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火災(zāi)爆炸防范對(duì)策與危害消減系統(tǒng)之設(shè)計(jì)
        2002-12-05
        在介紹完火災(zāi)爆炸危害特性評(píng)估技術(shù)后，本章節(jié)則針對(duì)目前業(yè)界較為缺乏之火災(zāi)爆炸危害消減技術(shù)中之防范對(duì)策、早期預(yù)警、災(zāi)害延阻與抑制設(shè)計(jì)技術(shù)，作進(jìn)一步研究與探討?；馂?zāi)爆炸危害消減系統(tǒng)乃是有系統(tǒng)地對(duì)于製程中物質(zhì)之火災(zāi)爆炸特性進(jìn)行測(cè)試與評(píng)估，藉以瞭解其燃燒、爆炸危害與等級(jí)，進(jìn)而針對(duì)製程特殊需求設(shè)計(jì)出火災(zāi)爆炸早期偵測(cè)系統(tǒng)及危害控制、消減設(shè)施。消減系統(tǒng)有許多方法可以達(dá)成如：爆炸阻隔設(shè)計(jì)（Explosion Isolation）、設(shè)備強(qiáng)度強(qiáng)化設(shè)計(jì)、爆炸壓力洩放設(shè)計(jì)、火焰?zhèn)鞑プ韪粼O(shè)計(jì)及火點(diǎn)擴(kuò)散抑制等技術(shù)…等。在消減系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期必須注意的是使用物料之著火及爆炸特性，包括閃火點(diǎn)、自燃溫度、最低著火能量、爆炸上下限、最低限氧濃度…等條件 （請(qǐng)參閱表三及表四說(shuō)明），一般可經(jīng)由前一章節(jié)中所介紹之火災(zāi)爆炸危害特性評(píng)估技術(shù)測(cè)試后得知；或經(jīng)由物質(zhì)安全資料表中獲得相關(guān)資訊。但值得注意的是一般常引用文獻(xiàn)中的資料多數(shù)之?dāng)?shù)據(jù)資料多在常溫常壓下（1 atm ; 25℃）測(cè)得；而一般製程卻在不同之溫度壓力條件下進(jìn)行操作，故在引用時(shí)必須格外謹(jǐn)慎小心。
        防火防爆對(duì)策
        火災(zāi)燃燒是物質(zhì)的氧化反應(yīng)，而在本文前述第三章節(jié)火災(zāi)爆炸與熱傳遞學(xué)中有提到物質(zhì)燃燒之三要素乃燃料（可燃物或易燃物）、氧氣（氧化劑或氧化物）、火源（明火、電弧或熱能），故欲有效防止火災(zāi)爆炸之發(fā)生；就必須防止前述三個(gè)條件同時(shí)存在的可能性。首先針對(duì)如何防止可燃物或易燃物外洩管控進(jìn)行探討。
        1.可（易）燃性物質(zhì)外洩管制
        可（易）燃性物質(zhì)一旦不慎由儲(chǔ)存設(shè)備或管路閥件中外洩后，如遇到引火源將有可能引發(fā)火災(zāi)及爆炸。因此為防止可（易）燃物質(zhì)外洩而引發(fā)之火災(zāi)爆炸應(yīng)做好下列有效之防制措施：
        (1) 裝置防溢堤及洩漏偵測(cè)器，一旦可燃性物質(zhì)外洩時(shí)便啟動(dòng)緊急遮斷閥或設(shè)備停機(jī)；防止可燃性液體繼續(xù)外洩，造成危害發(fā)生。
        (2) 降低儲(chǔ)存設(shè)備之壓力，以緩和洩漏之速度。
        (3) 啟動(dòng)緊急冷卻系統(tǒng)將洩漏之管線急速冷凍。
        (4) 以特殊防漏填補(bǔ)劑或阻漏探棒封填洩漏源。
        (5) 于儲(chǔ)存設(shè)備上端裝設(shè)水霧（water mist）噴灑系統(tǒng)以限制外洩物質(zhì)之蒸氣揮發(fā)擴(kuò)散范圍。
        (6) 裝設(shè)隔離設(shè)備將外洩物質(zhì)隔離侷限在某一密閉空間內(nèi)（如氣瓶柜）以減少外洩物質(zhì)與空氣或引火源之接觸后，再進(jìn)行清除之動(dòng)作。
