防火防爆

名人推薦：推薦序

隨著科學技術的進步及創新研發下，各種生產設備和技術不斷更新，於製造儲存處理所使用之化學品，具易燃及危險物質種類與日俱增並愈趨於複雜化。在工業火災爆炸事故中破壞力極高，發生後果之嚴重性，卻常常是產業所難承受之負荷。因此，防火防爆問題正是一項十分引人注意之特別課題。

由於防火防爆工作極具挑戰性及高專業性，本校為因應產業安全需求及提升消防專業人才之考量，於2002年首創消防系／所（除警察大學外），開設防火防爆課程，建置火災虛擬實驗室、火災鑑識實驗室、低氧實驗室、水系統消防實驗室、電氣系統...

我們對火之瞭解，是早在兒童時期。在冬天，火溫暖我們的家園、熟我們的食物、產生能量，但在敵對情況下，火是很危險的。我們知道，火消耗的燃料需要空氣中氧，而釋放出熱和光。通常情況下，對這種程度的理解是與火相關工作人員需要知道的。

火是一種劇烈化學反應，而不是物質！火災實際上是一個較大規模燃燒（Combustion）過程中之副產物（Byproduct）。大多數人對火和燃燒是可以互換使用這2個名詞，但與火相關工作人員應理解其差異性。燃燒（Combustion）是一種燃料快速氧化（化學反應）自我維持（Self-Sustaining），並產生熱和光的過程，其可能沒有產生火之現象，如燃燒在局部或近燃料表面，僅與氧氣接觸產生沒有火焰之燃燒，如燒炭現象；而火（Fire）則是一種二氧化碳、水蒸氣等很熱的混合物，進行快速的氧化反應，也就是燃燒的結果。又火災與爆炸比較，火災是一種較大空間燃燒之現象；而化學性爆炸是快速燃燒，當燃燒變為強烈時，會產生壓力波，又當此等壓力波變為充分強力時，便會形成一次爆轟（Detonation）現象；因此火災與化學性爆炸，主要是燃燒速度之不同，有無壓力波之形成差異。

防火防爆之理化性、熱能、熱傳、燃燒原則和滅火原理，本章進行基礎科學之討論，學習防火防爆相關人員可以更好地瞭解其規律，及如何預防和控制。

第1節　物理基本科學

1. 大氣壓力（Atmospheric Pressure）

大氣是有重量的，大氣中壓力是源自於大氣層中空氣的重力而產生之壓力，空氣主要為氮氣（N2）與氧氣（O2）組成，以一莫耳空氣有28.84 g （28×79% + 32×21% = 28.84），至海平面大氣壓最大。所謂一大氣壓是以海平面大氣中施加壓力為14.7 psi。1psi壓力能使水銀柱升高約2.04吋（52 mm）。在海平面上，升高水銀柱為2.04吋×14.7吋 = 29.9吋高（760 mm）；如圖1-2。在高處大氣壓比較小，沸點變小，致高山上煮開水未到100℃就沸騰。

2. 蒸氣壓（Vapor Pressure）／正常沸點（Atmospheric Boiling Point）

蒸氣壓也就是飽和蒸氣壓，為物質的氣相與液相達到平衡狀態時壓力。任何物質（包括液態與固態）都有揮發／蒸發成為氣態的趨勢，其氣態也同樣具有凝聚為液態或者凝華為固態的趨勢。由於液體的分子始終處於運動狀態（運動量大小取決於液體的溫度），分子連續不斷地從液體的自由表面逸出至其上部空間。其中一些分子保持在上部氣態空間，另一些分子由於無規則運動與液體碰撞，而被重新捕獲至原液態空間。

在一定溫度，物質氣態與其凝聚態（固態或液態）之間，會在某一壓力下達成動態平衡；平衡時於單位時間內由氣態轉變為凝聚態的分子數，與由凝聚態轉變為氣態的分子數是相等的。如液體盛在開放容器內，則分子從表面逸出，液體蒸發。若液體盛在封閉容器內，逸出分子的運動被限制於蒸氣空間。隨著碰撞和再進入液體的分子數量增加，最終達成一平衡點，此時從液體逸出分子的速率，與分子再回入液體的速率相等。在平衡點由逸出蒸氣所生的壓力，稱為蒸氣壓，其單位為kg/m•s2或kPa（千帕）。當某一液體的溫度升高時，其蒸氣壓可達到並超過大氣壓力。在蒸氣壓等於一大氣壓力的溫度下，發生沸騰，使大氣阻礙蒸發的作用失效；以水為例，水之蒸氣壓（P），計算如下：

