ISO/TR 16732-3:2013
(Main)Fire safety engineering — Fire risk assessment — Part 3: Example of an industrial property
Fire safety engineering — Fire risk assessment — Part 3: Example of an industrial property
ISO/TR 16732-3:2013 deals with a fictitious propane storage facility dedicated to the reception of propane transported by tank wagons, the storage of propane in a pressurized vessel and the bulk shipment of propane by tank trucks. The fire risk assessment developed in ISO/TR 16732-3:2013 is not intended to be exhaustive, but is given as an example to illustrate the application of ISO 16732-1 to an industrial facility. ISO/TR 16732-3:2013 is further limited to design-phase strategies, including changes to the layout of the facility and selection of relevant fire safety strategies (implementation of risk reduction measures). Not included are strategies that operate during the operation phase, including process modifications. It illustrates the value of fire risk assessment because multiple scenarios are analysed, and several design options are available, which may perform well or not depending on the considered scenario. Risk estimation is needed to determine the result of these different combinations, and overall measures of performance that can be compared between design options. If there were only one scenario of interest, or if the options all tended to perform the same way on all the scenarios, then a simpler type of engineering analysis would suffice.
Ingénierie de la sécurité incendie — Évaluation du risque d'incendie — Partie 3: Exemple d'un complexe industriel
L'ISO/TR 16732-3:2012 traite d'une installation de stockage de propane fictive, dédiée à la réception de propane transporté par wagons-citernes, à son stockage dans un réservoir sous pression et ainsi qu'à son expédition en vrac par camions-citernes. L'évaluation du risque d'incendie développée dans l'ISO/TR 16732-3:2012 n'est pas destinée à être exhaustive, mais est fournie à titre d'exemple afin d'illustrer l'application de l'ISO 16732-1 à une installation industrielle. L'ISO/TR 16732-3:2012 est par ailleurs limitée aux stratégies mises en ?uvre dans le cadre de la phase de conception, y compris les modifications de l'agencement de l'installation et le choix des stratégies de sécurité incendie pertinentes (mise en place de mesures de réduction des risques). Les stratégies appliquées pendant la phase de fonctionnement, y compris les modifications du procédé, ne sont pas incluses. L'ISO/TR 16732-3:2012 illustre la valeur de la démarche d'évaluation du risque d'incendie, compte tenu de la nécessité d'analyser plusieurs scénarios et de l'existence de plusieurs options de conception, susceptibles de bien fonctionner ou non en fonction du scénario considéré. L'estimation du risque est nécessaire pour déterminer le résultat de ces différentes combinaisons, ainsi que les mesures globales de performance qui peuvent être comparées aux options de conception. Un type d'analyse d'ingénierie plus simple serait suffisant s'il n'y avait qu'un seul scénario considéré, ou si les options avaient tendance à toutes fonctionner de la même façon pour tous les scénarios.
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TECHNICAL ISO/TR
REPORT 16732-3
First edition
2013-02-15
Fire safety engineering — Fire risk
assessment —
Part 3:
Example of an industrial property
Ingénierie de la sécurité incendie — Évaluation du risque d’incendie —
Partie 3: Exemple d’un complexe industriel
Reference number
ISO/TR 16732-3:2013(E)
©
ISO 2013
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
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Published in Switzerland
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Applicability of fire risk assessment . 2
5 Overview of fire risk management . 2
5.1 General . 2
5.2 Overall description of the industrial facility . 2
5.3 Phenomenology of a BLEVE . 3
5.4 Risk reduction measures . 5
5.5 Presentation of design options . 5
6 Steps in fire risk estimation . 8
6.1 Overview of fire risk estimation . 8
6.2 Use of scenarios in fire risk assessment. 8
6.3 Estimation of frequency and probability.11
6.4 Estimation of consequence.13
6.5 Calculation of scenario fire risk and combined fire risk .13
7 Uncertainty, sensitivity, precision, and bias .18
8 Fire risk evaluation .19
8.1 Individual and societal risk .19
8.2 Risk acceptance criteria .19
8.3 Safety factors and safety margins .20
Bibliography .21
© ISO 2013 – All rights reserved iii
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International
Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies
casting a vote.
In exceptional circumstances, when a technical committee has collected data of a different kind from
that which is normally published as an International Standard (“state of the art”, for example), it may
decide by a simple majority vote of its participating members to publish a Technical Report. A Technical
Report is entirely informative in nature and does not have to be reviewed until the data it provides are
considered to be no longer valid or useful.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TR 16732-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 92, Fire safety, Subcommittee SC 4, Fire
safety engineering.
ISO 16732 consists of the following parts, under the general title Fire safety engineering — Fire risk assessment:
— Part 1: General
— Part 2: Example of an office building [Technical Report]
— Part 3: Example of an industrial property [Technical Report]
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
Introduction
This part of ISO/TR 16732 presents an example of the application of ISO 16732-1, prepared in the
format of ISO 16732-1. It includes only those sections of ISO 16732-1 that describe steps in the fire risk
assessment procedure. It preserves the numbering of sections in ISO 16732-1 and so omits numbered
sections for which there is no text or information for this example.
This example is intended to illustrate the implementation of the steps of fire risk assessment, as defined
in ISO 16732-1. Only steps that are considered as relevant in this example are well detailed in this annex.
Risk assessment is preceded by two steps – establishment of the context, including the fire safety
objectives to be met, the subjects of the fire risk assessment to be performed and related facts or
assumptions; and identification of the various hazards to be assessed. (A “hazard” is something with
the potential to cause harm.)
Assumptions made in the present document have been chosen to illustrate, in a simple manner, how the
fire risk assessment methodology proposed in ISO 16732-1 can be applied to an industrial facility. These
assumptions must be regarded as examples only, and not be applied to other cases without verifying
they are representative of the considered cases.
