化工安全概論鍋爐與壓力容器規則boiler and pressure vessel根本法規包括:鍋爐及壓力容器平安規則，以及高壓氣體勞工平安規則，危險性機械及設備平安檢查規則，高壓氣體特定設備檢查基準several regulations等鍋爐boiler:蒸汽鍋爐steam，熱水(含熱媒)鍋爐hot water or heating media，小型鍋爐small boiler三類壓力容器pressure vessel:第一類壓力容器1st type，第二類壓力容器2nd type，以及小型壓力容器small vessel另外加上高壓氣體特定設備與高壓氣體容器分類classification的意義在於針對不同性質的鍋爐或壓力容器，依其不同程度的危險性，進行不同程度的管理different management for different scale of potential danger化工安全概論名詞定義nomenclature小型鍋爐小型鍋爐small boilersmall boiler的定義的定義:最高运用壓力最高运用壓力pressure smaller thanpressure smaller than小於小於1 kg/cm2,1 kg/cm2,且且熱傳面積熱傳面積heat transfer areaheat transfer area在在1 m21 m2以下之蒸汽鍋爐以下之蒸汽鍋爐 最高运用壓力小於最高运用壓力小於1 kg/cm2,1 kg/cm2,且胴體內徑在且胴體內徑在300 mm 300 mm 以下，以下，長度在長度在600 mm 600 mm 以下之蒸汽鍋爐以下之蒸汽鍋爐steam boilersteam boiler熱傳面積在熱傳面積在3.5 m23.5 m2以下者，且裝有內徑以下者，且裝有內徑25 mm25 mm以上之以上之U U型豎型豎立管，其水頭壓力在立管，其水頭壓力在5m5m以下之蒸汽鍋爐以下之蒸汽鍋爐熱傳面積在熱傳面積在3.5 m23.5 m2以下者，且裝有內徑以下者，且裝有內徑25 mm25 mm以上之開放以上之開放於大氣的蒸汽管之蒸汽鍋爐於大氣的蒸汽管之蒸汽鍋爐水頭壓力在水頭壓力在10 m 10 m 以下，且熱傳面積在以下，且熱傳面積在8 m28 m2以下之熱水鍋以下之熱水鍋爐爐最高运用壓力在最高运用壓力在10 kg/cm2,10 kg/cm2,且熱傳面積在且熱傳面積在10 m210 m2以下之貫以下之貫流鍋爐。
流鍋爐化工安全概論壓力容器的規定pressure vessel第一類壓力容器第一類壓力容器1st type:接受外來熱源使產生蒸汽接受外來熱源使產生蒸汽steam，且，且容器壓力容器壓力pressure higher than 1 atm高於一大氣壓者高於一大氣壓者;或保管或保管溫度超過其大氣壓下之沸點之液體之容器溫度超過其大氣壓下之沸點之液體之容器第二類壓力容器第二類壓力容器2nd type:內存超過大氣壓氣體之容器，例如內存超過大氣壓氣體之容器，例如壓力在壓力在2-10 kg/cm2(壓縮空氣則為壓縮空氣則為2 50 kg/cm2),且內容積在且內容積在0.04 m3以上者，或胴體內徑在以上者，或胴體內徑在200 mm以上，長度在以上，長度在1000 mm以上者以上者小型壓力容器小型壓力容器small vessel:(a)最高运用壓力在最高运用壓力在1 kg/cm2以下，以下，且內容積在且內容積在0.2 0.04 m3間之第一類壓力容器間之第一類壓力容器;(b)最高运用壓最高运用壓力在力在1 kg/cm2以下，且胴體內徑在以下，且胴體內徑在500-200 mm間，長度在間，長度在1000mm以下之第一類壓力容器以下之第一類壓力容器;(c)P(kg/cm2)x V(m3)在在0.2 0.04 以下之第一類壓力容器以下之第一類壓力容器化工安全概論*取自Marshall,1987;普通的壓力容器表示圖schematic of an ordinary pressure vessel化工安全概論更多的相關(法律)名詞more terms容器容器container:指罐裝高壓氣體的移動式壓力容器指罐裝高壓氣體的移動式壓力容器灌氣容器灌氣容器gas-containing 依然保有超過罐裝時依然保有超過罐裝時1/2over half以以上者上者殘氣容器殘氣容器:residual gas container 現有量未滿罐裝時的現有量未滿罐裝時的1/2less than half者者低溫容器低溫容器low temperature超低溫容器超低溫容器ultra low temperature:指可罐裝指可罐裝-50oC以下之液以下之液化氣體化氣體liquefied gas者者儲槽儲槽storage tank:固定在地盤上的高壓氣體儲存設備固定在地盤上的高壓氣體儲存設備高壓氣體設備高壓氣體設備 high gas