機電防護與防火防爆　申論題歷屆試題與參考架構

112 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   民國112年5月臺中市發生塔式起重機吊臂掉落砸中捷運車箱，導致多人受傷與1人致死的工安意外，請說明塔式起重機安全裝置之構造、功用等原理，依固定式起重機安全檢查構造標準規定，必須裝設的安全保護裝置有那些？（25分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   本題以臺中捷運塔式起重機重大工安事故為核心背景，探討塔式起重機之機械與電氣安全防護機制。塔式起重機具備高空作業、長臂架與大受風面積特性，其安全保護裝置為防止吊臂掉落、鋼索斷裂、超載傾覆與結構失穩的關鍵防線。

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2. 2

   使用二氧化碳（CO2）全區放射或局部放射方式滅火，對放射之滅火藥劑採用專用排風機排放，需具有每小時5次之換氣量，若滅火時二氧化碳（CO2）之設計濃度為34%，請問此時之氧氣濃度約為多少%？（5分）二氧化碳（CO2）容許濃度為5000 ppm（0.5％），若經專用排風機1小時5次之換氣量排放後，其二氧化碳（CO2）濃度為何？（20分）Hint：ln x=− t + c，x為CO2濃度（％），t為時間（min）

   （25 分）

   參考架構・破題

   本題測驗氣體滅火系統之窒息滅火化學原理與通風稀釋換氣模式推導。作答重點在於依空氣體積比例計算殘存氧氣濃度，並運用題示之一階濃度衰減方程，計算特定換氣次數下二氧化碳殘餘濃度，進而比對勞工法規容許濃度評估作業安全。

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3. 3

   爆炸性氣體環境的危險區域劃分，依據氣體洩漏發生之頻率及持續時間分成三級：0區（Zone 0）、1區（Zone 1）及2區（Zone 2），影響危險區域範圍的因素包含氣體洩漏率、爆炸下限、通風條件及天氣狀況等，試說明通風等級的分類及通風設備的有效性。（25分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   爆炸性氣體危險區域劃分旨在界定可燃性氣體存在之風險等級，以落實防爆電氣設備之選用。通風條件直接影響外洩蒸氣之稀釋速度、積聚程度與滯留時間，為決定危險區域範圍與等級之核心工程手段。

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4. 4

   在建築物或設備中若有可能發生粉塵爆炸，試說明防止可燃性粉塵爆炸危害的方法。（25分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   粉塵爆炸具備高燃燒速率、劇烈破壞壓力與易引發二次爆炸等高風險特性。防止粉塵爆炸危害必須針對粉塵爆炸五要素（可燃粉塵、氧氣、點火源、懸浮狀態、侷限空間），從製程改善、源頭預防、點火源控制及爆炸防護減災等多層次全方位切入。

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110 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   製造者或輸入者對於中央主管機關公告列入型式驗證之機械、設備或器具，非經中央主管機關認可之驗證機構實施型式驗證合格及張貼合格標章，不得產製運出廠場或輸入，請問職業安全衛生設施規則第 41 條中有那些機械、設備或器具公告列入型式驗證？（14 分）勞動部於中華民國107 年又有那些公告新增型式驗證項目？（4 分）請繪出型式驗證合格標章？（7 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   機械設備源頭管理為保障勞工作業安全之核心制度，型式驗證係藉由第三方公正機構檢驗把關，強制高風險產品於出廠或進口前符合法定安全標準。作答應依序歸納法定型式驗證品目、說明主管機關擴大公告項目之政策歷程，並剖析型式驗證合格標章之圖樣構造與登錄規範。

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2. 2

   請解釋何謂 VCE（Vapor cloud explosions）？（6 分）VCE 發生步驟？（ 13 分 ） 易 燃 性 氣 體 或 蒸 氣 外 洩 時 ， 在 什 麼 條 件 下 會 形 成 VCE（Deflagration 和 Detonation）？（6 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   蒸氣雲爆炸（VCE）為工業廠區最嚴重的重大危害之一，其破壞力源於大量可燃性氣體擴散後遭遇延遲點火所誘發的爆風超壓波。作答應依序界定物理化學意涵、拆解災害形成之五大連續步驟，並深入對比爆燃與爆轟在燃燒波速度、空間壅塞與激波耦合等條件上的本質差異。

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3. 3

   本質安全的工廠設計，一般具有那些特性？請說明之？（25 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   本質安全工廠設計係從製程源頭消除危害，而非仰賴昂貴且易隨時間劣化的附加控制設施與被動防護。作答應以國際公認之本質更安全設計（ISD）四大核心原則為骨幹，並結合機電防護與防爆電氣領域之本安技術，展現全方位的工程防護架構。

