下列那一個可燃性氣體產生火災爆炸之風險最低？

本題考點

燃燒界限(爆炸界限)與火災爆炸風險的關係,考的是如何由上下限數值比較危險程度。

正解理由

依燃燒界限的定義,可燃性氣體必須在燃燒下限與上限之間的濃度範圍內才能與空氣形成可燃混合氣;範圍愈寬、下限愈低者,愈容易在洩漏後迅速達到可燃濃度並維持可燃狀態,風險愈高。四個選項中,燃燒範圍寬度依序為 A 為九個百分點、B 為二十八點七、C 為十二點七、D 為七十一,A 之範圍最窄且燃燒下限高達百分之十六,需累積相當高的濃度才能起火,故風險最低,故選 A。

逐項排除

1. (A)

   正確。下限百分之十六為四者中最高、範圍僅九個百分點為四者中最窄,兩項指標同時指向最低風險。

2. (B)

   下限百分之七點三雖不算極低,但範圍達二十八點七個百分點,遠寬於 A,洩漏後可燃狀態維持較久,風險高於 A。

3. (C)

   下限僅百分之五點三,少量洩漏即可能達到可燃濃度,危險性明顯高於 A。

4. (D)

   下限百分之四且上限高達百分之七十五,範圍極寬,屬典型高危險可燃性氣體,為四者中風險最高。

記憶點

燃燒界限是火災學的核心量化工具,其物理意涵在於燃料與空氣的混合比例必須落在可維持火焰傳播的區間。濃度低於下限時燃料太稀,單位體積放熱量不足以把鄰近混合氣加熱到著火溫度,火焰無法自持;高於上限時氧氣不足,同樣無法持續燃燒。因此危險性評估不能只看單一端點,而要同時考慮下限高低與範圍寬窄:下限決定「多快會變危險」,範圍決定「危險狀態能維持多久」。

本題四組數值其實對應教科書上的典型氣體。下限百分之四、上限百分之七十五者為氫氣,範圍極寬且分子小、擴散快、最小引燃能量極低,是最危險的一類;下限約百分之五、上限約百分之十五至十八者接近甲烷或天然氣;下限約百分之七、上限約百分之三十六者接近一氧化碳;而下限高達百分之十六者屬燃燒範圍狹窄的氣體,需相當高濃度才具可燃性。把典型數值記熟,遇到未指名氣體的比較題就能直接反推。

量化上另有一個常考工具是勒沙特列公式,用於求混合氣體的燃燒下限:以各成分體積分率除以各自燃燒下限後求和,取倒數即為混合氣下限。此外須辨明幾組易混概念:燃燒界限與閃火點不同,前者是濃度區間、後者是液體表面產生足夠蒸氣所需的溫度;燃燒界限與著火溫度亦不同,後者是自行起火所需溫度。溫度升高、壓力增加或以純氧取代空氣時,燃燒範圍通常會向兩端擴張,尤其上限明顯提高,這也是密閉高溫空間內爆炸風險升高的原因,常作為延伸考點出現。此外,最小引燃能量、燃燒速度與蒸氣比重也一併影響實際風險:蒸氣比重大於一者會沿地面積聚而不易逸散,即使燃燒範圍不算寬,仍可能在低窪處形成可燃混合氣,這是純看界限數值時容易忽略的一面。