hmcrp web-only document 3: evaluation of small quantities...

131
Web-Only Document 3: Evaluation of Small Quantities of Class 3 and Class 9 Hazardous Materials in Transportation Hazardous Materials Cooperative Research Program M. Sam Mannan Texas A&M University College Station, TX Contractor’s Final Report for HMCRP Project 18 Submitted August 2016 HMCRP

Upload: others

Post on 11-Feb-2021

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • Web-Only Document 3:

    Evaluation of Small Quantities of Class 3 and Class 9 Hazardous Materials in Transportation

    Hazardous Materials Cooperative Research Program

    M. Sam Mannan Texas A&M University

    College Station, TX

    Contractor’s Final Report for HMCRP Project 18 Submitted August 2016

    HMCRP

  • ACKNOWLEDGMENT

    This work is sponsored by the Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration (PHMSA). It was conducted through the Hazardous Materials Cooperative Research Program (HMCRP), which is administered by the Transportation Research Board (TRB) of the National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine.

    COPYRIGHT INFORMATION

    Authors herein are responsible for the authenticity of their materials and for obtaining written permissions from publishers or persons who own the copyright to any previously published or copyrighted material used herein.

    Cooperative Research Programs (CRP) grants permission to reproduce material in this publication for classroom and not-for-profit purposes. Permission is given with the understanding that none of the material will be used to imply TRB, AASHTO, FAA, FHWA, FMCSA, FRA, FTA, Office of the Assistant Secretary for Research and Technology, PHMSA, or TDC endorsement of a particular product, method, or practice. It is expected that those reproducing the material in this document for educational and not-for-profit uses will give appropriate acknowledgment of the source of any reprinted or reproduced material. For other uses of the material, request permission from CRP.

    DISCLAIMER

    The opinions and conclusions expressed or implied in this report are those of the researchers who performed the research. They are not necessarily those of the Transportation Research Board; the National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine; or the program sponsors.

    The information contained in this document was taken directly from the submission of the author(s). This material has not been edited by TRB.

  • The National Academy of Sciences was established in 1863 by an Act of Congress, signed by President Lincoln, as a private, non- governmental institution to advise the nation on issues related to science and technology. Members are elected by their peers for outstanding contributions to research. Dr. Marcia McNutt is president.

    The National Academy of Engineering was established in 1964 under the charter of the National Academy of Sciences to bring the practices of engineering to advising the nation. Members are elected by their peers for extraordinary contributions to engineering. Dr. C. D. Mote, Jr., is president.

    The National Academy of Medicine (formerly the Institute of Medicine) was established in 1970 under the charter of the National Academy of Sciences to advise the nation on medical and health issues. Members are elected by their peers for distinguished contributions to medicine and health. Dr. Victor J. Dzau is president.

    The three Academies work together as the National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine to provide independent, objective analysis and advice to the nation and conduct other activities to solve complex problems and inform public policy decisions. The Academies also encourage education and research, recognize outstanding contributions to knowledge, and increase public understanding in matters of science, engineering, and medicine.

    Learn more about the National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine at www.national-academies.org.

    The Transportation Research Board is one of seven major programs of the National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. The mission of the Transportation Research Board is to increase the benefits that transportation contributes to society by providing leadership in transportation innovation and progress through research and information exchange, conducted within a setting that is objective, interdisciplinary, and multimodal. The Board’s varied committees, task forces, and panels annually engage about 7,000 engineers, scientists, and other transportation researchers and practitioners from the public and private sectors and academia, all of whom contribute their expertise in the public interest. The program is supported by state transportation departments, federal agencies including the component administrations of the U.S. Department of Transportation, and other organizations and individuals interested in the development of transportation.

    Learn more about the Transportation Research Board at www.TRB.org.

  • 1

    EXECUTIVE SUMMARY 

    In  2004,  the  Pipeline  and  Hazardous  Materials  Safety  Administration  (PHMSA)  revised  the incident reporting requirements by eliminating certain exceptions for small quantities of Class 3 hazardous material  (HAZMAT).    In  the  following years the number of  incident reports  filed  for small  quantities  of  Class  3 HAZMAT  has  increased  substantially.   On  the  other  hand,  a  large number of products that are currently not regulated under the Hazardous Materials Regulations (HMR) will become a regulated Class 9 HAZMAT under the United Nations Globally Harmonized System (GHS) of Classification and Labeling of Chemicals criteria.  Consequently, the number of reported incidents involving Class 9 HAZMAT in transportation is likely to increase significantly in the near future.  Due to the changes in the regulations along with the GHS classification scheme adopted  at  the  international  level,  there  is  an  increasing  interest  among  the  various stakeholders  in better understanding the safety and risks associated with various commodities comprising Class 3 (Packing Groups II and III) and Class 9 HAZMAT. 

    The objectives of the current research were set to identify the commodities comprising Class 3 (Packing Group (PG) II and III) and Class 9 liquid HAZMAT (UN 3082) and to determine the risks of transportation of the HAZMAT in commerce by motor carriers.  All analyses performed were based on a maximum single package capacity of the hazardous materials of eight gallons.  

    Figure A: Research plan for evaluation of small quantities of Class 3 and Class 9 HAZMAT in transportation 

    Figure A presents the research plan of the current work.   The first step of the research was to properly identify the hazardous materials commodities that belong to the Class 3 (PG II & II) and Class  9  (UN  3082)  materials  as  defined  by  the  project  objective,  and  to  build  a  database repository.  The commodities of Class 3 (PG II and III) and Class 9 (UN 3082) liquid HAZMAT that are  regulated  under  newly  adopted  United  Nations  Globally  Harmonized  System  (GHS)  of classification and  labeling criteria were  identified. 49 CFR 172.101 provided the definitions and classification  for  the hazardous materials  (e.g., hazard  class, UN  identification) and  the  list of materials.   For not otherwise specified  (n.o.s.) categories, the CAMEO chemical database from Office  of  Response  and  Restoration,  Ocean  Service  of  National  Oceanic  and  Atmospheric Administration was used. Incident data on transportation of small quantities (8 gallons) of Class 3 (PG II and III) and Class 9 (UN3082) HAZMAT were collected from the Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration (PHMSA) incident database.  Although data from Canadian and European  databases were  searched  and  reviewed,  they were  not  considered  due  to  lack  of relevant data for the current research.   The data was screened according to the Class, packing 

    Identify Hazardous Materials

    Identify Incidents

    Data Analysis

    Risk Assessment

    Conclusions and Recommendations

  • groupAnalyof theof thefinancregula A  totaidentiresultchem3082) 

     A totaInitial32,63HAZMincideonly 2regard The dphasedeterfailure 

    Idec

    p, small quanysis data revee incidents we failure causecial damage, ations from C

    al of 731 cheified  and  arets.   From 49 icals under th) HAZMAT 10

    Figure B: Id

    al of 126,187 screening fo34  incidents  inMAT.   After  fuents further r29 incident dad.  

    ata for Class es,  failure  camined.    A  sue cause categ

    entification of ommodities

    tity (8 gallonaled patterns

    were categorizes were also and quantity

    Canada and Eu

    emicals  for Cle  listed  in ApCFR 172.101 he 41 n.o.s. c3 chemicals w

    dentification o

    7  incidents  invor Class of haznvolving Clasurther  screenreduces to 32ata were foun

    3 (PG II & III)auses  were ummary  of  igories for Clas

    s), single/mus of incidentszed accordingdetermined. y  release werurope were st

    lass 3  (PG  II &ppendix A.    F406 chemicaategories wewere identifie

    of Class 3 (PG II

    volving hazarzardous matess 3  (PG  II & ning  for  singl2,455 for Clasnd for Class 9

    ) was further categorized,ncident  freqss 3 HAZMAT 

    Class 3(PG II &III)

    Class 9 UN 3082

    2

    ltiple UN nums of different g to different Later incidere prepared.tudied and so

    &  III) and 10Figure B  showals and 41 n.re identified ed from CAME

     & III) and Clas

    rdous materiaerial and smalIII) HAZMAT le material ass 3 (PG II & 9 materials, n

    analyzed.  Da  and  incideuency  data  fare shown in

    4049 

    41 n.49 

    10CAM

    mber, and sinUN groups ot transportatint pyramids a Finally, currome recomm

    03 chemicals ws  a  schemao.s. categoriefrom CAMEOEO database.

    ss 9 (UN3082) 

    als were recoll quantity redand 30  incidnd  single  faiIII) and 29 fono further ana

    ata was dividnt  frequencyfor  different n Table A.  