對於液體，從蒸氣壓高低可以看出蒸發速率的大小，具有較高蒸氣壓的物質通常具有較大揮發性。任何物質的蒸氣壓都隨著溫度非線性增加，亦即液體蒸氣壓主要隨溫度而變化，但當暴露於空氣中時，仍有許多可變因素會影響其實際蒸發速率。這些可變因素包括：大氣溫度和壓力、空氣運動狀態、入射輻射熱、比熱以及蒸發潛熱。

3. 蒸氣／空氣比重（Vapor /Air Proportion）

蒸氣／空氣比重是指在平衡溫度和壓力下，液體蒸發產生的蒸氣／空氣混合氣的重量，與同體積空氣重量之比值。因此，蒸氣／空氣混合氣的比重取決於環境溫度、液體蒸氣壓，以及液體分子量。若溫度比液體的沸點低得多，則液體的蒸氣壓可低到使蒸氣／空氣混合氣的密度接近純空氣，也就是蒸氣／空氣比重接近於1。若液體的溫度上升至沸點，則蒸發速率上升，蒸氣取代周圍的空氣，蒸氣／空氣混合氣比重就接近於純蒸氣比重。

我們對火之瞭解，是早在兒童時期。在冬天，火溫暖我們的家園、熟我們的食物、產生能量，但在敵對情況下，火是很危險的。我們知道，火消耗的燃料需要空氣中氧，而釋放出熱和光。通常情況下，對這種程度的理解是與火相關工作人員需要知道的。

火是一種劇烈化學反應，而不是物質！火災實際上是一個較大規模燃燒（Combustion）過程中之副產物（Byproduct）。大多數人對火和燃燒是可以互換使用這2個名詞，但與火相關工作人員應理解其差異性。燃燒（Combustion）是一種燃料快速氧化（化學反應）自我維持（Self-Sustaining），並產生熱和光的過程...

火災與爆炸現象，有無壓力波是二者可以明顯區分。火是一種劇烈化學反應，因火焰具有自行傳播特性，火災實際上是一個較大燃燒規模過程中之副產物。當火災發生時，在物理的以及化學的雙方共同影響，火災爆炸動態過程是一個相當複雜化，對防火防爆科學研究也正是一項如此深遂，且沉迷之工作。

從歷史上看，以爆炸為術語是很難精確界定其定義。物理性爆炸是由高壓氣體純物理變化釋壓現象；而化學性爆炸是一種非定常燃燒，也是一種發焰燃燒中之混合燃燒現象。與火災不同的是，大多的火災必須先分解出可燃氣體或蒸氣，後與氧氣混合再燃燒；而化學性爆炸往往是可燃氣體或蒸氣已與氧氣預先混合，而產生一種極快速燃燒現象，並帶有壓力波情況。

本書第一作者從早期研究閃燃碩士論文到整個火行為之博士研究，就深深迷戀消防安全領域。2015年承蒙蘇校長延聘，從公務轉換學術跑道，得能專研沐浴在知識氛圍。在此參酌國外大量文獻，結合救災長期實務經驗，撰寫一序列消防書籍，也感謝學校提供極佳軟硬體平台，能進行有效率寫作教學。而此書若能對學術與實務研究工作有所此微貢獻，自甚感榮幸。而在寫作歷程中雖謹慎，內容詳多疏失之處祈請不吝指正。

火災與爆炸現象，有無壓力波是二者可以明顯區分。火是一種劇烈化學反應，因火焰具有自行傳播特性，火災實際上是一個較大燃燒規模過程中之副產物。當火災發生時，在物理的以及化學的雙方共同影響，火災爆炸動態過程是一個相當複雜化，對防火防爆科學研究也正是一項如此深遂，且沉迷之工作。

從歷史上看，以爆炸為術語是很難精確界定其定義。物理性爆炸是由高壓氣體純物理變化釋壓現象；而化學性爆炸是一種非定常燃燒，也是一種發焰燃燒中之混合燃燒現象。與火災不同的是，大多的火災必須先分解出可燃氣體或蒸氣，後與氧氣混合再燃燒；而化...

