Referenz

In der Nähe von Cincinnati beim Regionalflughafen Lunken im Bundesstaat Ohio ist am 28. August 2005 um ca. 17 Uhr bei einem abgestellten Eisenbahn-tankwagen das Ausströmen von gasförmigen Styrol aus dem Sicherheitsventil beobachtet worden. Gemäss Medienberichten enthielt der Kesselwagen rund 24'000 Gallonen, das sind rund 90'000 Liter Styrol. Der Kesselwagen gehört einer an der Börse kotierten Gesellschaft mit ISO 9000 Zertifizierung und mit der Sicherheits-Auszeichnung "OSHA star site".

	USGS Satellitenfoto. Ort der Quelle (roter Kreis) mit Evakuierungszone

Evakuierung angeordnet

Die Bevölkerung wurde bis zu einer Distanz von 0.5 Meilen um den Kesselwagen evakuiert und eine Ausgangssperre im Radius von 1 Meile verhängt. Der Regionalflugplatz Lunken wurde vorübergehend geschlossen.

Zwei Polizisten wurden ins Spital gebracht, nachdem Sie Gas eingeatmet hatten, sie wurde aber wieder entlassen. Es sind keine weiteren Verletzte aufgrund des Vorfalls gemeldet worden. 

Möglicher Grund für den Druckanstieg

Weil das Oeffnen des Sicherheitsventils ein Druckanstieg im Innern voraussetzt, ist davon auszugehen, das eine exotherme (wärmeerzeugende) Reaktion im Tankinnern stattgefunden hat. Bei Styrol ist eine  bekannte Reaktion die Polymerisation des Styrols zu Polystyrol (siehe dazu unser Experiment Polymerisation von Styrol hier) 

Für den Transport und die Lagerung wird dem Styrol üblicherweise ein Stabilisator, wie 4-tert-Butylbrenzcatechin (TBC) zugegeben, der die Polymerisation unterbindet. Für die Wirksamkeit von TBC ist es nötig, dass in der Styrollösung neben dem TBC auch eine gewisse Konzentration an Sauerstoff gelöst ist. Falls kein Stabilisator vorhanden oder dieser aufgebraucht ist kann Stryol polymerisieren oder mit Sauerstoff ein Styrol-Sauerstoff Copolymer, Benzaldehyd oder Formaldehyde bilden.

Dem Styrol wird zwischen 10-55 ppm TBC zugegeben. Unter idealen Bedingungen stabilisiert 10-15 ppm TBC Styrol für etwa 3 Monate. Je nach Sauerstoffkonzentration, Temperatur, Feuchtigkeit, Rost oder andere Unreinheiten im Tank kann das TBC schneller verbraucht werden. Zusätzlich ist eine Sauerstoffkonzentration von minimal 10 ppm und bevorzugt von 15-20 ppm nötig.

Je höher die Temperatur desto schneller sinkt die TBC-Konzentration. In der folgenden Tabelle ist der Abfall der TBC-Konzentration von 15 ppm auf 10 ppm bei der entsprechenden Temperatur in Tagen angegeben (unter Luft gelagert, Referenz):

Gemäss Medienberichten stand der Kesselwagen seit 9 Monaten am Unfallort. Aufgrund dieser langen Standzeit ist die Polymerisation als Grund für den Druckanstieg wahrscheinlich.  

Gefahrensymbole

Das erste, linke Gefahrensymbol ist der Gefahrendiamant (gemäss NFPA 704, siehe auch Wikipedia):  

	Gesundheitsgefahr = 2 (blaues Quadrat): Gefährlich! Aufenthalt im Gefahrenbereich nur mit voller Schutzkleidung und Atemgerät
	Brandgefährdung = 3 (rotes Quadrat) : Entzündungsgefahr bei normalen Temperaturen.
	Reaktivität = 2 (gelbes Quadrat):  Heftige chemische Reaktion möglich. Verstärkte Schutzmassnahmen. Löschangriff nur aus sicherem Abstand

Das mittlere Bild zeigt die UN-Gefahrentafel:

	Die Kemlerzahl 39 steht für 3 = Endzündbarer flüssiger Stoff, 9 = Gefahr einer heftigen Reaktion, die aus der Selbstzersetzung oder der Polymerisation entsteht
	Die UN-Nr 2055 entspricht Styrol.

Das rechte Bild zeigt, dass Styrol zu der ADR-Klasse 3 gehört:

Entzündbare flüssige Stoffe

Physikalische Eigenschaften

Stryol (auch Vinylbenzol, Phenylethylen, Englisch: Styrene genannt) ist eine farblose, benzolartig riechende, stark lichtbrechende, brennbare Flüssigkeit.

	Styrol hat einen Siedepunkt von 145 Grad Celsius und liegt bei Normbedingungen als Flüssigkeit vor. Der Dampfdruck ist bei Normbedingungen mit 5 hPa = 5 mbar klein.
	Der Flammpunkt liegt bei 31 Grad Celsius und ein Gemisch mit Luft ist innerhalb von 1 bis 9 Vol% zündfähig.
	Styroldämpfe mit einem Dampfdichteverhältnis vom 3.6 sind schwerer als Luft. Bei einer Freisetzung besteht daher die Gefahr das die Dämpfe in die Kanalisation absinken, oder z.B. in Tiefgaragen und Kellern ansammeln und dort ein zündfähiges Gemisch bilden.
	Stryol hat eine Wasserlöslichkeit von 0.24 g in 1 kg Wasser und ist daher in Wasser schwerlöslich. Weil die Dichte von Stryol mit 910 kg/m3 kleiner als von Wasser ist, bildet das flüssige Stryol auf einem Gewässer eine obenliegende Phase.
	Bildet explosive, oxidierend wirkende Peroxidverbindungen.