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4. 4

   丁烷（C4H10）6 小時的使用量 9 kg，爆炸界限為 1.6%～8.4%，今有一實驗室，其排氣設備為每分鐘排出氣體 80 公升的空氣，若丁烷發生外洩，請問在理想狀態下，最後實驗室是否有爆炸危險？（10 分）最後室內丁烷的濃度為多少 mg/m3？（5 分）如果要將實驗室內丁烷的濃度降至爆炸下限 30%以下，請問通風換氣量每分鐘至少需排出多少公升的空氣？（10 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   本題測驗實驗室易燃氣體外洩之通風稀釋計算與防火防爆風險評估。答題應以質量守恆與穩態濃度稀釋方程式為核心，詳列運算推導過程，並從動態濃度爬升歷程與局部混合不均兩方面深入論證爆炸危害性。

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109 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   請詳述細水霧滅火系統（Water Mist Fire Protection System）之主要滅火原理及優缺點。（25分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   細水霧是以高壓或雙流體噴頭產生極細水滴（一般以體積累積分布 Dv0.99 小於約 1000 μm 界定，實際以 NFPA 750 等標準定義為準），靠大比表面積快速吸熱、汽化稀釋氧氣達到滅火。答題要先定義，再把「滅火原理」與「優缺點」分段寫清楚。

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2. 2

   請說明二氧化碳滅火設備滅火之原理，並說明全區放射式二氧化碳滅火設備使用時安全裝置之注意事項。（25分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   二氧化碳滅火以「窒息」為主、冷卻為輔；但滅火濃度遠高於人體致死濃度，全區放射式設備的安全設計核心在於「放射前確保人員撤離、放射後防止誤入」。

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3. 3

   請說明電氣接地之種類及目的。（25分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   接地是將電氣系統或設備之某點以導體與大地連接，目的在穩定系統電位、提供故障電流低阻抗回路以使保護裝置動作，並避免人員感電。作答宜「依目的分類」與「依我國法規種類」兩條線並陳。

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4. 4

   一侷限空間中發生火災時，其火災成長趨勢可分成起始期、成長期、全盛期與衰退期，請說明前述各階段之防火目標、火災控制機制（Controlling Mechanisms）、感應（Detection）方式、被動式（Passive）防火方法、主動式（Active）防火方法及人類行為。 （25分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   本題要求以「火災四階段 × 六個面向」作答，最佳寫法是先簡述侷限空間火災成長曲線與閃燃，再用表格或逐階段方式，把防火目標、控制機制、偵測、被動防火、主動防火、人類行為逐一對應。

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108 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   請說明機械安全防護的目的及優點。（25 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   機械安全防護是以防護裝置與安全裝置隔離或控制機械危險點，使人員在正常操作、維修及誤操作時都不致接觸危險源。作答先說明機械危害型態，再寫目的與優點，並以本質安全與危害控制層級串連。

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2. 2

   依據工業用機器人預防標準：

   （一）何謂教導相關作業？（4 分）

   （二）何謂檢查相關作業？（3 分）

   （三）何謂協同作業？（3 分）

   （四）雇主使工作者從事教導相關作業前，如發現有異常時，應即改善並採取必要措施，應確認那些事項？（15 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   本題考工業用機器人危害預防標準中的定義與教導作業前之檢查，前三小題為名詞解釋，第四小題配分最重，須完整列出教導前確認事項及異常處置。

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3. 3

   請回答下列粉塵爆炸相關問題：

   （一）請說明影響粉塵爆炸之因素。（16 分）

   （二）爆炸性粉塵環境之電氣防爆，其危險場所的區分等級。（9 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   粉塵爆炸需同時具備可燃性粉塵、懸浮於空氣中達爆炸範圍、助燃物、點火源及侷限空間（爆炸五角形）。第一小題從粉塵性質與環境條件分類論述影響因素，第二小題寫電氣防爆的 Zone 20／21／22 區分。

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4. 4

   以化學計量方法計算正丁烷（C4H10）之理論燃燒下限（LFL）為多少？MOC（Minimum Oxygen Concentration）為多少？［假設空氣中的氧濃度為 21%］（25 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   本題以化學計量濃度 Cst 估算爆炸下限，再以 LFL 乘上氧的計量係數估算最低需氧量 MOC。答題要寫出反應式、公式、代數過程與單位，並說明估算式的限制。

