一、前言
日常生活中，人們或多或少會接觸到粉末狀的物質，而工業界在生產製造過程中，也會使用到各式不同的粉體原料或成品，這些粉體物質帶來了更便利的生活，但其潛藏的危害也很大，近年來國內外不時發生可燃性粉塵火災或爆炸事故，多數皆因人們不瞭解粉體物質的火災危險特性，平時在使用與管理上過於輕忽所致(如圖1)。
回顧2014年發生在中國大陸崑山中榮工廠發生「鋁金屬粉塵」爆炸事故，經瞭解其爆炸原因係廠房內空氣中瀰漫製程區拋光研磨作業產生的鋁鎂合金粉塵，於啟動集塵器後，大量粉塵送入集塵器儲桶時遇水氣發生氧化放熱，放熱高溫瞬間引燃懸浮於空氣中之粉塵逕而發生嚴重粉塵爆炸，造成了164人死亡，114人受傷；另外2015年在國內新北市八仙樂園彩色派對的活動，也發生彩粉玉米粉燃燒火災，經瞭解「彩粉玉米粉」燃燒的原因為舞台電腦燈散熱風扇吸入懸浮於空氣中的玉米粉，由電腦燈內部燈泡高溫引燃玉米粉，釀成15人死亡，484人受傷慘劇。對此國內外之兩件重大事故，必須探討的是粉塵火災爆炸特性為何，因國內目前此方面的安全資訊仍嫌不足，所以本文將介紹粉塵火災風險辨識與作業場所的安全管理須知。
傳統的火災其形成條件有3大要素，包含可燃物、助燃物與點火源；然而發生粉塵火災爆炸的條件，除了火災3要素之外，增加了空氣中懸浮的揚塵濃度及粉塵所在的空間是否為侷限空間等。
所以要作好粉塵火災與爆炸的預防管理，就要先從瞭解會造成粉塵懸浮的「粒徑」為何？會引燃粉塵的「最小點火能量」和「最小著火溫度」為何？及空氣中「限制氧氣濃度」於多少以下？就能防止引燃粉塵等參數來探討和掌握(如表1之關聯表)，至於可防止粉塵爆炸的各項基本管理及參數運用說明，本文將在第二章節作簡介。
目前查詢各類化學物質的火災爆炸特性與相關安全參數以「安全資料表」為主，簡稱SDS；此表內容是國際上所通用的資訊，其中有關可燃性固體於粉末狀態時，因顆粒小沉降速度慢，容易形成揚塵，且因表面積大幅增加而使熱傳導快，易使引燃粉塵發生火災爆炸之危險性上升，然而表1這些相關可燃性粉塵的火災爆炸的參數卻皆未記載於安全資料表中，因此會造成一般使用者無法瞭解可燃性粉塵的火災與爆炸風險。
安衛環中心有鑑於國內外歷年來製造業仍持續發生可燃性粉塵的火災事故，尤其於2015年和2017年於石化業連續發生2起「ABS粉塵」火災爆炸，雖幸未造成人員傷亡，但卻已引起當地居民及媒體關注和重大財產損失，此2起事故經調查結果皆因輕忽ABS粉之最小著火溫度危害，讓相關製程操作及施工暴露於風險之中(國內事故案例如圖2)；因國內外粉塵火災爆炸事故層出不窮，經探討其共通點為「在發生高溫(明火焊接、高速研磨等)及靜電火花的環境，提供熱源引燃粉塵爆炸」，至於粉塵特性(如粗細)、引燃粉塵之熱源所需溫度(能量)等資訊，則需進一步瞭解，所以安衛環中心邀集國內專家學者團隊來共同推動「粉塵爆炸損害防阻專案」，藉助專業儀器進行檢驗，並依檢驗之參數數據來辨識可燃性物質於粉塵狀態下的風險，本文後續章節將介紹可燃性粉塵的火災爆炸之危害判斷與常見的預防管理對策。
二、可燃性粉塵火災爆炸國際規定簡介
目前國內法令針對可燃性粉塵的危害預防管理，多著重作業場所人員的衛生健康面向，以防範員工罹患塵肺病(或稱矽肺病)之職業傷害，但是對於粉塵的火災或爆炸預防管理，並無制定相關的安全規定。
