107 高普考普通考試 工業安全 安全工程概要 考古題詳解

核心觀念

本題旨在測驗考生對「製程安全管理（Process Safety Management, PSM）」核心要素——機械設備完整性（Mechanical Integrity, MI）​的認知，以及能否區分其與工廠「傳統維修保養（Traditional Maintenance）」在管理哲學與執行層面上的本質差異。

• 法源與標準依據： 以命題當年（民國 107 年）法規為準，我國勞動部依《職業安全衛生法》第 15 條訂定之《製程安全評估定期實施辦法》（註：現行法規架構維持相同核心精神），以及美國職業安全與健康管理局標準「OSHA 29 CFR 1910.119(j)」，均明定高危害化學製程必須落實機械設備完整性。
• MI 定義： 確保處理高危害性化學品之設備，從設計、製造、安裝、檢查、測試到維護保養，均符合公認之優良工程實務（Recognized and Generally Accepted Good Engineering Practices, RAGAGEP），以防止發生初級包容失效（Loss of Primary Containment, LOPC），遏止毒性洩漏、火災或爆炸等重大製程事故。
• 關鍵觀念差異： 傳統維修保養多以「維持生產順暢、設備妥善率（Uptime）、降低維護成本」為主要導向；MI 則是「以風險為基礎（Risk-based）、預防重大製程洩漏、保障人員與環境安全」為首要任務。

解題方法

本題需明確切入「維修保養部門」的實務執行角度，切忌泛泛而談抽象的 PSM 條文。解題策略如下：

1. 先定性再定量：先點出維修部門的任務目標轉變（從「救火/維持產能」轉為「遏止風險」）。
2. 維度對比法：從「核心目標」、「管理範疇」、「作業準則與標準」、「備品與品質保證（QA）」、「缺陷管理機制」及「人員資格」六大維度建立對照。
3. 架構完整：以條列與對照表並進方式呈現，使閱卷委員能迅速掌握關鍵給分點。

解題技巧

1. 審題重點：注意題目中的限制詞「從維修保養部門的觀點」。作答若只寫安全衛生部門的稽核或危害評估，會偏離主題；必須著重於「維修程序、備品採購、檢驗測試（I&T）、現場換修」等維修實務。
2. 記憶口訣：掌握 MI 的六大支柱「範、標、程、訓、測、品」（關鍵設備範疇、工程標準 RAGAGEP、書面程序、人員訓練、檢查測試、品質保證）。
3. 常見陷阱：

• 陷阱一：將 MI 等同於預防保養（Preventive Maintenance, PM）。PM 只是 MI 的一環，MI 還包含嚴格的設計審查、法規標準遵循、材料品質保證（QA）與缺陷不符合項管理。
• 陷阱二：遺漏「品質保證（QA）」。維修部門在傳統保養往往只在乎「鎖得上去、可以用就好」，MI 則嚴禁使用未經認證的代用管材、墊片或扣件。

【答案】

一、 機械設備完整性（MI）與傳統維修保養的核心理念差異

機械設備完整性（MI）在製程安全管理（PSM）架構中，是預防危害物質洩漏最關鍵的硬體防線。維修保養部門在此制度下，其角色從傳統的「設備修復者與產能支援者」，轉型為「製程風險守門人與資產可靠度管理者」。

二、 維修保養部門觀點下之主要差異比較表

核心觀念

本題旨在評量失誤樹分析（Fault Tree Analysis, FTA）​的定性化簡與定量計算能力，核心概念涵蓋：

1. 邏輯閘運算規則：

• 或閘（OR gate）：只要任一輸入事件發生，輸出事件即發生。若輸入事件相互獨立，輸出事件發生機率為： $P = 1 - \prod_{i=1}^{n} (1 - P_i)$
• 及閘（AND gate）：所有輸入事件皆同時發生，輸出事件才發生。若輸入事件相互獨立，輸出事件發生機率為： $P = \prod_{i=1}^{n} P_i$

2. 布林代數（Boolean Algebra）與最小截集（Minimal Cut Sets, MCS）：

• 當失誤樹中存在重複事件（Repeated Events）​時，各子分支的中間事件失去統計獨立性，不能直接將中間事件機率相乘，必須使用布林代數化簡求得頂層事件的最小截集。
• 常用化簡法則包括冪等律（$A \cdot A = A$、$A + A = A$）與吸收律（$A + AB = A$、$A + AC = A$），由此導出分配化簡式： $(A + B)(A + C) = A + BC$