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107 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   突沸（boilover）現象被視為油槽火災中最危險的情況之一，該現象依照發生條件與情形不同可分為薄層突沸（thin-layer boilover）及熱區突沸（hot-zone boilover），試說明（一）突沸（boilover）現象發生之機制及（二）薄層突沸（thin-layer boilover）和熱區突沸（hot-zone boilover）之間差異性。（25 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   突沸是重質油品槽火災時，油面下方的水被熱波加熱至沸騰汽化，體積急遽膨脹將燃燒中的油品大量噴出槽外的現象。答題先寫發生條件與機制，再比較薄層突沸與熱區突沸。

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2. 2

   請說明極早型偵煙探測器（VESDA）之原理及優缺點。（25 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   VESDA（Very Early Smoke Detection Apparatus）屬吸氣式極早期偵煙系統，以抽氣管路主動採樣空氣，送至高靈敏度雷射偵測腔分析微粒，可在火災悶燒、可見煙霧出現前即發出警報。答題要寫系統組成、偵測原理、優缺點與適用場所。

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3. 3

   某烯類化學物質可燃界線圖如下圖所示，請由圖指出下列物質性質：

   （一）空氣中可燃上下限及純氧中可燃上下限，其為何種化學物質？（20 分）

   （二）某工廠為預防該物質之爆炸，先通入氮氣再通入氧氣，試問該方法之目的及原理。（5 分）0 100 Transition Boundary Flammable 20 80 40 60 60 40 75 32 80 20 97 3 100 0 0 20 40 60 80 100

   （25 分）

   本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。

4. 4

   請依我國危險場所區域等級之劃分，說明下列事項：

   （一）各區之原理。（15 分）

   （二）影響危險場所區域範圍的因素有那些？（10 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   危險場所區域劃分是依可燃性氣體、蒸氣或粉塵形成爆炸性環境的「頻率與持續時間」分級，以選用相對應的防爆電氣設備。我國目前採 IEC 系統的 0、1、2 區（氣體）及 20、21、22 區（粉塵）。答題先寫各區定義與原理，再寫影響範圍的因素。

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106 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   依據職業安全衛生法，需要定期實施製程安全評估之工作場所有那些？（5 分）其製程安全評估方法有那些？（10 分）事業單位之工作場所發生那些情事時，應檢討修正其製程安全評估報告並留存備查？（5 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   本題考職業安全衛生法製程安全評估制度，三小題分別問適用場所、評估方法與修正時機，屬法規背誦題，須貼近法規用語完整列舉。

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2. 2

   雇主對機器人之配置應符合那些規定？（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   工業用機器人的主要危害是「可動範圍內的人員被夾、被撞」以及誤動作。配置規定的核心是讓人員能在可動範圍外安全操作、監看與停機，題目屬法規背誦題，應依職業安全衛生設施規則與機械設備器具安全標準中關於機器人的條文逐項說明，再補充設計理念。

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3. 3

   某一低壓電氣設備因維修、保養或調整時，需以活線作業方式進行，請問其安全注意事項及規定為何？（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   低壓活線作業屬感電高風險作業。原則上應「停電作業優先」，確實無法停電時才採活線作業，並以絕緣防護具、活線作業用器具、作業人員資格與監督等多重防護控制感電與短路電弧危害。

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4. 4

   請說明移動式起重機之每月定期檢查項目為何？（10 分）並請說明該定期檢查應記錄那些事項？（10 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   移動式起重機屬危險性機械，雇主除須經代行檢查機構檢查合格外，還須依職業安全衛生管理辦法實施每月定期自動檢查並保存紀錄。本題兩小題分別考檢查項目與紀錄事項，屬法規背誦題。

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5. 5

   某一氣體儲槽內含有 25℃、300 kPa、0.3 m3 的氮氣（Cp 約 1.039 kJ/kg．K @ 25℃），使用電熱器加熱儲槽內之氮氣約 3 分鐘，該電熱器電流為 2 A，電壓為 110 V，而加熱過程中對外界散失熱量 3000 J，請問最後量測之溫度為多少℃？（20 分）提示：以理想氣體計算，動態、位能、比熱值皆可忽略不計，能量守恆且等壓膨脹，其餘狀態皆可自行合理假設。氮氣理想氣體質量公式：P1V1 = mRT1（R 約 0.297 kPa．m3/kg．K） 。外界對氮氣作功公式：We = VIΔt。

