107 專技高考高等考試 工業安全技師 工業安全工程 考古題詳解

核心觀念

本題探討高危險性液化氣體（氯乙烯，VCM）槽車裝卸作業之製程安全工程與本質較安全設計（Inherently Safer Design, ISD）。核心考點涵蓋：

1. 物化危害性評估：氯乙烯分子式為 $C_2H_3Cl$，常壓沸點僅 $-13.4^\circ\mathrm{C}$，常溫下為高壓液化氣體，常壓洩漏時會瞬間劇烈閃蒸（Flash vaporization）形成大量低溫且比空氣重之蒸氣雲；其燃燒界限為 $3.6\sim33\%$（爆炸範圍極廣），極易遇靜電、機械撞擊等火源引發蒸氣雲爆炸（VCE）或噴流火（Jet Fire），且具致癌性與急毒性。
2. 失誤機制與防呆（Poka-Yoke）觀念：人員在管線尚未完成氣密對接前「誤碰觸閥桿」致災，顯示系統設計欠缺機械/電氣聯鎖阻絕與防誤操作機制，違反安全防護中的「失誤安全（Fail-safe）」原則。
3. 安全工程防護階層（Engineering Controls）：依據《高壓氣體勞工安全規則》（以命題當年民國 107 年法規為準，現行法規範架構相同）及製程安全管理（PSM）之安全儀裝系統（SIS）標準，槽車灌裝處所必須設有自動緊急遮斷、過流量防止、靜電消除連鎖與洩漏自動抑低系統。

解題方法

本題必須精準鎖定「安全工程設計角度」，嚴禁以「加強勞工教育訓練」、「訂定標準作業程序（SOP）」等行政管理手段充數。解題採用縱深防禦（Defense-in-Depth）與本質安全防護架構切入，由源頭硬體防呆、中程程序聯鎖，到後端緊急遮斷與減災工程逐層推展：

1. 源頭設計（閥門本身防誤觸與操作保護）：杜絕閥桿受外力碰撞即開啟的可能性。
2. 機械/氣動對接聯鎖（防呆機制）：未完全接妥前，閥門物理上「無法開度／無流路」。
3. 流體安全控制（限制外洩量）：利用自封接頭、過流閥限制意外開啟時之噴流。
4. 安全儀裝與緊急遮斷系統（SIS / ESD）：發生微量洩漏或異常時自動遮斷，具遠端控制功能。
5. 輔助安全防護工程：靜電消除聯鎖、洩漏偵測（LFL/毒性）與水霧抑低系統。

選項分析

本題為高考專技技師之申論分析題（非選擇題），無特定選項。為避免考生落入常見之答題盲點與方向偏差，針對申論答題之各類處置方針進行對比分析：

1. 行政管理防護（非本題解答核心，列入將大幅失分）：

• 加強教育訓練、張貼警告標誌、派雙人覆核SOP：在控制階層（Hierarchy of Controls）中效益最低，無法抵抗不可避免的人為疏忽（誤觸），非題目所指之「工程設計」。

2. 被動式防護（必要輔助，但非防止誤洩根因）：

• 個人防護具（防毒面具、防護衣）、防溢堤、警報器：僅能降低人員暴露或事後警報，無法「避免誤觸閥門導致洩漏」之發生。

3. 主動式本質安全工程防護（正確答題取向）：

• 防碰閥桿鎖定機構、乾式快速自封接頭、氣動聯鎖控制、氣體偵測連動緊急遮斷閥（ESD）：直接以機械與儀裝邏輯阻斷能量意外釋放，徹底排除人員誤碰觸之失誤路徑。

解題技巧

1. 審題關鍵字定位：「安全工程設計」＝「硬體措施＋儀表控制＋聯鎖邏輯」，切勿通篇撰寫管理規章。
2. 破題答題模版：建議採用「分項條列＋工程功能說明＋法規標準對應」的三段式格式，展現工業安全技師的專業論述能力。
3. 常見失分陷阱：忽略「氯乙烯」之物化特性（易燃、低沸點、高壓液化、有毒）。回答時若能帶出「乾式快速接頭」、「超流防止閥」及「靜電接地聯鎖」，即可拉開與一般考生的給分差距。