© ISO 2013 – All rights reserved v
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 16732-3:2013(E)
Fire safety engineering — Fire risk assessment —
Part 3:
Example of an industrial property
1 Scope
This part of ISO/TR 16732 deals with a fictitious propane storage facility dedicated to the reception
of propane transported by tank wagons, the storage of propane in a pressurized vessel and the bulk
shipment of propane by tank trucks. The fire risk assessment developed in this part of ISO/TR 16732 is
not intended to be exhaustive, but is given as an example to illustrate the application of ISO 16732-1 to
an industrial facility.
The scope of this part of ISO/TR 16732 is further limited to design-phase strategies, including changes
to the layout of the facility and selection of relevant fire safety strategies (implementation of risk
reduction measures). Not included are strategies that operate during the operation phase, including
process modifications.
This part of ISO/TR 16732 illustrates the value of fire risk assessment because multiple scenarios are
analysed, and several design options are available, which may perform well or not depending on the
considered scenario. Risk estimation is needed to determine the result of these different combinations,
and overall measures of performance that can be compared between design options. If there were only
one scenario of interest, or if the options all tended to perform the same way on all the scenarios, then a
simpler type of engineering analysis would suffice.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 16732-1:2012, Fire safety engineering — Fire risk assessment — Part 1: General
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 16732-1 and the following apply.
3.1
BLEVE
Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion
phenomenon which occurs when a vessel containing a pressurized liquid substantially above its
(atmospheric) boiling point is ruptured, releasing the contents explosively
Note 1 to entry: Taken from Reference [1].
Note 2 to entry: A more detailed description of phenomena involved during a BLEVE is given in 5.3.
3.2
flashing vaporization
rapid transformation into vapor that is released when a saturated liquid stream undergoes a
reduction in pressure
© ISO 2013 – All rights reserved 1
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
3.3
LPG
Liquefied Petroleum Gas
flammable mixture of propane and butane mainly used as a fuel in heating appliances and vehicles
3.4
LOC
Loss of containment
release of product, such as a leak of product on a pipe, an instantaneous release of product due to a
vessel rupture, etc.
3.5
end-cap
curved end part of a pressurized cylindrical vessel shell
3.6
ERS
Emergency Release System
special mechanical device designed to break when a locked loading arm is accidentally displaced, and
which isolates the leak by the automatic closing of two valves on each side
4 Applicability of fire risk assessment
ISO 16732-1 lists some examples of circumstances where it is important to give due consideration to
scenarios with low frequency but high consequence and hence, fire risk assessment is useful.
The example in this part of ISO/TR 16732 was conducted to support an analysis of different designs for
a propane storage facility, where the main risk is a BLEVE of the pressurized storage vessel (which is a
spherical storage tank). A BLEVE particularly fits well with the definition of a high consequences and
low frequency event where fire risk assessment is useful.
5 Overview of fire risk management
5.1 General
This clause specifies the different design options to be assessed.
5.2 Overall description of the industrial facility
The facility chosen for this example is a propane storage facility, due to its simple process and generic
character. The propane storage facility activities include
— reception of propane transported by tank wagons: a compressor sucks up the pressurized storage
vessel gaseous atmosphere and compresses it into a tank wagon vapour space to push the liquid into
the storage vessel,
— storage in a pressurized vessel,
— bulk shipment of propane by tank trucks: a pump sucks up the pressurized storage vessel liquid and
injects it in a tank truck, for delivery to privates or companies.
The following main types of equipment are used: a pressurized storage vessel (with a diameter of 12.5 m
3
for a volume of about 1 000 m ), tank wagons and tank trucks, pumps, compressors and pipes.
This example focuses on the influence of the truck loading area layout and risk reduction measures upon
the pressurized storage vessel BLEVE frequency.
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
5.3 Phenomenology of a BLEVE
According to the Center for Chemical Process Safety, a BLEVE is defined as “a sudden loss of containment
of a pressure-liquefied gas existing above its normal atmospheric boiling point at the moment of its
failure, which results in rapidly expanding vapor and flashing liquid. The release of energy from these
[2]
processes (expanding vapor and flashing liquid) creates a pressure wave” .
The overall phenomena involved in a BLEVE (see Figures 1 to 3) have been extensively described in
Reference [3].
Figure 1 — Vessel failure (dark grey), fireball (light grey), ejection of fragments (black
[3]
semicircles) and pressure wave (outer circular line)
[3]
Figure 2 — Fireball lift-off
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
[3]
Figure 3 — Fireball apogee
Numerous BLEVEs of stationary storage tanks, tank wagons and tank trucks occurred during the last
[4]
decades, leading to large disasters and loss of hundreds of lives. Shalif has listed 74 BLEVEs in the
period 1926-1986, resulting in 1,427 fatalities and 635 injuries. The catastrophic failure of a pressurized
vessel is a sine qua non condition for a BLEVE to occur: it can be provoked by either mechanical or thermal
threats with a sufficiently high energy. Table 1 illustrates the different causes leading to a BLEVE.
[5]
Table 1 — Past accidents involving BLEVEs and corresponding causes
Causes BLEVEs
Fire 25
Impact 19
Vessel overfilling 11
Vessel over pressurization 3
Fatigue 2
Explosion 2
Corrosion 1
Earthquake -
Flood -
Lightning -
Others (runaway, overheating, etc.) 25
This survey shows that fire and impact events are the most common causes leading to a BLEVE.
Therefore, if the scope of the example is limited to effects of an adjacent fire, BLEVE or explosion, the
scope will include roughly half of the circumstances leading to past BLEVE accidents.
[6]
According to Roberts et al. , “if a pressurised vessel is attacked by fire, its temperature rises and this
reduces the strength of the vessel. This, combined with the pressure within the vessel, may lead to
failure of the vessel with catastrophic consequences”.
