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請注意有機溶劑管線輸送時靜電爆炸風險

  • 發布日期:98-07-14

有機溶劑種類繁多,且大量使用於工業中,例如甲苯、二甲苯、環己烷、石油醚、礦油精、過氯乙烯、乙醚、四氯化碳…等,在生產或是施工時通常以管線輸送,輸送中容易使原料帶電,常會引起火災爆炸的問題。

有機溶劑輸送時,應注意有機溶劑的帶電量特性、控制輸送速度、管線材質、接地措施,以避免因靜電產生引起火災爆炸的風險。

案例:桃園某公司火災職災案(靜電火花)

災害發生經過:

民國97年,位於桃園縣某生產防水塗料公司發生火災爆炸意外,由於廠區內都是易燃物,火勢一發不可收拾,工廠毀損面積約一百平方公尺;而事故發生當時,廠內正在進行溶劑型塗料生產製程,以甲苯混合其他物料進入料之作業,入料方法係將在甲苯桶槽空氣加壓,以橡膠管輸送甲苯溶劑注入至攪拌槽體的進料口,突然發生火災爆炸意外,兩名現場作業員其中1名重傷不治死亡、另1名嚴重灼傷。

  1. 爆炸意外發生於廠內的混合攪拌製程區,製程主要生產溶劑型塗料,其事故發生當時,除主要生產攪拌機因爆炸損壞外,鄰近兩座攪拌機(未加入生產)也遭受波及損壞,爆炸外觀如圖1。 
    圖1 事故全貌
    圖1 事故全貌

  2. 甲苯原料主要是以高壓空氣注入甲苯桶內,將甲苯擠出,以橡皮管束送至槽內,而起炸點係位於攪拌槽體內部(圖2)。
    圖2 發生事故之攪拌槽體
    圖2 發生事故之攪拌槽體

  3. 現場共有三個BLEVE蒸氣爆炸現象,分別是圖3、4、5三處的BLEVE。

    圖3 物料存放處
    圖3 物料存放處
    圖4 二樓進料處支撐鋼條
    圖4 二樓進料處支撐鋼條
    圖5 二樓另一處支撐鋼條
    圖5 二樓另一處支撐鋼條

起火原因:甲苯在導管中輸送時,與橡膠管壁摩擦及液體輸送時摩擦產生靜電,引起靜電火花。

起火源: 
根據現場操作人員敘述及災害發生後現場實物判斷,本案因以加壓空氣加壓方式,將地面鐵桶內之甲苯及油漆溶劑壓出,經過橡膠輸送管送至高度約230公分高作業平台之投料口,灌注至球磨攪拌機內,作業中之攪動使甲苯及油漆溶劑混合蒸氣揮發出來,輸送甲苯及有機溶劑過程因流體本身摩擦及與橡膠輸送管磨擦而產生之靜電引起爆炸,在甲苯及油漆溶劑桶與橡膠管線未設置靜電去除設施,後因人體或是物體接觸輸送管線引起靜電火花,引燃攪拌槽內部之甲苯及油漆溶劑混合蒸氣而發生爆炸,火勢在廠內蔓延並造成甲苯蒸氣與容器桶BLEVE的爆炸,發展出後續的延燒災害事故。

引火物質:
起火物質為塗料內含溶劑甲苯之有機蒸氣,且甲苯為其中含量最多之有機溶劑,其物質燃爆特性以及危害辨識資料如表1所示。由表可知甲苯蒸氣最小點火能量只有0.24 mJ有易燃特性,在25℃下甲苯的電阻率有2.5×1013Ω.cm[1,4],由表可知甲苯蒸氣最小點火能量很低且有易帶靜電特性,一旦有靜電火花即可能引發燃燒。

表1 甲苯蒸氣燃爆特性

物質 爆炸界線
(vol%)
爆燃指數
(bar m/s)
蒸氣密度 沸點
(℃)
閃火點
(℃)
蒸氣壓
(mmHg)
自燃溫度
(℃)
最小點火能量
(mJ)
甲苯 1.2~7.1 46.0 3.1 111 4 22@20℃ 
28.5@25℃
480.0 0.24

勞工注意!
請注意有機溶劑管線輸送時靜電爆炸風險

工業上常有許多作業場所存有易燃化學品有機溶劑輸送時須注意靜電的產生,應採取相關靜電危害防制措施。

一、靜電危害防制:

  1. 管線材質與電流關係:
    管線電流的差別主要是因不同管材對靜電的消散不同所引起的,而管材對靜電的消散取決於管線本身的起電率與電阻率。對高電阻率的液體來說,電荷幾乎不衰減,如表2中的環己烷、四氯化碳、石油醚…等。另外,橡膠、塑料等非金屬管道比金屬管道產生的靜電通常高得多,輸送物料的管線,如為絕緣性材質所構成,其具有累積靜電之能力。當靜電累積到一定量時,就會放電產生火花。除管道材質的影響外,管道內壁的粗糙程度對液流電流也有影響,內壁越粗糙,靜電產生量越大。