    06 Chemicals CFR 172.101

    .o.s. Categorie CFR 172.101

    03 Chemicals MEO Chemicals

    ngle/multipleof materials.  ion phases anand risk matrrent  industry

    mendations we

    for Class 9  (Utic of  the  sues were  idenO database.  F. 

    hazardous mat

    orded for theduced this inidents  for Claslure  cause,  tor Class 9 (UNalysis was con

    ded into four y  for  each transportati

    es  3

    s

    e failure causeFailure causend frequencierices for injury practices anere made.  

    UN3082) wermmary  of  th

    ntified and 32For Class 9 (U

    terials 

    e  last 10 yearitial number tss 9  (UN 3082the number oN 3082).   Sincnducted in th

    transportatiocategory  waon  phase  an

    325 Chemicals CAMEO Chemicals

    e.  es es y, nd 

    re he 25 N 

     

    rs.  to 2) of ce his 

    on as nd 

  • 3

    Table A: Incident frequency by failure cause category and transportation phase of Class 3 materials Class 3 (PG II & III)

    Failure cause category Transportation phases

    Overall  Percent In‐transit storage 

    Loading In‐

    transit Unloading 

    Procedural deviations  105 699 1374 9003 11181  35.7% Human error  259 1896 1755 5112 9022  28.8% Forklift incident  206 1135 108 4017 5466  17.5% Instrument failure   64 421 554 1973 3012  9.6% Management failure  58 317 520 1199 2094  6.7% Mechanical failure  12 84 111 236 443  1.4% Traffic incidents  0 4 41 10 55  0.2% Others  1 3 11 19 34  0.1% Total  705 4559 4474 21569 31307   Percent  2.3% 14.6% 14.3% 68.9%    

     Incident categorization expressed two important findings as:  

    a) 69% of the total incidents occurred during the “Unloading” phase of transportation. b) Three most frequently cited failure causes are 

    i) procedural deviation,  ii) human error, and  iii) forklift incident. 

    It should be noted that, the presented data and associated analysis are not normalized since no suitable  denominator  data  (e.g., miles  traveled,  total  consumption) were  available.    Hence, incident trend analysis was not very conclusive. 

    Incident data also describes the consequence such as fatality/injury, financial damage, quantity released, evacuation, and environmental damage.   However,  since  the number of evacuation and environmental damage were found to be insignificant, they were not considered in the risk analysis.  Some salient features of the data analysis (total 32,455 incidents over 10 years) can be summarized as:  

    a) No incident resulted in fatality b) Only  two  incidents  (out  of  32,455  incidents)  resulted  in  a major  injury  that  required 

    hospitalization c) 99.9% incidents caused no injury at all d) 98.2% incidents resulted in financial damages of less than $1,000 e) 0.05% incidents caused financial damage costing more than $10,000 

    Incident  pyramids  were  prepared  for  financial  damage,  injuries,  and  quantity  released  to determine the level of severity.  Incident pyramids dictated the four levels of consequence and five levels of likelihood and some expert judgement was used to define the levels of likelihood.  Risk matrices for financial damage (Figure C) and injury (Figure D) suggests that the risk of Class 3  (PG  II &  III) HAZMAT  in  transportation  is  a  low  consequence‐high  frequency  phenomenon.  

  • 4

    However, some prevention measures should be adopted to reduce the frequency of  incidents.  Root  cause  categorization  and  their  incident  frequency  may  provide  some  insight  for identification  of  some  key  issues  (e.g.,  how  to  reduce  the  procedural  deviation,  or  how  to ensure safe forklift operation). 

    Financial Damage($) 

    UNLIKELY;  but occurs couple of times per 10 years 

    POSSIBLE; occurs 

    couple of times per 

    year 

    LIKELY; occurs 

    couple of times per month 

    FREQUENTLY; occurs couple of times per 

    day 

    ALMOST CERTAIN; occurs more 

    frequently per day 

    SEVERE DAMAGE (100,000‐) 

    3        

    MAJOR DAMAGE (10,000‐100,000)   

    12      

    MINOR DAMAGE (1,000‐10,000)     

    545    

    SLIGHT DAMAGE (0‐1,000)         

    31895 

    Figure C: Risk matrix based on financial damages 

    Injury/ Fatality 

    UNLIKELY; but occurs couple of 

    times per 10 years 

    POSSIBLE; occurs 

    couple of times per 

    year 

    LIKELY; occurs 

    couple of times per month 

    FREQUENTLY; occurs couple of times per 

    day 

    ALMOST CERTAIN; 

    occurs more frequently per day 

    Fatality          

    Major injury/injuries 

    2        

    Minor injury/injuries   

    18      

    No injury        

    32435 

    Figure D: Risk matrix based on injury/fatality 

    Such  risk matrix can serve as guidelines on how  to construct  risk matrix and how  to  interpret one.    Organizations  should  have  their  own  risk  matrices  considering  their  overall  risk acceptance/tolerance  level.   Matrices should be based on company policy, volume transported each  year,  material  properties,  resource  availability,  past  incident  data,  and  overall  risk acceptability.   Once  the  risk matrices are developed, each  task can be  ranked  in  terms of  risk and possible  control measures  can be designed  to  reduce  the  level of  risk  ‐  consequence or frequency or both.  However, risk tolerability (acceptable/ tolerable/ unacceptable area of risk) and decision criteria under different circumstances should be clearly defined.   

  • 5

    TABLEOFCONTENTS

    EXECUTIVESUMMARY............................................................................................................1 

    LISTOFTABLES.........................................................................................................................7 

    LISTOFFIGURES.......................................................................................................................8 

    1.0  INTRODUCTION............................................................................................................9 

    1.1  Background ..................................................................................................... 9 

    1.2  Literature Review ............................................................................................ 9 

    1.3  Objectives ..................................................................................................... 10 

    2.0  METHODOLOGY.........................................................................................................11 

    2.1  Identification of HAZMAT .............................................................................. 11 

    2.2  Data Collection .............................................................................................. 11 

    2.3  Data Mining Tools ......................................................................................... 12 

    2.4  Incident Categorization ................................................................................. 13 

    2.5  Risk Assessment ............................................................................................ 13 

    2.6  Risk Reduction .............................................................................................. 13 

    3.0  RESULTS.......................................................................................................................14 

    3.1  Identification of Hazardous Materials ............................................................ 14 

    3.2  Data Collection .............................................................................................. 18 

    3.3  Data Mining and Analysis .............................................................................. 20 

    3.4  Incident Categorization ................................................................................. 27 

    3.5  Risk Assessment ............................................................................................ 38 

    3.6  Risk Reduction through Best Practices ........................................................... 43 

  • 6

    4.0  DISCUSSIONANDCONCLUSIONS..........................................................................47 

    5.0  REFERENCES...............................................................................................................49 

    APPENDIXA:LISTOFCLASS3(PGII&III)&CLASS9(UN3082)HAZMAT......50 

    APPENDIXB:DATABASEINFORMATIONSUMMARY.................................................51 

    APPENDIXC:SURVEYDOCUMENTS.................................................................................53 

    LISTOFCLASS3(PGII&III)&CLASS9(UN3082)HAZMAT.................................58 

  • 7

    LISTOFTABLES

    Table 1: Definitions of HAZMAT, Class 3 and Class 9 HAZMAT in hazardous materials regulations of U.S.A., U.K., and Canada............................................................................................................ 14 Table 2: Frequency of incidents by identification number ........................................................... 24 Table 3: Incident frequency of different transportation phase for Class 3 (PG II & III) HAZMAT . 29 Table 4: Frequency of Class 3 HAZMAT incidents by failure cause ............................................... 29 Table 5: Frequency of Class 9 (UN3082) incidents by failure cause .............................................. 31 Table 6: Incident frequency of different transportation phase for UN 1263 ................................ 32 Table 7: Incident frequency of different transportation phase for other than UN 1263 .............. 32 Table 8: Frequency of UN1263 incidents by top failure cause ...................................................... 33 Table 9: Incident frequency of the HAZMAT other than UN1263 by top failure cause ................ 34 Table 10: Categorization of cause of incidents ............................................................................. 35 Table 11: Incident frequency by failure cause category and transportation phase of Class 3 HAZMAT ......................................................................................................................................... 37 Table 12: Incident frequency of Class 3 HAZMAT by financial damage ........................................ 38 Table 13: Incident frequency of Class 3 HAZMAT by quantity released ....................................... 39 Table 14: Incident frequency of Class 3 HAZMAT by injuries ........................................................ 40 