pressure 有高壓氣體流通之部分有高壓氣體流通之部分處理設備處理設備:treatment equipment 已壓縮，液化或其他方法處已壓縮，液化或其他方法處理氣體之高壓氣體製造設備理氣體之高壓氣體製造設備減壓設備減壓設備pressure reducing equipment化工安全概論範例examples on special high pressure gas高壓空氣high pressure air高壓氫氣high pressure hydrogen液氨，液氧，液氮，液氯等liquefied ammonia,oxygen,nitrogen,chlorine液化石油氣，液化天然氣liquefied oil gas,LNG高壓乙炔high pressure acetylene液化環氧乙烷epoxyethane，液化溴甲烷bromoform高壓反應器high pressure reactor:例如合成甲醇，硝酸等化工安全概論 Nitric acid:2 10 bar 大多數液化氣體儲槽壓力liquefied gas storage tank上限:15 bar 氫化反應hydrogenation reaction:20 500 bar urea:200 500 bar methanol:50 500 bar ammonia:300 1000 bar PU:50 2000 bar acetic acid:50 1500 bar普通化學產業壓力範圍普通化學產業壓力範圍Pressure range for some common chemicals化工安全概論假设干普通性的管理要點a few points on management設置合格的專責人員qualified person in charge，每人以一座為原則one person for one vessel，於運轉時during operation，雇主不得使從事與鍋爐或高壓容器無關的任务鍋爐應安裝在專用建築物內boiler in designated building，或者以障壁分開之場所separated by walls。
固體燃料fuels away from boiler應距鍋爐至少1.2m,其他燃料坚持2m以上距離設置制止無關人員擅自進入的標示no entrance sign，鍋爐檢查合格證書，以及專責人員的資格證書影本，也要提示於明顯處show copy of certificates for equipment and person高低水位警報器加上液位計level meter for high and low levels;one of safety device，是鍋爐的平安裝置之一化工安全概論平安閥平安閥safety valve應調整於最高运用壓力以下吹洩，平應調整於最高运用壓力以下吹洩，平安閥經檢查後，應予固定不得變動安閥經檢查後，應予固定不得變動remain unchanged during operation壓力表刻度板上，應明顯標示最高运用壓力之位置壓力表刻度板上，應明顯標示最高运用壓力之位置mark for highest allowable pressure，以隨時提示作業人員，以隨時提示作業人員to remind operators事業場所應有明確的境界線，並設置警戒標示事業場所應有明確的境界線，並設置警戒標示彼此間要坚持平安距離彼此間要坚持平安距離safety distance，例如可燃性高壓，例如可燃性高壓氣體設備，要與氧氣製造設備間，坚持氣體設備，要與氧氣製造設備間，坚持10 m 以上之距離以上之距離可燃性氣體可燃性氣體combustible gas，要圖以紅色，要圖以紅色red mark or letters或以紅色字體書寫該氣體名稱或以紅色字體書寫該氣體名稱化工安全概論液化氣體周围要設置防溢堤dike or embankment高壓氣體設備high gas pressure equipment要以常用壓力的1.5倍壓力進行耐壓試驗(1.5 x ordinary pressure for pressure-resistance test)，以及常用壓力進行氣密試驗ordinary pressure for gas-tight test要有能接受地震sustain earthquake effect影響的耐震構造要有如平安閥safety valve或破裂板rupture disc之平安裝置，如為毒性氣體，需求放在除毒設備內inside toxics removing system大型的液化氣體儲槽配管large liquefied gas storage tank，要在5m以外處，設置緊急遮斷裝置emergency shut-off valve液化儲槽儲liquefied gas storage tank存量，不得超過常用溫度下容積的not