112 高普考高考三級 職業安全衛生 安全工程 考古題詳解

核心觀念

本題探討起重吊掛作業安全工程中吊掛構件之「淘汰／廢棄與禁用標準」。法規依據為**《起重升降機具安全規則》第 61 條至第 63 條**（以命題當年民國 112 年法規為準）。

吊掛用具在起重作業時承受反覆拉伸、衝擊動態應力與疲勞負載，若構件出現幾何尺寸衰退、素線斷裂、塑性伸長、局部扭結或表面龜裂，極易引發應力集中或無預警斷裂。考題結合 2023 年臺中捷運塔吊拆除工安事故為背景，旨在測驗考生對於吊掛三大類構件（鋼索、吊鏈、吊鉤與鉤環配件）法定報廢禁用條件之精確掌握度。

解題方法

本題為法規條文與實務安全標準題型，作答切入點應按法條層次分類，清楚界定各構件在何種「物理缺陷（龜裂、腐蝕、變形、扭結）」或「定量劣化門檻（截斷率、縮徑率、延伸率）」下不得使用：

1. 第一部分：吊鏈與鋼索之禁用情況

• 鋼索：引述《起重升降機具安全規則》第 61 條，以素線截斷率、直徑磨損率、外觀異狀、扭結為指標。
• 吊鏈：引述《起重升降機具安全規則》第 62 條，以塑性伸長率、斷面磨損率、龜裂為指標。

2. 第二部分：吊鉤、鉤環、鏈環之禁用情況

• 吊鉤與鉤環：引述《起重升降機具安全規則》第 63 條，以表面龜裂、幾何尺寸變形率（喉寬開口度）為指標。
• 鏈環：以表面龜裂、斷面徑磨損率為指標。

選項分析

本題為申論題，無選項分析。申論作答重點在於關鍵定量數值（$10\%$、$7\%$、$5\%$）及定性缺陷描述（龜裂、扭結、腐蝕）必須一字不漏精確列出，避免籠統含糊。

解題技巧

1. 數值與關鍵字記憶矩陣：

• 鋼索（四項禁令）：口訣「斷十、縮七、變腐結」。
• 一撚素線斷截 $\ge 10\%$
• 直徑減少 $\ge 7\%$
• 顯著變形或腐蝕
• 扭結（Kink）
• 吊鏈（三項禁令）：口訣「伸五、縮十、有龜裂」。

核心觀念

本題探討「製程安全評估（Process Hazard Analysis, PHA）」與「製程安全管理（Process Safety Management, PSM）」整體系統架構之整合關係。

1. 法規依據（以命題當年民國 112 年法規為準）：

• 《職業安全衛生法》第 15 條規定特定危害性作業及甲類危險性工作場所應實施製程安全評估。
• 《危險性工作場所審查及檢查辦法》與《製程安全評估定期實施辦法》要求評估結果之改善建議須擬定具體改善計畫並追蹤管考。 （備註：相關法規於後續雖有微幅實務指引更新，但法定製程安全評估核心精神與架構均以民國 112 年規範為準。）

2. PSM 核心架構：

• 美國職業安全衛生署（OSHA 29 CFR 1910.119）及台灣推動之 PSM 制度包含 14 項核心要素，強調「技術」、「設備」與「人員管理」三大構面的動態閉環管理。
• 製程危害分析（PHA）為辨識風險的診斷工具，其提出的「改善建議（Recommendations）」若僅偏重工程硬體，缺乏管理制度的維持與落實，必然導致控制措施失效。

3. 危害控制階層（Hierarchy of Controls）與縱深防禦（Defense-in-Depth）：

• 工程控制固然優先於管理控制，但工程設備之有效性（可靠度、完好性、正確操作）高度仰賴管理措施予以維繫。

解題方法

本題為標準的觀念申論題，切入點應採「破題定調 $\rightarrow$ 系統性要素鏈結 $\rightarrow$ 深度機理說明 $\rightarrow$ 結論總結」四段架構：

1. 正面明確破題：斬釘截鐵判定「製程安全評估之改善建議必須納入管理措施」。
2. PSM 要素聯防鏈結：由 PHA 為核心向外輻射，論述改善建議如何驅動並銜接作業程序（SOP）、變更管理（MOC）、機械完整性（MI）、教育訓練及改善建議追蹤等 PSM 關鍵要素。
3. 工程與管理之互補機理：引用「瑞士乳酪理論（Swiss Cheese Model）」與可靠度觀念，論證純工程硬體若無管理制度作為防護網，極易因人員誤操作或保養不良而穿透破防。

解題技巧

1. 破題切忌模稜兩可：申論第一句須正面肯定回答「是，必須納入」，切勿寫「視情況而定」或「主要以工程為主、管理為輔」等削弱論點的語句。
2. 避開常見迷思陷阱：

• 陷阱：過度拘泥於控制階層中「工程控制優於管理控制」，誤以為改善建議只需寫「加裝遮斷閥、設置洩壓板」等硬體設施。
• 破解：強調「管理措施不是取代工程改善，而是確保工程改善能夠長期發揮功能的基石」。

