石化工廠火災爆炸預防及案例宣導

•本教材部分取自網路資料

勞工局勞動檢查處

什麼是火災?什麼是爆炸?• 火災

– 是一種非預期的燃燒現象

• 爆炸

– 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。

可燃物

火源(熱)

空氣(氧)

火災爆炸(燃燒)三要素

連鎖反應

火災爆炸(燃燒)三要素+連鎖反應

• 火災爆炸(燃燒)三要素– 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。

可(易)燃物質特性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

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。

閃火點（flush point）• 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。

接觸火源在空氣中

引發閃火之

最低溫度

揮發性物質

蒸發(溫度)

自燃溫度(AIT)• 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。

碰觸高溫在空氣中

引發燃燒爆炸之

最低溫度

可燃性物質

不接觸明火

爆炸上限

爆炸下限

飽和蒸氣壓線

濃度

溫度

閃火點 自燃點

可爆區

自爆區爆炸範圍

可燃性液體之燃燒爆炸關係

物理性

化學性

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

差異?? 特性??

物理性/化學性爆炸

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：蒸氣爆炸

如：瓦斯爆炸

水蒸氣爆炸

• 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

沸騰液體氣化膨脹爆炸(BLEVE)• 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

案例-工廠爆炸(局限空間爆炸)

•反應製程

–氧化(燃燒)反應

–熱分解反應

–反應失控

•儲存設備

–冷卻失效

–外部加熱

–自加速放熱

塵爆

蒸氣爆炸

混存物

•其他混合物

For 工廠

丁二烯工場 poporn 撐破管線引發火災• 災害發生經過：• 某煉油廠於101年4月6日上午3時30分許，所屬五

輕組丁二烯工場E-5103管側到PSV進口10吋管線裂開(經確認係屬E-5103再沸器至PSV-51010安全閥管線)，粗丁二烯外洩引起火災，該場立即將粗丁二烯總進口管線關斷，再將E-5103管線進口關斷，惟其出口管線關斷閥卡死系統無法完全阻隔粗丁二烯洩漏（該關斷閥靠近起火點受熱閥體變形所致），火災由廠消防隊及高雄市政府消防局消防隊合力搶救，火勢獲得控制，五輕組緊急停爐並釋壓，至8時45分火勢已全部撲滅。

14

丁二烯工場 poporn 撐破管線引發火災

15

丁二烯工場 poporn 撐破管線引發火災

16

丁二烯工廠Popcorn聚合物形成

共軛雙烯烴(Conjugated Dienes)如1,3-丁二烯、異戊二烯及苯乙烯均會形成Popcorn聚合物，是一種高度交聯的三維樹脂狀聚合物，由於其形狀有如結晶之爆米花，故又稱為Popcorn聚合物。

資料來源:台塑石化烯烴事業部專案組資深工程師鄭宗岳

丁二烯為用途最廣泛的聚合單體之一，由於其共軛二烯烴(Conjugated Dienes)分子結構，具有極高的反應活性；在氧氣或氧化物及過渡金屬催化劑存在之條件下，極易產生極具危險性之丁二烯過氧化物或丁二烯Popcorn聚合物，若未能及早發現異常並予以妥善處理或抑制其聚合增生反應(Propagation Reaction)，Popcorn聚合物可能於局部區域迅速增生而膨脹，從而產生巨大的應力造成管線或設備的脹裂，對於工廠的安全運轉造成極大的威脅。

丁二烯工場 poporn 撐破管線引發火災

18

丁二烯工場 poporn 撐破管線引發火災

19

低硫燃油工場氫氣爆炸

• 事業單位名稱：低硫燃油工場氫氣爆炸• 災害類型：火災• 媒 介 物：氫氣• 罹災情形：傷 0 人• 發生經過： 102.5.27日12:26，第二RDS工場高壓

