火災爆炸 危害 講師：楊心豪 稻江科技暨管理學院環境暨職業衛生安全系

課程綱要 3.1 火災爆炸案例及統計 3. 2 火災爆炸的基本認識 3. 3燃燒爆炸的形成條件 3.4爆炸之種類/型式 3.5爆炸防制手法

3.1 火災爆炸案例及統計 3.1.1一般居家環境火災爆炸案例 3.1.2工業火災爆炸之調查統計資料 1)精油爆炸案例 2)瓦斯爆炸案例 1)事故設備統計 2)事故類型統計 3)直接原因統計

3.1.1一般居家環境火災爆炸案例-1(精油爆炸案例) ~ ~ 精油爆炸新聞剪輯 ~ ~ 精油爆炸疑雲，兩造各執一詞...88.08.28 工商時報 精油薰香台氣爆，灼傷二人 … 90/01/08 添加精油爆炸起火女子雙腳灼傷 ...90/01/17 華視 國中生添油點火柴，引爆薰香台，燒毀房子 ...90/01/18 聯合報 薰香精油瓶爆炸，學童嚴重灼傷被嘲笑，想輕生 … 90/02/06 薰香精油爆炸，母女重度燒傷 ...91/12/04 疑因燃燒精油不慎，引發爆炸，老夫婦逃避不及... 92/08/01中時電子報 ... 新興產品…卻造成多起火災爆炸事件 精油是...室內芳香劑? 還是酒精燈??

3.1.1-1(精油爆炸案例) ~ ~薰香油成分調查~ ~ 成份調查： 標準檢驗局協助檢驗項目包括 薰香精油成分及燃燒後薰香油氣體成分。 檢驗結果： 含有異丙醇佔約87.6%、92.8% (抽樣數2) 含香精油含量僅約1~2% 燃燒後之氣體中亦含有異丙醇。 異丙醇之文獻資料： 屬易燃之有機物，遇火源極易引起火焰延燒 密閉空間之蒸氣濃度達2﹪-12﹪，即會引起爆炸 於400ppm之濃度下吸入，會輕度刺激上呼吸道 若在高濃度下吸入，會造成暈眩、運動失調及深度昏迷 「不可以點火使用，不宜混合使用」，

3.1.1-1(精油爆炸案例) ~ ~薰香精油爆炸實驗結果~ ~ 氣爆條件： 密閉空間，燃燒不完全的精油蒸氣外洩 精油蒸氣濃度大於2%，有氧氣存在 精油蒸氣遇上熱(火)源 爆炸威力： 濃度5%精油蒸氣濃度時 壓力約3.5~3.6大氣壓力 0.1個大氣壓力=玻璃會破；0.5個大氣壓力=破璃會像電影中猛烈爆開 資料來源：雲林科技大學環境安全系 徐啟銘教授

3.1.1一般居家環境火災爆炸案例-2(瓦斯爆炸案例) ~ ~ 瓦斯爆炸新聞剪輯 ~ ~ 板橋市路面下瓦斯管線瓦斯外洩爆炸，引發大火... 聯合報820203 晚餐時間三重市海產店突然疑似瓦斯爆炸... 920303 大陸安徽蘆嶺煤礦瓦斯爆炸，63人死亡、23人失蹤…TVBS 920514 印度三層樓房中的瓦斯桶爆炸 66人死傷... 法新社920805 墨國餐廳瓦斯爆炸　14死多人傷... TVBS930411 彰化民宅氣爆女子慘死...台灣日報930620 ... 日常的必需品…潛在的高危害... 精油是...室內芳香劑? 還是酒精燈??