over90%capacity化工安全概論危險性設備的法定檢查inspection of dangerous equipment製造前製造前before construction:型式型式type檢查檢查(document)製造時製造時:during construction 熔接檢查熔接檢查welding，構造，構造structure檢查檢查安裝時安裝時installation:开工开工completion檢查檢查(發合格證發合格證to issue certificate);國外進口者，要重新檢查國外進口者，要重新檢查re-exam for imports;高高壓容器修正變更時，也要變更檢查壓容器修正變更時，也要變更檢查inspection for modification运用階段运用階段:during use 定期檢查定期檢查regular inspection;假设有遷假设有遷移，或閒置一段時間後再运用，也要重新檢查移，或閒置一段時間後再运用，也要重新檢查化工安全概論*取自Marshall,1987;壓力容器在不同階段的參與任务人員化工安全概論非破壞性檢測NDE:nondestructive examination 目測法visual放射線檢查:x-ray or-ray超音波ultrasonic detection探傷檢查:通常运用 1 25 MHz 音波磁粉探傷檢查magnetic powder flaw detection液滲探傷檢查liquid or dyeEddy current:用於圓管circular pipes，圓管的缺陷會改變它的阻抗impedance,因此得知干擾圖譜:holographic interferometry聲波發設法acoustic emission膠體電擊法gel electrode化工安全概論整體容器的測試Test on overall container前述的非破壞性檢測，理論上可以偵測出結構上的缺陷，對整體容器而言，則可以進行以下諸測試:水壓試驗water pressure test 氣密試驗gastight test 耐壓試驗pressure-resistance test因為危險性較高high risk，所以必須由專門的機構進行by specialized company化工安全概論*取自Marshall,1987;壓力容器在最初發生不测的機率高(因為設計或施工不當);然後在运用依段時間後，發生不测的頻率再度升高(因為资料腐蝕，或維修為落實等)化工安全概論不测事故的缘由causes of accidents對於壓力容器與鍋爐而言，最擔心的不测事故，就是容器破裂(loss of containment:rupture of leak)，呵斥物質外洩，甚或爆炸事件。
容器破裂的缘由分析reasons:资料問題material problem:選用不當的资料，以致於遭到腐蝕，或资料內部缺陷呵斥 設計問題design:不正確的計算，或不正確的數據 施工問題:construction 例如施工品質不佳，焊接不良等 运用問題:during use 例如操作條件operating condition different from design與當初設計不符，維修任务poor maintenance沒有落實等化工安全概論壓力容器的設計design of pressure vessel，皆有標準可循原則為：资料行為material behavior，應力分析(設計)stress-strain analysis，以及品質保證(quality assurance施工與維修)三個根本要求平安係數safety factor多選用3-5化工安全概論呵斥资料破裂的缘由 reasons for material rupture致命的外力撞擊deadly impact from others:多半是突發不测事件due to accident资料疲惫(fatigue),例如來自週而復始(cyclic actions)的作用力,呵斥潛變(creep deformation),終而變形破裂资料脆化(brittle):如低溫脆化low temperature，氫脆化hydrogenation。