循環氣分液罐底部2”排液管線脫落，氫氣外洩爆炸發生火警，為安全起見，該工場緊急停爐，進行系統釋壓處理，14：00系統完成釋壓，灌入氮氣後火勢熄滅。

20

低硫燃油工場氫氣爆炸• 事故原因及改善建議事項：原設計P&ID(如附件一)並無該2”脫落管線後來

因操作需要增加。查原設計管線規範(如附件二) 2”×1500#閘閥

應以對焊方式對焊，而實際為套焊。建議落實變更管理。施工品質:開槽、焊接人員、驗焊道。加強支撐。

21

低硫燃油工場氫氣爆炸

22

低硫燃油工場氫氣爆炸

23

低硫燃油工場氫氣爆炸• 原因分析：

1.判斷是高壓循環氣分液槽(D-2004)底部2”排液管線，僅採「套焊」焊接方式，未採「對焊」焊接，造成無法承受高壓而脫落。2.焊條選材錯誤(表面材質分析)

24

高壓循環氣分液罐(D-2004)底部2”排液管線脫落位置

25

低硫燃油工場氫氣爆炸

26

反應槽試俥前氣密試驗氫氣閃燃事件

• 事業單位名稱：林園某石化廠

• 災害類型：火災

• 媒 介物：氫氣

• 罹災情形：傷 2 人• 發生經過：102年5月29日林園某石化廠委由中鼎興建，使用氫氣氣密試驗後拆除反應槽上方人孔蓋發生氫氣外洩引發閃燃意外。

27

R4110B反應器外觀

槽底氮氣進料管線

反應槽試俥前氣密試驗氫氣閃燃事件

28

反應槽試俥前氣密試驗氫氣閃燃事件

氫氣閃燃事件發生上方人孔蓋 29

反應槽試俥前氣密試驗氫氣閃燃事件• 災害原因: • 製程反應器常用壓力21kg/cm2

• 使用氫氣試壓(氮氣不可?) 。• 吹驅方式錯誤(試壓完畢後，已經用氮氣吹驅3

次，補氮壓力﹖purge 次數﹖) 。• 於儲槽上端開啟人孔氫氣外洩後閃燃。• 由承造人聯繫主導作業，業主未提供危害辨識

資訊及防災策略。

30

加氫脫硫工場拆除盲板氫氣火災• 事業單位名稱：甲工業股份有限公司• 災害類型：火災• 媒介物：可燃性氣體• 罹災情形：傷 3 人• 發生經過：101年8月10日上午10時14分許，某石化廠

承攬人甲公司於第一重油脫硫工場實施大修前置作業，欲拆除管線盲板而拆解法蘭螺栓時，因該氣體管線閥門無法保持良好性能，且未確認高壓塔槽溫度與壓力降至可拆卸範圍即進行拆解，造成氫氣外洩而引發火災，甲公司所僱勞工鐘員、鄭員與吳員等3人被灼傷，經送國軍左營總醫院救治。

31

• 原因分析：• 甲公司僱勞工鐘員、鄭員與吳

員等3人，欲拆除管線盲板而拆解法蘭螺栓時，因該氣體管線閥門組件間有殘留異物，使閥門無法保持良好性能，且未確認盲板與最接近之閥有無氫氣殘留，且未確認高壓塔槽溫度與壓力(原為50oC、39.8kg/cm2)降至可拆卸範圍即進行拆解，造成氫氣外洩引發火災。