3. 機率排容原理（Inclusion-Exclusion Principle）：

• 對於由基本事件組成的聯集事件，其機率計算公式為： $P(E_1 \cup E_2) = P(E_1) + P(E_2) - P(E_1 \cap E_2)$

解題方法

依考卷原題圖形所標示之邏輯符號：

• 圖 1：頂層事件 $Z$ 由中間事件 $X$ 與 $Y$ 經由及閘（AND gate）​組成；中間事件 $X$ 由基本事件 $A$ 與 $B$ 經由或閘（OR gate）​組成；中間事件 $Y$ 由基本事件 $D$ 與 $C$ 經由或閘（OR gate）​組成。
• 圖 2：頂層事件 $Z$ 由中間事件 $X$ 與 $Y$ 經由及閘（AND gate）​組成；中間事件 $X$ 由基本事件 $A$ 與 $B$ 經由或閘（OR gate）​組成；中間事件 $Y$ 由基本事件 $A$ 與 $C$ 經由或閘（OR gate）​組成。

已知各基本事件之發生機率分別為： $P(A) = 0.1,\quad P(B) = 0.2,\quad P(C) = 0.3,\quad P(D) = 0.1$ 各基本事件彼此相互獨立。

(一) 計算圖 1 中事件 $Z$ 的發生機率

1. 計算中間事件 $X$ 的機率 $P(X)$： 事件 $X$ 為 $A$ 與 $B$ 的或閘輸出： $X = A + B$ $P(X) = 1 - (1 - P(A))(1 - P(B)) = 1 - (1 - 0.1)(1 - 0.2) = 1 - (0.9 \times 0.8) = 1 - 0.72 = 0.28$

2. 計算中間事件 $Y$ 的機率 $P(Y)$： 事件 $Y$ 為 $D$ 與 $C$ 的或閘輸出： $Y = D + C$ $P(Y) = 1 - (1 - P(D))(1 - P(C)) = 1 - (1 - 0.1)(1 - 0.3) = 1 - (0.9 \times 0.7) = 1 - 0.63 = 0.37$

3. 計算頂層事件 $Z$ 的機率 $P(Z)$： 事件 $Z$ 為 $X$ 與 $Y$ 的及閘輸出： $Z = X \cdot Y$ 在圖 1 中，構成 $X$ 的集合 $\{A, B\}$ 與構成 $Y$ 的集合 $\{C, D\}$ 無任何共同基本事件，因此事件 $X$ 與 $Y$ 彼此統計獨立。直接套用及閘獨立相乘公式： $P(Z) = P(X) \times P(Y) = 0.28 \times 0.37 = 0.1036$

(二) 計算圖 2 中事件 $Z$ 的發生機率

核心觀念

本題旨在評量考生在「工業安全工程」與「化學製程安全（Process Safety）」領域中，針對工廠引進新化學品時，進行「源頭本質安全評估」與「火災爆炸風險控制」的專業能力。

核心法規與理論依據包括：

1. 法規依據（以命題當年民國 107 年法規為準）：

• 《職業安全衛生法》第 10 條（危害性化學品通識與管理）。
• 《危害性化學品標示及通識規則》第 12 條附表四「安全資料表（SDS）」之 16 大要項。現行法規於此基礎架構上亦維持一致。
• 《公共危險物品及可燃性高壓氣體設置標準暨安全管理辦法》之分類管制基準。

2. 火災爆炸三要素與四面體理論：

• 燃燒三要素為可燃物、助燃物（氧氣）、引火源；若形成持續火焰則需「連鎖反應」。
• 防制火災爆炸必須從「控制可燃物濃度（界限外）」、「排除引火源（能量與溫度）」、「控制氧化劑濃度（惰化）」與「阻斷連鎖反應」著手。

3. 製程安全評估資訊（Process Safety Information, PSI）：

• 掌握化學品之「物理化學基本性質」、「燃燒與爆炸特性參數」、「反應性危害與禁忌物」及「儲運與應變參數」，為實施危害辨識（HAZOP、Checklist）與防爆工程設計（防爆電氣、洩爆、惰化）之必要前置資訊。

解題方法

本題屬於高普考典型的「系統性申論題」。作答時若僅零散背誦安全資料表（SDS）各章節，易顯得雜亂無章且缺乏工程思維。解題切入點應緊扣「預防火災爆炸」的主軸，採用「系統化分類架構」層層推進：

1. 物理與化學基本狀態資訊：判斷物質相態、蒸發逸散趨勢及空間分佈行為。
2. 燃燒與爆炸極限特性參數：評估點燃難易度、爆炸範圍及爆炸破壞威力（防爆工程依據）。
3. 化學反應性與相容性資訊：評估非受控反應、熱失控、禁忌物質接觸產熱產氣之潛在風險。
4. 安全儲運、製程控制與應變資訊：落實設備選型（電氣防爆分區）、環境溫濕度監控及消防滅火相容性。

選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項可供逐一分析。

解題技巧

1. 答題結構化（口訣化聯想）： 考場上可利用「態、界、能、力、反、應」作為檢核清單：

• 態：相態、蒸氣壓、比重（擴散沈降行為）。
• 界：閃火點、爆炸界限（濃度控制）。
• 能：自燃溫度、最小發火能（點火源控制）。
• 力：最大爆炸壓力 $P_{\max}$、爆炸指數 $K_{st} / K_g$（洩壓防護）。
• 反：反應熱、自聚反應、禁忌物（反應安全）。
• 應：滅火劑相容性、儲運管制條件（應變防護）。