或者高溫高壓下，某些分子進入资料結構中，進而產生氣泡bubble formation from certain molecules due to high temperature，降低资料韌性或強度化工安全概論高溫效應high temperature effect熱衝擊 thermal shock振動vibration化學效應chemical effect:主要就是腐蝕作用corrosion，而且會因為资料接受應力under stress，而加速腐蝕stress corrosion cracking(SCC)化工安全概論*取自Marshall,1987;壓力容器破裂缘由的統計數字statistics of rupture of pressure vessel化工安全概論不同的资料選擇different choicesTemp:both high and low temperature;其他還可以包括:塑膠plastics，玻璃glass，橡膠rubber,Teflon等化工安全概論壓力容器的弱點weak points in a pressure vessel最容易發生洩漏的部位most frequent locations of leak:管線接頭:connector between pipes 因為安裝不良poor installation，或熱漲冷縮呵斥expansion/contraction 墊圈部位:gasket/packing/washer 墊圈资料受損 蓋板安裝部位flange:清掃孔，或檢查孔部位，同樣會因為墊圈，或安裝不良而呵斥洩漏 焊接或熔接部位:welding parts 來自腐蝕或應力corrosion or stress化工安全概論*取自Marshall,1987;破裂部位的統計分析數據化工安全概論*假设平時就會微量洩漏(聞到味道)if smell something，表示結構不很健全，假设加上其他外在缘由，就很能够成為設備破損之點it could turn into a point of rupture。
化工安全概論An Accident Involving Fire Extinguisher某次平安消防檢查a safety check-up,需求移動滅火器(remove fire extinguisher to weigh),去秤重,不小心掉落,結果頭部的閥,撞及水泥平台,損及螺紋,呵斥閥分離,使得600 psig(41 bar)cylinder 像火箭般射出like a rocket,達400公尺遠!What Can we do?認知到此類高壓容器的危險性recognize danger採取措施預防移動時掉落prevent from falling加裝頭部的保護帽(protective cap)要由有經驗人士處理此類檢查handle by experts 化工安全概論Taken from CEP,June,2019,p.30化工安全概論化工安全概論鍋爐運轉的平安對策strategy for safe operation of boiler坚持正常水位keep normal liquid level，防止過高或過低not too high nor too low維持一定氣壓:平安閥safety valve與壓力表pressure gauge必須正常運作normal加強水處理:water treatment to avoid scale or corrosion 防止節垢，或腐蝕加強對鍋爐受熱面積的清掃任务regular cleaning of heat transfer area:防止積灰(熱傳不均勻，會呵斥部分過熱，因此該區资料受損)留意通風good ventilation化工安全概論半導體業的高壓氣體鋼瓶gas cylinder in semiconductor factory 用量多large quantity，氣體種類多many different kinds，而且許多特殊氣體具高度可燃性combustible，毒性toxic，例如PH3,AsH3,SiF4,etc.除氣體鋼瓶外，輸送管線pipelines，儲存空間storage room都算是系統system的一環，都要留意平安的設計與操作。
此處有許多新的作法many new technologies:例如對於置放於儲存間的危險性氣體鋼瓶for storage room，目前已經發展出pneumatic controller,以便在管線或末端洩漏時可以遙控關閉之shut-off remotely化工安全概論再如:运用RFO(restrictive orifice flow小孔之類的裝置)的裝置於鋼瓶出口at the outlet of cylinder(e.g.SiH4),以便不测時，洩漏速度不會太快另一項新的發展new development就是:低壓或低於一大氣壓(sub-atmospheric)的輸送(delivery)氣體技術其原理為:利用多孔porous，高外表積high surface area material的物質吸附該氣體，然後減壓(抽真空)或加熱脫附，達到輸出該氣體的目的一些胜利應用的範例，如下表此類鋼瓶萬一洩漏，洩漏量將遠低於普通的高壓鋼瓶(much smaller leak rate差到60,000倍)上述鋼瓶的缺點:輸送的速率有限limited delivery rate此外就是可用的吸附劑有限化工安全概論資料取自SST,153-158,July,2019。