112 警察特考三等 消防警察人員 火災學與消防化學 考古題詳解

核心觀念

中性面（neutral plane）是建築物內外壓力相等的水平面。中性面以下，室外壓力較大，空氣通常由下方開口流入；中性面以上，室內煙氣壓力較大，煙氣通常由上方開口流出。中性面的位置會決定進氣與排煙區域的高度及壓差，進而影響煙氣流動與火災通風。

本題採用簡化的上下開口模型：室內、外氣體各視為均勻且靜止的氣柱，並將上下開口視為集中於底部與頂部的等效開口。令中性面距底部為 $x$，建築物高度為 $H$。

解題方法與計算

火場溫度須換算為絕對溫度：

$$T_{\mathrm{室外}}=25+273=298\ \mathrm{K},\qquad T_{\mathrm{火場}}=600+273=873\ \mathrm{K}$$

在相同壓力下，氣體密度與絕對溫度成反比，因此：

$$\frac{\rho_{\mathrm{火場}}}{\rho_{\mathrm{室外}}} =\frac{T_{\mathrm{室外}}}{T_{\mathrm{火場}}} =\frac{298}{873} \approx 0.341$$

採用孔口流量關係，流量與開口面積及壓差平方根成正比。上下開口的壓差分別由中性面到開口的高度差決定，故質量流量平衡為：

$$A_{\mathrm{底}}\sqrt{\rho_{\mathrm{室外}}x} = A_{\mathrm{頂}}\sqrt{\rho_{\mathrm{火場}}(H-x)}$$

核心觀念

本題比較的是兩種不同的爆炸機制：

• 燃燒爆炸：可燃性氣體與空氣或氧氣混合，濃度落在可燃範圍內，並遇到足以引發反應的點火源，快速氧化放熱、生成高溫氣體，造成壓力上升。
• 分解爆炸：某些氣體分子在熱、壓力或外來能量作用下，發生快速放熱分解；反應本身不以氧氣或空氣為必要條件。乙炔是典型例子，可概括表示為 $\mathrm{C_2H_2 \rightarrow 2C + H_2}$ 分解放出的熱會促使後續反應加速，造成火焰或壓力波傳播。

兩者都可能快速放熱並造成壓力破壞，但判斷危險性的條件不同：燃燒爆炸重點在可燃氣體與氧化劑的比例及點火源；分解爆炸重點在氣體本身的分解傾向，以及溫度、壓力等條件是否足以使分解反應持續。

解題方法：依四項條件比較

作答時依序比較「爆炸界限、觸發條件、溫度影響、壓力影響」，並區分燃燒反應的濃度界限與分解反應的壓力界限，即可完整回答題意。

比較項目	燃燒爆炸	分解爆炸
反應本質	可燃物與氧化劑快速氧化	可燃性氣體本身快速分解
爆炸界限	有爆炸下限與爆炸上限，通常以燃料在空氣中的體積百分比表示	不是一般的燃料—空氣濃度上下限；重要條件是能否達到並維持分解反應的界限壓力
必要條件	可燃物、氧化劑、適當混合比例及點火能量	具有分解性的氣體，並有足以引發及維持分解的溫度、壓力或外來能量；不必有氧氣
溫度升高	通常使可燃範圍擴大，並使點火所需能量降低	促進分解反應，通常降低分解所需的壓力或引發條件
壓力升高	通常使爆炸上限提高、可燃範圍擴大；爆炸下限變化較小	壓力達界限壓力以上，分解反應較能持續；壓力低於界限壓力時，分解反應可能停止或無法傳播

爆炸界限與爆炸觸發條件

燃燒爆炸：濃度界限與點火源

燃燒爆炸有爆炸下限與爆炸上限。可燃氣體濃度低於下限時，混合氣太稀；高於上限時，混合氣太濃、氧氣不足，通常不能傳播火焰。濃度位於兩界限之間，仍須有足夠的點火能量才能引發燃燒爆炸。

因此，燃燒爆炸的判斷可概括為：

核心觀念

本題比較兩類潔淨氣體滅火藥劑：**IG-541 是惰性氣體混合物，主要靠降低防護區氧濃度抑制燃燒；FM-200 是鹵化烴藥劑，主要靠吸熱及干擾燃燒鏈鎖反應滅火。**作答時應依序說明藥劑特性、組成、滅火原理、設計濃度、人員安全及環境影響，並清楚區分「藥劑本身的危害」和「放射後防護區的低氧或熱分解產物危害」。

法規部分以命題當年（民國 112 年）法規為準，可提及《各類場所消防安全設備設置標準》中惰性氣體及鹵化烴滅火設備的規定。實際設計濃度須依防護對象、火災類別及核可系統設計手冊決定，不能把單一數值當成所有場所通用的法定值。