加氫脫硫工場拆除盲板氫氣火災

32

33

34

• 災害發生原因為：直接原因：

1. 勞工員3人於拆解管線盲板時，造成氫氣外洩引發火災遭火灼傷。

間接原因：1. 未俟系統降溫降壓至可拆卸範圍(即常溫、1大氣壓

力下，即行拆解。降壓需數天？2. 操作化學設備其配管之閥門，未保持良好性能以確

實阻斷氫氣。3. 拆除盲板有導致氫氣逸出之虞時，未先確認盲板與

其最接近之閥間有無氫氣殘留。

加氫脫硫工場拆除盲板氫氣火災

35

壬烯槽通風爆炸• 事業單位名稱：某化學公司將53加侖桶灌裝及船進出、

油槽管路清洗等工作交付承攬• 災害類型：火災• 媒 介 物：壬烯• 罹災情形：傷 4 人• 發生經過：101年9月11日該化學公司副課長帶領組長

與承攬人勞工前往儲槽從事水封箱排氣管接管工作，打開儲槽北人孔，將送風機放置定位，並將送軟管放至人孔內，於送風機送電隨即聽到碰！碰！的氣爆聲響。

36

壬烯槽通風爆炸

• 原因:由於進出口管線閘閥(gate valve)未關斷及盲斷，槽內尚有殘存液體原料，且案發當時，高雄地區氣溫29.2℃，槽內微量液體已達壬烯閃火點24 ℃之上，由於壬烯爆炸界限0.5%-4%，下限極低，稍有洩漏就容易到達爆炸下限。

當打開人孔蓋並置入送風軟管時，因大量空氣進入槽內與殘留之壬烯易燃液體蒸氣混合後達爆炸界限範圍，並擴散至送風軟管與送風機間，研判送風機(距槽外約1.2公尺)產生火花或塑膠散熱葉片高速旋轉產生靜電，引燃內部易燃液體蒸氣造成氣爆。

37

壬烯槽通風爆炸

• 查該化學公司訂有油槽/進出口管路清洗作業基準，惟於實施本案作業時，卻疏於依基準對儲槽連接管路予以盲封或確實隔離，亦未查驗送風機是否具有足夠之防爆性能，且未先檢測可燃性氣體濃度，以致肇災。

38

壬烯槽通風爆炸

39

壬烯槽通風爆炸

40

壬烯槽通風爆炸

41

壬烯槽通風爆炸

42

台灣OOO公司高雄廠冷凝水槽發生爆炸事故

• 發生災害單位：台灣OOO工業股份有限公司高雄廠。

• 發生時間：104年9月8日14時許。

• 災害媒介物：可燃性氣體。

• 罹災人數：0人。

• 災害發生經過：

• 冷凝水槽 (設備編號MT-322)，因操作在設計最高液位，且槽內意外引入含

有苯乙烯與甲苯之廢液發生可燃性氣體逸散至槽體附近，導致附近不需動火

許可的簡易機械維修作業可能產生火花引起槽體附近與塔頂內部的可燃性氣

體燃燒現象，進一步使得塔頂壓力上升加上儲槽頂蓋板因槽體銲道老化進而

脫落掉入槽底。

43

災害現場概況

44

45

台灣OO公司林園廠鹽酸儲槽發生爆炸事件

• 發生災害單位：台灣OO工業股份有限公司林園廠。

• 發生時間：103年6月7日0時許。

• 災害媒介物：可燃性氣體。

• 罹災人數：0人。

• 災害發生經過：

• 鹽酸回收區25%鹽酸槽(FT-601C)槽內蓄積可燃性氣體，研判槽

頂入料處靜電放電引起槽頂爆裂，造成25%鹽酸槽損壞， 25%

鹽酸儲槽(326M3)槽頂發生破裂，槽頂碎裂為6片，1片飛出廠外

道路(約92M外)，其他碎片5片掉落槽底周圍，無人員傷亡。

災害現場概況

46

鹽酸槽DCS液位降低紀錄

空氣經水封箱進入槽內

47

可燃物

火源

空氣改變物料改變濃度加入添加劑加濕增大粒徑

降低氧濃度使用惰性氣體真空操作

隔離發火源控制溫度

一般火災爆炸防制概念

一般火災爆炸防制實務做法

• 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）。

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

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

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

工廠爆炸防制之執行流程選定分析單元

失控危害偵測/警報 冷卻/消防

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

整合評估

操作變更設計 安全條件設計

安全作業單元

其他危害消減

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…..

DSC分析絕熱卡計分析反應熱卡分析熱動力分析其他…..

反應抑制耐爆/洩爆設計排放設計其他…..

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

The end