【答案】

針對氯乙烯高壓液化氣體槽車灌裝作業，為徹底消除因誤碰觸閥桿導致洩漏與火災之風險，依安全工程設計原則應規劃設置下列安全防護設施：

一、 閥門本體防誤操作與防碰機構（閥件本質安全設計）

1. 死人開關／彈簧復歸把手（Dead-Man Handle / Spring-Return Lever）：

核心觀念

本題旨在考驗考生對營造工程「高處作業墜落災害預防」法規之熟悉度。在勞動部職災統計中，營造業墜落危害高居重大職災致死首位，因此高度 $2\text{ 公尺}$ 以上作業場所之防護設備為國家考試的核心必考題。

本題主要依據命題當年（民國 107 年）之《職業安全衛生設施規則》與《營造安全衛生設施標準》。核心法理遵循「危害控制階層原則」：優先設置本體安全的工作台與實體護欄（工程控制），輔以物料飛落防止設施，並於無法設置實體防護時採取安全網或安全帶（個人防護具）作為後線防護。

法規動態提醒：現行法已修正，《營造安全衛生設施標準》後續於民國 108 年、110 年及 112 年陸續進行條文微調與補強（例如細化框式施工架交叉拉桿防墜設施與特定作業規範），但本題解題依命題當年法規基準作答。

解題方法

本題為法規記憶與工程實務整合題，題幹要求說明「應設置何種安全防護設備」及其「規範」。答題切入點必須結構化，不可僅單答一項，應將工作台安全拆解為完整防護體系進行論述：

1. 工作台本體踏板防護設施（防踩空、滑倒、翻落）
2. 周邊邊緣防墜護欄設施（集體實體防墜）
3. 防止物體飛落設施（防掉落物砸傷下方人員）
4. 輔助／替代性防墜設施（安全網、安全帶、安全母索）
5. 安全上下設備與標示（安全出入工作台通路）

答題時務必寫出各項防護設備之法定關鍵數據（寬度、間隙、高度、荷重等），方能獲得閱卷委員給分。

選項分析

本題為專技高考之申論題型，無選擇題選項。歷屆考生作答常出現之盲點與扣分缺失評析如下：

• 缺失一：僅寫個人防護具（安全帶），忽略工程控制。 若只回答「應配戴背負式安全帶」，未依「工作台踏板 $\rightarrow$ 護欄」之安全防護設備逐項列舉，不符法規優先設置實體防護之意旨。
• 缺失二：遺漏「工作台踏板本體」規範。 誤以為防護設備僅指周圍欄杆，漏列工作台踏板之寬度、縫隙、防滑與固定等安全設備要求，將痛失重要配分。
• 缺失三：規格數據模糊或缺漏。 僅寫「需設護欄、腳趾板」，未寫出「高度 $90\text{ 公分}$ 以上」、「腳趾板 $10\text{ 公分}$ 以上」、「承受 $90\text{ 公斤}$ 荷重」等法定規範，僅能拿部分筆墨分數。

解題技巧

1. 數字口訣速記法：

• 踏板防護三數據：「寬四十、縫小三、疊二十」（寬度 $\ge 40\text{ cm}$、縫隙 $\le 3\text{ cm}$、支撐點重疊 $\ge 20\text{ cm}$）。
• 護欄防護四要素：「高九十、中三五五五、趾十、耐九十」（上欄杆 $\ge 90\text{ cm}$、中欄杆 $35 \sim 55\text{ cm}$、腳趾板 $\ge 10\text{ cm}$、各方向抗力 $90\text{ kg}$）。