  2. 有機溶劑帶電特性:
    有機溶劑如汽油、甲苯等,其電阻率範圍約109~1015,在生產、使用、輸送、裝卸過程中,與容器、管道、機泵、過濾介質,以及水、雜質、空氣等發生碰撞、磨擦,極易產生靜電,而物料本身電阻率高具不導電性,所產生的靜電極難散失,容易產生靜電火花,常用之有機溶劑電阻率如下表[5]。

    表2 常見有機溶劑之電阻率

    溶劑名稱 電阻率(Ω.cm) 溶劑名稱 電阻率(Ω.cm)
    環己烷 2.1×1014 過氯乙烯 5.0×1012
    石油醚 2.7×1013 乙酸丁酯 9.2×108
    礦油精 2.6×1013 三氯乙烯 6.1×1011
    1.6×1013 氯乙烯單體 1.3×1010
    二硫化碳 7.5×1011 四氯乙烷 2.1×109
    乙酸乙酯 1.7×107 石腦醚 3.5×1010
    丙烯酸丁酯 1.6×109 甲苯 2.5×1013
    4.0×106 二甲苯 2.8×1013
    四氯化碳 1.0×1014 乙醚 2.5×1012

     

  3. 有機溶劑輸送速度:

    灌裝大型油罐車時,液體在管內的容許流速可參考此公式計算:VD ≤ 0.8 其中V(m/s)為液體流速、D(m)為管內徑,大型油罐車出口流速可以超過上述公式的計算值,但是不得大於5m/s。灌裝一般汽車罐車時,液體在管內的容許流速可按VD ≤ 0.5此式計算[6]。如果沒有特殊要求,一般以4~5m/s為限。

    以上是針對大型管件的輸送,若是一般小型輸送管件可以參考日本的靜電安全指南中的計算公式;vd = 0.25 (σ.L)1/2,其中v(m/s)為最大流速限制值、d(m)為填充用配管之直徑、σ(pS/m)為液體之導電率、L(m):槽水平剖面之對角線長度,以一般80~200mm管徑的配管來說,以σ=0.8pS/m帶入公式,流速的大約落在2~6m/s,不過一般建議導電率在10-10 S/m以上的液體,最大流速也要限制在10m/s以下。

    為了確保安全,應安裝超速警報器或自動控制流速裝置,可避免隨意增大流速而發生事故,另外灌裝時,液體應從槽車等大型容器底部進入,或將注入管伸入容器底部,設備和管道應選用適當的材料,儘量使用金屬管材,少用或不用塑料管,因塑膠管帶靜電約為金屬管的8倍,如必須使用時,也應採用可導電的管子或內設金屬絲、網的管子,並將金屬絲、網的一端可靠接地,或採用靜電屏蔽措施等。

  4. 防止靜電措施討論:
    1. 接地:將物體與大地以電線連接,理想上使其電位差為零。
    2. 加濕:溼度高時,靜電的帶電量就小,當環境相對溼度高時,吸濕性物體的自然抵抗會降低,電荷容易往大地移動。
    3. 工程改善:改善易燃及易爆環境,即使發生靜電現象,危害也不大。
    4. 靜電消除器:將空氣電離產生的離子,由於異性離子相互吸引,使帶靜電物體的電荷被中和,達到靜電消除的目的[2,3]。

最常見的靜電防治為接地,但靜電接地與靜置時間必須互相配合才可達到最高的效果,一般在運輸、儲存、裝卸、調和等作業過程中,不可避免地發生攪拌、沉降、過濾、搖晃、衝擊、噴射、發泡,及流動等接觸分離的相對性運動,而將可能產生、積聚靜電荷;但由於這些物質,具有很高的表面與體積電阻,其表面與內部電荷無法透過接地迅速地洩漏,亦無法迅速地與設備設施內壁之電荷中和消散,故需要一個較長之洩漏消散過程。應採取配合靜置時間及其他靜電消除措施,以確保靜電荷已消散至安全範圍內。因此,靜電接地與靜置時間之關係如下[3]:

  1. 將金屬導體直接接地,或利用金屬導體緊密接合於靜電消散材料之物體上,藉以進行間接接地,均可使物體上之靜電迅速向大地洩漏。
  2. 將絕緣性材料施行間接接地,於一般情況下,並無法防制危險性帶電,因此,應採取接地以外之靜電防制措施。
  3. 下列之靜電非導體除施行間接接地外,尚應配合必要之靜置時間。
    1. 體積電阻率為1010~1012Ω‧m 之非金屬體;
    2. 表面電阻率為1011~1013Ω 之固體表面;
    3. 導電率為10-10~10-12S/m 之液體。