  • 8

    LISTOFFIGURES

    Figure 1: Research plan for evaluation of small quantities of Class 3 and Class 9 HAZMAT in transportation ............................................................................................................................... 11 Figure 2: Flow chart presenting identification of Class 3 (PG II & III) and Class 9 (UN3082) hazardous materials ...................................................................................................................... 17 Figure 3: Process of data screening and mining for Class 3 and Class 9 HAZMAT ........................ 23 Figure 4: Trend of incidents involving Class 3 HAZMAT ................................................................ 26 Figure 5: Trend of incidents involving Class 9 HAZMAT ................................................................ 27 Figure 6: Incident data in different transportation phase of Class 3 (PG II & III) HAZMAT ........... 28 Figure 7: Incident data in different transportation phase of Class 9 (UN3082) HAZMAT ............. 28 Figure 8: Incident pyramid of Class 3 HAZMAT for financial damage ........................................... 39 Figure 9: Incident pyramid of Class 3 material for quantity released ........................................... 39 Figure 10: Incident pyramid of Class 3 HAZMAT of Injuries .......................................................... 40 Figure 11: Risk matrix based on financial damages....................................................................... 41 Figure 12: Risk matrix based on quantity released ....................................................................... 41 Figure 13: Risk matrix based on injury/fatality ............................................................................. 42 Figure 14: AHRA process and linkage to emergency management planning (www.publicsafety.gc.ca) .............................................................................................................. 43 Figure 15: Diverse risk event scenarios (www.publicsafety.gc.ca) ............................................... 44 Figure 16: Risk analysis elements used in UNECE ......................................................................... 45 Figure 17: Example of an F‐N graph for societal risk with possible areas for risk evaluation (UNECE, 2008) ............................................................................................................................... 46 

  • 9

    1.0 INTRODUCTION

    1.1 BackgroundA hazardous material (HAZMAT)  is defined as any substance or material  in commerce that has the potential to harm people, property or environment.  Hazardous materials classified as Class 3  (Packing Group  (PG)  II  and  III) present  a  very  low  flammability hazard  (e.g., perfume,  food flavorings,  paint,  adhesives,  printing  ink,  cleaning  supplies,  and  personal  care  products)  and Class 9 materials that are liquid include many of the same types of products (e.g., perfumes and personal  care products,  food  flavorings, paint, adhesives, printing  ink, and  cleaning  supplies).  Historically,  incidents  involving these materials with small packaging size were not required to be reported to the Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration (PHMSA).  

    The primary objective of the Hazardous Materials Transportation Act (HMTA) is to ensure safety of  life  and  property  inherent  in  the  transportation  of  hazardous materials  in  commerce.   In 2004, PHMSA revised the incident reporting requirements by eliminating certain exceptions for small quantities of Class  3 materials.   Consequently,  the  number of  incident  reports  filed  by industry for small quantities of Class 3 materials has increased substantially.  On the other hand, a  large  number  of  products  that  are  currently  unregulated  under  the  Hazardous Materials Regulations (HMR) will become a regulated Class 9 material under the United Nations Globally Harmonized System (GHS) of classification and labeling of chemicals criteria.  Consequently, the number of  reported  incidents  involving Class 9 materials  in  transportation  is  likely  to  increase significantly  in  the  near  future.    Due  to  the  changes  in  the  regulations  along  with  the classification  scheme  adopted  at  the  international  level,  the  industry  has  interest  in  better understanding the safety and risks associated with various commodities comprising Class 3 (PG II and III) and Class 9 hazardous materials.  The term ‘industry’ in this report refers to the entities who are involved with shipping and transporting the hazardous materials.  

    1.2 LiteratureReviewRisk assessment for transportation of hazardous materials has been studied for decades, but the investigations specifically for transportation risk of Class 3 and Class 9 HAZMAT is uncommon.  

    A  quantitative  risk  assessment  was  conducted  to  estimate  the  risk  from  transporting  toxic inhalation hazards  (TIH),  liquefied petroleum gas, gasoline, and explosives  (Hwang et al.).   For TIH materials, both highway  and  rail  transportation  incidents were examined while  for other toxic materials; only incidents in highway transportation were considered.  Risk distributions and quantitative  risk measures  for additional materials were presented.   This  study demonstrates the  capability  to  evaluate  national  risk  of  transporting  certain  hazardous  materials.    Risk distributions  provide  valuable  information  on  probability  of  certain  effects  in  a  given  time period, whereas risk measures provide a convenient way to compare relative risk for different commodities, transportation modes, and incident types. 

  • 10

    A methodology and a tool to integrate multiple data sources were proposed to analyze HAZMAT road  incidents  in Québec, Canada by Trépanier et al. (2009).   The databases used  in the study include: Dangerous Goods  Incident  Information System  (DGAIS)  from Transport Canada, Road Incident  Database  from  the  Société  de  l'assurance  automobile  du  Québec  (SAAQ),  and Community  Database  on  Work  Incidents.    DGAIS  has  information  on  spills,  injuries,  death counts,  and  other  parameters  related  to  HAZMAT,  but  the  information  reported  is  only  for instances in which Canadian laws require it.  Since not all of the databases collect the same data or even all the data that is needed to analyze incidents, the databases were integrated using the Transportation Object‐Oriented Modeling  (TOOM)  approach which  allows  analysis  of  data  in relation to other transportation sources. 

    A  decision  support  system was  developed  to  identify  risks  associated with  transportation  of hazardous materials  (Romano and Romano, 2009).   The model  integrates a database covering each mode of transportation in the study region with GIS capabilities to illustrate potential risks.  Database  includes  transported  materials,  transportation  length,  release  probabilities,  and population density of surrounding areas.  By inputting the data of material hazardous level and how close that material travels near populated area, this model calculates the risk and potential affected population. 

    1.3 ObjectivesThe general objective of the research was set to identify the commodities comprising Class 3 (PG II  and  III)  and  Class  9  liquid  hazardous materials  (UN  3082)  and  to  determine  the  risks  for transportation of the materials in commerce by motor carriers.  Risk analysis performed in this project was based on a maximum single package capacity of  the hazardous materials of eight gallons.  

    Based on the general objective six specific objectives were set:  To identify Class 3 HAZMAT under packing group II and III and Class 9 HAZMAT with UN

    3082 and to develop a database with all identified HAZMATs. To identify and collect incident data in which these HAZMAT have been involved. To  analyze  incident  databases  to  discover  patterns  in  the  datasets  and  to  extract

    information from the dataset and transform it into an understandable structure. To categorize the failure causes of the incidents and to determine incident frequency of

    incidents.   This  information  is  structured  in  the  incident pyramid  for  injuries,  financialdamage or quantity released.

    To build risk matrices for fatalities, financial damages, and quantity released to establishprecursors  that  can  give  a  clear  view on where efforts  can be placed  for  further  riskreduction.

    Best  practices,  standard  operating  procedures,  and  technological  improvements  thatcould  reduce  both  likelihood  and  consequence  of  transportation  incidents  involvingClass 3 (PG II and III) and Class 9 HAZMAT will be identified.

  • 11

    2.0 METHODOLOGY

    The current  research  identifies  the  commodities comprising Class 3  (PG  II and  III) and Class 9 liquid hazardous materials under the GHS criteria and determines the risk for transportation by motor carriers for the Class 3 materials and risk for transportation in commerce for the Class 9 materials.  The research plan is shown in Figure 1. 

    Figure 1: Research plan for evaluation of small quantities of Class 3 and Class 9 HAZMAT in transportation  

    2.1 IdentificationofHAZMATThe first step was to properly identify Class 3 materials under Packing Group II and III and Class 9 materials with UN 3082.  The regulation 49 CFR 173.120 presented a description of the different classes  of materials  and  the  regulation  49  CFR  172.101  listed  all materials  along with  their respective hazard class, UN  identification, and  information about  the packaging,  including  the packing group.  The hazardous material database for Class 3 materials (PG II and III) as provided by the 49 CFR 172.101 regulations listed either precise components like kerosene or methanol, or categorizes components  like paints or perfumery products. Class 9 materials under  the UN 3082  are  only  listed  as  “Environmentally  hazardous  substances,  liquid,  n.o.s.  (not  otherwise specified)”.    Hence,  chemical  products  databases were  interrogated  to  properly  identify  the range  of materials.    Interactive  Learning  Paradigms,  Incorporated  (ILPI),  a  company  based  in New  Jersey provided on their website a  list of resources for Material Safety Data Sheets.   The Environmental Health and Safety group of the Oklahoma State University also provided a list of databases  of materials.    From  these  databases,  a  systematic  search  by  the UN  identification allowed  a  better  understanding  of  the  different  classes  of  products.    From  that  search,  a database  of  all  identified  Class  3  (PG  II  and  III)  and  Class  9 materials  (UN  3082)  has  been developed. 