2. 版面配置策略： 採「標題化」與「條列化」，第一層列出防護設備名稱，第二層以黑體列出法規具體規範數據，方便閱卷老師迅速採計關鍵得分點。

【答案】

核心觀念

本題考查工廠電氣安全與製程防爆工程的核心安全防護技術——「電氣設備接地」與「靜電接地」的物理本質、功能目的、規格標準及系統整合配置原則。

1. 電氣設備接地（Equipment Grounding）：

• 本質：屬於「電力故障防護」，處理工頻（$60\text{ Hz}$）低電壓或高電壓的大電流事故。
• 法規依據（以命題當年民國 107 年法規為準）：經濟部《屋內線路裝置規則》（現行法已於民國 109 年修正更名為《用戶用電設備裝置規則》）第 25 條至第 29 條規範之設備接地；勞動部《職業安全衛生設施規則》第 238 條。
• 物理原理：依歐姆定律 $V = I \times R$，在設備內部絕緣劣化導致漏電或碰殼事故時，建立極低阻抗之故障電流回路，限制接觸電壓（Touch Voltage）在安全界限（如交流 $50\text{ V}$ 以下），並促使過電流保護裝置（熔絲、無熔絲斷路器 NFB）或漏電斷路器（ELCB）迅速動作跳脫以切斷電源。

2. 靜電接地（Static Grounding）：

• 本質：屬於「火災爆炸危害預防」，處理摩擦、剝離、流動引起之電荷累積與高電位微小電流。
• 法規與標準依據：《職業安全衛生設施規則》第 175 條（靜電消除措施）；國際規範 NFPA 77（靜電危害預防準則）與 API RP 2003。
• 物理原理：靜電蓄積能量公式為： $E = \frac{1}{2} C V^2$ 電荷洩漏衰減公式為： $V(t) = V_0 e^{-\frac{t}{RC}} = V_0 e^{-\frac{t}{\tau}}$ 其中 $\tau = R \times C$ 為弛豫時間常數。靜電接地目的在於提供電荷對地洩漏路徑，抑制金屬導體或設備之電位 $V$ 累積，使其蓄積能量小於周圍易燃液體蒸氣或可燃性粉塵之「最小引火能量」（Minimum Ignition Energy, MIE），避免火花放電（Spark Discharge）引發火災爆炸。

解題方法

本題為典型申論比較題，作答時採取「對比分析法」，從三方面展開邏輯架構：

1. 目的切入點：從「動態故障大電流保護人身與促動跳脫開關」對比「微電流電荷連續洩漏以消弭放電引火源」。
2. 電阻需求切入點：藉由電流級距（安培級 $I \approx 10^1 \sim 10^3\text{ A}$ 對比 微安培級 $I \approx 10^{-6}\text{ A}$）推導出電阻需求的懸殊差異（歐姆級 $\le 10 \sim 100\,\Omega$ 對比 兆歐姆級 $\le 10^6\,\Omega$）。
3. 共用性切入點：從「等電位聯結（Equipotential Bonding）與地電位抬升（Ground Potential Rise, GPR）反撲危害」兩個正反機制，嚴謹論證何時可共用、何時嚴禁共用。

選項分析

本題為高等考試專技技師申論題，無選擇題選項。各小題之作答要點與論述重心如下：

• 第 (一) 小題（10 分）：必須明確區隔「故障電力系統防觸電／促動保護跳脫」與「消除電荷蓄積／防止產生引燃火花」之根本目的差異。
• 第 (二) 小題（10 分）：必須以定量數據（法規歐姆值）與定性物理推導（歐姆定律及洩漏時間）並陳，說明為何電氣設備接地追求「極低電阻」，而靜電接地僅需「適度導電性」即可。
• 第 (三) 小題（5 分）：必須指出共同主接地網在「低電阻等電位聯結」下之可行性，並點出「雷擊或大電力故障造成地電位抬升反向回灌危險場所」時之共用限制與禁忌。

解題技巧

1. 破題對比口訣：

• 電氣設備接地：「洩漏大電流、壓低接觸電壓、促成開關跳脫」。
• 靜電接地：「洩漏微電荷、延長釋放時間、抑制火花引燃」。

2. 數值切記陷阱：

• 考生易誤以為「靜電接地電阻也是越小越好，故規定與電氣接地同為 $10\,\Omega$ 或 $25\,\Omega$」。實務與學理上，靜電只要小於 $10^6\,\Omega$（$1\text{ M}\Omega$）即可確保電荷不蓄積。工廠規範常取 $10\,\Omega \sim 100\,\Omega$ 是為了確保金屬構件「機械連接牢靠」，而非物理放電阻抗需要那麼低。

