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1、火災學數位教材製作,壹、火災爆炸之定義 (一),一.火災爆炸之定義 火災乃是一種燃燒作用，亦為一種氧化作用，即將燃料與氧氣混合後以 火花或溫度引燃，並產生自由基引發連鎖反應之化學作用，此反應非常 快速，除將產生燃燒產物外。另亦伴隨釋出熱能及火花。化學性爆炸則 為一種反應劇烈之燃燒或火災，因瞬間壓力上升，形成巨大能量，而造 成作業環境中所用設備與儲存容器之破壞，並造成爆破作用者。一般， 爆炸的定義乃為一種巨大的噪音並同時裂成碎片 ，或是發生一 種巨大聲音，同時物體由其原來位置迅速移離，或是在有限空間中 壓力迅速上升，隨之容器破裂。然而，化學爆炸之壓力突然釋出與增 高，通常係由於放熱化學反應致使該
2、系統過度受壓所促成。,；,；,壹、火災爆炸之定義 (二),爆炸往往伴生火災，稱為爆炸後併發火災，爆炸後併發 火災之比例相當高，在化學工業中尤為常見。火災與爆炸既 息息相關，故實不容忽視。爆炸依爆炸物之物理狀態可以分 為氣相與凝相爆炸兩種；前者可分為混合氣體、氣體分解及 粉塵爆炸三種；後者則分為混合危險爆炸，爆炸性混合物爆 炸與蒸汽爆炸等三種。,壹、火災爆炸之重要性(一),二.防火防爆之重要性 近年來由於各種工業之不斷發展，使用及危害物質種類及數量逐日趨複 雜與大量化，致使日常作業中即能接觸各種可燃、易燃或易爆之材料與 物質，增高了火災爆炸與伴生毒性之潛在危險性。加上規模朝大型與多 元化發展之現
3、今企業，所用之原料及成品種類日益繁多，其中大多數又 均具燃燒爆炸之潛在危險性，不但較易發生事故，且一旦發生事故，常 會造成大規模災害而使廠房設備付之一炬，甚至波及鄰近區域之人員與 設備，影響社會大眾之生命財產安全，故吾人應瞭解火災爆炸發生之原 因，方能針對該原因採取因應防範措施，以避免災害之發生或減低災害 可能帶來之損失程度，方可確保企業安全生產，追求企業之永續經營。,燃料,連鎖反應,空氣(氧),點火源(熱),火災四邊形,燃燒基礎反應,1. C + O2 CO2 + 97,000 kcal/kmol，表碳1 kmol (12公斤)與氧完全反應成1 kmol CO2且可產生97000 kcal
4、熱量，每公斤碳完全燃燒發熱量為97000/12 = 8080 kcal 2. C + 1/2 O2 CO + 29,400 kcal/kmol，表碳1 kmol (12公斤)與氧反應可產生1 kmol CO與29400 kcal 熱量(碳不完全燃燒發熱量較低2940097000) 3. CO + 1/2 O2 CO2 + 67000 kcal/kmol，表1 kmol CO 與氧完全反應可產生1 kmol CO2與67000 kcal 熱量 4. H2+ 1/2 O2 H2O + 57600 kcal/kmol，表1 kmol氫與氧完全反應可產生 1 kmol 水(氣體)與57600 kcal
5、 熱量，每公斤氫完全燃燒發熱量為57600/2 = 28800 kcal 5. S + O2 SO2 + 80000 kcal/kmol，表硫1 kmol(32 kg)與氧完全反應可產生 1 kmol SO2與80000 kcal 熱量，每公斤硫完全燃燒發熱量為80000/32 = 2500 kcal,壹、火災爆炸之重要性(二),三.燃燒之形式（類型） （A）表面燃燒 木炭，焦炭等固體燃料，係以碳元素為主，燃料本身並不分 解，亦不熔化或蒸發而保持原狀，故其燃燒乃藉氧氣或含氧 氣體接觸固體碳元素之表面與其化合而進行者，此即為表面 燃燒。此種燃燒除木炭、焦炭外，箔狀或粉狀金屬如鋁箔或 鎂緞帶等均屬