    2.2 DataCollectionOnce the hazardous materials pertaining to this study were correctly identified, the second step was  to  identify  the  type  of  incidents  in which  these materials  had  been  involved.    Relevant information  for  the  incidents  that  were  collected  and  compiled,  including:  total  number  of 

    Identify Hazardous Materials•Builddatabase repository

    Identify Incidents•Collectincident data

    Data Analysis

    Risk Assessment

    Conclusions and 

    Recommendations

  • 12

    incidents by  chemical,  volume  released,  cost of damage,  type of package,  size of  containers, injuries,  fatalities,  evacuation  area,  and  environmental  and  health  impact.    Additional information,  such  as  how  an  incident was  caused, was  collected  based  on  the  availability  of information.  A database repository was developed.  

    Data from past incidents Incidents  that  involved Class 3 and Class 9 hazardous materials were studied back  to  the year 2000 to provide sufficient data for analysis.  The first data source to be analyzed is the US states’ or  federal  agencies’  databases.    The  PHMSA  provides  online  access  to  the  incident  reports database and gives a  large number of  fields describing the  incident  (175 entries per  incident).  Concerning  European  databases,  the  European  Road  Safety  Observatory  lists  10  European incident databases, and the best ones for this research project are CARE, ETAC, and RISER.  The major Canadian database  for  transportation  incidents  is DGAIS provided by Transport Canada.  The US databases are consulted primarily for Class 3 materials, and other countries’ databases are also considered after  the most high profile chemicals  from  the US are  identified.   For  the Class 9 materials, all databases are systematically consulted. 

    Data from shippers and carriers Shippers and carriers are  in direct contact with these chemicals, and  it was expected that they could provide the transportation record of hazardous materials (e.g., containers).  However, it is possible  that  they  have more  specific  information  than what  is  reported  to  state  or  federal agencies  from  internal  incident  investigations.    To  gain  additional  incident  information, interviews of shippers and carriers, as well as questionnaires and online surveys, were planned.  For Class 3 materials, 10  shippers and 10 carriers were  selected.   These  shippers and carriers were chosen based on different criteria  such as  the  size of  the company  they work  for  (from local  companies  to  the  top  10  largest  US  companies  and  out  to  international  groups),  the incident  frequency  the companies experience, and  the  time when a  typical  incident occurred.  Studies  and  recommendations  about  interviewing  techniques  (best  practices  for  incident investigation  published  by  OSHA,  U.S.  Department  of  Labor,  Mine  Safety  and  Health Administration)  state  that  the  data  collected  are  less  altered  if  the  events  discussed  in  the interview are recent.  

    2.3 DataMiningToolsSince the  incident data collection results  in a  large  incident database and a material database, proper analysis of this data is important.  Therefore, data mining tools were used (Anand 2006, Mahdiyati  2011).    These  tools  helped  to  discover  patterns  in  large  datasets,  and  to  extract information from a data set and transform it into an understandable structure.  Examples of the applicability of data mining include, but are not limited to:  the chemical that reports the most incidents,  the average  size of  spills,  the  type of  container  involved  in  the most  incidents,  the average cost per  incident, and the average size of release.   The data mining tools used on the database were cluster analysis, association rule and classification, and regression  tree  (Cerrito 2006, Giudici 2009).    In general, data mining allowed detection of  interesting patterns such as 

  • 13

    group  data  records  (e.g.,  frequencies,  higher  or  lower  trends);  unusual  records,  useful  for anomaly detection and; dependencies among different  factors.   One example of data mining would be the identification of the top 20 hazardous materials with highest incident frequencies and largest container sizes and find their corresponding incident consequences.  

    2.4 IncidentCategorizationData mining tools helped establish frequency and consequence of different scenarios from the afore‐mentioned  database.    First,  this  information  was  structured  in  the  incident  pyramid format (Heinrich, 1931).   The  initial purpose of this pyramid was to show how unsafe acts can lead  to minor  injuries  and,  over  time,  to major  injuries.    This  categorization,  combined with frequencies  and  consequences  obtained  from  the  database  and  output  of  the  data mining analysis, served as the basis to establish thresholds of a risk matrix.   

    2.5 RiskAssessmentRisk  is  defined  as  a  function  of  the  severity  of  an  incident  consequence  and  its  expected frequency.    According  to  the  information  from  databases,  in  principle  both  frequency  and consequence  can  be  estimated.    The  period  a  database  covers,  is  finite  and  there may  be substances which are hazardous but so far have not been involved in an incident.  The incident categorization further helps in identifying scenarios with high risk levels.  The final evaluation of risk  is determined by the overall  likelihood and consequence of an  incident.   The factors to be considered for the  impact of  incident can most  likely be:  injuries or fatalities, asset damage or release.  

    2.6 RiskReductionBest  practices,  standard  operating  procedures,  and  technological  improvements  that  could reduce both likelihood and consequence of transportation incidents involving Class 3 (PG II and III) and Class 9 HAZMAT were  identified and cost‐effective engineering  solutions  to  reduce ormitigate those risks are provided.  To fulfill that task, literature and regulations were studied to determine current practices and requirements for transportation of HAZMAT.  Finally, based on the risk assessment, the risk for transportation of commodities comprising Class 3 (PG II and III) and Class 9  liquid HAZMAT  in commerce were estimated, also the risk reduction strategies are provided.  

  • 14

    3.0 Results

    3.1 IdentificationofHazardousMaterialsTo  better  understand  the  properties  of  HAZMAT materials  to  be  studied  in  this  project,  a comparison was first made among the definition of Class 3 and Class 9 HAZMAT were based on the regulations for transportation of hazardous materials or dangerous goods in three countries: U.S.A.,  U.K.,  and  Canada.    The  detailed  classifications  as  reported  in  the  regulations  are summarized in Table 1. 

    Table 1: Definitions of HAZMAT, Class 3 and Class 9 HAZMAT in hazardous materials regulations of U.S.A., U.K., and Canada 

    Country  HAZMAT  Class 3  Class 9 U. S. A.  Any substance 

    which may pose an unreasonable risk to health and safety of operating or emergency personnel, the public, and/or the environment if not properly controlled during handling, storage, manufacture, processing, packaging, use, disposal, or transportation. 

    A flammable liquid (Class 3) means a liquid having a flash point of not more than 60.5°C (141°F), or any material in a liquid phase with a flash point at or above 37.8°C (100°F) that is intentionally heated and offered for transportation or transported at or above its flash point in a bulk packaging, with the following exceptions: 

    • Any liquid meeting one ofthe definitions specified in49CFR 173.115.

    • Any mixture having one ormore components with aflash point of 60.5°C (141°F)or higher, that make up atleast 99 percent of the totalvolume of the mixture, if themixture is not offered fortransportation ortransported at or above itsflash point.

    • Any liquid with a flash pointgreater than 35°C (95°F)which does not sustaincombustion according toASTM 4206 or the procedure

    Miscellaneous hazardous material (Class 9) means a material which presents a hazard during transportation but which does not meet the definition of any other hazard class. This class includes: 

    • Any material which has ananesthetic, noxious orother similar propertywhich could cause extremeannoyance or discomfortto a flight crew member soas to prevent the correctperformance of assignedduties; or

    • Any material that meetsthe definition in § 171.8 foran elevated temperaturematerial, a hazardoussubstance, a hazardouswaste, or a marinepollutant.

    • Elevated temperaturematerial means a materialwhich when offered fortransportation ortransported in a bulk

  • 15

    in Appendix H of this part. • Any liquid with a flash point greater than 35°C (95°F) and with a fire point greater than 100°C (212°F) according to ISO 2592. 

    • Any liquid with a flash point greater than 35°C (95°F) which is in a water‐miscible solution with a water content of more than 90 percent by mass. 

