民國115年 普通考試 職業安全衛生 安全工程概要
第3題
某工廠使用丁烷（C4H10）為燃氣鍋爐之燃料，若其鍋爐入料管路不慎於 鍋爐間發生洩漏時，請計算丁烷之爆炸下限LEL（Lower Explosion Limit）…
題目
某工廠使用丁烷（C4H10）為燃氣鍋爐之燃料，若其鍋爐入料管路不慎於 鍋爐間發生洩漏時，請計算丁烷之爆炸下限LEL（Lower Explosion Limit） 與爆炸上限UEL（Upper Explosion Limit）；依據丁烷LEL 計算值，若鍋 爐間之氧氣濃度低至多少時則不再發生燃燒，請列出丁烷燃燒反應方程 式，並計算丁烷之限氧濃度LOC（Limit Oxygen Concentration）。（各值 請先四捨五入至小數點後二位再計算）（25 分） 參考公式與條件： 碳氫化合物爆炸界限之經驗式：LEL= 0.55Cst，UEL = 3.5Cst，Cst 為燃 料於空氣中之當量濃度（Stoichiometric concentration）比 LOC = LEL（moles O2/moles fuel）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 丁烷燃燒反應式為 C4H10 + 6.5 O2 → 4 CO2 + 5 H2O，或寫成 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O；由方程式可知，每莫耳丁烷完全燃燒需 6.5 莫耳氧氣，此比值為計算當量濃度與限氧濃度之基礎。
- 以空氣中氧氣占 21% 計算，每莫耳丁烷所需空氣量為 6.5 ÷ 0.21 = 30.95 莫耳，混合氣總莫耳數為 1 + 30.95 = 31.95 莫耳；當量濃度 Cst =（1 ÷ 31.95）× 100% = 3.13%（體積百分比，四捨五入至小數點後二位）。
- 依經驗式 LEL = 0.55 Cst，得 LEL = 0.55 × 3.13% = 1.72%；UEL = 3.5 Cst = 3.5 × 3.13% = 10.96%。此表示丁烷在空氣中之可燃範圍約為 1.72% 至 10.96%（體積百分比），低於下限或高於上限均不易發生燃燒。
- 依 LOC = LEL ×（moles O2/moles fuel），得 LOC = 1.72% × 6.5 = 11.18%。亦即當鍋爐間氧氣濃度降至約 11.18% 以下時，丁烷與空氣之混合氣不再支持燃燒；實務上應以低於此值並保留安全裕度作為惰化操作之控制基準。
- 計算假設空氣僅由氧氣 21% 與氮氣 79% 組成、完全燃燒、理想氣體、無水蒸氣及其他惰性氣體，且經驗式適用於低碳烷類；題目未提供溫度、壓力及惰性氣體種類，故上述結果為理論估算值。若以未四捨五入之 Cst 直接計算，UEL 約為 10.95%，差異係進位所致。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。