The global heat transfer mechanisms involved during thermal threat on a pressurized vessel
are described in Figure 4. When a fire engulfs a vessel, the total incident flux (due to radiation and
convection) is absorbed by the vessel, the liquid and the gas. It causes the evaporation of the liquid
phase, and hence both a pressure increase as well as the decrease of the liquid level. Thus, absorption
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
capacity is decreasing with time. Safety valves are commonly used to delay the occurrence of a BLEVE
by discharging a part of the vessel content. The rapid rise of pressure inside the equipment due to boiling
combined with the drop of material strength due to external heating of the envelope will lead to the
catastrophic rupture of the vessel.
[6]
Figure 4 — Heat transfer mechanisms involved during thermal threat on a pressurized vessel
5.4 Risk reduction measures
Table 2 lists risk reduction measures that can be used to prevent or delay a BLEVE, based on a review
[7]
provided by Fulleringer.
Table 2 — Examples of common risk reduction measures against BLEVEs
Risk reduction measures Function
Layout (distance) Increases separation distances to decrease accidental loads on the vessel
Layout (orientation) Decreases the probability that a thermal/mechanical event threatens the vessel
Isolation of leak (emergency release system) Isolates loading arm in case of tank truck displacement
Isolation of leak (automatic pump shutdown) Shutdowns feeding pumps in case of pressure drop (i.e. a leak)
Containment/evacuation of the product (bund, slope) Prevents liquid accumulation under the vessel/Increases separation distances to
reduce thermal loads on the vessel
Safety valve Discharges product outside the vessel and hence reduces the stress induced by
increase of internal pressure
Passive fire protection (protective coating, thermal Reduces heat transfer rate to vessel wall
shielding)
a
Active fire protection (water deluge, water curtain) Protects the vessel as it absorbs part of the heat produced by a fire/a jet fire
Concrete wall around the vessel or mounding Protects the vessel against thermal and mechanical loads
a [8]
Several tests and studies have shown that a typical water deluge system on a LPG storage vessel cannot maintain a
[9]
water film over the whole vessel surface if a jet fire impinges on the vessel. API 2510A indicates that “…effective cooling
of a vessel shell that is exposed to jet flames is difficult to achieve. The velocity of the jet stream may deflect a water spray
pattern or fog pattern from a fire hose.” So the current example assumes water deluge is only efficient for radiant jet fires,
not impinging jet fires.
5.5 Presentation of design options
In the present example, several alternative designs are considered, differing in
— the separation distances between the pressurized storage vessel and the truck loading area,
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
— the orientation of the truck loading area, and
— the risk reduction measures implemented relative to the storage vessel (emergency release system
on loading arms, automatic feeding pump shutdown system and water deluge on the pressurized
1)
storage vessel ).
Table 3 summarizes the six different design options studied in the present document.
Table 3 — Fire protection design options considered
Design Additional Truck loading area Emergency relief Pump shut down Water deluge
option separation distance orientation system (ERS)
(99 % reliability (99 % reliability (90 % reliability
assumed) assumed) assumed)
1 No North-to-South No No No
2 Yes North-to-South No No No
3 No West-to-East No No No
4 No North-to-South Yes No No
5 No North-to-South Yes Yes No
6 Yes North-to-South Yes Yes Yes
“North-to-South” means that a line through the bays of the truck loading area will be perpendicular to
the shortest line from pressurized vessel to truck loading area (Figure 5).
“West-to-East” means that the shortest line from pressurized vessel to truck loading area, if extended,
will also run through the bays of the truck loading area (Figure 6).
Figure 5 — Option 1
1) Note that pressure safety valve action is not considered in this example.
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
Figure 6 — Option 3
a) Option 1 has the closest point of the truck loading area located 25 m from the storage vessel and has
no other risk reduction measures (Figure 5).
b) Option 2 is the same as Option 1 but with a separation distance of 50 m between the storage vessel
and the nearest point in the truck loading area. Option 2 also has no risk reduction measures.
c) Option 3 is the same as Option 1 but with a different orientation of the truck loading area. Option 3
also has no risk reduction measures (Figure 6).
d) Option 4 is the same as Option 1 but with an emergency release system on each loading arm. An ERS
is efficient for a loading arm rupture, but not for leaks. For simplification purposes, it is assumed
that the only cause of a loading arm rupture is an accidental tank truck displacement. ERS is then
assumed to prevent all LPG large releases due to a loading arm rupture.
e) Option 5 is the same as Option 4 but with an additional automatic feeding pump shutdown system
activated by both a gas detection system covering the truck loading area and a low pressure
detection system.
f) Option 6 is the same as Option 2 but with risk reduction measures (ERS, automatic feeding pump
shutdown system, and also a water deluge activated by an infrared detection system on the
pressurized storage vessel and designed to protect LPG storage tanks in the event of a fire).
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
6 Steps in fire risk estimation
6.1 Overview of fire risk estimation
Fire risk estimation begins with the establishment of a context. The context provides a number of
quantitative assumptions, which are required with the objectives and the design specifications, to
perform the estimation calculations.
The objective for this example is to prevent the pressurized vessel to BLEVE. The focus is on a BLEVE of
2)
the pressurized storage vessel, because of its potentially devastating effects . Reducing the probability
of a BLEVE is also expected to reduce the potential for harm to third parties located outside the propane
storage facility.
For simplification purposes, this example only focuses on the influence of the truck loading area layout
and risk reduction measures upon the storage vessel BLEVE frequency.
6.2 Use of scenarios in fire risk assessment
6.2.1 Overview of specification and selection of scenarios
The number of distinguishable fire scenarios is too large to permit analysis of each one. Therefore, any
fire risk assessment must develop a scenario structure of manageable size but must also make the case
that the estimate of fire risk based on these scenarios is a reasonable estimate of the total fire risk. The
principal techniques to achieve these goals are identification of hazards, combining of scenarios into
clusters and exclusion of scenarios with negligible risk.