    Class 3 Packing group II & III: Packing Groups I, II and III indicate the degree of danger presented by the material is great, medium or minor, respectively. Packing Group II: Flash point (closed‐cup) Initial boiling point 35 °C(95 °F). Packing Group III: Flash point (closed‐cup) Initial boiling point ≥23 °C, ≤60 °C(≥73 °F, ≤140 °F) >35 °C(95 °F). 

    packaging: (1) is in a liquid phase and 

    at a temperature at or above 100oC or 212oF; 

    (2) is in a liquid phase with a flash point at or above 38oC (100oF) that is intentionally heated and offered for transportation or transported at or above its flash point; or 

    (3) is in a solid phase and at a temperature at or above 240oC (464oF). 

    U. K.    Flammable Liquids covers substances and articles, which: 

    • are liquids at 20°C and at a pressure of 101.3 kPa, with a melting point or initial melting point of 20°C or less at a pressure of 101.3 kPa 

    • at 50°C have a vapor pressure of not more than 300kPa  

    • have a flash point of not more than 60°C.  

    This group also contains: 

    These are substances and articles which during transport present a danger not covered by other classes. 

    Magnetic materials are classified in this category (magnetism may affect the navigation systems of airplanes). Polychlorinated biphenyls are placed in Class 9 because they may damage the environment. Dry ice (solid carbon dioxide) can evaporate producing 

  • 16

    • liquid substances and molten solid substances with a flash point of more than 60°C that are carried or handed over for carriage while heated at temperatures equal to or higher than their flash point 

    • liquid desensitized explosives, which are explosive substances that are dissolved or suspended in water or other liquid substances to form a homogeneous liquid mixture to suppress their explosive properties. 

    asphyxiating fumes, and displace oxygen in the air in confined places such as cargo holds in ships and storage cellars. Asbestos can damage the lungs and the effect on health is not immediate, the damage appears after many years, therefore, asbestos is not placed in Class 6.1 but in Class 9. 

    Canada  A substance is dangerous goods when: 

    • it is listed by name in Schedule 1 and is in any form, state or concentration that meets the criteria in this Part for inclusion in at least one of the 9 classes of dangerous goods; or 

    • it is not listed by name in Schedule 1 but meets the criteria in this Part for inclusion in at least one of the 9 classes of dangerous goods. 

    1) Substances that are liquids or liquids containing solids in solution or suspension are included in Class 3, Flammable Liquids, if they: a) have a flash point less than or equal to 60ºC using the closed‐cup test method ; 

    b) are intended or expected to be at a temperature that is greater than or equal to their flash point at any time while the substances are in transport. 

    2) Despite paragraph (1)(a), liquids that have a flash point greater than 35°C are not included in Class 3, Flammable Liquids, if they: a)  do not sustain combustion, as determined in accordance with the sustained combustibility test ; 

    A substance is included in Class 9, Miscellaneous Products, Substances or Organisms, if it: 

    a) is included in Class 9 in column 3 of Schedule 1; or

    b) is not included in Class 9 in column 3 of Schedule 1 and does not meet the criteria for inclusion in any of Classes 1 to 8 and i. contains a genetically 

    modified micro‐organism that would endanger public safety if incidentally released during transport, 

    ii. is listed in Appendix 1 (Marine Pollutants)  

    iii. except for asphalt or tar, is offered for transport or transported at a temperature greater 

  •  It wasIn all meet classe

    For  th173.1and thgave informfor Clprecisperfuhazar

    F

    Figure3  HAregula

    Idenco

    s observed ththe three coucertain  crite

    es but possess

    he  purpose  o120 were apphe Class 9 maa  list  of  m

    mation aboutass 3 materise componenmery producdous substan

    igure 2: Flow

    e 2 shows theZMAT  with ation  49  CF

    ntification of ommodities

    hat the definiuntries’ reguleria of  flash ps certain risk 

    of  this  studylied.  To propaterials with Uaterials,  alon the packaginals  (PG  II andnts like kerosects.   Class 9 mnces, liquid, n

     chart presen

    e identificatiopacking  grouR  172.101.   

    CP

    U

    b) havgreatedetermwith IS

    c) are wasolutiocontenper cen

    itions and clalations, Class point  and Claduring transp

    y,  the  definitperly identifyUN 3082, theng  with  theing, including td  III) as provene or methamaterials und. o. s. (not ot

    nting identifichazard

    on process whup  II  and  III Hazard  clas

    Class 3 G II &III

    Class 9 UN 3082

    17

    ve a fire poinr than 100°Cmined in accoSO 2592; or ter‐miscible 

    ons with a watnt greater thant by mass. 

    assification m3 materials aass  9 materiaportation. 

    tion  and  clasy the Class 3 me regulation 4ir  respectivethe packing gided by  the  rnol, but also der the UN 30herwise spec

    cation of Classdous materia

    here 406 chewere  identifss,  UN  ident

    406 49 CF

    4Ca

    49 C

    103

    C

    nt as rdance 

    ter n 90 

    methods of thare defined aals do not b

    ssification  fromaterials und49 CFR 172.10e  hazard  clasgroup.  The haregulation 49categories of082 are only cified)”.  

    s 3 (PG II & IIIals 

    micals and 4fied  from  thtification,  an

    Chemicals FR 172.101

    41 n.o.sategoriesFR 172.101

    3 Chemicals CAMEO Chemicals

    than or eif it is in aor at a tegreater thto 240°C solid stat

    ese countriesas flammable elong  to  any

    om  U.S.  reguder Packing G01 was first inss,  UN  identazardous mat9 CFR 172.10f componentlisted as “En

    I) and Class 9 

    1 n.o.s. categhe  most  recend  informatio

    32

    qual to 100°Ca liquid state mperature han or equal if it is in a e. 

    s were similamaterials thay other  hazar

    ulation  49  CFGroup II and nvestigated. tification,  anterial databas01  listed eithes like paints onvironmental

    (UN3082) 

    gories for Clasent  version  oon  about  th

    25 Chemicals CAMEO Chemicals

    ar.  at rd 

    FR III It nd se er or ly 

     

    ss of he 

  • 18

    packaging,  including the packing group were recorded along with the chemicals.   However, for each n.o.s. categories, no detailed chemicals were listed.  For example, UN1986 is described as alcohols,  flammable,  toxic,  n.o.s.  chemicals  belonging  to  that  category  can  be  alcohols, flammable,  poisonous,  n.o.s.,  cyclohexanol,  denatured  alcohol  (Toxic),  diisobutylcarbinol,  2‐ethyl hexanol, propargyl alcohol.  To resolve this problem, the CAMEO chemicals database was also  investigated.   It  is a public database owned by Office of Response and Restoration, Ocean Service of National Oceanic and Atmospheric Administration.   With  the help of  this database, 325 specific chemicals  in  these 41 n.o.s. categories were also  identified.   Similar methodology was applied  for Class 9 chemicals with UN 3082.   103 chemicals were  identified  from CAMEO chemicals  besides  the  general  information  listed  as  “Environmentally  hazardous  substances, liquid, n.o.s. (not otherwise specified)” in 49 CFR 172.101.  The list of materials along with their respective  hazard  class,  UN  identification,  and  information  about  the  packaging  has  been included in Appendix A.  There are four tabs or sections in Appendix A.  The first section contains the  list of 406 chemicals found  in 49 CFR 172.101.   The second and third sections  list 41 n.o.s. categories  found  in 49 CFR 172.101 and 325 chemicals under  these categories  identified  from CAMEO database, respectively.  The fourth section has the list of 103 chemicals identified from CAMEO database. 

    It  should be noted  that a database  titled “FACTUAL”  (https://www.factual.com/products/cpg) was found  that  can  identify  common  consumer  products.    The  database  includes  over  600,000 consumer  packaged  goods,  including  categories    such  as  “beauty  &  skincare”,  “food  & beverage”, “pet products”, “baby products”, “healthcare products” and “household  supplies”.  This database has some usability to find the common consumer goods containing Class 3 (PG II and III) and Class 9 (UN 3082) materials.   

    3.2 DataCollectionIn  order  to  select  the  appropriate  incident  database,  databases  in U.S.,  Canada,  and  Europe were studied. 

    Canadian database Incident  data  is  available  for HAZMAT  shipped by motor  carriers  from  the Dangerous Goods Incident Information System (DGAIS), Transport Canada Statistics.  Incident database DGAIS was searched  for non‐bulk quantities.    Incident data  collection  and  analysis were based on  small quantities, ones with capacity lower than 30.3 liters (basis: 1 US gallon = 3.7854 liter), for both Class 3 (Packing Group II & III) and Class 9 (UN3082).  The incident data was screened based on death count, major  injury, moderate  injury, minor  injury, evacuation area, evacuation number, and damage (damage to property, damage to equipment, damage to cleanup and other).  It was observed  that  no  incident  record was  found  in  the  final  list  for  Class  9  and  Class  3  Packing Groups II & III. 