        (7) 以泡沫系統(tǒng)噴灑至外洩可燃物質(zhì)表面，藉此限制其蒸發(fā)表面積。
        (8) 添加低揮發(fā)性抑制劑，以降低物質(zhì)外洩揮發(fā)后爆炸之機(jī)率。
        (9) 以氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w通入可燃性物質(zhì)儲(chǔ)存設(shè)備中，避免空氣進(jìn)入。
        (10) 添加抗靜電劑及設(shè)備接地，以防止靜電所造成的危害。
        2.降低可燃物質(zhì)之揮發(fā)濃度
        降低可燃物質(zhì)之揮發(fā)濃度最佳的方法即是限制可燃物質(zhì)活動(dòng)的范圍，避免在爆炸（燃燒）上下限中的環(huán)境下出現(xiàn)。加強(qiáng)空氣的對(duì)流及循環(huán)換氣，避免著火性物質(zhì)揮發(fā)蒸氣聚積，是一般危險(xiǎn)性工作場(chǎng)所常用之方法。但對(duì)粉塵而言，因其粒子有沉積現(xiàn)象，且沉積的粉塵可能受作業(yè)環(huán)境的影響被吹起，故在侷限空間內(nèi)達(dá)到爆炸上下限之濃度，若遇到引火源可能產(chǎn)生危害。所以，對(duì)粉塵作業(yè)場(chǎng)所較難施行粉塵濃度控制，惟可以利用清潔或通風(fēng)換氣方法來(lái)減少粉塵的堆積，或採(cǎi)用不易造成粉塵洩漏或飛散的機(jī)械設(shè)備。而設(shè)置在高危險(xiǎn)區(qū)之一級(jí)（Class Ι）工作場(chǎng)所，則更須使用符合其作業(yè)環(huán)境等級(jí)之防爆電器，并通入惰性氣體或空氣加壓封蓋以維持正壓；防止著火性蒸氣進(jìn)入而發(fā)生危害?；蛘?qǐng)參閱 NFPA 469 -Purged and Pressurized Enclosures for Electric Equipment 中說(shuō)明。
        3.降低空氣中的氧濃度
        將可燃性物質(zhì)操作或使用環(huán)境中氧氣濃度降至該物質(zhì)之爆炸（燃燒）最低限度以下，即可防止火災(zāi)或爆炸之發(fā)生。而最有效的方法為使作業(yè)系統(tǒng)中先完成真空抽氣程序；使系統(tǒng)在無(wú)空氣的環(huán)境下變成負(fù)壓，再導(dǎo)入惰性氣體，避免系統(tǒng)內(nèi)殘存易燃性物質(zhì)蒸氣與外界空氣接觸形成著火性混合氣體，抑制火災(zāi)爆炸之發(fā)生。而使用惰性氣體防火或抑爆時(shí)仍應(yīng)注意下列事項(xiàng)：
        (1) 人員防護(hù)裝備之安全考量。
        (2) 系統(tǒng)或設(shè)備是否裝置壓力排放裝置，以防止惰性氣體導(dǎo)入后壓力過(guò)壓之狀況發(fā)生。
        (3) 惰性氣體導(dǎo)入系統(tǒng)前應(yīng)經(jīng)過(guò)除濕及過(guò)濾之裝置，避免水分及雜質(zhì)影響產(chǎn)品品質(zhì)。
        (4) 如使用鹵化碳氧化合物時(shí)則需考慮其對(duì)設(shè)備管線之腐蝕性影響。
        相關(guān)惰性氣體之使用、安裝及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；請(qǐng)參閱 NFPA 69 Explosion Protection System 中詳細(xì)說(shuō)明。
        物質(zhì)名稱    閃火點(diǎn)（℃）  自燃溫度（℃） 爆炸下限（空氣百分比） 爆炸上限（空氣百分比）
        丙酮  -7   538 2.5  13
        汽油  -43 -   1.4  7.6
        丁烷  -60   405 1.6  8.4