   （20 分）

105 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   針對一可燃物於開放空間中被引燃，若以溫度（或熱釋放率）為縱軸，時間為橫軸，請繪出其火災歷程的溫度（或熱釋放率）隨時間變化關係，並於圖中標示及說明火災歷程的三個時期。進一步利用溫度（或熱釋放率）隨時間變化關係，說明建築物火災中的閃燃（flashover）現象和復燃（backdraft）現象。（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   本題要求畫出火災歷程曲線（溫度或熱釋放率對時間），標示成長期、全盛期（最盛期）、衰退期，再用曲線解釋閃燃與復燃（回燃）兩種現象的發生時點與機制。圖要清楚，說明要扣緊「通風」與「燃料」控制。

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2. 2

   請說明職業安全衛生法規定的危險性機械（含容量）有那些？（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   危險性機械是指具有危險性、須經中央主管機關指定之代行檢查機構檢查合格方能使用的機械，其種類與容量規定於職業安全衛生法施行細則。本題逐項列出種類與容量門檻即可，再補充管理制度。

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3. 3

   請說明在粉塵作業時需設置局部排氣裝置之規定有那些？（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   粉塵作業設置局部排氣裝置，依粉塵危害預防標準規定其構造、性能與運轉要求。答題可依「局部排氣裝置四大組成：氣罩、導管、除塵裝置、排氣機」及「性能、維護、檢查」的順序展開。

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4. 4

   請說明自動撒水設備的種類及其操作原理。（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   自動撒水設備是建築物最重要的自動滅火設備，依管內平時狀態與撒水頭型式分為密閉濕式、密閉乾式、預動式及開放式（一齊開放式）等。作答應先說明系統共同構成，再逐一說明各類型原理與適用場所。

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5. 5

   為防止電氣災害，對於所有工作人員應規定事項為何？（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   本題考職業安全衛生設施規則中，雇主為防止電氣災害應對所有工作人員規定之事項。核心精神是「未確認無電一律視為有電」、「非指定人員不得操作」、「發生事故依程序處理」。作答以法規條列為主，輔以說明。

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104 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   請說明安全防護的原則。（25 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   機械安全防護的原則可從「危害控制層級」與「防護裝置應具備條件」兩方面論述：優先以本質安全設計消除危害，其次以防護裝置隔離或停止，再輔以管理與個人防護。本題 25 分，宜兼顧原則、方法與舉例。

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2. 2

   爆 炸 有 很 多 種 形 式 ， 請 說 明 Detonation ， Deflagration ， Unconfined Vapor Cloud Explosion，Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion，Confined Explosion 的中文名稱及解釋其原理。（25 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   本題要求寫出五種爆炸型態的中文名稱並解釋原理。關鍵在區分「爆轟與爆燃的火焰傳播速度與壓力波」，以及三種場景型爆炸（開放蒸氣雲、沸騰液體膨脹蒸氣、侷限空間）的發生條件與效應。

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3. 3

   勞工安全衛生設施規則所規定之特高壓、高壓與低壓之定義為何？請依據此規則說明雇主對於勞工使用高壓或特高壓器具或電路之防護措施。（25 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   本題分兩部分：先依設施規則寫出電壓分級定義，再說明勞工使用高壓或特高壓器具、電路時雇主應採之防護措施。注意「勞工安全衛生設施規則」已更名為「職業安全衛生設施規則」，作答以現行規定為準。

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4. 4

   某工廠進行空調風管更新工程，疑似承攬商以離子切割機切割既有風管，引燃風管內的 PE 保溫材料，導致火焰於風管中蔓延，一發不可收拾，最後造成整個廠房燒毀。請針對此案例之災害可能發生原因進行探討，並且論述相關的防災對策。（25 分）

   （25 分）

   參考架構・破題

   本案屬典型「動火作業引燃可燃保溫材，火勢沿風管擴大」的承攬商施工火災。作答應以事故因果分析（直接原因、間接原因、基本原因）找出原因，再從工程、管理、承攬管理與應變等面向提出防災對策。

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103 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   氣體燃燒可分為預混燃燒（premixed burning）與擴散燃燒（diffusive burning）兩大類，請分別說明其特徵並比較其差異。（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   氣體燃燒依燃料與氧化劑在點火前是否已混合，分為預混燃燒與擴散燃燒。兩者的火焰結構、控制速率的機制與危害型態都不同，作答時先下定義，再分項說明特徵，最後用表格式條列比較。

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2. 2

   為防止靜電衍生災害，我們常利用①洩漏方式或②中和方式來防止電荷蓄積，請分別說明此兩種方式的可能作法和原理。（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   靜電災害來自電荷產生後未能消散而蓄積，達到放電能量足以點燃可燃物。防止蓄積的兩大策略：讓電荷「流走」（洩漏）或讓電荷「被抵銷」（中和），題目要求分別寫出作法與原理。