6、之。,（B）蒸發燃燒 酒精、汽油與燃油等液體及固體燃料，需先蒸發成可燃性蒸氣後，方能 引起燃燒，此種燃燒即稱為蒸發燃燒。此種燃燒，並非燃料本身燃燒， 而是藉蒸發而得之蒸汽已進行燃燒者。,壹、火災爆炸之重要性(三),（C）分解燃燒 煤、木材、紙與石臘等固體燃料及脂肪油等高沸點液體燃料需先經由熱 分解並產生可燃性氣體後，方能引起燃燒，此種燃燒即稱為分解燃燒。 惟分解所產生之可燃性氣體，必需隨維持在燃燒濃度範圍下，方能維持 燃燒之繼續進行。,（D）擴散燃燒 氣態燃料或由固體與液體燃料分解、蒸發所得之可燃性蒸氣與空氣混合 後，所產生之燃燒現象，極為擴散燃燒。如天然氣，氫氣與乙炔氣等可 燃性氣體，必須經
7、由燃燒管口擴散至空氣中，與空氣混合至燃燒濃度範 圍內，方能引起燃燒作用。,火災案例(一),火災案例：台中市衛爾康西餐廳火災案 1.時間：84年2月15日 2.地點：台中市中港路一段52、54、56號 3.死傷人數：死亡人數64人 受傷11人 4.火災概要：台中市台中港路一段52、54、56號之衛爾康餐廳，由於 瓦斯外洩迅速燃燒，同時引燃室內可燃性裝潢材料，火勢一發不可收拾，又適逢當時為用餐人潮聚集時間，而且起火位置又在靠正面的主樓梯旁，造成內部人員避難逃生不及，共有64人死亡，11人受傷。,火災案例(二),火災案例：桃園縣永興樹脂塗料工廠火災爆炸案 時間：85年10月7日 地點：桃園縣蘆竹鄉南
8、山路三段17巷12號 死傷人數：死亡人數10人(消防人員3人、義消3人、民眾4人) 輕重傷共計：47人(消防人員4人、義消6人、民眾37人) 火災概要：起火現場存放大量易燃物品及接著劑，發生火警後，引起連續爆炸，並延燒廣鑫等鄰近六家工廠，致火勢一發不可收拾。,火災案例(三),火災案例：福國化工工廠火災爆炸案 時間：90年5月18日下午一時三十分 地點：新竹湖口工業區 死傷人數：死亡人數1人，輕重傷共計102人 財務損失約十億元 火災概要：由於反應器操作不慎發生熱失控現象，使得溫度直線上升無法控制，並且緊急洩放安全裝置未能發揮應有功效，導致反應物質大量洩漏，可燃性蒸汽佈滿整個廠房，遇到火源發生嚴
9、重氣爆，之後又引燃數座反應槽與苯乙烯儲槽連續發生數度爆炸。,火災案例(四),火災案例：東方科學園區大樓A,B,C棟 時間：90年5月12日凌晨四時起延燒43小時 2.地點：台北縣汐止鎮東方科學園區大樓 3.損失：財務損失約100億 4.火災概要：A棟三樓起火，撲滅後於十六樓復燃，因防火區劃被破壞再延燒至B,C棟，復因自動撒水設備故障無法動作，以致延燒43小時，造成重大財務 損失。,台灣地區95年火災死亡原因統計表,建築物火災燃燒成長過程,初期 成長期(Growth Development Period) 閃燃(Flash Over)發生後即無逃生機會 燃燒期或旺盛期(Burning Perio
10、d or Fully Development Period) 衰退期(Decay Period),火災成長趨勢圖,溫度,引燃,成長期,旺盛期,衰退期,時間,火災行為 人類行為 偵測 主動式控制 被動式控制,受燃料影響 逃生 熱/煙偵測器 灑水系統/消防隊 /煙控 易燃性/火燄傳播,受通風影響 死亡 外部火/煙 消防隊 防火材/區劃/其他,閃燃,防焰材料,耐燃材料,防火材料,貳、火災對人之為害(一),1.氧氣耗盡(Oxygen depletion )氧氣濃度21% 正常活動氧氣濃度17% 肌肉功能會減退，缺氧症(Anoxia)現象。氧氣濃度1014% 人仍有意識，但顯現錯誤判斷力，且本身不察覺氧
11、氣濃度68% 呼吸停止，將在68分鐘內發生窒息死亡 2.火焰(Flame) 皮膚若維持在溫度66(150)以上或受到輻射熱30 kW/m2以上，僅須1秒即可造成燒傷，故火焰溫度及其輻射熱可能導致立即或事後致命。,貳、火災對人之為害(二),3.熱(Heat)熱對於燃燒系內及鄰接區域之人員皆具危險性。姑不論任何氧氣消耗或毒害性效應，由火焰產生之熱空氣及氣體，亦能引致燒傷、熱虛脫、脫水及呼吸道閉塞(水腫)。生存極限之呼吸水平溫度(Breathing level temperature)約為131(300)；但室內氣溫高達140時仍能存活短暫時間。又呼吸水平高度(Breathing level hei