3. 善用 PSM 英文縮寫與專有名詞：適度帶出 PHA、MOC、MI、SOP 等專業詞彙，並以條列結構化展現架構邏輯，是評閱委員給予高分的關鍵。

【答案】

製程安全評估的改善建議「必須」將管理措施納入。 由製程安全管理（PSM）之整體架構與實務運作角度，申論說明如下：

核心觀念

本題評量混合液體閃火點之熱力學估算與**氣液平衡（Vapor-Liquid Equilibrium, VLE）**之工程應用，主要包含以下核心原理與公式：

1. 閃火點（Flash Point）之熱力學燃燒條件： 液體的閃火點係指在常壓（$1\,\mathrm{atm}$）下，液面蒸發產生的可燃性蒸氣分壓達到其**燃燒下限（Lower Flammability Limit, LFL）**時的最低液體溫度。 純丙酮在閃火點 $T_{\mathrm{pure}} = -18\,^\circ\mathrm{C}$ 時，液相莫耳分率 $x_i = 1$、活性係數 $\gamma_i = 1$。依氣液平衡，氣相中可燃物蒸氣分壓為： $y_{\mathrm{LFL}} P = 1 \cdot 1 \cdot P_i^{\mathrm{sat}}(-18\,^\circ\mathrm{C}) = P_i^{\mathrm{sat}}(-18\,^\circ\mathrm{C})$ 當加入不燃性的水進行稀釋時，水溶液的閃火點即為丙酮蒸氣分壓再次達到燃燒下限（即等於純丙酮在 $-18\,^\circ\mathrm{C}$ 時之飽和蒸氣壓）的溫度： $y_i P = x_i \gamma_i P_i^{\mathrm{sat}}(T_{\mathrm{flash}}) = P_i^{\mathrm{sat}}(-18\,^\circ\mathrm{C})$

2. 修正型拉午耳定律（Modified Raoult's Law）： $y_i P = x_i \gamma_i P_i^{\mathrm{sat}}$ 式中 $P$ 為系統總壓（$1\,\mathrm{atm} = 760\,\mathrm{mmHg}$），$x_i$ 為液相莫耳分率，$\gamma_i$ 為活性係數，$P_i^{\mathrm{sat}}$ 為純物質飽和蒸氣壓。

3. 安東尼方程式（Antoine Equation）： $\ln P^{\mathrm{sat}} = 16.6513 - \frac{2940.46}{T - 35.93}$ 式中蒸氣壓 $P^{\mathrm{sat}}$ 之單位為 $\mathrm{mmHg}$，絕對溫度 $T$ 之單位為 $\mathrm{K}$（$T = t\,(^\circ\mathrm{C}) + 273.15$）。

解題方法

步驟一：計算純丙酮在閃火點（$-18\,^\circ\mathrm{C}$）之飽和蒸氣壓

將純丙酮閃火點轉換為絕對溫度： $T_1 = -18 + 273.15 = 255.15\,\mathrm{K}$ 代入安東尼方程式計算 $\ln P_i^{\mathrm{sat}}(-18\,^\circ\mathrm{C})$： $\ln P_i^{\mathrm{sat}}(-18\,^\circ\mathrm{C}) = 16.6513 - \frac{2940.46}{255.15 - 35.93} = 16.6513 - \frac{2940.46}{219.22} \approx 16.6513 - 13.4133 = 3.2380$ 因此，純丙酮於閃火點之飽和蒸氣壓為： $P_i^{\mathrm{sat}}(-18\,^\circ\mathrm{C}) = e^{3.2380} \approx 25.48\,\mathrm{mmHg}$

步驟二：求解第一小題（加入水量為丙酮莫耳數的 2 倍時之閃火點）

1. 求液相丙酮莫耳分率 $x_i$： 設外洩丙酮莫耳數為 $n_{\mathrm{acetone}}$，加入水之莫耳數 $n_{\mathrm{water}} = 2 n_{\mathrm{acetone}}$： $x_i = \frac{n_{\mathrm{acetone}}}{n_{\mathrm{acetone}} + n_{\mathrm{water}}} = \frac{1}{1 + 2} = \frac{1}{3} \approx 0.3333$

2. 建立閃火點平衡式： 已知該條件下活性係數 $\gamma_i = 2.25$，則： $x_i \gamma_i = \frac{1}{3} \times 2.25 = 0.75$ 在溶液閃火點 $T$ 下，丙酮蒸氣分壓須達到燃燒下限蒸氣壓： $x_i \gamma_i P_i^{\mathrm{sat}}(T) = P_i^{\mathrm{sat}}(-18\,^\circ\mathrm{C})$ $P_i^{\mathrm{sat}}(T) = \frac{P_i^{\mathrm{sat}}(-18\,^\circ\mathrm{C})}{x_i \gamma_i} = \frac{25.48}{0.75} \approx 33.97\,\mathrm{mmHg}$

