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高考申論題 114年 [職業安全衛生] 安全工程

第 三 題

📖 題組:
三、請回答下列有關粉塵爆炸之問題: (一)請說明什麼是粉塵爆炸及粉塵二次爆炸。(5 分) (二)請說明粉塵爆炸五要素。(10 分) (三)請寫出影響粉塵爆炸的因素。(10 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (三)

請寫出影響粉塵爆炸的因素。(10 分)

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看到「影響粉塵爆炸的因素」,應具備系統性工程思維,從「粉塵本質特性」與「環境與空間條件」兩大物理化學面向進行分類拆解。作答時務必採條列式,並精準說明各因素與爆炸危險性(如敏感度、爆炸威力)之間的『正/反比關係』及其『物理機制』,才能在10分的配分中拿到完整分數。

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【破題】影響粉塵爆炸危險性與威力的因素繁多,在火災科學與工安實務上,主要可歸納為「粉塵本質之物理化學特性」與「環境狀態條件」兩大面向。 【論述】 一、粉塵本質之物理化學特性:

小題 (一)

若管線內的壓力分布為線性關係,請計算破孔處管線內部的壓力為多少?(10分)

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本題核心在於「壓力分布為線性關係」的條件,考生應直覺想到使用「線性插值法」或「比例計算」。藉由計算出單位長度的壓力降(壓力梯度),即可推算出距離入口20公尺處的實際壓力。

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【解題關鍵】利用管線內壓力分布為線性關係之特性,透過線性插值法計算特定位置的壓力值。 【解答】 計算:

小題 (二)

若二甲苯之比重為0.861 且銳孔洩放係數 Co=0.61,請計算該處二甲苯的洩漏速率(kg/s)為多少?(15分)

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考生解題時應具備兩大思維:首先,管線內壓力會隨長度下降,必須先利用「線性內插(壓力梯度)」求出破孔處(20公尺處)的真實管內壓力。其次,應用流體力學中的液體穿孔洩漏速率公式(由柏努力方程式導出),帶入各項參數時務必嚴格執行「單位轉換」(如 atm 轉 Pa、比重轉密度 kg/m³、公分轉公尺),避免計算錯誤。

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【解題關鍵】假設管內壓力呈線性壓降,先求出破孔處壓力,再代入液體穿孔洩漏質量流率公式 $Q_m = C_o \cdot A \cdot \sqrt{2 \cdot \rho \cdot \Delta P}$ 進行求解。 【解答】 Step 1:計算破孔處(距離入口 20 公尺)的管內錶壓 ($P_{hole}$)

📝 影響粉塵爆炸因素
💡 從粉塵本質特性與環境空間條件兩大維度,分析爆炸危險性與威力。
  • 物化特性:粒徑愈小、比表面積愈大,最小點火能降低,危險性顯著提高。
  • 成分影響:揮發分與燃燒熱愈高威力愈大;水分與灰分則具冷卻與阻隔效果。
  • 環境變數:氧氣濃度、初始溫度與壓力提升,會降低著火點並擴大爆炸界限。
  • 動力學與空間:紊流加速熱傳遞,而密閉空間會導致壓力蓄積造成巨大破壞。
🧠 記憶技巧:口訣「特、成、環、空」:特性(粒徑)、成分(揮發水分)、環境(溫壓氧)、空間(紊流密閉)。
⚠️ 常見陷阱:答題時容易忽略「紊流」與「密閉程度」對壓力的影響,且常將水分與爆炸危險性誤記為正相關。
粉塵爆炸五要素 粉塵二次爆炸機制 最小點火能 (MIE) 爆炸上下限 (LEL/UEL)

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