然而，美國、英國、德國、日本、中國大陸皆已訂定粉塵爆炸預防安全規定，其中以美國消防協會(National Fire Protection Association，NFPA)最完整，已訂有粉塵的12項火災爆炸參數，並將參數區分為預防性、抗爆性與其它等3大類，其中以5項預防性參數最為重要(如表2)，用於判斷粉塵的危險性及辨識火災爆炸風險，並可據以選用安全設施及制定相關管理規定。
三、可燃性粉塵現場基本預防管理對策及範例
國際上針對粉塵的火災爆炸研究已有相當成果，以下介紹5項可燃性粉塵預防性參數用於作業場所安全管理的應用範例。
(一)粒徑與含水率
根據 NFPA研究指出，500微米以下的可燃性粉塵因為顆粒小(分析儀如圖三)，沉降速度慢，所以容易懸浮，且因顆粒小熱量傳導速度快，容易引燃並形成火災爆炸。另外，國際文獻以植物性澱粉(tapioca)、麵粉(flour)、玉米粉(corn)進行試驗為例，也可發現粉塵含水量越低時，其最小點火能量(MIE)會降低而更容易引燃(如圖四)。
因此，工業製程所使用之可燃性粉塵若顆粒小於500 µm且極乾燥物質，代表此粉塵作業場所潛在粉塵懸浮之火災爆炸的風險性高，針對此作業場所則須做好防靜電措施及粉塵防爆區規劃之基本管理，並可採取下列至少1項對策來降低粉塵揚起、懸浮與引燃(常見管理案例如圖5)：
1.設置粉塵圍阻措施、收集裝置(如：集塵設備、濾網)等。
2.設置自動撒水系統、環境加濕系統等。
3.採用其他防止粉塵逸散技術(如粒徑增大、粉體加濕等)，以預防粉塵引燃。
(二)最小著火溫度(Minimum Ignition Temperature, MIT)
最小著火溫度是判斷粉體接觸高溫熱表面後，是否會出現火花、自燃或自放熱的參數，常應用於作業場所的高溫熱表面管理與選用防爆電氣設備。實務上，最小著火溫度(MIT)可再細分為粉塵雲最小著火溫度(Minimum ignition temperature of dust cloud, MITC)及粉塵層最小著火溫度(Minimum ignition temperature of dust layer, MITL)兩種。而粉塵雲最小著火溫度(MITC)是指粉塵揚起於空氣中可被引燃的最低溫度(檢測儀器如圖6)，而粉塵層最小著火溫度(MITL)則是粉塵累積於高溫熱表面時可被引燃的最低溫度(檢測儀器如圖7)。
國際電工委員會(IEC)以下列2項公式計算可燃性粉塵作業場所的最高表面容許溫度，並取2者較小值進行作業場所的溫度管制，確保環境中的粉塵不被引燃，並依此公式計算結果選用不同等級的防爆電氣設備(如表3)。一般而言，防爆電氣設備的溫度等級亦可於設備銘牌上查尋(如圖8)，可燃性粉塵場所常見防爆電氣規格異常案例如圖9。
當掌握可燃性粉塵之最小著火溫度MITC及MITL後，就得注意工業製程之環境及設備整潔管理，避免可燃性粉體因洩漏接觸高溫表面而造成火災，常見管理異常及改善案例如圖10~圖12。
(三)最小點火能量(Minimum Ignition Energy, MIE)
本參數為粉塵於空氣中懸浮時，可被引燃的最小能量(最小點火能量分析儀器如圖13)，日本學者松田東榮統計過去日本40年間粉塵爆炸事故，發現事故之點火源(指引燃能量來源)主要為磨擦、衝擊與靜電佔事故原因50%比例(如表4)。
為防止作業場所因靜電放電而引燃可燃性粉塵，可採取設備聯結與接地技術(Bonding and Grounding，如圖14)，對各設備、機器、容器等之全部金屬部位聯結並接地，或安裝靜電消除器。此外，其他常見的靜電預防管理對策如下(常見改善案例如圖15)：
1.監控管制作業環境之濕度。