推薦序
自序
第1章　防火防爆基本科學
第1節　物理基本科學
第2節　化學科學
第3節　火基本科學
第2章　火災科學
第1節　理想氣體定律
第2節　化學反應
第3節　爆炸界限
第4節　發火源
第5節　熱傳
第6節　火四面體
第7節　火三角應用
第8節　火災及原因分類
第9節　模擬選擇題詳解
第10節　模擬申論題詳解
第3章　燃燒科學
第1節　燃燒機制與形式
第2節　燃燒原理
第3節　物質燃燒危險
第4節　物質燃燒速率
第5節　預混合燃燒與擴散燃燒
第6節　燃燒所需空氣量
第7節　金屬類燃燒(1)：鹼及鹼土金屬
第8節　金屬類燃燒(2)：過渡、錒系及貧金屬
第9節　模擬選擇題詳解
第10節　模擬申論題詳解
第4章　滅火科學
第1節　滅火原理
第2節　消防設備滅火機制
第3節　固體滅火劑
第4節　液體滅火劑(1)：水及細水霧
第5節　液體滅火劑(2)：泡沫
第6節　氣體滅火劑(1)：CO2
第7節　氣體滅火劑(2)：海龍替代品
第8節　金屬滅火劑
第9節　滅火劑考量因素
第10節　模擬選擇題詳解
第11節　模擬申論題詳解
第5章　爆炸科學
第1節　爆炸現象及過程
第2節　爆炸類型(1)：爆炸機制
第3節　爆炸類型(2)：爆炸效應
第4節　爆炸效應
第5節　BLEVE現象
第6節　蒸氣雲爆炸
第7節　粉塵爆炸
第8節　氣體／蒸氣爆炸
第9節　水蒸汽爆炸
第10節　容器儲槽爆炸徵兆
第11節　低階爆燃與高階爆轟(1)
第12節　低階爆燃與高階爆轟(2)
第13節　爆炸防制與對策(1)
第14節　爆炸防制與對策(2)
第15節　模擬選擇題精解
第16節　模擬申論題精解
第6章　電氣類防火防爆
第1節　電氣系統
第2節　靜電(1)：形成、條件與類型
第3節　靜電(2)：防制方法
第4節　閃電
第5節　電氣火災原因(1)：直接與電阻
第6節　電氣火災原因(2)：電弧
第7節　受損電氣系統判讀
第8節　模擬選擇題詳解
第9節　模擬申論題詳解
第7章　化學類防火防爆
第1節　可燃液體(1)：危險性與措施
第2節　可燃液體(2)：火災與防制
第3節　可燃氣體(1)：理化性與危險性
第4節　可燃氣體(2)：火災與爆炸特性
第5節　可燃氣體(3)：災害處置
第6節　公共危險物品(1)：特性與原則
第7節　公共危險物品(2)：處理要點
第8節　化學運輸事故火災與爆炸
第9節　沸溢與濺溢現象
第10節　模擬選擇題詳解
第11節　模擬申論題詳解
第8章　防火防爆名詞解釋
第1節　基本科學（Basic Science）
第2節　防火科學（Fire Science）
第3節　防爆科學（Explosion Science）

推薦序
自序
第1章　防火防爆基本科學
第1節　物理基本科學
第2節　化學科學
第3節　火基本科學
第2章　火災科學
第1節　理想氣體定律
第2節　化學反應
第3節　爆炸界限
第4節　發火源
第5節　熱傳
第6節　火四面體
第7節　火三角應用
第8節　火災及原因分類
第9節　模擬選擇題詳解
第10節　模擬申論題詳解
第3章　燃燒科學
第1節　燃燒機制與形式
第2節　燃燒原理
第3節　物質燃燒危險
第4節　物質燃燒速率
第5節　預混合燃燒與擴散燃燒
第6節　燃燒所需空氣量
第7節　金屬類燃燒(1)：鹼及鹼土金屬
第8節　金屬...