3.1.1-2(瓦斯爆炸案例) ~ ~瓦斯特性說明~ ~ 瓦斯 危害性： 正確的處理步驟： 液化石油氣（LPG）主要是由丙烷與丁烷混合而成。通常是加壓液化後注入鋼瓶。屬重質氣體。 天然氣（NG）其主要成分為甲烷。由儲槽，透過管線加壓，直接傳導至用戶處使用。屬輕質氣體。 危害性： 瓦斯原為無色無味的氣體，提供家庭使用的均添加有臭劑，以警告使用者。 瓦斯洩漏，並在密閉空間內累積，遇到熱源就會燃燒/爆炸。 LPG在空氣中的比例達1.8～9.5％；NG在空氣中比例達5～15％時，就會引發爆炸。 正確的處理步驟： 第一步：關閉瓦斯總開關。 第二步：打開門窗通風。 第三步：離開洩漏現場。 第四步：通知相關人員處理。瓦斯異味散去之前，勿開啟或關閉任何電源開關，以免產生火花引起火災。

3.1.2工業火災爆炸之調查統計資料 1)事故設備統計 2)事故類型統計 3)直接原因統計 前5項：倉儲31%、儲槽16%、輸送管線11%、車輛船舶9%、反應設備7%、電線7% 2)事故類型統計 前3項：火災67%、可燃性蒸氣/氣體爆炸17%、爆炸物爆炸8% 3)直接原因統計 前5項：操作不當26%、設備故障17%、切焊作業14%、電線起火10%、維修不當8% 期間：1994/1~1999/2 資料原源：工研院

3.1.2工業火災爆炸之調查統計資料(事故設備統計) 期間：1994/1~1999/2 鋼瓶 熱交換設備 倉儲 電線 反應設備 儲槽 車輛船舶 輸送管線 財 團 法 人 工 業 技 術 研 究 院 安 全 衛 生 發 展 中 心

3.1.2工業火災爆炸之調查統計資料(事故類型統計) 爆炸物爆炸 可燃性蒸氣/氣體爆炸 火災 火災造成29人死亡23人受傷, 損失約216億+56間工廠 (其中聯瑞華邦與天下占178億) 其餘的事故卻造成66人死亡, 231人受傷, 損失約6億+27間工廠

3.1.2工業火災爆炸之調查統計資料(事故直接原因統計) 車輛碰撞 控制設備故障 應變不當 製程不安全 操作不當 火花掉落 維修不當 設備故障 電線起火 切焊作業

3. 2 火災爆炸的基本認識 3.2.1什麼是火災?什麼是爆炸? 3.2.2燃燒爆炸微觀理論 1)燃燒/氧化反應傳播之機制 2)火焰加速機制 3)火焰在管路內傳播的加速機構 4)氫、甲烷之氧化反應機構

3. 2.1 什麼是火災?什麼是爆炸? 火災 爆炸 化學性爆炸 物理性爆炸 是一種燃燒現象 是一種壓力的膨脹變化 爆炸現象不一定要有燃燒現象，但大多仍為劇烈化學變化引發 以化學變化分類：可分 化學性爆炸及物理性爆炸 化學性爆炸 燃燒反應之速度極為快速劇烈，高溫之生成氣體及周圍空氣膨脹之結果，反應的熱能直接變為機械能，此時產生壓力之解放，伴同激烈光及爆音，此現象即為爆炸。 物理性爆炸 由於氣體壓力之急劇發生或解放，所生之激烈膨脹現象，並無需氧化反應之存在，如鍋爐壓力容器之機械破裂、氧化乙烯分解所生之爆炸。

3.2.2燃燒爆炸微觀理論-1 燃燒/氧化反應傳播之機制 燃燒氣體 可燒性氣體 氧分子 可燃性粒子 氧化中 粒子 火焰傳播速度 局部混合速度 層流燃燒速度

火焰面紊亂增大 混合氣紊亂增大 火焰傳播加速 火焰前方混合氣 混合速率加大 3.2.2燃燒爆炸微觀理論-2 火焰加速機制 火焰面紊亂增大 混合氣紊亂增大 火焰傳播加速 火焰前方混合氣 混合速率加大

3.2.2燃燒爆炸微觀理論-3 火焰在管路內傳播的加速機構 氣體膨脹=>焰前氣體流動 壁面間之斷流=>氣流紊亂 氣流紊亂=>火焰紊亂 火焰面積的增大(亂流燃燒速度增大) 火焰加速 焰前氣體速度增大 壁面間之斷流,增大紊亂 火焰紊亂增大

