火災(zāi)爆炸防范對策與危害消減系統(tǒng)之設(shè)計(jì)
??????? 2002-12-05
??????? 在介紹完火災(zāi)爆炸危害特性評估技術(shù)后，本章節(jié)則針對目前業(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)地對于製程中物質(zhì)之火災(zāi)爆炸特性進(jìn)行測試與評估，藉以瞭解其燃燒、爆炸危害與等級，進(jìn)而針對製程特殊需求設(shè)計(jì)出火災(zāi)爆炸早期偵測系統(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 （請參閱表三及表四說明），一般可經(jīng)由前一章節(jié)中所介紹之火災(zāi)爆炸危害特性評估技術(shù)測試后得知；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(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(fēng)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(jī)械設(shè)備。而設(shè)置在高危險(xiǎn)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(jìn)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(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)入后壓力過壓之狀況發(fā)生。
??????? (3) 惰性氣體導(dǎo)入系統(tǒng)前應(yīng)經(jīng)過除濕及過濾之裝置，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；請參閱 NFPA 69 Explosion Protection System 中詳細(xì)說明。
??????? 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)。