有關影響粉塵爆炸的因素，下列何者錯誤？

本題考點

粉塵爆炸的影響因素,尤其是粒徑與最小發火能量的反向關係。

正解理由

粉塵爆炸的劇烈程度取決於粉體與空氣的接觸面積。粒徑愈小,同重量粉體的比表面積愈大,受熱後的揮發與氧化反應愈快,引燃所需能量因此愈少,亦即最小發火能量隨粒徑變小而下降,同時爆炸下限降低、壓力上升速率加快。選項把此一關係寫反,是四者中唯一錯誤者,故選 B。

逐項排除

1. (A)

   正確。比表面積愈大,代表單位質量可參與反應的界面愈多,反應速率與放熱速率同步提高,爆炸可能性隨之升高。

2. (B)

   錯誤,為本題應選者。粒徑愈小,最小發火能量應是變小;微米級金屬粉的最小發火能量可低至數毫焦耳,遠比粗粒粉體容易引燃。

3. (C)

   正確。水分會吸收熱量,並使粉粒因潮濕而凝聚附著、不易揚起形成粉塵雲,同時提高導電度以減少靜電累積,危險性因而下降。

4. (D)

   正確。灰分屬不燃成分,其比例上升等於稀釋可燃物並吸收部分反應熱,使爆炸下限上升、危險性下降。

記憶點

粉塵爆炸的成立條件比氣體爆炸多,常整理為五要素:可燃性粉塵、氧化劑(空氣)、點火源、粉塵懸浮成雲,以及密閉或半密閉的侷限空間。缺少「揚塵成雲」與「侷限空間」兩項時,堆積的粉體通常只會陰燃而不會爆炸,這也是粉塵爆炸多發生在粉碎機、集塵設備、輸送管與筒倉內部的原因。

量化指標方面,粉塵的爆炸下限一般落在每立方公尺數十至上百公克的量級,與可燃氣體以體積百分比表示的下限並非同一種單位;爆炸上限則因粉體不易均勻懸浮而少有實用意義。爆炸威力常以最大爆炸壓力與壓力上升速率表示,後者乘上容器體積的立方根即為粉塵爆炸指數 Kst,粒徑愈細、水分愈低,Kst 愈高。粒徑的影響有其極限:當粒徑細到一定程度,反應由表面積控制轉為熱傳與擴散控制,最小發火能量的下降會趨於平緩。

易混淆對照:氣體爆炸的燃燒波傳播快、壓力上升極陡,但通常一次燒完;粉塵爆炸的火焰傳播較慢,卻會因第一次爆炸的壓力波把管線與樑柱上的堆積粉塵再度揚起,形成威力更大的後續爆炸,這是粉塵爆炸災情往往整廠擴散的關鍵。

粒徑的實用門檻也常入題:一般把能通過四十二號篩(約 420 微米)的粉體視為具粉塵爆炸能力,而細至 75 微米以下者危險性顯著提升。可燃性粉塵的範圍很廣,除麵粉、砂糖、澱粉、飼料、木粉等有機粉體外,鋁、鎂、鈦等金屬粉的最小發火能量更低、燃燒溫度更高,且部分金屬粉遇水會生成氫氣,不適用水系滅火藥劑。

抑制因子可記為「濕、惰、粗、稀」:提高水分、以氮氣等惰性氣體降低含氧量、避免過度粉碎、以及提高灰分或不燃粉稀釋。延伸考點常與二次塵爆的定義題、爆炸界限計算,以及靜電作為點火源的防止對策合併命題。