The following steps define how the scenarios are selected in this example.
6.2.2 Identification of hazards
The present example studies a BLEVE of the pressurized storage vessel in a propane storage facility.
As explained in 5.3, a BLEVE is the direct consequence of the catastrophic rupture of a vessel, which can
be caused by several types of events.
These events can be classified in two main categories or families of hazards and related initiating events
(see Figure 7, see Reference [10]):
— internal (to the facility) hazards, caused by the activities of the facility itself; for the example, there
are three main families of internal hazards and related initiating events, which are
— mechanical failure of the storage vessel itself by over pressurization, overfilling, corrosion or
fatigue,
— BLEVE of other pressurized vessels on the site (wagons and trucks in our example), conducting
to overpressures and ejection of fragments (BLEVE associated thermal radiation is not
3)
) that
considered to be able to provoke a BLEVE because of the short duration of the fireball
may lead to mechanical damage on the pressurized fixed storage vessel,
[2] 3
2) According to the CCPS book relationship , the BLEVE of a 1 000 m vessel storing propane would give a
1/3 1/3
fireball maximum diameter of: D = 5.8 M = 5.8 x (582 x 1,000) = 485 meters.
[2] 3
3) According to the CCPS book relationship , the BLEVE of a 1 000 m vessel storing propane would give a
1/6 1/6
fireball duration of: t = 2.6 M = 2.6 x (582 x 1,000) = 24 seconds.
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
— propane releases from other equipment on the site conducting to fires, jet fires or explosions
that may also lead to mechanical damage on the pressurized storage vessel.
— external (to the facility) hazards, caused by the surroundings of the facility; for the example, there
are three main families of external hazards and related initiating events, which are:
— natural events such as earthquake and lightning,
— transportation accidents outside the facility (airport, railways, highways, river traffic),
— hazardous material release in nearby facilities such as petrochemical facilities, factories,
and pipelines.
Mechanical failure of speciied vessel I
H
N
A
T
Z
Impact of BLEVE E
A
beginning at other nearby vessel R
R
N
D
A
Fire ball
S
L
Impact of jet ire beginning in other
equipment near vessel
Catastrophic
BLEVE Overpressure
rupture
Mechanical damage or heating due
to natural events E
H
X
A
T
Fragments
Z
Mechanical damage due to E
A
transportation accidents R
R
N
D
A
S
Accidents in surrounding hazardous facilities L
Figure 7 — Generic fault tree (bow-tie format) for catastrophic rupture and BLEVE (without
risk reduction measures)
Figure 7 describes the six families of initiating events and related hazards that can lead to the catastrophic
rupture of a pressurized vessel. As noted, the scope of this example is limited to BLEVE due to adjacent
fires, BLEVEs or explosions, and also to risk reduction strategies focused on the truck loading area.
Internal-hazard scenarios involving mechanical failure of specified vessel are therefore not relevant for
the example. External-hazard scenarios such as natural events or transportation accidents outside the
facility, also are not relevant for the example. Explosions also are not considered here for simplification
purposes: it is assumed in the example that the truck loading area congestion level is too low to give
sufficient high overpressures to provoke a BLEVE of the pressurized storage vessel.
Therefore, in this example, the six families of initiating events and related hazards are reduced to only
two families: impact of BLEVE beginning at other nearby vessel and impact of jet fire beginning in other
equipment near vessel.
These two families can be further reduced to two groups of more specifically defined loss of containment
initiating events that are the only hazards considered capable of initiating a BLEVE of the storage vessel:
— jet fires from truck loading arms, considered the only fire resulting from a nearby leak that can have
sufficient impact at a distance; and
— tank truck BLEVEs, considered the only nearby source of a BLEVE.
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ISO/TR 16732-3:2013(E)
[11]
Some past incidents have been identified in the ARIA database that particularly well illustrate these
two families of initiating events and related hazards. Several cases of leaks (or malfunctions likely to
lead to a leak) occurring in LPG tanker loading facility were noticed that would have been able to initiate
a jet fire and thus impinge a LPG pressurized storage vessel:
— October 23, 1989, Le Blanc, France: LPG release in the LPG road-tanker loading facility of a LPG depot;
— January 14, 2002, Cournon d’Auvergne, France: LPG release due to a nozzle rupture in the LPG road-
tanker loading facility of a LPG depot;
— April 23, 2004, Germany: LPG release and flash in the LPG road-tanker loading facility of a refinery;
October 7, 2004, Le Blanc, France : malfunction of an ERS in the LPG road-tanker loading facility
of a LPG depot;
— March 21, 2005, Donges, France: release of LPG at a railcar tank loading station of a LPG depot.