        丙烯睛  0  -  3.0  17
        甲基苯烯酸甲酯  10   421 1.7  8.2
        乙醚  -45  82  1.9  36
        庚烷  -4  223  1.1  6.7
        氫氣  -  400  4.0  75
        甲醇  12  464  6.0  36
        異丙醇  12  455  2.0  12
        甲苯  4  536  1.2  7.1
        環(huán)氧己烷  12   2.0  22 -
        乙烷 - 135  515  3.0  12.5
        丙烯  -108  497  2.0  11.1
        苯乙烯  31  490  1.1  7.0
        醋酸甲酯  -9  502  3.1  16
        異丁酮  -4  516  1.4  11.4
        甲烷  -188  538  5.0  15
        物質(zhì)名稱   最低限氧濃度（%）  物質(zhì)名稱 最低限氧濃度（%）
        丙酮  15.5  鋁粉  2
        煤油  14  鐵  11
        丁烷  14.5  咖啡  17
        乙醚  13  黃豆粉  15
        丙烯  14  淀粉  12
        乙醚  13  尼龍  13
        天然氣  14  聚乙烯  12
        氫氣  6  甲基丙烯酸甲酯  11
        甲醇  13.5  環(huán)氧樹脂  12
        表四 常見可燃性物質(zhì)之最低限氧濃度（MOC）
        本實(shí)驗(yàn)系以二氧化碳為惰性氣體之實(shí)驗(yàn)，與一般以氮?dú)鉃槎栊詺怏w之實(shí)驗(yàn)結(jié)果略有不同
        4.引火源管理
        一般業(yè)界對(duì)于火焰源、物理及化學(xué)引火源、明火及動(dòng)火作業(yè)之管制均有相當(dāng)程度之認(rèn)知與了解，在此則不多加以撰述。本節(jié)則以業(yè)界在電能引火源中經(jīng)常忽略之靜電危害作進(jìn)一步之探討。靜電是造成一般作業(yè)場(chǎng)所或工廠火災(zāi)爆炸危害的引火源之一，但卻普遍缺乏相關(guān)防制措施。靜電基本上是由二種不同物質(zhì)接觸后，所產(chǎn)生之表面效應(yīng)，如二物體均為導(dǎo)電體，電荷可以自由移動(dòng)，發(fā)生分離時(shí)正負(fù)電荷會(huì)互相抵消，二物體接會(huì)恢復(fù)原狀。若其中之一為絕緣體，而另一方為導(dǎo)電體，電荷無(wú)法自由移動(dòng)，物體分離后仍各自維持原有之電荷，則靜電因此而產(chǎn)生。在一般作業(yè)程序中可能會(huì)產(chǎn)生靜電之物理方式非常多，舉例如下可能有：（1）人員穿著絕緣協(xié)走過(guò)尼龍地板或塑膠地板（2）不導(dǎo)電液體自儲(chǔ)槽上端金屬管線流出噴灑而下（3）不導(dǎo)電液體或粉末在玻璃或塑膠管線中傳送（4）粉末由塑膠袋中倒出（5）與地面絕緣的儲(chǔ)槽充填后儲(chǔ)槽外殼與地面間，及儲(chǔ)槽內(nèi)發(fā)生放電現(xiàn)象….等。而靜電能夠引起各種危害之根本原因在于靜電之放電火花具有點(diǎn)燃引火的能量。其大小可用下列公式表示之：
        WH =0.5CV2 （焦耳）
        靜電火花能量必須大于爆炸性混合物引燃時(shí)所需之最小能量（MIE）如表五說(shuō)明，因此它常常成為引起火災(zāi)爆炸之能源。通常要引燃粉塵爆炸所需要的最小能量遠(yuǎn)高于引燃?xì)怏w爆炸時(shí)所需之最小能量。許多易燃性氣體或蒸氣其最小引火能量約為0.009~7mJ。一般以放電能量小于最小點(diǎn)火能量之四分之一為較安全的防范基準(zhǔn)。