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火災爆炸防范對策與危害消減系統(tǒng)之設計
        2002-12-05
        在介紹完火災爆炸危害特性評估技術后，本章節(jié)則針對目前業(yè)界較為缺乏之火災爆炸危害消減技術中之防范對策、早期預警、災害延阻與抑制設計技術，作進一步研究與探討?；馂谋ㄎ：ο麥p系統(tǒng)乃是有系統(tǒng)地對于製程中物質之火災爆炸特性進行測試與評估，藉以瞭解其燃燒、爆炸危害與等級，進而針對製程特殊需求設計出火災爆炸早期偵測系統(tǒng)及危害控制、消減設施。消減系統(tǒng)有許多方法可以達成如：爆炸阻隔設計（Explosion Isolation）、設備強度強化設計、爆炸壓力洩放設計、火焰?zhèn)鞑プ韪粼O計及火點擴散抑制等技術…等。在消減系統(tǒng)設計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、自燃溫度、最低著火能量、爆炸上下限、最低限氧濃度…等條件 （請參閱表三及表四說明），一般可經由前一章節(jié)中所介紹之火災爆炸危害特性評估技術測試后得知；或經由物質安全資料表中獲得相關資訊。但值得注意的是一般常引用文獻中的資料多數(shù)之數(shù)據資料多在常溫常壓下（1 atm ; 25℃）測得；而一般製程卻在不同之溫度壓力條件下進行操作，故在引用時必須格外謹慎小心。
        防火防爆對策
        火災燃燒是物質的氧化反應，而在本文前述第三章節(jié)火災爆炸與熱傳遞學中有提到物質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），故欲有效防止火災爆炸之發(fā)生；就必須防止前述三個條件同時存在的可能性。首先針對如何防止可燃物或易燃物外洩管控進行探討。
        1.可（易）燃性物質外洩管制
        可（易）燃性物質一旦不慎由儲存設備或管路閥件中外洩后，如遇到引火源將有可能引發(fā)火災及爆炸。因此為防止可（易）燃物質外洩而引發(fā)之火災爆炸應做好下列有效之防制措施：
        (1) 裝置防溢堤及洩漏偵測器，一旦可燃性物質外洩時便啟動緊急遮斷閥或設備停機；防止可燃性液體繼續(xù)外洩，造成危害發(fā)生。
        (2) 降低儲存設備之壓力，以緩和洩漏之速度。
        (3) 啟動緊急冷卻系統(tǒng)將洩漏之管線急速冷凍。
        (4) 以特殊防漏填補劑或阻漏探棒封填洩漏源。
        (5) 于儲存設備上端裝設水霧（water mist）噴灑系統(tǒng)以限制外洩物質之蒸氣揮發(fā)擴散范圍。
        (6) 裝設隔離設備將外洩物質隔離侷限在某一密閉空間內（如氣瓶柜）以減少外洩物質與空氣或引火源之接觸后，再進行清除之動作。
        (7) 以泡沫系統(tǒng)噴灑至外洩可燃物質表面，藉此限制其蒸發(fā)表面積。
        (8) 添加低揮發(fā)性抑制劑，以降低物質外洩揮發(fā)后爆炸之機率。
        (9) 以氮氣或其他惰性氣體通入可燃性物質儲存設備中，避免空氣進入。
        (10) 添加抗靜電劑及設備接地，以防止靜電所造成的危害。
        2.降低可燃物質之揮發(fā)濃度
        降低可燃物質之揮發(fā)濃度最佳的方法即是限制可燃物質活動的范圍，避免在爆炸（燃燒）上下限中的環(huán)境下出現(xiàn)。加強空氣的對流及循環(huán)換氣，避免著火性物質揮發(fā)蒸氣聚積，是一般危險性工作場所常用之方法。但對粉塵而言，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，故在侷限空間內達到爆炸上下限之濃度，若遇到引火源可能產生危害。所以，對粉塵作業(yè)場所較難施行粉塵濃度控制，惟可以利用清潔或通風換氣方法來減少粉塵的堆積，或採用不易造成粉塵洩漏或飛散的機械設備。而設置在高危險區(qū)之一級（Class Ι）工作場所，則更須使用符合其作業(yè)環(huán)境等級之防爆電器，并通入惰性氣體或空氣加壓封蓋以維持正壓；防止著火性蒸氣進入而發(fā)生危害?；蛘垍㈤?NFPA 469 -Purged and Pressurized Enclosures for Electric Equipment 中說明。
        3.降低空氣中的氧濃度
        將可燃性物質操作或使用環(huán)境中氧氣濃度降至該物質之爆炸（燃燒）最低限度以下，即可防止火災或爆炸之發(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)在無空氣的環(huán)境下變成負壓，再導入惰性氣體，避免系統(tǒng)內殘存易燃性物質蒸氣與外界空氣接觸形成著火性混合氣體，抑制火災爆炸之發(fā)生。而使用惰性氣體防火或抑爆時仍應注意下列事項：
        (1) 人員防護裝備之安全考量。
        (2) 系統(tǒng)或設備是否裝置壓力排放裝置，以防止惰性氣體導入后壓力過壓之狀況發(fā)生。
        (3) 惰性氣體導入系統(tǒng)前應經過除濕及過濾之裝置，避免水分及雜質影響產品品質。
        (4) 如使用鹵化碳氧化合物時則需考慮其對設備管線之腐蝕性影響。
        相關惰性氣體之使用、安裝及設計準則；請參閱 NFPA 69 Explosion Protection System 中詳細說明。
        物質名稱    閃火點（℃）  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
        物質名稱   最低限氧濃度（%）  物質名稱 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 常見可燃性物質之最低限氧濃度（MOC）
        本實驗系以二氧化碳為惰性氣體之實驗，與一般以氮氣為惰性氣體之實驗結果略有不同
        4.引火源管理
        一般業(yè)界對于火焰源、物理及化學引火源、明火及動火作業(yè)之管制均有相當程度之認知與了解，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常忽略之靜電危害作進一步之探討。靜電是造成一般作業(yè)場所或工廠火災爆炸危害的引火源之一，但卻普遍缺乏相關防制措施。靜電基本上是由二種不同物質接觸后，所產生之表面效應，如二物體均為導電體，電荷可以自由移動，發(fā)生分離時正負電荷會互相抵消，二物體接會恢復原狀。若其中之一為絕緣體，而另一方為導電體，電荷無法自由移動，物體分離后仍各自維持原有之電荷，則靜電因此而產生。在一般作業(yè)程序中可能會產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)走過尼龍地板或塑膠地板（2）不導電液體自儲槽上端金屬管線流出噴灑而下（3）不導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）與地面絕緣的儲槽充填后儲槽外殼與地面間，及儲槽內發(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所需之最小能量（MIE）如表五說明，因此它常常成為引起火災爆炸之能源。通常要引燃粉塵爆炸所需要的最小能量遠高于引燃氣體爆炸時所需之最小能量。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火能量之四分之一為較安全的防范基準。