Also several cases of tank truck BLEVEs (on industrial sites or LPG filling stations) were noticed:
— February 9, 1972, Tewksbury, Massachusetts, United States of America: BLEVE of a tank truck
during unloading operation;
— July 5, 1973, Kingman, Arizona, United States of America: BLEVE of a wagon truck during unloading
operation after disconnection of an unloading arm;
September 11, 1998, Buncheon, South K
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 16732-3
Première édition
2013-02-15
Ingénierie de la sécurité incendie —
Évaluation du risque d’incendie —
Partie 3:
Exemple d’un complexe industriel
Fire safety engineering — Fire risk assessment —
Part 3: Example of an industrial property
Numéro de référence
ISO/TR 16732-3:2013(F)
©
ISO 2013
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ISO/TR 16732-3:2013(F)
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ii © ISO 2013 – Tous droits réservés
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ISO/TR 16732-3:2013(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Applicabilité de la démarche d’évaluation du risque d’incendie . 2
5 Vue d’ensemble de la gestion du risque d’incendie . 2
5.1 Généralités . 2
5.2 Description globale de l’installation industrielle . 2
5.3 Phénoménologie d’un BLEVE . 3
5.4 Mesures de réduction des risques . 5
5.5 Présentation des options de conception . 6
6 Étapes de la démarche d’estimation du risque d’incendie . 9
6.1 Vue d’ensemble de l’estimation du risque d’incendie . 9
6.2 Utilisation de scénarios dans l’évaluation du risque d’incendie . 9
6.3 Estimation de la fréquence et de la probabilité .13
6.4 Estimation de la conséquence .15
6.5 Calcul du risque d’incendie du scénario et du risque d’incendie combiné .15
7 Incertitude, sensibilité, fidélité, et erreur systématique .21
8 Évaluation précise du risque d’incendie .21
8.1 Risque individuel et risque sociétal .21
8.2 Critères d’acceptation du risque .21
8.3 Facteurs de sécurité et marges de sécurité .22
Bibliographie .23
© ISO 2013 – Tous droits réservés iii
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ISO/TR 16732-3:2013(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives
ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de
Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote.
Leur publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
Exceptionnellement, lorsqu’un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui
sont normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations
sur l’état de la technique par exemple), il peut décider, à la majorité simple de ses membres, de publier
un Rapport technique. Les Rapports techniques sont de nature purement informative et ne doivent pas
nécessairement être révisés avant que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L’ISO/TR 16732-3 a été élaboré par le comité technique ISO/TC 92, Sécurité au feu, sous-comité SC 4,
Ingénierie de la sécurité incendie.
L’ISO 16732 comprend les parties suivantes, sous le titre général Ingénierie de la sécurité incendie —
Évaluation du risque d’incendie:
— Partie 1: Généralités
— Partie 2: Exemple d’un immeuble de bureaux [Rapport technique]
— Partie 3: Exemple d’un complexe industriel [Rapport technique]
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ISO/TR 16732-3:2013(F)
Introduction
La présente partie de l’ISO 16732 présente un exemple de l’application de l’ISO 16732-1, préparé au
format de l’ISO 16732-1. Elle ne comprend que les paragraphes de l’ISO 16732-1 qui décrivent les étapes
du mode opératoire d’évaluation du risque d’incendie. Elle conserve la numérotation des paragraphes de
l’ISO 16732-1 et omet donc les paragraphes numérotés pour lesquels aucun texte ni aucune information
ne sont fournis pour cet exemple.
Cet exemple est destiné à illustrer la mise en œuvre des étapes de l’évaluation du risque d’incendie, telles
que définies dans l’ISO 16732-1. Seules les étapes considérées comme pertinentes dans cet exemple sont
bien détaillées dans la présente partie de l’ISO 16732.
L’évaluation des risques est précédée de deux étapes: l’établissement d’un contexte, comprenant les
objectifs de sécurité incendie à satisfaire, les sujets sur lesquels portent l’évaluation du risque d’incendie
et les faits associés ou les hypothèses; et l’identification des divers dangers à évaluer. (Un «danger» est
une situation susceptible de causer des dommages.)
Les hypothèses formulées dans le présent document ont été choisies pour illustrer, de manière simple,
l’application de la méthodologie d’évaluation du risque d’incendie proposée dans l’ISO 16732-1 à une
installation industrielle. Ces hypothèses sont fournies à titre d’exemple uniquement, et il ne faut donc pas
les appliquer à d’autres cas sans vérifier qu’elles sont bien représentatives des situations rencontrées.
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 16732-3:2013(F)
Ingénierie de la sécurité incendie — Évaluation du
risque d’incendie —
Partie 3:
Exemple d’un complexe industriel
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 16732 traite d’une installation de stockage de propane fictive, dédiée à la
réception de propane transporté par wagons-citernes, à son stockage dans un réservoir sous pression
ainsi qu’à son expédition en vrac par camions-citernes. L’évaluation du risque d’incendie développée
dans la présente partie de l’ISO 16732 n’est pas destinée à être exhaustive, mais est fournie à titre
d’exemple afin d’illustrer l’application de l’ISO 16732-1 à une installation industrielle.
Le domaine d’application de la présente partie de l’ISO 16732 est par ailleurs limité aux stratégies
mises en œuvre dans le cadre de la phase de conception, y compris les modifications de l’agencement
de l’installation et le choix des stratégies de sécurité incendie pertinentes (mise en place de mesures
de réduction des risques). Les stratégies appliquées pendant la phase de fonctionnement, y compris les
modifications du procédé, ne sont pas incluses.
La présente partie de l’ISO 16732 illustre l’intérêt de la démarche d’évaluation du risque d’incendie,
compte tenu de la nécessité d’analyser plusieurs scénarios et de l’existence de plusieurs options de
conception, susceptibles de bien fonctionner ou non en fonction du scénario considéré. L’estimation du
risque est nécessaire pour déterminer le résultat de ces différentes combinaisons, ainsi que les mesures
globales de performance qui peuvent être comparées aux options de conception. Un type d’analyse
d’ingénierie plus simple serait suffisant s’il n’y avait qu’un seul scénario considéré, ou si les options
avaient tendance à toutes fonctionner de la même façon pour tous les scénarios.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le présent
document et sont indispensables pour son application. Pour les références datées, seule l’édition citée
s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y
compris les éventuels amendements).
ISO 16732-1:2012, Ingénierie de la sécurité incendie — Évaluation du risque d’incendie — Partie 1: Généralités
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 16732-1 ainsi que les suivants
s’appliquent.
3.1
BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion)
phénomène de vaporisation violente à caractère explosif consécutif à la rupture d’un réservoir contenant
un liquide sous pression dont la température est significativement supérieure à son point d’ébullition [à
la pression atmosphérique]
[1]
Note 1 à l’article: Repris de la Référence.
