114 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

• 設定壓力（Set Pressure）：安全疏解閥入口側的靜壓達到預定值時，閥瓣開始開啟的壓力。題圖以 $P_v$ 表示入口壓力。
• 背壓（Backpressure）：安全疏解閥出口側的壓力，通常由排放系統所造成；可分為排放前已存在的附加背壓，以及閥門排放時因流動阻力產生的積聚背壓。

本題考查的是傳統式、彈簧護套室與排放口相通的安全疏解閥中，背壓如何透過閥瓣受力影響開啟條件。

解題方法

以閥瓣剛開始開啟時的垂直方向受力平衡判斷：

1. 入口壓力 $P_v$ 作用於閥瓣有效受壓面，產生向上的開啟力。
2. 彈簧力 $F$ 向下，阻礙閥瓣開啟。
3. 題圖中彈簧護套室與排放口相通，因此背壓 $P_B$ 會傳至護套室，並對閥瓣產生使其關閉的合力。

令入口側有效面積為 $A_v$，背壓造成的有效受壓面積為 $A_B$，剛開始開啟時可寫成：

因此：

核心觀念

本題考查熱媒油在高溫、長時間操作下，如何由「可燃液體」經由劣化、洩漏與點火，演變成火災或爆炸危害。作答時應同時交代熱媒油的基本燃燒性質、系統操作條件，以及油品劣化對設備完整性與可燃氣氛的影響。

熱媒油常為有機液體，具可燃性。判斷其火災危害時，須區分下列性質：

• 閃火點：液體蒸氣遇到外部火源時，能短暫閃燃的最低溫度。
• 燃點：液體蒸氣遇火源後，能維持燃燒的最低溫度。
• 自燃溫度：沒有外部火花或火焰時，物質自行著火的最低溫度。

熱媒油的正常操作溫度可能高於其閃火點；一旦高溫油外洩、霧化或蒸發，接觸空氣與點火源，即有起火風險。若可燃蒸氣或油霧在空間中累積至可燃範圍，遇火源則可能發生閃燃、爆燃或壓力破壞。

本題不涉及特定法條或計算公式；題目未指定熱媒油種類、操作溫度與設備形式，以下依常見有機熱媒油循環系統說明。

解題方法

可依「油品性質與操作條件 → 高溫劣化 → 劣化產物與設備效應 → 外洩後的火災爆炸路徑」作答。如此能把熱媒油本身的危害，與系統故障所造成的事故鏈一併說清楚。

一、高溫長時間操作會使熱媒油劣化

熱媒油長期受熱，且反覆通過加熱器、管線及製程設備，可能發生熱裂解與氧化：

1. 熱裂解 油分子在過高的油膜溫度或局部過熱下分解，形成較低沸點、較易揮發的組分，以及高沸點的重質物與碳質沉積物。低沸點組分增加時，油品較容易產生蒸氣，整體閃火點可能下降；高沸點物與碳質沉積則會增加黏度、污泥與積碳。

2. 氧化 熱媒油若在高溫下長時間接觸空氣，會逐漸氧化，形成酸性物質、膠質、污泥及碳質物。氧化產物會使油品性能變差，也可能腐蝕設備或堵塞過濾器、管線及狹窄流道。

3. 油品狀態惡化 隨使用時間增加，黏度、酸值及揮發組分比例可能改變，傳熱、流動與泵送性能下降。油品狀況不能只看其原始產品規格，尚須考慮使用後的組成與劣化程度。

二、劣化會造成局部過熱與設備失效

劣化產物可能沉積在加熱器管壁，形成結焦或污垢層。沉積物阻礙熱傳，使管壁溫度升高；管壁局部過熱又會加速熱媒油裂解與結焦，形成惡化循環：

此外，污泥或固體顆粒可能堵塞濾器與管線、損害泵浦密封，造成流量降低。若泵浦故障、閥件異常或流道堵塞，使油流中斷，而熱源仍持續輸入，便可能發生加熱器局部過熱、管件破裂或洩壓裝置動作。

核心觀念

同軸式管件由內管與外管構成：特殊氣體在內管輸送，外管形成第二道圍阻；兩管間的環形空間（annulus）用來監測或導排內管洩漏的氣體。設計重點是讓內管一旦洩漏，氣體仍留在二次圍阻內，並能被偵測、收集及安全處理。

題目要比較的是氣瓶櫃出口處，外管如何終止、環形空間如何處置。常見作法可整理為下列三種：環形空間通風排氣並監測、封閉加壓監測、封閉抽真空監測。實際採用方式須配合氣體危害特性、設備設計及廠務排氣／偵測系統。