解題方法

先辨認藥劑類型，再用「組成 → 滅火機制 → 設計濃度 → 安全與環境」逐項比較。設計濃度是全區放射後，防護區內藥劑所占的體積百分比；它必須足以滅火，並納入火災類別及安全係數。

氣體藥劑的濃度可表示為：

$$C=\frac{\text{防護區內藥劑體積}}{\text{防護區內混合氣體總體積}}\times 100\%$$

惰性氣體的基本估算可由混合氣體比例理解：藥劑放射後，藥劑占比上升，氧氣體積比例隨之下降。鹵化烴藥劑則須按系統設計資料，依防護區體積、溫度與目標濃度計算所需藥劑量。

藥劑特性與化學組成

IG-541（INERGEN）

IG-541 是無色、無味、非導電的惰性氣體混合物，常見體積組成為：

• 氮氣（N₂）：52%
• 氬氣（Ar）：40%
• 二氧化碳（CO₂）：8%

藥劑以高壓氣體儲存，放射後不留固體、液體殘渣，適合保護電氣設備、電腦機房、檔案室及其他不宜受水損害的場所。惰性氣體本身不燃、不助燃，也不會像鹵化烴般因高溫分解而產生大量酸性分解物。

FM-200（HFC-227ea）

FM-200 的化學名稱為七氟丙烷，化學式為 $\mathrm{C_3HF_7}$，常以結構式 $\mathrm{CF_3CHFCF_3}$ 表示。它屬於鹵化烴類潔淨氣體藥劑，常溫下為氣體，系統中以加壓液態方式儲存，放射後快速汽化。

FM-200 不導電、放射後不留殘渣，藥劑用量及儲存設備空間通常較惰性氣體系統小。高溫火焰中可能產生氟化氫等分解物，因此火災現場及放射後防護區仍須考量有害煙氣與分解產物。

滅火原理

IG-541：降低氧濃度

IG-541 放射後與空氣混合，將防護區氧氣濃度降低至不足以維持燃燒的程度，使火焰熄滅。混合氣中的二氧化碳可刺激人體呼吸反應，有助於人在低氧環境中的生理反應；但這不代表放射後環境可供人員停留，火災煙氣、低氧及逃生時間仍是重大風險。

FM-200：吸熱並抑制燃燒反應

FM-200 主要透過汽化及吸熱降低火焰區溫度，並干擾燃燒中的自由基鏈鎖反應，降低火焰持續燃燒的能力。它不像惰性氣體主要靠大幅降低氧濃度，因此在較低藥劑濃度下即可達到滅火效果。

滅火設計濃度

設計濃度會因燃料種類、火災類別、系統認可資料及安全係數而不同。考試作答宜同時寫出常見代表值並註明適用條件：

核心觀念

本題考兩套危險物品識別制度：一是我國消防法規對「公共危險物品」的六類分類；二是 NFPA 704 用於緊急應變的菱形標示。前者依物質的主要危險特性分類，後者以顏色、數字及特殊符號快速傳達健康、燃燒、化學不穩定性等危害資訊。

法規部分以命題當年（民國 112 年）法規為準。依《消防法》第 15 條及《公共危險物品及可燃性高壓氣體製造儲存處理場所設置標準暨安全管理辦法》第 3 條，公共危險物品分為六類；各類物品的種類、分級及管制量，另列於該辦法附表一。現行法規已於民國 113 年修正，以下依命題當年的六類架構說明。

解題方法

作答時分成兩部分：先依序寫出我國六類物品的名稱與主要危險性，再說明 NFPA 704 菱形的四個位置、顏色、代表危害及 0 至 4 的評級方向。這樣能同時交代「物質如何分類」及「現場如何辨識危害」。

一、我國公共危險物品分類

1. 第一類：氧化性固體 本身具有氧化性，可能助長其他物質燃燒。常見類型包括氯酸鹽類、過氯酸鹽類及硝酸鹽類等。

2. 第二類：易燃固體 容易燃燒，或可能因摩擦、火焰等引燃；部分物質燃燒迅速，具有延燒危險。常見類型包括硫化磷、赤磷、硫磺及金屬粉末等。

3. 第三類：發火性液體、發火性固體及禁水性物質 發火性液體或固體可在與空氣接觸後迅速起火；禁水性物質遇水後可能自燃，或產生具危險性的易燃氣體。此類物品的關鍵在於空氣或水可能引發危險反應。

4. 第四類：易燃液體及可燃液體 以液體的閃火點等性質分級，主要危險是液體揮發形成可燃蒸氣，遇火源可能燃燒或爆燃。常見物品包括汽油、酒精及各類石油類液體。

5. 第五類：自反應物質及有機過氧化物 物質可能因加熱、衝擊、摩擦或污染而自行分解，並伴隨放熱、燃燒或爆炸危險。有機過氧化物及部分含能物質屬此類。

6. 第六類：氧化性液體 液態氧化劑可助長其他物質燃燒，與可燃物接觸或混合時可能增加火災危險。