    European database Several European databases were consulted for transportation incidents involving HAZMAT and the results can be summarized as follows: 

  • 19

    •  Analysis, Research and Information on Incidents (ARIA), France:  It is not comprehensive, and only  selected  incidents are  included.   The purpose of  the database  is  to enhance learning from incidents.  This database was found not very useful for this research. 

    •  CCPS  Process  Safety  Incident  Database  (PSID):    It  is  not  available  for  public  access.  Access was denied by the person in charge due to confidentiality issues. 

    •  Central  Reporting  and  Evaluation  Office  for  Hazardous  Incidents  (ZEMA)  database, Germany:  The focus is on manufacturing‐related incidents; only 2% data are related to transportation.    It was available  for public access, but web address  for accessing data does not exist anymore. 

    •  European Process Safety Center:  Statistics on process safety was not found. •  United  Kingdom  Petroleum  Industry Association  (UKPIA), U.K.:    It  is used  for  internal 

    review/trend analysis as appropriate.  Authority did not share incident database due to sensitivity of information regarding member companies.   

    •  The European Agreement concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road  (ADR):    Information  on  the  United  Nations  Economic  Commission  for  Europe (UNECE) website was checked and no incident database was found. 

    U. S. database The  first  database  studied  was  the  Pipeline  and  Hazardous Materials  Safety  Administration (PHMSA)  from  the U. S. Department of Transportation.   PHMSA provides online access  to  the incident reports database.  Raw incident data was searched by setting searching criteria, such as date of incident, mode of transportation, packaging type, incident cause, incident consequence, and so on.   PHMSA  incident  report database provides a  large number of  fields describing  the incident, including but not limited to mode of transportation, transportation phase, carrier and shipper  information,  Identification number of materials, hazard  class  code, quantity  released, packaging  type,  package  capacity,  failure  cause  and  consequence  factors  such  as  financial damage, fatality,  injury, and evacuation.   Given the  large number of the fields, researchers can easily screen the database to fit their scope of the study.   In the study, raw database could be obtained by searching for non‐bulk shipments via highway mode of transportation from 2005 to 2014. 

    Incidents  were  searched  for  non‐bulk  shipments  via  highway mode  of  transportation.    The incidents were  further  screened  based  on  the  individual  package  capacity  of  the  shipment.  Maximum allowable package capacity was set to be eight gallons for Class 3 (PG II and III) and Class 9  (UN 3082) HAZMAT.   Compiled data were  then  sorted based on  several  consequence criteria,  e.g.,  fatality,  injury,  evacuation  and  damage  amount.    These  lists were  prepared  to select shipper and carrier for further investigation. 

    Since only after 2004,  incidents  involved with small quantity of Class 3 packing group  II and  III and  Class  9 with UN  3082 were  reported,  10  year  incidents  from  PHMSA were  selected  for analysis.    Incident  database  of  transporting  non‐bulk  hazardous materials  on  highway  from January 01, 2005 to December 31, 2014 was downloaded from PHMSA public database.  There are  three columns  in  the database describing  failures: how  fails, what  fails, and  failure cause.  

  • 20

    Failure cause  is  further categorized as procedural deviations, human error, mechanical  failure, instrument failure, management failure, traffic  incidents, forklift  incident, and others based on knowledge.    No  fatalities  have  been  reported  with  small  quantities  of  Class  3  and  Class  9 hazardous  materials.    Some  of  the  serious  events  include  injury  of  11  personnel  involving toluene, injury of four personnel, and evacuation of 165 employees involving pyridine and injury of two and evacuation of 155 personnel with approximately $1.5 million property damage due to  the  incident  involving methyl  alcohol, hexane  isopropanol, orig.  klearkote  5185, methanol absolute,  #12  deglazer,  ethanol  isopropanol,  chrome  sludge,  terchloroethylene,  and  metal hydroxide.  10‐15 incidents were selected from PHMSA database based on the severity and type of  incidents and  from  the  incidents potential  shippers and  carriers were  identified  for  survey purpose. 

    By  comparing  different  incident  databases,  PHMSA  database  seems  to  be  the  most comprehensive database and fits the interest of the study.  Thus the study was continued with only PHMSA incident database. Information of the database is summarized in Appendix B. 

    Data from survey All human subject research conducted by Texas A&M employees or students is submitted to the Institutional Review Board  (IRB) for review.   A pre‐application consultation with the  IRB about this  specific  study  was  made.    Principal  investigator  and  researchers  completed  several comprehensive training on survey ethics, data privacy and protection.  Finally, an application for survey, consent form, recruitment letter, list of participants of the survey (name and address of shipper and carrier companies), and questionnaires  for  shippers and carriers were  submitted.  After the review process all documents were approved and stamped.  All approved and stamped documents have been attached in Appendix C.  

    Questionnaire for shippers consists of nine parts seeking some general information on company policies  and  incident  experiences;  health,  safety  and  environment  standards  and  practices; carrier selection process; hazard  identification & risk assessment methodology; safety and risk communication;  human  factors  (i.e.,  driver/loader  competency  development  or  monitoring procedure); emergency response procedures; best practices and record‐keeping methodologies.  Questionnaire for carriers consists of four parts: general information on HAZMAT transportation practices  and  experiences; human  error  consideration  and  competency development; quality control and inspection; documentation and learning from past incidents.  

    However,  due  to  the  lack  of  responses  from  the  shippers  and  carriers,  survey  could  not  be completed.  Survey request and consent form were sent to the enlisted and approved shippers and carriers multiple times.  Both shippers and carriers were attempted to contact over phone, but without success.   

    3.3 DataMiningandAnalysisMS SQL (Server Query Language) Management Studio was used as a database engine, and SQL was used  for query to screen and organize data.   The data mining software provided a strong 

  • 21

    technical support  to reveal patterns of  transportation  incident,  identify  trends, and categorize the  failure  causes.    Data mining  results were  further  used  to  develop  a  transportation  risk matrix.   Figure 3 shows the methodology of data mining  implemented  in the study.   First, raw data  of  the  incidents  was  collected  from  PHMSA  by  searching  for  non‐bulk  shipments  via highway mode of  transportation.    The  collected data  included  126,178 observations  and  the incidents  were  occurred  from  January  1,  2005  to  December  4,  1995.    In  the  database,  an incident  involving  single materials  was  recorded  as  a  single  observation.    For  the  incidents involving multiple materials,  they were  recorded as multiple observations since each  involved material was recorded as one observation.  After obtaining the raw database, data mining were preceded by two phases.   Phase I was data screening, and Phase II was data analysis using the screened data.  

    Phase I: Data Screening Both Class 3 and Class 9 materials are involved in the study, thus raw data was divided into two parts  to obtain database  for each  class.    In order  to evaluate  frequency and  consequence of Class  3  incidents,  Class  3  Data‐1  was  obtained  by  querying  those  incidents,  satisfying  the following conditions:  

    Incident  involved only Class 3 materials with packing group  II or  III, and with 8‐gallon maximum package capacity. 

    Incidents involved single material. 

    Incidents  involving multiple UN number were not considered  in this study primarily because of two  reasons.   First,  total  incident number of Class 3 materials with packing group  II or  III and with  8‐gallon maximum package  capacity  is  32,634.   Only  0.55% of  the  incidents  (179) were reported  as  incidents  involving  multiple  UN  numbers.    Second,  for  the  incidents  involving multiple  UN  number,  consequences  of  the  incidents were  accumulated  by  the multiple  UN number.   Consequence of releasing a single Class 3 material could not be reflected from those incidents.  Thus, the incidents involving multiple materials were not considered, and the Class 3 Data‐1 were screened by searching for those  incidents  involving single material.   Finally, there are 32,455 incidents were screened in Class 3 Data‐1.  Root causes of incidents are important to be studied for preventing or reducing reoccurrences of similar incidents.   There is considerable doubt about  the  consistency and  validity of  the definition used  to  classify  root  causes  in  the incident reports.    In this report, we have used the failure cause categories  (knowing that on a consistent basis not all  the  failure causes  represent  real  root causes)  reported  in  the  incident database  to conduct our data analysis and derive  the conclusions.    In order  to  implement  the analysis, Class 3 Data‐2 was  generated.   Besides  the  criteria  to  generate Class 3 Data‐1, one more  criterion  to obtain Class 3 Data‐2 was extracting  the  incidents  causing by  single  failure cause.  Only around 5% incidents of the 32,455 incidents were caused by multiple failure cause.  Finally, 31,307 incidents were covered in Class 3 Data‐2. 