2. 常見陷阱提醒：

• 勿僅著眼於「易燃液體」，若工廠引進的是「固體/粉體」（粉塵爆炸）或「氣體/液化氣」（BLEVE、氣雲爆炸），其評估參數完全不同，作答時務必涵蓋粉塵（粒徑、粉塵爆炸指數）與反應性化學品。
• 勿將「毒性」列為主要篇幅，題目限定「從預防化學品火災爆炸的觀點」，焦點應鎖定在燃燒、爆炸及熱反應特性。

【答案】

工廠引進新化學品前，為有效預防火災爆炸事故，應依據《危害性化學品標示及通識規則》所規範之安全資料表（SDS）及製程安全管理（PSM）之要求，系統性掌握以下四大構面之化學品資訊：

一、 物理與擴散特性資訊（評估逸散與積聚傾向）

1. 物質相態與外觀：液體、氣體、壓縮液化氣體、固體粒徑分布（判斷是否存在可燃性粉塵危險）。
2. 蒸氣壓（Vapor Pressure）與沸點（Boiling Point）：

• 蒸氣壓愈高、沸點愈低，常溫下揮發速率愈快，愈容易在空氣中形成具爆炸危險的可燃性混合氣體。

3. 蒸氣相對密度（相對於空氣之密度，Vapor Density）：

• 密度大於 1 之氣體（如 LPG、多數有機溶劑蒸氣）易滯留於地面低凹處、管溝，引發回火（Flashback）；

核心觀念

本題考查工業安全與化學製程安全評估中的液體破孔洩漏模式（Liquid Release Model through a Hole），其本質為由白努利方程式（Bernoulli's equation）推導而得之托里切利定律（Torricelli's Law）延伸應用。

題目已給定質量洩漏速率公式： $Q_m = C_0 A \sqrt{2 g_c \rho P_g}$

解題的核心在於物理量因次分析與 SI 制單位系統一致性：

1. 洩放係數（$C_0$）：用以修正孔口流動摩擦阻力與流線收縮效應（Vena Contracta），為無因次常數（$C_0 = 0.61$）。
2. 孔洞截面積（$A$）：圓形孔洞面積公式為 $A = \frac{\pi}{4} d^2$，長度單位必須由 $\mathrm{cm}$ 換算為 $\mathrm{m}$。
3. 松節油密度（$\rho$）：比重（Specific Gravity, $\mathrm{SG}$）為物質密度與 $4^\circ\mathrm{C}$ 純水密度之比值，故 $\rho = \mathrm{SG} \times \rho_{\mathrm{water}}$。
4. 有效驅動壓力差（$P_g$）：洩漏推動力為破孔內外之壓力差。管內為錶壓力 $5\ \mathrm{atm}$，管外環境為大氣壓力（即錶壓力 $0\ \mathrm{atm}$），故壓力差即為管內錶壓力，單位必須由 $\mathrm{atm}$ 換算為帕斯卡（$\mathrm{Pa} = \mathrm{N/m^2} = \mathrm{kg/(m\cdot s^2)}$）。
5. 單位轉換因子（$g_c$）：在國際單位制（SI 制）中，$g_c = 1\ \mathrm{kg\cdot m / (N\cdot s^2)}$，數值為 $1$。

解題方法

本題為計算申論題，求解分為四個標準步驟：各項參數之 SI 單位換算、根號內動能驅動項計算、代入公式求質量流率、標註有效位數。

步驟一：孔洞面積 $A$ 計算

破孔直徑 $d = 1\ \mathrm{cm} = 0.01\ \mathrm{m}$。 $A = \frac{\pi}{4} d^2 = \frac{\pi}{4} \times (0.01\ \mathrm{m})^2 = \frac{\pi}{4} \times 10^{-4}\ \mathrm{m^2} \approx 7.854 \times 10^{-5}\ \mathrm{m^2}$

步驟二：松節油密度 $\rho$ 計算

純水標準密度取 $\rho_{\mathrm{water}} = 1000\ \mathrm{kg/m^3}$。 松節油之比重 $\mathrm{SG} = 0.90$，其密度為： $\rho = 0.90 \times 1000\ \mathrm{kg/m^3} = 900\ \mathrm{kg/m^3}$

步驟三：壓力差 $P_g$ 與 $g_c$ 之 SI 制換算

破孔處管內錶壓力為 $5\ \mathrm{atm}$，管外為大氣壓力，洩漏處與外界之壓力差即為： $P_g = 5\ \mathrm{atm}$ 依標準大氣壓定義，$1\ \mathrm{atm} = 101,325\ \mathrm{Pa}$：