H2+1/2O2H2O -△H=242kJ/mol OH+H2H2O+H H+O2OH+O O+H2OH+H 完全反應式 3.2.2燃燒爆炸微觀理論-4 [氫]之氧化反應機構 H2+1/2O2H2O -△H=242kJ/mol 完全反應式 OH+H2H2O+H H+O2OH+O O+H2OH+H 鏈反應

3.2.2燃燒爆炸微觀理論-4 [甲烷]之氧化反應機構 完全反應式 CH4+2O2CO2+2H2O -△H=802kJ/mol CH4+OHCH3+O+H2 CH4+OCH3+OH CH3+OCH2O+H CH2O+OHHCO+H2O HCO+OHCO+H2O CO+OHOH+O H+O2OH+O O+H2OH+H 鏈反應

3.3.1火災爆炸(燃燒)三要素+連鎖反應 3.3.2術語、名詞、關鍵字 3.3.3氣相之燃燒與爆炸範圍 3.3.4可燃性液體之燃燒爆炸關係 3. 3燃燒爆炸的形成條件 3.3.1火災爆炸(燃燒)三要素+連鎖反應 3.3.2術語、名詞、關鍵字 3.3.3氣相之燃燒與爆炸範圍 3.3.4可燃性液體之燃燒爆炸關係

3.3.1火災爆炸(燃燒)三要素+連鎖反應 火災爆炸(燃燒)三要素 如何觸發火災爆炸？ 連鎖反應 可燃物 即可以燃燒的東西，例如紙張、木頭、天然氣/瓦斯 助燃物(氧氣/空氣) 即空氣/氧氣，或含氧之過氧化物 火源 明火、熱能、電能... 如何觸發火災爆炸？ 三要素同時存在即發生觸發反應。 連鎖反應 要能產生火災爆炸現象，需持續提供三要素，造成連鎖性反應才能產生大量之光、熱及爆音之現象。

3.3.1火災爆炸(燃燒)三要素 空氣(氧) 可燃物 連鎖反應 火源(熱)

<< 氣體/蒸氣類 >> 3.3.1 –1爆炸/可燃物種類 << 粉塵類 >> 碳類 煤炭/焦炭 木炭 食品類 澱粉/麥粉 奶粉 肥料 玉米粉 穀殼粉 合成/特化品 藥粉 染料 塑膠粉 金屬類 Al/Mg/Zn/Fe/Mn 木質類/其他 木粉 << 氣體/蒸氣類 >> 輕質氣體類 氫氣 天燃氣LNG(甲/乙烷) 重質氣體類 桶裝瓦斯氣LPG(丙丁烷) 蒸氣類 酒精/乙醇 去漬油 汽油 丙酮

3.3.1 -2火源的種類 明(有焰)火源 微(無焰)火源 高溫固體 撞擊磨擦 靜電 自燃蓄熱 絕熱壓縮 光能 火柴/打火機 香煙/線香 火星/火花 高溫固體 煙囪 電爐/烤箱/鉻鐵/金屬 燈泡/馬達/配線 撞擊磨擦 研磨機/轉碎機/剎車 鋼瓶/皮帶與機械 軸承/滾輪/電鑽 靜電 自燃蓄熱 絕熱壓縮 氣體壓縮放熱(引擎壓縮) 光能

3.3.2術語、名詞、關鍵字 1.燃燒範圍range of flammability 2.燃燒下限LFL 3.燃燒上限UFL 4.爆炸界限explosive limits 5.爆炸上限UEL 6.爆炸下限LEL 7.閃火點flash point 8.自燃溫度auto-ignition temperature 9.燃燒最小需氧量MOC/LOC 10.最小著火能量Minimum Ignition Energy 11.爆炸壓力上升速率dp/dt 12.爆燃deflagration 13.爆轟detonation 14.蒸氣雲爆炸vapor cloud explosion 15.熱爆炸

