臺灣博碩士論文加值系統

本文是以國內某液氮儲存區液態氮洩漏可能引發之危害為研究主題，探討單一儲槽因外力衝擊造成管線斷裂而導致液態氮外洩事件，其可能引發之連鎖反應與其可能衍生之多重風險堆疊衝擊，並分析與探討可能產生之爆炸危害。經由初步危害分析發現，液態氮洩漏可能造成儲槽破真空而引發沸騰液體膨脹蒸氣爆炸(BLEVE)。但礙於國內最常使用之模擬軟體ALOHA並無內建液態氮及氮氣，因此採用白努力定律、絕熱膨脹理論及霍普金遜公式等理論進行爆炸推估與演算，後續再以物理與化學性質類似之一氧化碳與半球型洩放擴散模式進行擴散模擬，並推估後續缺氧危害分析及探討。
依據兩個不同儲存區液態氮洩漏會引發儲槽之BLEVE之情況，分別為A廠區之A、D儲槽洩漏引發B、C儲槽BLEVE，於操作壓力下其過壓在0.68 barg、0.35 barg及0.21 barg時，其相對危害半徑分別為20.43 m、31.11 m及43.09 m；而B廠為高壓儲槽洩漏引發自體BLEVE，於操作壓力下其過壓在0.68 barg、0.35 barg及0.21 barg時，其相對危害半徑分別為15.45 m、21.62 m及34.80 m，不僅會造成廠房、周圍儲槽及公共道路遭受嚴重破壞，更導致嚴重人員傷亡、財產損失與製程中斷等嚴重後果，而其爆炸波會導致周圍儲槽破裂，產生大量液氮外洩，經半球型洩放擴散模式模擬，得知其引發缺氧(氧氣濃度18％以下)，A廠危害半徑可達112.37 m；B廠危害半徑可達77.92 m。從結果得知，修正儲槽間高低差之設計及進出料管線之材質與設置方位，便能有效避免前述重大危害之發生。本模式不僅可以探究非易燃液體之過壓危害衝擊外，亦可探討ALOHA模擬軟體內建中所沒有的化學物質之過壓危害。

This research focuses on the potential risks induced by liquid nitrogen leakage, the initial event caused by the broken pipeline of single tank due to external forces especially earthquake. Possible chain reactions and the multi-risk overlapped impact derived from the leakage were not only analyzed, but also explored the potential explosion hazards.
According preliminary hazard analysis result, the vacuum layer of the tank would be destroyed by contact extremely low temperature of liquid nitrogen, which could produce mischance of boiling liquid expanding vapor explosion(BLEVE). Nevertheless, liquid nitrogen and nitrogen were not available in the chemical database of ALOHA, the most widely utilized leakage simulation software in Taiwan. Therefore, carbon monoxide, with same molecular weight of nitrogen gas, was used to conduct dispersion simulations of nitrogen leaking. Besides; Bernoulli’s Principle, Adiabatic Expansion Theory, and Hopkinson-Scaled Distance model would be introduced to estimate the BLEVE’s consequences.
The overpressure of 0.21 bar of BLEVE, the steel structure of the building would be distorted and detached from the base, the hazard radius of plant A and plant B were 43.09 m and 34.80 m. It would severely damage near-by tanks, manufacturing facilities, and public area, as well as business operation. Base on previous results; we could find the way, such as changing the position of inlet and outlet pipelines; to avoid BLEVE. This model could not only successfully take BLEVE simulation of chemicals which were not exiting in ALOHA, but also could thoroughly process the multi-risk overlap impact from leaking liquid nitrogen.

中文摘要 I
英文摘要 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 前言 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 6
第二章 文獻回顧 7
2.1 液態氮之特性 7
2.2 液態氮相關災害案例 10
2.2.1 災害案例 (一) 中國浙江省液態氮槽車翻覆 10
2.2.2 災害案例 (二) 台中港區液態氮槽車爆炸 11
2.2.3 災害案例 (三)新設液態氮儲槽之沖吹作業因液態氮外洩造成勞工凍死 13
2.3 國內危害模擬分析之回顧 14
2.4 相關法規彙整 17
2.4.1 超低溫容器之定義 17
2.4.2 丙類危險性工作場所之定義及相關規範 17
2.4.3 緊急應變措施參考規範 18
第三章 研究方法 22
3.1 製程篩選 23
3.2 資料蒐集 24
3.2.1 製程條件蒐集 24
3.2.2 大氣條件蒐集27
3.3 初步危害分析31
3.4 事件樹分析 34
3.4.1 事件樹分析步驟 34
3.5 推估模式模擬 36
3.5.1 液態氮洩漏噴出之速度、距離及時間 36
3.5.2 液態氮儲槽洩漏引發BLEVE 之危害範圍 37
3.5.3 液態氮洩漏瞬間汽化造成缺氧之危害範圍 40
3.5.4 液態氮洩漏瞬間汽化擴散危害範圍 41
第四章 結果與討論 43
4.1 儲槽洩漏事件之初步危害分析 43
4.2 儲槽洩漏事件樹分析及情境設定 48
4.2.1 儲槽洩漏事件之事件樹分析 48
4.2.2 情境分析 50
4.2.3 情境設定 53
4.3 儲槽洩漏事件之模擬結果 57
4.3.1 情境一：A 廠液態氮儲槽發生洩漏造成人員缺氧與急凍危害 57
4.3.2 情境二：A 廠液態氮儲槽洩漏引發BLEVE 進而造成人員缺氧與急凍危害 71
4.3.3 情境三：B 廠液態氮儲槽發生洩漏造成人員缺氧與急凍危害 80
4.3.4 情境四：B 廠液態氮儲槽洩漏引發BLEVE 進而造成人員缺氧與急凍危害 90
第五章結論與建議 98
5.1 結論 99
5.2 建議 100
5.3 未來展望 104
參考文獻 105

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