Note 2 à l’article: Une description plus détaillée des phénomènes impliqués lors d’un BLEVE est donnée en 5.3.
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ISO/TR 16732-3:2013(F)
3.2
vaporisation instantanée
transformation rapide en vapeur libérée lorsqu’un flux de liquide saturé subit une diminution de pression
3.3
GPL
gaz de pétrole liquéfié
mélange inflammable de propane et de butane principalement utilisé comme carburant dans les
appareils de chauffage et les véhicules
3.4
LOC
perte de confinement
libération d’un produit, telle que la fuite de produit sur un tuyau, la libération instantanée d’un produit
due à la rupture d’un réservoir, etc.
3.5
fond de réservoir
extrémité incurvée de la coque d’un réservoir cylindrique sous pression
3.6
ERS
système de déconnexion d’urgence
dispositif mécanique spécifique conçu pour céder lorsqu’un bras de chargement connecté est accidentellement
déplacé, qui permet d’isoler la fuite en fermant automatiquement deux soupapes de chaque côté
4 Applicabilité de la démarche d’évaluation du risque d’incendie
L’ISO 16732-1 répertorie des exemples de cas pour lesquels il est important de prendre en considération
des scénarios de faible fréquence, mais de fortes conséquences et donc pour lesquels l’évaluation du
risque d’incendie est utile.
L’exemple de la présente partie de l’ISO 16732 a été développé afin de venir à l’appui d’une analyse de
différentes conceptions pour une installation de stockage de propane, dans laquelle le principal risque
est le BLEVE du réservoir de stockage sous pression (à savoir ici un réservoir de stockage sphérique).
Un BLEVE correspond particulièrement bien à la définition d’un événement à fortes conséquences et à
faible fréquence pour lequel l’évaluation du risque d’incendie est utile.
5 Vue d’ensemble de la gestion du risque d’incendie
5.1 Généralités
Le présent paragraphe spécifie les différentes options de conception à évaluer.
5.2 Description globale de l’installation industrielle
Une installation de stockage de propane a été choisie pour cet exemple, du fait de son procédé simple et
de son caractère générique. Les activités de l’installation de stockage de propane incluent:
— la réception de propane transporté par wagons-citernes: un compresseur aspire l’atmosphère
gazeuse du réservoir de stockage sous pression et la comprime dans le ciel gazeux d’un wagon-
citerne afin d’assurer le transfert de la phase liquide vers le réservoir de stockage,
— le stockage dans un réservoir sous pression,
— l’expédition en vrac de propane par camions-citernes: une pompe aspire la phase liquide du réservoir
de stockage sous pression et l’injecte dans un camion-citerne, pour le distribuer à des particuliers
ou à des entreprises.
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ISO/TR 16732-3:2013(F)
Les principaux types d’équipement suivants sont utilisés: un réservoir de stockage sous pression (de
3
12,5 m de diamètre pour un volume d’environ 1 000 m ), des wagons-citernes et des camions-citernes,
des pompes, des compresseurs et des tuyauteries.
Cet exemple met l’accent sur l’influence de l’agencement de la zone de chargement des camions et des
mesures de réduction des risques sur la fréquence du BLEVE du réservoir de stockage sous pression.
5.3 Phénoménologie d’un BLEVE
Selon le Center for Chemical Process Safety (CCPS), un «BLEVE est défini comme une perte de confinement
brutale d’un gaz liquéfié sous pression se trouvant au-dessus de son point d’ébullition normal (à la
température atmosphérique) au moment de sa rupture, entraînant une expansion rapide de la phase
vapeur ainsi que la vaporisation du liquide. La libération d’énergie lors de ces processus (expansion de
[2]
vapeur et vaporisation de liquide) crée une onde de pression» .
Les phénomènes impliqués dans un BLEVE (voir Figures 1 à 3) sont décrits en détail dans la Référence [3].
Figure 1 — Rupture du réservoir (gris foncé), boule de feu (gris clair), projection de fragments
[3]
(demi-cercles noirs) et onde de pression (ligne circulaire extérieure)
[3]
Figure 2 — Élévation de la boule de feu
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ISO/TR 16732-3:2013(F)
[3]
Figure 3 — Apogée de la boule de feu
De nombreux BLEVE de réservoirs de stockage fixes, de wagons-citernes et de camions-citernes se sont
produits au cours des dernières décennies, conduisant à des catastrophes majeures et à la perte de
[4]
centaines de vies humaines. Shalif a répertorié 74 BLEVE pendant la période allant de 1926 à 1986,
ayant entraîné 1 427 décès et 635 blessés. La ruine catastrophique d’un réservoir sous pression est
une condition indispensable à la survenue d’un BLEVE: elle peut être provoquée par des agressions
mécaniques ou thermiques disposant d’une énergie suffisante. Le Tableau 1 illustre les différentes
causes d’un BLEVE.
[5]
Tableau 1 — Accidents passés impliquant des BLEVE et causes correspondantes
Causes BLEVE
Incendie 25
Impact 19
Remplissage excessif d’un réservoir 11
Pressurisation excessive d’un réservoir 3
Fatigue 2
Explosion 2
Corrosion 1
Séisme -
Inondation -
Foudre -
Autres (emballement de réaction, surchauffe,
25
etc.)
Cet inventaire souligne que les événements d’incendie et d’impact sont les causes les plus fréquentes de
BLEVE. Par conséquent, si le domaine d’application de l’exemple est limité aux effets d’un incendie adjacent,
d’un BLEVE ou d’une explosion, il inclura près de la moitié des circonstances ayant conduit à des BLEVE.
[6]
Selon Roberts et al. , «si un réservoir sous pression est attaqué par le feu, sa température augmente
et cela réduit la résistance du réservoir. Ce phénomène, combiné à l’augmentation de la pression dans le
réservoir, peut conduire à sa rupture, avec des conséquences catastrophiques.»
