108 地方特考三等 工業安全 安全工程 考古題詳解

核心觀念

本題分兩步估算混合蒸氣的燃燒下限：

1. 以拉午耳定律估算液面上各成分的分壓，再由道耳頓分壓定律求混合蒸氣的體積組成。
2. 以勒沙特列混合公式，依混合蒸氣中各可燃成分的體積分率，估算混合燃燒下限。

燃燒下限以體積百分比表示；對氣體混合物而言，體積分率可視為莫耳分率。各純物質的燃燒下限為正己烷 $1.2\%$、乙醇 $4.3\%$。

解題方法

先用安東尼方程式計算 $25^\circ\mathrm{C}$ 時的飽和蒸氣壓：

正己烷：

乙醇：

假設液相為理想溶液，依拉午耳定律 $p_i=x_iP_{\mathrm{sat},i}$。題目給的是液相莫耳百分比，因此正己烷與乙醇的液相莫耳分率分別為 $x_{\mathrm{H}}=0.25$、$x_{\mathrm{E}}=0.75$：

核心觀念

本題考查流體在輸送、流動或噴出時，因液體與管壁、固體微粒或氣泡等接觸、分離及摩擦，造成電荷分離與累積的機制，以及如何降低靜電累積和放電引燃的風險。流體靜電常見於易燃液體輸送、過濾、攪拌、灌裝及粉塵夾帶等作業。

電荷累積與放電危害，取決於流體的導電性、流速、設備接地狀況及周遭是否存在可燃性氣體或蒸氣。工程防護的重點是減少產生、提供電荷洩放途徑，並避免足以引燃的放電。

流體產生靜電的種類

1. 流動起電：流體流經管線、閥門、彎頭或設備內壁時，液體與固體表面接觸後分離，產生電荷。流速愈高、管路愈長或流動愈紊亂，通常愈容易累積電荷。

2. 過濾起電：液體通過濾網、濾芯或多孔材料時，接觸面積大且流道狹窄，容易使電荷分離。過濾後的液體若立即高速輸送或灌裝，靜電累積風險更高。

3. 飛濺、噴霧或灌裝起電：液體自高處落下、噴射或霧化時，液滴分裂並與空氣、容器或其他液滴接觸分離，造成帶電。由上方灌裝易燃液體尤其容易產生飛濺和電荷累積。

4. 沉降起電：液體中的固體微粒或液滴沉降、移動時，與液體或其他粒子接觸、分離而帶電。含水、含雜質或含懸浮粒子的液體較須注意。

5. 氣泡起電：氣泡在液體中形成、上升並破裂時，液體與氣泡界面發生電荷分離；氣泡破裂亦會使帶電液滴或微粒逸散。

6. 粉體或微粒夾帶起電：流體夾帶粉塵、固體顆粒或液滴流動時，粒子彼此及與管壁碰撞、摩擦，可能產生並累積靜電。

解題方法與消除方式

依「減少起電、導走電荷、避免危險放電」的順序說明，可完整涵蓋題目要求：

核心觀念

本題考查可燃氣體的兩種著火特性，以及判斷熱源能否引燃氣體時，應區分「能量是否足以形成火花點火」與「表面溫度是否達到自燃條件」。

• 最小著火能量（Minimum Ignition Energy, MIE）：在特定可燃物濃度、壓力及試驗條件下，使可燃性混合物發生著火所需的最低能量。常以電火花試驗測定，單位通常為焦耳（J）或毫焦耳（mJ）。
• 自燃溫度（Autoignition Temperature, AIT）：可燃物在沒有火花、火焰等外部點火源直接引燃的情況下，與空氣接觸並受熱至能自行發生燃燒的最低溫度。

兩者代表不同的著火判據：MIE 是能量門檻，AIT 是溫度門檻。

解題方法

題目給出丙烷的 MIE 與 AIT，以及燈泡的功率與表面溫度。判斷時分別比較各自對應的量：

1. 燈泡表面溫度與丙烷自燃溫度比較： $300^\circ\mathrm{C}<450^\circ\mathrm{C}$ 因此，依自燃溫度判據，燈泡表面未達丙烷的自燃溫度，不能僅以表面受熱自燃的方式引燃丙烷。

2. 燈泡功率與丙烷最小著火能量比較：兩者量綱不同，不能直接比較。功率是單位時間的能量，$1\ \mathrm{W}=1\ \mathrm{J/s}$；MIE 是能量。

核心觀念

本題考查吊掛鋼索的安全係數、吊掛方式，以及多肢吊掛時的受力分配。

依命題當年（民國 108 年）《起重升降機具安全規則》第 65 條，起重機具的吊掛用鋼索安全係數應在 6 以上；安全係數是鋼索斷裂荷重與鋼索所受最大荷重的比值：

本題已給定鋼索斷裂荷重與直徑的近似關係：

其中 $d$ 為鋼索直徑，單位為 mm。

解題方法

（一）何謂起重機吊掛鋼索安全係數

安全係數是鋼索的斷裂荷重除以鋼索實際承受的最大荷重，用來表示鋼索承載能力相對於工作荷重的安全裕度。依命題當年的規定，起重機具的吊掛用鋼索安全係數不得低於 6。

（二）常見的起重機吊掛方式

常見方式包括：

• 直掛法（單掛法）：以一肢鋼索垂直承受荷重。
• 雙掛法：以兩肢鋼索吊掛，荷重由兩肢分擔；鋼索與鉛直方向的夾角會影響各肢張力。
• 多肢掛法：以三肢或四肢鋼索吊掛。理想情況下各肢均勻分擔荷重，但吊掛不平衡時，個別鋼索所受荷重可能增加。
• 兜掛法（籃式掛法）：鋼索繞過荷物形成兜托，再連接吊鉤。
• 圈掛法（束掛法）：鋼索繞荷物一圈後吊起；實際承載能力會受鋼索與荷物間摩擦及吊掛角度影響。

（三）求最小可行鋼索直徑

題目為 2 掛法，兩肢鋼索對稱，兩肢間開角為 $90^\circ$。每肢與鉛直方向的夾角因此為 $45^\circ$。