      對於上述規定以外之靜電非導體,如應施行間接接地外,亦應須搭配如採取加靜電消除器或靜電消除劑等其他措施來防止靜電危害。

  4. 金屬導體若具有絕緣塗料塗佈,或利用玻璃、鐵氟龍等絕緣材質包覆時,金屬導體即使接地,仍能在此膜上產生靜電帶電。因此,當帶電量較大時,應採取其他靜電防制措施。
  5. 靜電消散材料係表面進行導電性處理,將使表面電阻低於109Ω時,於此表面上可裝設緊密結合之金屬導體,進行間接接地。
  6. 一般於侷限空間流動或懸浮之粉體,管內流動或自噴嘴噴出之液體等,經由接地仍將無法有效防止帶電,應配合其他靜電防制措施。
  7. 靜置時間係以防止存積靜電為目的,將物體上之靜電透過一途徑,並經一消散時間洩漏於大地,以減少帶電量。下表為不同導電率之帶電物體所需之靜置時間。但對靜置時間應注意下列事項:
    1. 若帶電物體為可燃性物質,當其形成或可能形成危險性混合物時,應盡量設置靜置時間。但若無產生爆炸或火災等危害時,則無需特設靜置時間。
    2. 設置靜置時間防止存積靜電時,僅當帶電物體與接地之金屬導體接觸良好時,方為有效,但當接觸不良時,其功效亦將降低。
    3. 當帶電物體之導電率低於10-12S/m 時,雖設置有靜置時間,仍將未必能減少帶電量,防止危險性帶電。

    表3 導電率與靜置時間關係
    表3 導電率與靜置時間關係

二、工作場所操作注意要點[2]:

  1. 靜電的管理。
  2. 使用電氣防爆設備以及施行靜電消除措施。
  3. 設立物料漏洩檢知警報設備以及局部排氣裝置及整體排氣裝置。
  4. 使用有機溶劑作業之密閉設備或局部排氣裝置。
  5. 危險物製造及處置場所之安全措施以及規定運輸危險品應採取的安全設施。
  6. 對於存有易燃性液體之蒸氣或有可燃性氣體滯留,而有火災、爆炸之作業場所,應於作業前測定前述蒸氣、氣體之濃度。
  7. 對於化學設備及其附屬設備之改善、修理、清掃、拆卸等作業,有危險物洩漏致之虞,應指定專人依規定將閥或旋塞設置雙重關閉或設置盲板。
  8. 時常演練緊急應變訓練並於作業區設置緊急處理步驟告示和緊急連絡電話。

 

三、發生火災、爆炸後緊急處理步驟:

  1. 利用所建置的冷卻滅火設備進行搶救,並通知安全衛生人員,以及災害搶救人員,並疏散附近作業員工。
  2. 瞭解緊急處理步驟和處理設備放置位置。
  3. 假若有人員傷亡,如無危險,立即將個案移出事故區域,實施緊急救護措施,如心肺復甦術(CPR),儘速求助。

老闆注意!
請注意有機溶劑管線輸送時靜電爆炸風險

一、提供緊急應變設備與計畫:

  1. 提供靜電危害預防措施。
  2. 提供適當之冷卻及滅火設備。
  3. 提供作業人員必要救護設備。
  4. 建立鄰近廠商或園區緊急聯防系統。
  5. 於作業區設置緊急處理步驟告示和緊急連絡電話。

 

二、提供教育訓練:

  1. 實施危害分析(分析發掘工作場所重大潛在危害)。
  2. 針對重大潛在危害實施安全評估方法。
  3. 提供製程安全評估訓練課程。
  4. 規定勞工對化學藥品及原物料,施行分級、分類清楚標示與放置。
  5. 存有易燃性液體之蒸氣、可燃性氣體或可燃性粉塵,有引起火災、爆炸之工作場所,應設置通風、換氣、除塵、去除靜電等必要設施。
  6. 實施危險性蒸氣、氣體及粉塵濃度測定及管理。
  7. 訂定勞工搬運作業標準程序及適當的緊急應變程序。
  8. 培養勞工正確事故應變處理程序。

 

參考文獻

  1. 行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所,物質安全資料表。
  2. 行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所,九十年度研究計畫報告–防爆技術指針製作。
  3. 行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所,九十六年蘇文源–工廠靜電危害防制之接地與搭接技術。
  4. 國喬石化,物質安全資料表。
  5. 化學安全工學,林熾昌 中華民國91年11月第四版。
  6. 防止靜電事故通用導則 GB 12158-90。

收到相關文件如有任何疑問,請洽勞工委員會勞工安全衛生研究所

地址:台北縣汐止市橫科里橫科路407巷99號

作者:吳鴻鈞研究員、朱陳春亮檢查員、唐綮助理研究員、張日誠助理研究員

電話:02-26607600轉227 傳真:02-26607732

或參考本所網站 https://www.ilosh.gov.tw 相關訊息

  • 發布單位:職業安全研究組
  • 更新日期:108-03-20
  • 點閱次數:20686

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