解題方法與設計方式

先把同軸管拆成兩條功能路徑來看：

• 內管：由氣瓶櫃內的氣體供應盤面接出，輸送製程氣體。
• 外管與環形空間：提供第二道圍阻；內管接頭及外管終端須妥善密封，並使環形空間具備可監測或可處置的路徑。

一、環形空間通風排氣，並設氣體偵測

外管在氣瓶櫃的穿板處以同軸接頭終止，內管接盤面出口；環形空間維持與監測／排氣系統相通，接入具氣體偵測功能的排氣處理路徑。

 至製程設備
氣瓶櫃內 ───────→
特殊氣體盤面 ──內管接頭──內管══════════════════════════→
 ╔外管══════════════════════════╗
氣瓶櫃排氣／處理系統 ←─環形空間（偵測）───────────────╝
 （外管在櫃壁處密封終止）

內管發生洩漏時，洩漏氣體進入環形空間，由偵測器警報，並經排氣處理系統導走。環形空間須避免直接排入工作場所；排氣路徑應與氣體危害及廠務處理能力相容。

二、環形空間封閉並加壓監測

外管兩端密封，環形空間充入惰性氣體並維持設定壓力，利用壓力開關或壓力傳送器監測。內管洩漏會使環形空間壓力上升；外管洩漏則可能使壓力下降，兩種異常都可觸發警報或連鎖關斷。

 至製程設備
氣瓶櫃內 ───────→
特殊氣體盤面 ──內管接頭──內管══════════════════════════→
 ╔外管══════════════════════════╗
惰性氣體充填／壓力監測 ─● 環形空間（兩端封閉） ║
 ╚═════════════════════════════╝

核心觀念

HAZOP 是以製程設計意圖為基礎，逐一檢視製程參數的偏差，辨識其原因、後果及既有防護措施；LOPA 則是針對特定事故情境，以半定量方式估算未受保護時的事故頻率，並評估各項獨立保護層能否將風險降至可接受程度。

兩者的分工是：**HAZOP 找出偏差與事故情境，LOPA 判斷該情境需要多少風險降低、現有獨立保護層是否足夠。**LOPA 不取代 HAZOP，也不負責重新辨識所有危害；它通常用來深入評估 HAZOP 中後果重大、風險需進一步判定的情境。

LOPA 中常用的計算概念如下：

其中，$f_{\text{initiating}}$ 為起始事件頻率，$PFD_i$ 為第 $i$ 項獨立保護層的失效機率（按需失效機率），$P_j$ 為其他適用的條件機率，例如人在場、點火或暴露機率。計算結果與該事故後果的可容許頻率比較，以判斷風險是否可接受。

解題方法與應用流程

1. 建立分析基礎 確認製程設計資料及分析邊界，包括製程流程圖、管儀圖、設備與儀控資料、操作程序、設計意圖、物料危害及廠址或人員暴露條件。確認 HAZOP 的節點劃分、設計意圖及分析假設與目前設計一致。

2. 執行 HAZOP，辨識偏差與情境 分析小組依節點及製程參數，使用引導詞辨識偏差，例如流量過高、壓力過高、溫度過低、無流量或逆流。對每一偏差記錄可能原因、後果、既有保護措施，以及建議改善事項。 HAZOP 的紀錄須能指出由何種原因引發何種偏差、造成何種後果，以及哪些措施可以阻止事故發生或減輕後果。

3. 篩選需要進入 LOPA 的事故情境 依公司風險準則或 HAZOP 的風險評估結果，挑選後果重大、風險較高，或現有防護措施充分性有疑義的情境。將情境整理為明確的「起始事件—後果」配對，避免把不同原因、不同後果或不同防護條件混成同一情境。

4. 將 HAZOP 情境轉成 LOPA 情境 對每個選定情境，明確訂定：

• 起始事件：例如設備破損、控制閥失效、操作錯誤或公用系統失效。
• 後果：例如超壓導致容器破裂、可燃物洩漏引發火災，或毒性物質外洩造成暴露。
• 事件樹或事故發展路徑：確認事故須經過哪些條件才會到達所評估的後果。
• 現有保護措施：逐項判定其作用是預防起始事件、阻止事故發展，或減輕後果。

5. 估算未受保護風險並比較準則 選定起始事件頻率，並納入適用的條件機率及獨立保護層失效機率，計算減輕後的事故頻率。再將其與該後果所適用的可容許事故頻率比較。若現有保護層使頻率達到準則，設計在該情境下可判為足夠；若高於準則，則須補足所需風險降低量。

6. 提出補強措施並確認風險降低 可採用降低起始事件頻率、改善製程或設備設計、增設具資格的獨立保護層、提高既有保護層可靠度，或降低暴露與後果嚴重度等方式補強。若新增或修改安全儀控功能，須訂定安全需求、所需完整性等級、測試與維護要求，並確認其與其他保護層具有足夠獨立性。補強後重新進行 LOPA 計算，確認風險符合準則，並將決策、責任及後續驗證要求記錄下來。