    Class 9 UN3082 data was obtained by querying the incidents satisfying the following conditions:  Incidents involving only Class 9 material, specifically UN3082. 

  • 22

    Incidents  involving  the  materials  with  maximum  package  capacity  which  was  eight gallons.  

    Incidents involving single material. 

    By using first two conditions to query, 30 incidents involving the Class 9 UN3082 were identified.  Among these incidents, only one incident was involved multiple materials and all incidents were caused by single failure cause.  The incident involving multiple materials was removed and final dataset used for the analysis related to Class 9 UN3082 covers 29 incidents. 

    Phase II: Data Analysis Data  analyses  were  implemented  in  three  parts:  analysis  based  on  incident  frequency, consequence, and failure cause.   These data analysis were  implemented separately for Class 3 and Class 9 materials. 

    Class 3 Data‐1 was used to evaluate frequency and consequence of incidents.  First, in order to study the trend of the hazard materials which were most frequently involved in incidents, top 23 materials with the highest incident frequencies were listed.  Trends during the 10 years for the 23 materials were analyzed separately.    In  the database,  there are  four  transportation phases including  in‐transit  storage,  in  transit,  unloading  and  loading.    In  order  to  understand which transportation phase was most  likely to cause the  incident, the  incident frequency distribution for the 23 materials were studied.  According to the frequencies of incidents involving the top 23 materials,  incidents of  the material UN1263 accounting  for 60% of  the Class 3  incidents,  thus further  analysis  of  incident  frequency  and  consequence  regarding  Class  3  incidents  was implemented separately for the  incidents  involving UN1263 and for the  incidents  involving the Class 3 materials other than UN1263. 

    Incident consequences were analyzed to categorize  incidents, which would be  further used to construct a transportation risk matrix.  Consequence could be evaluated based on four factors‐ number of fatalities/injuries, amount of financial damage, quantity of a material released, and whether  there was  an  evacuation  ordered.    Amount  of  financial  damage  and  quantity  of  a material categorized to four levels based on corresponding frequencies.  Incident pyramids were constructed to present  incident categorizations based on number of fatalities/injuries, amount of  financial  damage,  quantity  of  a material  released.    As  for  evacuation  ordered,  only  few incidents  resulted  in  evacuation,  thus  incidents  were  simply  categorized  to  the  incidents resulting in evacuation and those not resulting in evacuation. 

    Additionally,  Class  3  Data‐2  was  used  to  categorize  failure  causes  of  incidents.    Via  SQL management  system,  it was  found  that  31,307  incidents were  caused  by  45  failure  causes.  These failure causes were categorized into eight groups based on expert opinion.  In order to get a deeper  understanding  top  failure  causes under  each  cause  category were  listed  separately with  corresponding  frequencies.    On  the  other  hand,  top  failure  causes  associated  with transportation  phases  were  listed  with  corresponding  frequencies,  along  with  frequency  of failure cause categories associated with transportation phases. 

  • Figure 3: Process of data screenin

    23

    g and mining for Class 3 and Classs 9 HAZMAT  

  • 24

    Similar to the analysis of incidents involving Class 3 materials, Class 9 UN3082 data were analyzed based on  incident  frequency  first.    Trend  of  incidents  involving  class  9  UN3082  during  the  10  years  was analyzed.    And  the  frequency  distributions  of  incidents  in  different  transportation  phases  were presented. 

    However, since Class 9 UN3082 data only has 29  incidents,  incident pyramids could not be developed.   As for the analysis of failure causes, considering the small size of the data, causes were not categorized to the 10 categories, but failure causes associated with different transportation phases were listed with corresponding frequencies. 

    Trend analysis First,  top  Class  3 materials which  have most  incidents  are  ranked.    There  are  126 materials  in  total involved in the incidents during the 10 years, 23 out of them have more than 100 incidents in 10 years.  The top 23 materials and the number of the incidents they were involved are listed as Table 2. 

    Table 2: Frequency of incidents by identification number  Identification 

    Number Number of incidents happened in 10 years 

    UN1263  19358 UN1219  2323 UN1993  1688 UN1133  1217 UN1170  851 UN1090  794 UN1230  786 UN1210  781 UN1866  623 UN1987  620 UN1268  289 UN1294  262 UN1197  254 UN2924  253 UN1648  249 UN1193  212 UN1307  185 NA1993  184 UN1139  180 UN2056  175 UN1173  166 UN1208  116 UN1247  102 

     

  • 25

    The  trends of  incidents  for each material are shown  in Figure 4.   60% of the  total  incidents of Class 3 materials over the 10 years are UN1263‐related, and number of  incidents in each year is decreasing as time goes by.  Based on the following charts, incidents involving UN1993, UN1866, and NA1993 per year are obviously decreasing.   On  the other hand,  incidents  involving UN1090 and UN1208 are  increasing during  the  last  10  years,  which  warns  people  to  take  actions  and  reduce  these  incidents  when transporting.    The  trends  of  other materials  are  relatively  flat,  but  numbers  of  incidents  involving UN1170, UN1133, UN1139  and UN1268  tend  to  increase  in  the  past  several  years, which  also warn people to improve the transportation safety of these materials.    It should be noted that the data used to present the trend analysis are not normalized.  We did not find appropriate or suitable data (e.g. the total amount/volume of material of each UN number transported in that period) to normalize the dataset presented here.   As a result, the trends become  inconclusive.  For example, UN 1090 has an increasing trend over  last 10 year.   But we cannot definitely say that the frequency of incident of the material is increasing since the transport of UN 1090 might have increased as well in that period of time.    

     

     

    0

    500

    1000

    1500

    2000

    2500

    3000

    2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

    Num

    ber o

    f inciden

    ts

    year

    (a)

    UN1263

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

    Num

    ber o

    f inciden

    ts

    year

    (b)UN1219

    UN1993

    UN1170

    UN1210

    UN1133

    UN1230

  • 26

     

     

     

     Figure 4: Trend of incidents involving Class 3 HAZMAT 

     

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

    Num

    ber o

    f inciden

    ts

    year

    (c)

    UN1866

    UN1987

    UN1268

    UN1294

    UN1090

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

    Num

    ber o

    f inciden

    ts

    year

    (d)

    UN2056

    UN1307

    NA1993

    UN1173

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

    Num

    ber o

    f inciden

    ts

    year

    (e)UN2924

    UN1197

    UN1648

    UN1193

    UN1139

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

    Num

    ber o

    f inciden

    ts

    year

    (f)

    UN1208

    UN1247

  • 27

    Similarly, the trend of  incidents for Class 9 UN 3082  is shown  in Figure 5.    In general, the trend of UN 3082 incidents is increasing as time goes by. 

    Figure 5: Trend of incidents involving Class 9 HAZMAT 

    3.4 IncidentCategorizationTransportation phases Data  exploration  has  been  done  via  SQL management  studio  and  results  are  shown  in  this  section.  Incidents that happened in different transportation phases were studied and results for both Class 3 and Class 9 (UN3082) are shown in Figure 6 and Figure 7, respectively.  

    “Unloading”  is the transportation phase which tends to have most  incidents.   The number of  incidents that  happened  during  “loading”  and  “in  transit”  is  relatively  similar.   As  per  the  “in  transit  storage” category the transportation phase which is least likely to involve incidents.  Even though there are only 29 records of UN3082 available to study, the results related to UN3082 shows same pattern.  

    012345678

    2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

    Num

    ber o

    f inciden

    ts

    year

  • FFigure 6: Incid

    Figure 7: Inci

    dent data in d

    dent data in 

    different tran

    different tran

    28

    sportation ph 

    nsportation p

    hase of Class 

    phase of Class

    3 (PG II & III)

    s 9 (UN3082) 

      HAZMAT 

     HAZMAT 

  • 29

    Further, top failure causes corresponding to  incidents that happened  in each transportation phase are studied.   For Class 3 materials,  incidents are caused by single failure cause and multiple failure causes, and some failure causes for incidents are unknown.  As Table 3 shows, more than 94% of incidents are caused by single failure causes.  Referring to both Figure 3 and Table 3, the number of incidents for Class 3 commodities with single component and single  failure cause was 31,307, and approximately 69% of these incidents (21566) occurred during the unloading phase of transportation.  

