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政風室-粉末爆炸的科學討論 ─從八仙粉塵爆事件談起

 ◎梁勝雄

  2015年6月27日晚間發生的「粉末爆炸(或稱粉塵爆炸,英文為Dust Explosion)」事件,超過五百人受傷,其中二百多人命危,已有9人罹難,震驚國內外,然而為何看似安全的玉米粉末卻能潛藏如此大的危機,究竟是怎麼一回事?

  燃燒須具備三大要素:氧氣、易燃物及火源,但並非具備此三要素就會劇烈燃燒,甚至爆炸,還需要其他的條件才能造成。首先,讓我們回到國民中學。國中二年級的理化課本教我們:接觸面積愈大,碰撞機會愈大,則反應速率愈快!先簡單假設問題為「煤炭的燃燒速率與接觸空氣面積成正比,則邊長兩公分的正立方體煤炭分割成八塊大小相同的小正立方體後,其燃燒速率是原來的幾倍?」原來的立方體表面積是24平方公分,切成八塊後,表面積變成48平方公分。原先燃燒須耗費1單位時間,就會變成0.5單位時間,燃燒速率快了1倍!此次釀禍的玉米粉末表面積變大好幾百倍,甚至好幾千倍,變得極容易燃燒,但是廚房裡面的玉米粉卻不會這麼容易燃燒,放在空氣中一段時間還會結塊,為什麼呢?

  任何粉末與空氣接觸都會吸收空氣中的水汽而結塊,使表面積會變小,但是遊戲用玉米粉需要染色,且要防止粉末凝結成塊,故粉末表面需要經過疏水化改質處理,簡單來說,就是用氫鍵(-H)取代玉米粉表面鍵結。因為如果不做此處理,粉末會結成塊狀,無法高壓噴出,遊戲熱度可能因此不足。經過處理的粉末表面都帶有氫鍵,不易結塊,燃點很低,容易擴散到整個空間。只要旁邊稍有火源或是電熱器具,就有「爆炸」危機,所以遊戲用的粉末會標示禁止「室內」使用。

  過去國外已經有多次粉末爆炸的案例,近20年的事件有:美國西氏醫藥服務公司(The West Pharmaceutical Service)工廠發生之橡膠粉塵爆炸、美國喬治亞州溫特沃斯港(Port Wentworth)之糖粉燃燒爆炸,及中國江蘇中榮金屬之金屬粉塵爆炸等工安意外。顯然造成此類型意外不侷限於玉米粉,只要是夠細小的易燃物粉末都有可能,不過通常肇因地點,多是密閉場所,才會使空氣中的粉末有機會達到一定濃度。據報導指出,此次意外發生的遊戲場地雖然在室外,但卻是一座抽乾游泳池,深1.2公尺,無疑就像是半密閉的空間一般。

  總而言之,高壓噴出玉米粉後,因為顆粒較細停留在空氣中一段時間,不會馬上沉降。當遊戲空間的粉末濃度增高時,就像空氣中充滿易燃物一樣,此時遇到一點星星之火就會一發不可收拾,瞬間且快速燃燒。這次意外的造成,筆者深信民眾無不深表痛心鼻酸,雖然參與派對的學子之間互相協助,軍警消努力投入搶救的精神令人動容,可是也突顯國人「居安思危」的觀念仍舊不足,科學知識的應用更是缺乏。期望此次慘痛教訓能轉化為日後的教育題材,藉此產生正面效果,讓憾事不再發生。

(作者為經濟部中央地質調查所構造與地震地質組技佐)