3.3.2 -4爆炸界限（Explosive limits ） 爆炸界限又稱爆炸範圍、燃燒範圍、燃燒界限等。 可燃性氣體與助燃性氣體混合時，必需在一恰當濃度範圍內方能燃燒或爆 炸，例如甲烷在空氣中之爆炸界限約為4.7%～14%。該界限之最高百分比稱 爆炸上限，最低百分比稱爆炸下限。 當混合濃度在爆炸上限以上或爆炸下限以下時，皆不會燃燒也不會爆炸。 其原因係因濃度過高或過低時，將造成可燃氣體分子與氧分子碰撞機會減 少，產生之反應熱小於所散失者，無法使燃燒之連鎖反應持續進行。 爆炸下限數字愈小表示該物質易於爆炸： （爆炸上限－爆炸下限）／爆炸下限＝危險指數 危險指數愈高愈危險 此外爆炸上限為100％者則多數為不穩定物質，可能會產生分解爆炸、聚合爆炸等。

3.3.2 -7閃火點（flush point） 揮發性物質 蒸發(溫度) 引發閃火 之 最低溫度 在空氣中 接觸火源 當可燃性液體受熱時在表面將揮發少量蒸氣，並與空氣混合，此時若有火源接近 時將引燃液體表面附近之蒸氣而形成一閃即逝之火花，能產生此種現象之最低溫 度稱為閃火點或閃點。 在該一溫度下，液體表面揮發產生之蒸氣濃度恰為爆炸下限。 火焰引燃後，表面附近之可燃蒸氣即因燃燒之化學反應而消耗，無法繼續燃燒。 閃火點以溫度表示，例如汽油之閃火點約為－42℃，閃火點愈低表示愈容易起火。 揮發性物質 蒸發(溫度) 引發閃火 之 最低溫度 在空氣中 接觸火源

3.3.2 -8自燃溫度(AIT) 可燃性物質 不接觸明火 引發燃燒爆炸 之 最低溫度 在空氣中 碰觸高溫 當可燃性氣體/蒸氣與空氣混合，並處於燃燒爆炸範圍內時，不需要有明火存在，只 碰觸熱表面即能引燃引爆，此時之能引發反應之熱表面溫度即為自燃溫度。 可燃性物質 不接觸明火 引發燃燒爆炸 之 最低溫度 在空氣中 碰觸高溫

3.3.3 氣相之燃燒與爆炸範圍 爆轟 燃燒 閃火 LEL UEL 爆炸下限 爆炸上限 廣泛反應 局限空間 局部反應 開放空間 可燃燒範圍 混合氣濃度恰 等於燃燒下限 閃火 燃燒 局部反應 開放空間 LEL UEL 可燃燒範圍 爆炸下限 爆炸上限

3.3.4 可燃性液體之燃燒爆炸關係 爆炸上限 飽和蒸氣壓線 爆 炸 範 圍 可爆區 濃度 自爆區 爆炸下限 自燃點 閃火點 溫度

環境因素的影響 溫度、壓力、氧濃度、濕度等會改變火災爆炸之危險性 氧濃度增加，會使下限濃度小幅降低，但卻會大幅提高其上限之濃度 例如，鐵在純氧下，加熱到850℃時會發出極強烈之光而燃燒。 壓力增大會使燃燒範圍加大 溫度升高時，反應速度會以成指數倍之方式增加(Arrehnius定律)

3.4爆炸之種類/型式 3.4.1物理性/化學性爆炸 3.4.2爆燃Deflagration/爆轟Detonation 水蒸氣爆炸 可燃性粉塵、霧滴、氣體爆炸 沸騰液體氣化膨脹爆炸(BLEVE) 3.4.2爆燃Deflagration/爆轟Detonation 3.4.3局限空間/非局限空間爆炸 Dust、 Vapor、Hybrid\Mixture、熱爆炸 … 蒸氣雲爆炸

3.4.1物理性/化學性爆炸 物理性 化學性 差異?? 特性?? 如： 蒸氣爆炸 如： 瓦斯爆炸 無化學、氧化還原之反應 純粹物質之相變化 差異?? 特性?? 物理性 無化學、氧化還原之反應 純粹物質之相變化 或壓力釋放之體積膨脹 如： 蒸氣爆炸 化學性 因化學反應造成放熱、燃燒爆炸 或反應分解出氣體造成體積膨脹 如： 瓦斯爆炸