Toxische Eigenschaften

Styroldämpfe bewirkt eine Reizung der Augen und der Haut. Bei längerer Einwirkung ist eine Blasenbildung möglich.

Stryol wird zum Vergleich z.B. zu Essigsäure als weniger toxisch beurteilt (ERPG-1 Wert von Stryol 50 ppm, ERPG-1 Wert von Essigsäure 5 ppm). Allerdings stuft die EPA Stryol möglicherweise als krebserregend für Menschen ein (siehe EPA Air Toxics Website Styrene).

Stryol hat einen Geruchsgrenze von 1 ppm, d.h. Stryol ist über den Geruch sehr gut wahrnehmbar. Und zwar bei einer viel niedrigen Konzentration als die Limite für die toxische Wirkung von 250 ppm für den ERPG-2 (Bei einer Einwikrung von weniger als 1 Stunde).

Gefahrenabschätzung mit MET

Für die Gefahrenabschätzung nehmen wir zwei eskalierende Fälle an:

Wir übernehmen folgende Wetterangaben:  Windgeschwindigkeit: 3 m/s, Temperatur: 25°C, Relative Luftfeuchtigkeit: 70%, Himmel weniger als 50% bedeckt, Tag, Bodenrauhigkeit: Dorf.   

Mit den Standardeinstellungen erhalten wir mit MET:

Für den Fall 1 (siehe linkes Bild): 

Toxische Gefährdung im Freien: 1150 m und im Schutz eines Hauses: 120 m. 

Explosionsgefährdung (1% Trommenfellschäden): 1430 m.

Für den Fall 2 (siehe rechtes Bild):

Toxische Gefährdung im Freien: 250 m und im Schutz eines Hauses: 20 m. 

Explosionsgefährdung (1% Trommenfellschäden): 660 m.

Tankexplosion: Fragmente: 630 m, Ueberdruckgefährdung: 120 m.

Feuerball (bei BLEVE): 550 m Verbrennungen 1. Grades auf unbedeckter Haut.   

Beim Eintreten eines solchen Szenarios würde ein gewisser Anteil an Styrol vor der Freisetzung in Polymer umgesetzt, das als weit ungefährlicher gilt. Dieses umgesetzte Styrol darf vernachlässigt werden. Wieviel Styrol vor der Freisetzung jedoch umgesetzt wird, ist nicht einfach vorauszusehen und deshalb nicht berücksichtigt. 

Klick auf eines der MET-Szenariomasken vergrössert dieses.

Interpretation

Fall Kein Brand:

Die Gefahrenanalyse mit MET zeigt eine Gefährdung im ungünstigen Fall ohne Brand von ca. 1430 m für die Gefährdung durch eine Wolkenexplosion. Diese Distanz setzt sich aus der Ausbreitung des Styrols nach einem Tankbersten und der Detonation des Styrols in maximaler Distanz in der das Luft/Styrol Gemisch gerade noch explosionsfähig ist, zusammen. Diese Distanz ist daher konservativ, weil ein Teil möglicherweise nur verpufft ohne einen gefährlichen Ueberdruck zu erzeugen. Nicht vergessen werden darf, dass Styroldämpfe schwere als Luft sind: Eine Ansammlung von Dämpfen in Kellern, Parkhäusern oder Kanalisation sind daher möglich. Die toxische Gefährdungsdistanz reicht bis 1150 m für Personen im Freien und 120 m im Schutz von Häusern.

Fall Brand:

Im Falle eines Brandes ist mit einer Gefährdung durch Wolkenexplosion bis ca. 660 m zu rechnen. Bei einem BLEVE müsste mit einem Feuerball gerechnet werden mit einer Gefährdungsdistanz bis 550 m (Verbrennungen 1. Grades).

Gefährdung im Freien

Aufgrund der toxischen Gefährdungsdistanz von 1150 m und der Gefahr der Wolkenexplosion sollte die Gefährdungsdistanz im Freien auf 1500 m festgesetzt werden.

Gefährdung in Häusern

Die Gefährdung in Häusern reicht minimal bis 150 m (Entzündung von Holz durch einen Feuerball 150 m, Toxische Gefährdungsdistanz im Haus 120 m). Nicht vergessen werden darf, dass weggeschleuderte Tankteile bis 630 Meter fliegen (90% aller Teile) und Häuser massiv beschädigen können. Eine Gefährdung in Häusern sollte daher auf 630 Meter ausgeweitet werden.  

Die realen Massnahmen

Die reale Evakuierungszone der Einsatzkräfte bei diesem Unfall umfasste 0.5 Meilen (ca. 800 Meter). Eine Ausgangssperre wurde auf 1 Meile festgesetzt (ca. 1'6 km).

Andere Unfälle mit Styrol

Kürzlich haben wir ebenfalls über eine Freisetzung von Styrol in Frankreich berichtet (siehe hier).

Danksagung

Wir danken dem Nachrichtensender WCPO-TV (http://www.wcpo.com) für die zur Verfügungstellung des Bildmaterials.