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題名 | 矽甲烷外洩的引燃行為、安全設計與應變措施= |
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作者 | 陳政任; 蔡曉雲; |
期刊 | 化工技術 |
出版日期 | 20140100 |
卷期 | 22:1=250 2014.01[民103.01] |
頁次 | 頁56-79 |
分類號 | 555.56 |
語文 | chi |
關鍵詞 | 矽甲烷; 自燃性氣體; 爆炸; |
中文摘要 | 矽甲烷(Silane)是半導體、光電、太陽能電池產業中最常用的特殊氣體,且為一自燃性氣體,通常在室溫下外洩會立即引燃,但高壓下矽甲烷的外洩卻不會立即引燃,而在流速降低後發生自燃,若先前外洩的矽甲烷累積在侷限空間中,則延遲的自燃便可能造成侷限空間爆炸,南科某太陽能電池廠在2005年11月發生過矽甲烷爆炸事故即肇因於矽甲烷外洩延遲自燃的特性,這表示矽甲烷外洩有著高度的爆炸潛在危害,但迄今,矽甲烷外洩至空氣的引燃機制和條件仍不確定,使得矽甲烷的操作與使用的安全設計仍有爭議。 本文的目的在透過有系統的測試,尋找純矽甲烷外洩至空氣中立即引燃之明確的條件,期能正確地了解矽甲烷外洩至空氣中引燃的機制和條件,以能提供更好的矽甲烷安全設計與操作。 本文以高純度的矽甲烷,透過遠端數位遙控系統,利用質量流量控制器限制其流量,藉由電子四向閥的開關切換,讓矽甲烷以穩態的流速排至靜止的大氣中,期間由高速攝影記錄矽甲烷在穩態下流出至大氣中的立即或延遲引燃的影片進行分析,並確認以下結果:(1)矽甲烷的引燃與否是由矽甲烷的流速所控制而非外洩的壓力。(2)對一固定排放管徑,可發現當矽甲烷的流速低於某一臨界流速時,矽甲烷會立即引燃,高於此臨界流速則不會引燃,臨界流速隨排放管徑的增加而增加,但兩者關係為非線性。(3)在臨界流速以下,矽甲烷引燃的距離與流速成正比,依據層流噴射的空氣挾帶理論可求得當矽甲烷濃度降至約75%時,具有最強的反應性,也是自燃的反應核心。以上結果與其他碳氫化合物如甲烷、正庚烷在高溫下的自燃行為相近,故可推論矽甲烷在高速下外洩不會自燃是導因於高速流動所造成自燃反應核心的冷卻(quench)效應。 本文再針對純矽甲烷在不同溫度下和在極低溼度環境下以不同管徑進行穩定流速的外洩測試,結果顯示當矽甲烷溫度上升時發生延遲引燃的出口臨界流速將隨之上升,且隨著溫度的提升,有降低延遲引燃發生的可能性。而在極低溼度環境下,矽甲烷外洩發生延遲引燃的出口臨界流速也比在一般環境下外洩發生延遲引燃的出口臨界流速來的高,確認水氣具有抑制矽甲烷自燃反應的能力,所以在極低溼度環境下有降低延遲引燃發生的可能性。 在確認矽甲烷外洩的引燃行為後,本文最後針對矽甲烷的安全設計與外洩應變措施提出建議,期望將能有助於發展更安全的矽甲烷操作系統,進一步預防矽甲烷爆炸的事故。 |
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