爆炸 3.4.1 -1水蒸氣爆炸 形成衝擊波 液體急刻蒸發 混合/接觸 冷液體 熱液體 一般為水 一般為熔融金屬 更低沸點之液體 我們一直都認為水是很安全的，可是如果一定量之水掉入高溫熔融金屬中時，則有可能發生令人意想不到的劇烈水蒸氣爆炸。 形成衝擊波 液體急刻蒸發 爆炸 混合/接觸 冷液體 一般為水 更低沸點之液體 水變成100度C之蒸氣 體積膨脹1700倍 熱液體 一般為熔融金屬

3.4.1 -2沸騰液體氣化膨脹爆炸(BLEVE) 物 理 性 爆 化學性爆炸 炸 外部火災 設備/儲槽液體溫度壓力上升 金屬材質應力驟降 在常溫常壓下的氣體，可以用加壓、冷卻（冷凍）使之液化（稱為液化氣體），液化氣體所處的環境如果有所改變(如液體溫度高於其臨界溫度、或壓力降至其臨界壓力之下)，則液化氣體就會突然全部沸騰蒸發，造成BLEVE（Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion），這也是一種強烈的爆炸，會形成蒸氣雲（Vapor Cloud）。 外部火災 設備/儲槽液體溫度壓力上升 金屬材質應力驟降 殼壁破裂/高溫液體急速氣化 碎片彈射 氣雲膨脹 物 理 性 爆 炸 化學性爆炸 氣雲爆炸 引 火

3.4.2爆燃Deflagration 與 爆轟Detonation 依燃燒爆炸之壓力波傳播速度快慢區分爆燃及爆轟 爆燃：燃燒火燄面的傳播速度是在30cm/s~3m/s左右，遠低於音速。 爆轟：傳播速度皆大於音速，可達1000m/s~3000m/s（氣體）。 次音速飛行 爆燃 超音速飛行

閃火/爆燃 /爆轟之演進 爆燃 爆轟 Free Radicals Thermal Mechanism Chain Branching Mechanism 火焰傳播速度= 局部混合速度+ 層流燃燒速度 疏密波壓擁 加乘壓力波(震波) 爆轟 易發生於直線管道傳播

3.4.3-1 局限空間爆炸(Confined Explosion) 一般局限空間換氣不佳，易蓄積可燃性氣體，也易引發爆炸 破壞力是引爆後震波急速前進，空間壓力上升，由開口面或脆弱面洩壓，也可能造成設備變形、破裂

例- 傳統竹炮(局限空間爆炸) 結構： 特性： 1.底封閉：留約三 . 四節不打通。 2.上開通：上面竹節部分打通，使成一中空管狀 3.中打孔：約一指寬(一公分左右)，作為點火引爆處。引爆時機，約三十秒，以之長桿點火器引爆 4.裝填適量水、電土(碳化鈣) 特性： 自燃累積可燃性氣體 一端開口，形成侷限空間 長型管增強爆炸強度

案例-工廠爆炸(局限空間爆炸) 反應製程 塵爆 蒸氣爆炸 儲存設備 混存物 混合物 其他 氧化(燃燒)反應 熱分解反應 反應失控 冷卻失效 For 工廠 反應製程 氧化(燃燒)反應 熱分解反應 反應失控 塵爆 蒸氣爆炸 儲存設備 冷卻失效 外部加熱 自加速放熱 混存物 混合物 其他

案例-熱爆炸(局限空間爆炸) 誘 導 期 物質受熱 反應、分解、混合 熱量累積 熱無法充分散逸 反應異常加速 溫度上升 壓力上升 熱爆炸 幾近絕熱狀態 壓力上升 熱爆炸

3.4.3-2非局限空間爆炸 爆燃 非局限空間即於開放空間產生爆炸 如：高壓設備洩漏或儲槽大量排放，可燃性物質散佈於大氣中而後引爆 閃火 火焰噴射

3.5爆炸防制手法 3.5.1一般火災爆炸防制概念 3.5.2工廠爆炸之原因及預防 3.5.3工廠爆炸防制之執行流程

3.5.1一般火災爆炸防制概念 降低氧濃度 使用惰性氣體 真空操作 空氣 可燃物 隔離發火源 火源 控制溫度 改變物料 改變濃度 加入添加劑 加濕 增大粒徑 空氣 可燃物 隔離發火源 控制溫度 火源

