkeurig te simuleren. Dit model houdt rekening met zowel elastische als plastische eigenschappen van het materiaal, wat cruciaal is voor het begrijpen van de maximale belasting die de wand kan weerstaan zonder te falen.

De resultaten in gewone mensentaal: hoe robuust is onze dijk?

Stel je de tankputwand voor als een robuuste dijk die verschillende soorten stormen moet doorstaan. In het eerste scenario, waar een kleine regenbui de dijk raakt, blijft alles droog en stabiel. In het tweede scenario, een flinke storm waarbij de dijk tot het uiterste getest wordt, buigt hij een beetje maar breekt niet. En in het derde scenario, een zware orkaan, zien we dat de dijk even flink te lijden heeft maar uiteindelijk houdt hij stand.

Waarom zijn deze simulaties belangrijk?

De simulaties tonen aan dat in dit voorbeeld de huidige tankputwanden, mits correct ontworpen en gebouwd, bestand zijn tegen de belastingen beschreven in de PGS 29 en VLAREM III-richtlijnen. Dit bevestigt dat een adequaat ontwerp en een goede implementatie van de richtlijnen essentieel zijn voor de veiligheid.

Bij pro6com zijn we gespecialiseerd in het oplossen van ingewikkelde vraagstukken die betrekking hebben op procestechnologie en procesveiligheid. Het is onze missie om onzichtbare risico’s en efficiencyverliezen zichtbaar te maken door het doen van studies zoals deze. Daarna kunnen we je met process safety, process- en functional safety engineering helpen om de oplossing ook daadwerkelijk te implementeren. Want dan pas wordt je plant echt veiliger en efficiënter.