Les mécanismes de transfert de chaleur globaux intervenant dans le cadre de l’agression thermique d’un
réservoir sous pression sont décrits sur la Figure 4. Lorsqu’un réservoir est pris dans un incendie, le flux
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ISO/TR 16732-3:2013(F)
incident total (dû au rayonnement et à la convection) est absorbé par le réservoir, le liquide et le gaz, ce
qui entraîne l’évaporation de la phase liquide, et donc une augmentation de pression ainsi que la baisse
du niveau de liquide. En conséquence, la capacité d’absorption thermique diminue dans le temps. Des
soupapes de sécurité sont généralement utilisées pour retarder la survenue d’un BLEVE en évacuant
une partie du contenu du réservoir. L’augmentation rapide de la pression à l’intérieur de l’équipement
due à l’ébullition, combinée à la diminution de la résistance du matériau liée au chauffage externe de
l’enveloppe, conduit à la rupture catastrophique du réservoir.
Évacuation de masse et de chaleur
Absorbé par le gaz
Rayonnement émis
à nouveau
Flux incident total
(rayonnement, convection)
Évaporation
Absorbé par le liquide
Figure 4 — Mécanismes de transfert de chaleur intervenant lors de l’agression thermique
[6]
d’un réservoir sous pression
5.4 Mesures de réduction des risques
Le Tableau 2 répertorie les mesures de réduction des risques pouvant être mises en œuvre pour
[7]
empêcher ou retarder un BLEVE, d’après une revue fournie par Fulleringer.
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ISO/TR 16732-3:2013(F)
Tableau 2 — Exemples de mesures de réduction des risques courantes contre les BLEVE
Mesures de réduction des risques Fonction
Agencement (distance) Augmente les distances de séparation pour diminuer les agressions acciden-
telles sur le réservoir
Agencement (orientation) Réduit la probabilité qu’un événement thermique/mécanique menace le
réservoir
Isolement de la fuite (système de décon- Isole le bras de chargement en cas de déplacement du camion-citerne
nexion d’urgence)
Isolement de la fuite (arrêt automatique de Arrête les pompes d’alimentation en cas de chute de pression (c’est-à-dire en
la pompe) cas de fuite)
Confinement/évacuation du produit (mur Empêche l’accumulation de liquide sous le réservoir/augmente les distances
de protection, pente) de séparation pour réduire l’agression thermique sur le réservoir
Soupape de sécurité Évacue le produit à l’extérieur du réservoir et réduit ainsi la contrainte provo-
quée par l’augmentation de la pression interne
Protection passive contre l’incendie (revê- Diminue le transfert de chaleur sur les parois du réservoir
tement protecteur, bouclier thermique)
Protection active contre l’incendie (déluge Protège le réservoir par absorption d’une partie de la chaleur générée par un
a
d’eau, rideau d’eau) incendie/jet enflammé
Paroi en béton autour du réservoir, butte Protège le réservoir contre les agressions thermiques et mécaniques
a [8]
Plusieurs essais et études ont mis en évidence l’incapacité d’un système de déluge d’eau typique installé sur un
réservoir de stockage de GPL à maintenir un film d’eau sur toute la surface du réservoir si un jet enflammé impacte le
[9]
réservoir. L’API 2510A indique que «[…] le refroidissement efficace de la paroi d’un réservoir exposé à des jets enflammés
est difficile à obtenir. La vitesse du jet peut déformer le film d’eau ou bien le brouillard d’eau d’une lance à incendie.» L’exemple
actuel suppose donc que le déluge d’eau est uniquement efficace pour les jets enflammés rayonnants, et non pas pour les jets
enflammés impactants.
5.5 Présentation des options de conception
Dans le présent exemple, plusieurs conceptions alternatives sont prises en compte et se caractérisent
par les différences suivantes:
— les distances de séparation entre le réservoir de stockage sous pression et la zone de chargement
des camions,
— l’orientation de la zone de chargement des camions,
— les mesures de réduction des risques présentes (système de déconnexion d’urgence sur les bras de
chargement, système d’arrêt automatique de la pompe d’alimentation et déluge d’eau sur le réservoir
1)
de stockage sous pression ).
Le Tableau 3 résume les six options de conception différentes étudiées dans le présent document.
1) À noter que l’action des soupapes de sécurité n’est pas prise en compte dans cet exemple.
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ISO/TR 16732-3:2013(F)
Tableau 3 — Options de conception de protection contre l’incendie considérées
Option de Distance Orientation Système Arrêt Déluge d’eau
conception de séparation de la zone de déconnexion de la pompe (fiabilité
supplémentaire de chargement d’urgence (ERS) (fiabilité supposée
des camions (fiabilité supposée supposée de 90 %)
de 99 %) de 99 %)
1 Non Nord-sud Non Non Non
2 Oui Nord-sud Non Non Non
3 Non Ouest-est Non Non Non
4 Non Nord-sud Oui Non Non
5 Non Nord-sud Oui Oui Non
6 Oui Nord-sud Oui Oui Oui
«Nord-sud» signifie qu’une ligne qui traverse les quais de la zone de chargement sera perpendiculaire à
la ligne la plus courte entre le réservoir sous pression et la zone de chargement des camions (Figure 5).
«Ouest-est» signifie que si elle est étendue, la ligne la plus courte entre le réservoir sous pression et la
zone de chargement des camions, traversera également les quais de la zone de chargement des camions
(Figure 6).