3.5.1一般火災爆炸防制實務做法 要防止火災發生，需要對燃燒之特性有所瞭解， 然後切斷其濃度因素（條件）、能量因素（條件）， 可燃物： 去除可燃物 降低濃度，使其濃度降至爆炸下限濃度之四分之一以下 利用整體通風或局部排氣等通風裝置 火源： 管制能量因素，例如嚴禁煙火 動火（如熔接、熔切等）均要取得許可 高溫熱媒管不得通過符合濃度條件的場所 防止發生放電火花及靜電火花（採用防爆電器） 防止聚光性或激光性設備成為能量供給源 要防止火災發生，需要對燃燒之特性有所瞭解， 然後切斷其濃度因素（條件）、能量因素（條件）， 慎選可以防止發生燃燒爆炸之設備或裝置（符合本質安全）。

3.5.2工廠爆炸之主要原因 1)冷卻失效 2)外部加熱 3)自加速放熱 4)劇烈反應失控

3.5.2工廠爆炸之預防-1 <<冷卻失效之預防>> 足夠之冷卻容量設計 冷卻系統之維護保養 溫度偵測及警報 電源供應系統 其他應變措施 <<外部受熱之預防>> 保持距離 獨立之防液堤 配備水噴淋冷卻系統 移料用之空桶及儲存槽 設備/泵浦/管線維護檢查 火點/溫度偵測及警報 消防及其他應變措施

3.5.2工廠爆炸之預防-2 <<自加速放熱之預防>> 溫度偵測與控制 添加足量抑制劑 防止異物進入混合 避免長期儲存/日曬 其他... <<反應失控之預防>> 本質安全操作設計 製程變更設計 設備強化設計 製程偏離修正 溫度/壓力/流量/反應物... 有效之冷卻系統 反應終止/抑制劑 安全排放及其他

3.5.3工廠爆炸防制之執行流程 選定分析單元 初步危害分析 改善措施擬定 危害模式鑑定 控制系統 保護裝置 反應熱動力 偵測/警報 化學品種類 P&ID 操作程序 控制條件 設計資料 事故分析 其他….. 初步危害分析 改善措施擬定 危害模式鑑定 DSC分析 絕熱卡計分析 反應熱卡分析 熱動力分析 其他….. 控制系統 保護裝置 反應熱動力 偵測/警報 冷卻/消防 失控危害 整合評估 其他危害消減 操作變更設計 安全條件設計 反應抑制 耐爆/洩爆設計 排放設計 其他….. 安全作業單元

工廠常用之危害嚴重性消減方法 1）耐爆設計： 將設備耐壓程度，設計到可耐產生之最大爆炸壓力。 附屬的設備容器也應能耐受壓力 通常此種防護的設備成本高，適用於小型單元 2）洩爆設計： 利用在密閉容器或設備加裝洩放口，將壓力及火焰迅速往沒有危害的方向 3）抑爆設計： 爆炸初期階段，可由檢測器檢出，隨後噴射抑制劑 抑爆系統包括偵測系統、抑制劑與噴灑系統，控制系統三部分 4）爆炸阻隔設計： 防止其傳播至沒有爆炸物質或設備中，防止危害擴大 在長度超過一定距離以上的管線皆應設有爆炸隔離設備的裝置 防止氣體連爆可在配置中設金屬網、滅焰器 防止粉塵連爆常用的爆炸阻隔設備有旋轉閥，快速遮斷閥，浮動式阻隔閥與爆炸轉向弱化設備

本編結語 由以上課程我們可以知道，要防止火災發生，還是需要對燃燒爆炸的過程、條件有所瞭解，然後從中移除其必要件，如可燃物(濃度因素）、火源(能量因素）、助燃物(氧氣/空氣)。 再者，慎選可以防止發生燃燒爆炸之設備或裝置（符合本質安全），方可以達到目的，否則一旦有所疏漏，火災爆炸仍然會發生。

The end