2.儲運區域安裝防靜電地板。
3.人員進入粉塵作業區須穿著防靜電手套及服裝等。
當可燃性粉塵粒徑小於500微米且最小點火能量(MIE)小於30mJ時，屬極易燃之物質，於密閉式製程設備(含管線)輸送容易被靜電引燃，除了上述的靜電預防管理對策外，可再採取下列方式以預防粉塵引燃並降低事故災害(常見改善案例如圖15)：
1.當最小點火能量(MIE)≦30mJ時，密閉式製程設備(含管線)可採用惰化的方法預防火災爆炸(譬如製程密閉區域採取氮封，限制氧氣濃度)。
2.當最小點火能量(MIE)≦10mJ時，密閉式製程設備(含管線)可再設置爆炸隔離系統、爆炸抑制系統或其他粉塵爆炸防制措施。
(四)限氧濃度(Limiting Oxygen Concentration, LOC)
密閉式製程設備(含管線)若採用惰化(氮封)方式預防火災爆炸時，將設備內氧氣濃度控制在限氧濃度(LOC)以下，粉塵會因氧氣不足而無法引燃(常見改善案例如圖16，檢測儀器如圖17)。
四、結論
預防作業場所的可燃性化學品火災爆炸事故，為工廠安全管理的要務，然而要更瞭解作業場所的風險，則須仰賴完整的製程安全資訊(Process Safety Information, PSI)(如圖18)，並深化製程危害分析(Process Hazard Analysis,PHA)，惟當製程安全資訊不足時，舉如未掌握可燃性粉塵五項預防性參數，則容易輕忽粉塵操作安全並低估風險。
在推動製程危害分析作業時需參考上述之製程安全資訊，其中除了「製程設備」、「製程技術」外，需要再參考「化學物質危害資料」、「事故案例」等資訊，以瞭解化學製程本質危害(舉如可燃性粉塵)及借重他廠事故經驗，藉以正確判斷製程風險高低，並真正的找出製程潛在風險的情形來加以防治。
安衛環中心推動可燃性粉塵作業場所損害防阻專案，主要是利用科學化實驗取得各項粉塵危害參數之數據，雖已可補充部分粉塵安全資訊來利於製程危害分析，然而製程安全資訊內容項目眾多，仍需仰賴各管理單位與現場同仁共同努力彙總蒐集與資訊分享，讓大家更瞭解工廠運作物質的危害因子，只有健全「化學物質危害資料」並納入製程安全資訊，才能於風險評估時，發掘真實的潛在風險並研擬有效的改善對策，以確保同仁生命及企業資產安全，讓企業永續經營。
五、參考文獻
[1] 維基百科，“崑山中榮工廠爆炸事故”，2014年。
[2] 歐新榮，“工業中的可燃性粉塵－預防及減緩火災爆炸的作用”，勞委會勞工安全組，2012年。
[3] 林俊榮，“奈米金屬微粒粉塵爆炸火燄傳播現象之研究”，國防大學理工學院，2015年。
[4] 鄭文淮，“電氣防爆與靜電消除措施”，中區勞動檢查所，2009年.
[5] 台塑企業規範，FGES-T-EEE03危險場所電氣防爆規範。
[6] NFPA 654(Standard for the Prevention of Fire and Dust Explosions from the Manufacturing, Processing,and Handling of Combustible Particulate Solids).
[7] NFPA 484(Standard for Combustible Metals).
[8] FM 7-76(Prevention and Mitigation of Combustible Dust Explosion and Fire).
(台塑企業 總管理處提供，2021/07/02)