COMPRESSEUR STOCKAGE
ZONE DE DÉCHARGEMENT DES WAGONS
POMPES
ZONE DE CHARGEMENT DES CAMIONS
Figure 5 — Option 1
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ISO/TR 16732-3:2013(F)
COMPRESSEUR STOCKAGE
ZONE DE CHARGEMENT DES CAMIONS
ZONE DE DÉCHARGEMENT DES WAGONZONE DE DÉCHARGEMENT DES WAGONSS
POMPES
ZONE DE CHARGEMENT DES CAMIONS
Figure 6 — Option 3
a) L’option 1 considère que le point le plus proche de la zone de chargement des camions est situé à
25 m du réservoir de stockage et qu’il n’y a pas de mesures de réduction du risque (Figure 5).
b) L’option 2 est similaire à l’option 1, mais avec une distance de séparation de 50 m entre le réservoir de
stockage et le point le plus proche dans la zone de chargement des camions. L’option 2 ne comporte
pas non plus de mesures de réduction du risque.
c) L’option 3 est similaire à l’option 1, mais avec une orientation différente de la zone de chargement
des camions. L’option 3 ne comporte pas non plus de mesures de réduction du risque (Figure 6).
d) L’option 4 est similaire à l’option 1, mais avec un système de déconnexion d’urgence sur chaque
bras de chargement. Un ERS est efficace contre la rupture d’un bras de chargement, mais pas en cas
de fuites. Dans un souci de simplification, il est supposé qu’un déplacement accidentel du camion-
citerne constitue la seule cause de rupture d’un bras de chargement. Il est donc supposé que l’ERS
empêche toute fuite de GPL due à la rupture d’un bras de chargement.
e) L’option 5 est similaire à l’option 4, mais avec un système d’arrêt automatique de la pompe
d’alimentation activé par un système de détection de gaz couvrant la zone de chargement des
camions et un système de détection de pression basse.
f) L’option 6 est similaire à l’option 2, mais avec des mesures de réduction du risque (ERS, système
d’arrêt automatique de la pompe d’alimentation, ainsi qu’un déluge d’eau activé par un système
de détection à infrarouge sur le réservoir de stockage sous pression et conçu pour protéger les
réservoirs de stockage de GPL en cas d’incendie).
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6 Étapes de la démarche d’estimation du risque d’incendie
6.1 Vue d’ensemble de l’estimation du risque d’incendie
L’estimation du risque d’incendie commence par l’établissement d’un contexte. Le contexte fournit un
certain nombre d’hypothèses quantitatives, requises avec les objectifs et les spécifications de conception,
pour effectuer les calculs estimatifs.
Pour cet exemple, l’objectif est d’empêcher l’occurrence d’un BLEVE du réservoir sous pression. Il cible
2)
le BLEVE du réservoir de stockage sous pression, du fait de ses effets potentiellement dévastateurs La
réduction de la probabilité d’un BLEVE doit également réduire le risque de dommages causés aux tiers
situés en dehors de l’installation de stockage de propane.
Par souci de simplification, cet exemple ne porte que sur l’influence de l’agencement de la zone de
chargement des camions et l’application de mesures de réduction des risques sur la fréquence du BLEVE
du réservoir de stockage.
6.2 Utilisation de scénarios dans l’évaluation du risque d’incendie
6.2.1 Vue d’ensemble de la spécification et du choix des scénarios
Le nombre de scénarios d’incendie possibles est trop important pour permettre l’analyse de chacun.
Par conséquent, il est nécessaire que toute évaluation du risque d’incendie développe une palette de
scénarios de dimension gérable, mais il est également nécessaire de veiller à ce que l’estimation du
risque d’incendie fondée sur ces scénarios soit une estimation raisonnable ou conservatrice du risque
d’incendie global. Les principales techniques pour atteindre ces objectifs reposent sur l’identification
des dangers, l’association de scénarios sous forme de groupes et l’exclusion des scénarios dont le risque
est négligeable.
Les étapes suivantes définissent la manière dont les scénarios sont choisis dans cet exemple.
6.2.2 Identification des dangers
Le présent exemple étudie le BLEVE du réservoir de stockage sous pression d’une installation de
stockage de propane.
Comme expliqué en 5.3, un BLEVE est la conséquence directe d’une rupture catastrophique d’un
réservoir, pouvant être provoquée par plusieurs types d’événements.
Ces événements peuvent être classés en deux grandes catégories ou familles de dangers et d’événements
[10]
initiateurs associés (voir Figure 7, voir Référence ):
— dangers internes (à l’installation), provoqués par les activités de l’installation elle-même; dans le
cadre de cet exemple, il y a trois grandes familles de dangers internes et d’événements initiateurs
associés, à savoir:
— la défaillance mécanique du réservoir de stockage lui-même due à une pressurisation excessive,
à un remplissage excessif, à la corrosion ou à la fatigue,
— les BLEVE d’autres réservoirs sous pression sur le site (wagons et camions dans notre exemple),
conduisant à des surpressions et à la projection de fragments (le rayonnement thermique associé
à un BLEVE n’est pas considéré comme susceptible de pouvoir provoquer un autre BLEVE
3)
compte tenu de la courte durée de vie de la boule de feu ) pouvant entraîner des dommages au
réservoir de stockage sous pression,
[2]
2) D’après la relation indiquée dans l’ouvrage du CCPS , le BLEVE d’un réservoir de stockage de propane de
3 1/3 1/3
1 000 m produirait une boule de feu d’un diamètre maximal de : D = 5,8 M = 5,8 × (582 × 1 000) = 485 m.
[2]
3) D’après la relation indiquée dans l’ouvrage du CCPS , le BLEVE d’un réservoir de stockage de propane de
3 1/6 1/6
1 000 m produirait une boule de feu d’une durée de : t = 2,6 M = 2,6 × (582 × 1 000) = 24 s.
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— les rejets de propane issus d’autres équipements sur le site, entraînant des incendies, des jets
enflammés ou des explosions susceptibles de provoquer des dommages au réservoir de stockage
so
...
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