3. 共用判斷關鍵字：

• 可共用：主接地網、等電位聯結、電氣接地電阻已遠優於靜電要求。
• 不可共用：未受保護之避雷接地引下線、地電位抬升（GPR）突波反撲危險區域、僅具備高阻抗的靜電極嚴禁供電氣設備作故障保護。

【答案】

(一) 電氣設備接地與靜電接地的目的

1. 電氣設備接地的目的：

• 防止人員感電危害：當電氣設備內部絕緣損壞發生漏電或碰殼（Fault to Frame）時，接地線提供低阻抗回路，將設備金屬

核心觀念

本題旨在評量蒸氣雲爆炸（Vapor Cloud Explosion, VCE）危害評估中的 TNT 當量法（TNT Equivalency Method） 及 爆風波過壓（Blast Wave Overpressure） 計算。涉及之關鍵觀念與公式如下：

1. TNT 當量公式： 以易燃性氣體外洩燃燒釋放之能量與 TNT 爆熱之比值，結合爆炸效率係數（$\eta$），推算等效之 TNT 質量 $W$： $W = \frac{\eta M E_c}{E_{\mathrm{CTNT}}}$

• $M$：洩漏之易燃物質質量（$\mathrm{kg}$）。
• $E_c$：易燃物質單位質量的燃燒熱（$\mathrm{kJ/kg}$）。題目給定分子燃燒熱（$\mathrm{kJ/mol}$）時，須透過分子量換算為質量基準。
• $E_{\mathrm{CTNT}}$：TNT 單位質量的燃燒熱（爆熱），取 $4700\ \mathrm{kJ/kg}$。
• $\eta$：爆炸係數（通常經驗取值介於 $0.01 \sim 0.1$）。

2. 沙氏比例定律（Hopkinson-Cranz Scaling Law）與比例距離（$z_e$）： $z_e = \frac{r}{W^{1/3}}$

• $r$：距爆炸中心之直線距離（$\mathrm{m}$）。
• $W$：TNT 當量（$\mathrm{kg}$）。
• $z_e$：比例距離，單位為 $\mathrm{m/kg^{1/3}}$。

3. 比例過壓與爆炸過壓： 由標準 TNT 爆風過壓關係圖（對數座標圖），依比例距離 $z_e$ 查得比例過壓 $p_s$（無因次）： $p_s = \frac{p_0}{p_a} \implies p_0 = p_s \times p_a$

• $p_s$：比例過壓（Scaled overpressure）。
• $p_0$：爆炸尖峰超壓／過壓（Peak overpressure, $\mathrm{Pa}$ 或 $\mathrm{kPa}$）。
• $p_a$：周圍環境大氣壓力（$101.3\ \mathrm{kPa}$）。

解題方法

(一) 計算蒸氣雲爆炸的三硝化甲苯（TNT）當量

1. 環己烷單位質量燃燒熱之單位換算： 題目給定環己烷（$C_6H_{12}$）分子量為 $84\ \mathrm{g/mol} = 0.084\ \mathrm{kg/mol}$，燃燒熱為 $3948\ \mathrm{kJ/mol}$。 將燃燒熱換算為以質量為基準之單位（$\mathrm{kJ/kg}$）： $E_c = \frac{3948\ \mathrm{kJ/mol}}{84\ \mathrm{g/mol}} \times 1000\ \mathrm{g/kg} = 47,000\ \mathrm{kJ/kg}$

2. 代入 TNT 當量公式求解 $W$： 已知外洩質量 $M = 1000\ \mathrm{kg}$，爆炸係數 $\eta = 0.1$，TNT 燃燒熱 $E_{\mathrm{CTNT}} = 4700\ \mathrm{kJ/kg}$： $W = \frac{\eta M E_c}{E_{\mathrm{CTNT}}} = \frac{0.1 \times 1000\ \mathrm{kg} \times 47,000\ \mathrm{kJ/kg}}{4700\ \mathrm{kJ/kg}} = 1000\ \mathrm{kg}$