12、ght)，從地板向上算起一般約為1.5公尺以上之距離，有時居室人員中兒童佔有顯著比例時，安全設計上則採用1.2 公尺水平高。對於呼吸而言，超過66(150)之溫度便難以忍受，此溫度範圍可能會使消防人員救援及室內人員逃生遲緩。,貳、火災對人之為害(三),4.毒性氣體(Toxic gases) 一般高分子材料之熱分解及燃燒生成物成分種類繁雜，有時多達百種以上，部份如CO, NCN, HCl等對人體生理有具體毒性效應，這些氣體之毒害性成分基本上可分為三類： (1).窒息性或昏迷性成分。 (2).對感官或呼吸器官有刺激性之成分。 (3).其他異常毒害性成分。雖從火災死亡統計資料得知，大部分罹難者是因吸
13、入一氧化碳等有害燃燒氣體致死，但有時不宜過於強調，因為沒有一次火災情況是相同的。此外一部分火災試驗也顯示有許多情況下任一毒害氣體尚未到達致死濃度之前，最低存活氧氣濃度或最高呼吸水平溫度即已先行到達。,有機高分子材料燃燒產生之毒性氣體,貳、火災對人之為害(四),5.煙(Smoke) 煙之定義為“材料發生燃燒或熱分解時所釋放出散播於空氣中之固態，液態微粒及氣體”。煙是火災燃燒過程中一項重要的產物，因為能見度(Visibility)是避難者能否逃出發生火災之建築物，以及消防人員能否找出火災、撲滅火災的影響因素。煙會助長驚慌狀況，因為它有視線遮蔽及刺激效應。在許多情況，逃生途徑上煙往往比溫度更早達到令
14、人難以忍受程度。6.結構強度衰減(Structural strength reduction) 因熱害(Heat damage)火燒造成建築物之結構組件破壞具有明顯潛在危險性。可能發生清況有脆弱化，地板承受不起人員重量，或牆壁、屋頂崩塌。另外，火災對結構之破壞，有時不易單從外觀察覺，因此火災後結構強度衰減程度的評估相當重要。,貳、火災對人之為害,7.震波(Smoke) 因震波造成建築物之結構組件破壞具有明顯潛在危險性。可能發生清況有人員內外傷，因此火災後結構強度衰減程度的評估相當重要。,A.燃料性質比重,比重同溫度下，同體積之油料與純水重量之比，油料之比重約介於0.7-1.0之間 比重一般以比
15、重計量測 測定比重之標準溫度為15.6 ，其它溫度測得之比重需經換算 美制比重141.5API = - 131.515.6 時之比重,叁、火災爆炸相關各詞用語釋義(一),B.沸點,叁、火災爆炸相關各詞用語釋義(二),沸點乃為液體之蒸汽壓力到達大氣壓力時之溫度， 單一純物質之沸點僅有一溫度値；如為石油產品， 則因其為碳氫化合物之混合物，其自開始沸騰至完 全蒸發之問度值範圍較廣，故其沸點既以蒸餾溫度 表示之。沸點低之液體，其揮發性較大，較易釋放 出蒸氣，其引起火災危險性較高，作業時應特別加 以注意。,。,。,C.熔點,叁、火災爆炸相關各詞用語釋義(三),熔點乃為於一定氣壓下，某種物之液態與固態共存
16、 之溫度；或為能使某一物質維持液態與固態之蒸汽 至均相同時之溫度，熔點亦可稱為凝固點。一般言 之，熔點較低之油品如奈為80；石臘為74；動 物油脂為34.5，瀝青則為199，此等物質遇熱 後容易熔化而四處流散，致使火災延燒範圍廣大。,。,。,D.黏度,黏度油料黏稠之程度，與燃油之流動性有關 液體燃油之黏度隨溫度升高而降低 我國通常以賽氏通用黏度計測定黏度，單位為秒，以SUS表示 黏度之公制單位為Stoke或其1/100，cSt為單位 燃油低溫時黏度高，流動困難需以電加熱方式預熱，B級重油加熱至50-60，C級重油加熱至70-90，加熱溫度過高易分解出瓦斯，使得燃燒不穩定；加熱溫度過低則不能達到完全燃燒易產生黑煙,叁、火災爆炸相關各詞用語釋義(四),E.蒸氣壓力,叁、火災爆炸相關各詞用語釋義(五),乃指某一液體或氣化性液體在一定溫度下於密閉容 器內，達成平衡狀態時之蒸汽壓力。蒸氣壓力隨溫 度之昇高而提高，當純液體之蒸氣壓力達一大氣壓 時，所需之溫度，即為其沸點。油料之蒸發趨勢通 常均以雷氏蒸氣壓值表示，雷氏蒸氣壓之大小，除 與油料溫度有關外，亦與其油料組成有關，因此當 油料之組成改變時其蒸氣壓亦隨之改變。雷氏蒸氣 壓乃為汽油規範中表示揮發程度與儲運安全作業中 之一項重要規範。,