    Table 3: Incident frequency of different transportation phase for Class 3 (PG II & III) HAZMAT Class 3 

    Transportation Phase 

    Number of incidents  

    Unknown failure cause

    Multi failure cause 

    Single failure cause 

    Loading  4813  191  61  4561 In Transit  4691  136  113  4442 

    In Transit Storage  729  17  11  701 Unloading  22222  361  295  21566 

     Among these single‐failure‐cause incidents, top failure causes in each transportation phase are listed as Table 4. 

    Table 4: Frequency of Class 3 HAZMAT incidents by failure cause  Failure cause  Incident number Class 3 Loading Forklift Incident  1135 Human Error  850 Dropped  838 Defective Component or Device  321 Inadequate Preparation for Transportation  285 Improper Preparation for Transportation  274 Too Much Weight on Package  213 Impact with Sharp or Protruding Object (e.g.  nails)  208 Inadequate Blocking and Bracing  184 Valve Open  58 Class 3 In Transit Dropped  891 Human Error  690 Improper Preparation for Transportation  548 Inadequate Preparation for Transportation  475 Inadequate Blocking and Bracing  426 Defective Component or Device  386 Too Much Weight on Package  373 Impact with Sharp or Protruding Object (e.g.  nails)  174 Valve Open  125 

  • 30

    Forklift Incident  108 Class 3 In Transit Storage Forklift Incident  206 Human Error  130 Dropped  69 Impact with Sharp or Protruding Object (e.g.  nails)  59 Defective Component or Device  51 Inadequate Preparation for Transportation  48 Improper Preparation for Transportation  44 Too Much Weight on Package  32 Inadequate Blocking and Bracing  22 Inadequate Procedures  10 Class 3 Unloading  Inadequate Blocking and Bracing  5324 Forklift Incident  4017 Human Error  2631 Improper Preparation for Transportation  1878 Too Much Weight on Package  1708 Dropped  1463 Defective Component or Device  1112 Inadequate Preparation for Transportation  1060 Impact with Sharp or Protruding Object (e.g., nails)  1018 Loose Closure  Component  or Device  718 

     Class 9 (UN3082) Similar study was done  for Class 9 UN 3082.   There are only 29  incidents  involving UN3082 materials.  And  eight  of  them  occurred  during  “in  transit”,  eight  of  them  happened  during  “loading”,  and  13 happened during “unloading”.  Because of the small database for UN 3082, incident numbers regarding to each failure cause in each transportation phase are listed in Table 5.  Even though, the database is too small to provide enough evidence to make a conclusion,  it  is possible to find that forklift  incidents are the top failure cause to lead incidents during “loading” and “unloading” phase.    

  • 31

    Table 5: Frequency of Class 9 (UN3082) incidents by failure cause Failure Cause  Incident Number UN3082 Loading Forklift Incident  3 Human Error  1 Impact with Sharp or Protruding Object (e.g.  nails)  1 Improper Preparation for Transportation  1 Inadequate Preparation for Transportation  1 Unknown  1 UN3082 In Transit  Deterioration or Aging  1 Dropped  1 Forklift Incident  1 Human Error  1 Impact with Sharp or Protruding Object (e.g.  nails)  1 Inadequate Preparation for Transportation  1 Too Much Weight on Package  1 Vehicular Crash or Incident Damage  1 UN 3082 In Transit Storage UN 3082 Unloading Forklift Incident  4 Inadequate Blocking and Bracing  2 Unknown  1 Too Much Weight on Package  1 Inadequate Preparation for Transportation  1 Improper Preparation for Transportation  1 Human Error  1 Deterioration or Aging  1 Abrasion  1 

     Class 3 materials:  “UN1263” and “Other than UN1263”  Incident  frequency  of UN1263  is  19,358  out  of  32,455  incidents  related  to  Class  3 materials.    Thus, incidents  of  transporting  Class  3 materials  are  divided  into  two  groups:    incidents  of  transporting UN1263 and  incidents of  transporting “Other  than UN1263”.    In  this way,  the high weight of UN1263 incidents  can  be  avoided when  analyzing  top  failure  causes.    For  both  groups  of  Class  3 materials, incidents are based on single failure cause and multiple failure causes.  Some failure causes for incidents are unknown.   As Table 6 and Table 7 shows, for both groups, frequencies of  incidents with unknown cause and multiple causes are no more than 5%, so that these causes can be ignored and only incidents caused by single failure cause will be used for further analysis.    

  • 32

    Table 6: Incident frequency of different transportation phase for UN 1263 Class 3 UN 1263 

    Transportation Phase 

    Incident frequency 

    Unknown cause 

    Multiple  cause 

    Single cause % for unknown and multiple causes 

    Loading  2060  51  37  1972  4.27% In Transit  1828  59  48  1721  5.85% In Transit Storage 

    425  8  5  412  3.06% 

    Unloading  15045  180  189  14676  2.45% overall % of unknown and multiple causes  2.98% 

     Table 7: Incident frequency of different transportation phase for other than UN 1263  

    Class 3 other than UN1263 Transportation 

    Phase Incident frequency 

    Unknown cause 

    Multiple cause 

    Single cause 

    % of unknown and multiple causes 

    Loading  2753  140  26  2587  6.03% In Transit  2863  77  33  2753  3.84% In Transit Storage 

    304  9  2  293  3.62% 

    Unloading  7177  181  103  6893  3.96% overall % of unknown and multiple causes  4.36% 

     Top failure causes for both groups regarding to transportation phases are shown in Table 8 and Table 9. 

        

  • 33

    Table 8: Frequency of UN1263 incidents by top failure cause Failure cause  Frequency Class 3 UN1263 Loading Forklift Incident  742 Human Error  304 Dropped  191 Too Much Weight on Package  135 Inadequate Blocking and Bracing  126 Impact with Sharp or Protruding Object (e.g.  nails)  123 Improper Preparation for Transportation  114 In Transit Improper Preparation for Transportation  308 Inadequate Blocking and Bracing  281 Human Error  214 Too Much Weight on Package  214 Inadequate Preparation for Transportation  169 Dropped  158 In Transit Storage Forklift Incident  148 Human Error  69 Unloading Forklift Incident  2918 Human Error  1758 Improper Preparation for Transportation  1288 Too Much Weight on Package  1186 

        

  • 34

    Table 9: Incident frequency of the HAZMAT other than UN1263 by top failure cause Failure Cause  Frequency Class 3 Other than UN1263 Loading  Dropped  647 Human Error  546 Forklift Incident  393 Defective Component or Device  268 Inadequate Preparation for Transportation  191 Improper Preparation for Transportation  160 In Transit Dropped  733 Human Error  476 Inadequate Preparation for Transportation  306 Defective Component or Device  299 Improper Preparation for Transportation  240 Too Much Weight on Package  159 Inadequate Blocking and Bracing  145 Valve Open  111 In Transit Storage Human Error  61 Forklift Incident  58 Defective Component or Device  37 Dropped  34 Inadequate Preparation for Transportation  29 Impact with Sharp or Protruding Object (e.g., nails)  24 Improper Preparation for Transportation  19 Unloading Inadequate Blocking and Bracing  1129 Forklift Incident  1099 Human Error  873 Dropped  687 Improper Preparation for Transportation  590 Too Much Weight on Package  522 Inadequate Preparation for Transportation  457 Defective Component or Device  447 Impact with Sharp or Protruding Object (e.g.  nails)  443 Loose Closure  Component  or Device  360 

     

  • 35

    Failure causes were categorized  in order to get a better understanding of  the  failure causes and their frequencies.   There are three columns  in the database describing  failures: how  failed, what  failed and failure cause.  They were categorized into eight groups as shown in Table 10. 

    Table 10: Categorization of cause of incidents Procedural deviations  Mechanical failure Commodity Polymerization  Abrasion  Commodity Self‐Ignition  Corrosion – Exterior Fire Temperature or heat  Conveyer or Material Handling Equipment MishapIncompatible Product  Corrosion – Interior Inadequate Maintenance  Deterioration or Aging Improper Preparation for Transportation    Punctured Inadequate Blocking and Bracing  Structural Inadequate Accident Damage Protection  Threaded Connection Overfilled  Threads Worn or Cross Threaded Over‐pressurized  In