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3. 3

   二氧化碳是最常見的氣體滅火劑，請說明二氧化碳的滅火作用，及其使用優點。（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   二氧化碳是氣體系統常見的滅火劑，滅火主要靠窒息（稀釋氧氣），冷卻為輔。作答先寫滅火作用的機制，再列優點，最後補充限制與人員安全，展現完整性。

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4. 4

   請說明防爆盤（rupture disk）的功能、型式及可適用於那些系統的主要疏解裝置。（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   防爆盤（破裂盤）是非再閉式的壓力釋放裝置，在設備內壓異常升高時破裂洩壓，保護容器與管線免於破裂。作答分功能、型式、適用系統三段。

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5. 5

   依據職業安全衛生法，說明衝剪機械安全裝置的種類與機能。（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   衝剪機械是職業災害（被夾、被切）的高風險機械，職業安全衛生法將其列為須符合安全標準的機械，具體種類與機能規定在「機械設備器具安全標準」。作答依安全裝置種類逐一說明其作用原理與機能要求。

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102 年（考試時間 120 分鐘）　原卷 PDF

1. 1

   某化學工廠每日使用環氧乙烷（Ethylene Oxide）達 5 公噸，其全廠員工人數為 350名並設有勞工安全衛生組織，以此條件回答下述問題：

   （一）該化學工廠依規定是否需申請危險性工作場所？若是，請說明應申請危險性工作場所的種類及定義為何？若否，請說明未符合申請條件之原因。（5 分）

   （二）假若該工廠欲申請危險性工作場所，應參考國內那些相關法規以利申請資料的準備？（15 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   本題考危險性工作場所審查制度：先判斷環氧乙烷的使用量是否達法定數量而構成需事前審查的危險性工作場所，再列出申請時須準備資料所依據的法規。環氧乙烷為易燃、具爆炸性且有毒的化學品，判斷時要對照法定數量表。

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2. 2

   靜電放電有很多形式，主要放電方式有 Spark Discharge, Corona Discharge, Brush Discharge, Bulk Powder Discharge, Propagation Brush Discharge，請說明其中文名稱及解釋其放電原理。（20 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   靜電放電依帶電體性質、形狀與電荷密度不同而有多種型態，其放電能量差異很大，決定能否點燃氣體、蒸氣或粉塵。作答逐一寫中文名稱、發生條件、放電原理與點火危險性。

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3. 3

   （一）鍋爐操作人員為確保鍋爐操作安全，應執行那些必要工作事項？（10 分）

   （二）若工廠使用四氫化矽（Silicon Hydride），除了依高壓氣體相關法規規定外，應採取那些必要措施來避免火災之產生？（10 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   第一小題考鍋爐操作人員的法定職責（防止過熱、水位異常、壓力異常與爆炸），第二小題考四氫化矽（矽甲烷 SiH4）這類自燃性特殊材料氣體的防火措施。兩題都要分項條列，並結合法規與實務。

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4. 4

   （一）為防止火災擴大而導致人員傷亡及財產損失，消防安全設備一直是最佳的防護設備，請舉出那些消防安全設備是需定期檢修及申報當地主管機關？（10 分）

   （二）電氣設備因異常狀況而導致火災案例屢見不鮮，請說明電能如何轉變成熱能？並請舉出一個實際現象或應用。（10 分）

   （20 分）

   參考架構・破題

   第一小題考消防法的檢修申報制度，須列出需定期檢修申報的消防安全設備類別；第二小題考電氣火災成因，從電流熱效應說明電能轉熱能，並舉實例。

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5. 5

   某作業場所主要生產甲苯（Toluene）及二甲苯（Xylene）如附表，此作業區域被認定為 Zone 0 區域，以此條件回答下述問題：甲苯（Toluene） 二甲苯（Xylene）Flash Point（℃） 4.4 27 Minimum Ignition Energy（mJ） < 0.28 < 0.28 Auto-Ignition Temperature（℃） 480 480 Lower Explosive Limit（vol%） 1.2 1.0 Upper Explosive Limit（vol%） 7.1 7.0 Density 0.867 0.861

   （一）請說明 Zone 0 定義及該區域應該採取何種措施？（5 分）

   （二）某一員工進入該作業場所進行加料作業，現場可燃性氣體濃度為 30,000 ppm，該員工每移動一步將產生 104 V 的靜電，此靜電能量是否能引燃可燃性氣體？（假設人體電容值約 300 pF）（15 分）

   （20 分）

   本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。

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