3. 求對應之閃火點溫度 $T$： 兩邊取自然對數： $\ln P_i^{\mathrm{sat}}(T) = \ln P_i^{\mathrm{sat}}(-18\,^\circ\mathrm{C}) - \ln(0.75) = 3.2380 - (-0.2877) = 3.5257$ 代入安東尼方程式： $16.6513 - \frac{2940.46}{T - 35.93} = 3.5257$

核心觀念

本題測驗「製程安全工程（Process Safety Engineering）」中對**反應性化學品危害評估（Reactive Chemical Hazard Evaluation）與熱失控（Thermal Runaway）**機制的掌握程度。

1. 文獻數據之局限性：化學品安全技術說明書（SDS）或文獻之反應熱力學與動力學數據（如著火點、熱分解溫度、反應熱 $\Delta H_{rxn}$），通常是在微量、理想、純物質或特定實驗條件下測得，僅能作為初步篩選（Screening）基準，無法直接等同於工業製程大尺度之實際危害。
2. Semenov 熱爆炸理論與熱平衡：系統溫度變化取決於反應放熱速率（$q_{gen}$）與向外散熱速率（$q_{rem}$）之差： $q_{gen} = V \cdot (-\Delta H_{rxn}) \cdot C^n \cdot A \exp\left(-\frac{E_a}{RT}\right)$ $q_{rem} = U \cdot S \cdot (T - T_c)$ 當放熱速率大於散熱速率時，系統蓄熱升溫，使反應速率呈指數倍增，引發熱失控與產氣超壓。
3. 尺度效應（Scale-up Effect）：隨著設備體積（$V$）放大，比表面積（$S/V$）大幅縮小，導致散熱能力相對急遽下降。

解題方法

本題屬申論題，答題架構應分為兩大層次切入：

1. 第一部分：文獻資料與實際危害之差異性評估 明確給出「不能完全代表」之否定結論，並從實驗尺度、物質純度、熱量散逸環境及操作邊界條件之不同切入論證。
2. 第二部分：製程中影響反應性危害之關鍵因素申論 運用化工安全與反應工程邏輯，由內而外進行系統性分類申論：

• 物質本質與物理化學特性
• 雜質、污染物與不相容物質（催化效應）
• 製程熱平衡與尺度放大效應
• 製程操作條件與參數控制
• 設備、攪拌與冷卻失效機制

選項分析

本題為非選擇題（申論題），無選項可逐一檢視。以下針對題目兩大提問子題進行詳盡解析與論述：

（一）文獻中發表的反應性危害資料，是否能代表廠內所使用該反應性物質的實際危害？

【結論】：不能代表。文獻資料僅能作為初步風險篩選參考，無法直接代表廠內的實際製程危害。 【理由論述】：

1. 測試條件與製程環境迥異： 文獻實驗多在小樣品尺度（毫克至克級，如 DSC 微差掃描量熱儀）及高散熱比之受控環境下進行；工廠實際製程則為公噸級放大操作，散熱條件遠劣於實驗室環境。
2. 物質純度與微量雜質影響： 文獻多使用高純度試劑；廠內實際原料常含有工業級雜質、腐蝕產物、溶劑殘留或安定劑濃度隨儲存時間衰減，反應路徑與活化能 $E_a$ 可能因此大幅改變。
3. 熱散逸與邊界差異（近絕熱狀態）： 大型儲槽或反應槽內部深處幾乎呈現「絕熱條件（Adiabatic Condition）」，此狀態下反應熱無處散逸，往往在遠低於文獻所載之「起始放熱溫度（Onset Temperature）」下即開始蓄熱失控。
4. 混合與相態效應： 文獻常設定為完全均勻混合或純相物質；現場製程可能存在多相（氣-液-固）不均勻、局部過熱點（Hot Spots）或物料分層現象。

（二）影響反應性物質於製程中反應性危害之因素申論

在實際製程（以題幹所述雙氧水 $\mathrm{H_2O_2}$ 為例）中，影響反應性危害的核心因素如下：

1. 物質本質與濃度特性（Chemical & Concentration Factors）：

• 反應熱與活化能：反應放熱量（$-\Delta H_{rxn}$）愈高、活化能 $E_a$ 愈低，潛在熱失控危害愈大。
• 物質濃度：雙氧水濃度愈高，單位體積分解放熱量愈大；當濃度高於特定界限時，釋放之自生蒸氣與氧氣足以引起蒸氣相爆炸或強烈劇爆。
• 安定劑（Stabilizers）含量：工業級 $\mathrm{H_2O_2}$ 通常添加錫酸鈉、焦磷酸鈉等安定劑，若因長期儲存、受熱揮發或水解而耗盡，反應活性會急遽升高。

2. 雜質、污染物與不相容物質（Catalytic & Contamination Factors）：