走調的粉彩青春派對(一):八仙樂園塵爆事件

 
2015/11/09 王淑卿 | 國立彰化師範大學科學教育研究所博士生     2,460
 
2015年6月27日在新北市八仙樂園,原本是場歡愉的5,000人粉彩派對,準備噴灑「3公噸」的可食用的彩色玉米澱粉,看似安全無虞的材料,卻因為專業知識不足和人為疏失,導致粉塵爆炸。造成499人輕重傷,迄今3個月已累計14人死亡。

粉塵爆炸(dust explosion)是指懸浮的可燃粉塵顆粒瞬間快速燃燒。可燃物玉米澱粉的粉塵其顆粒小表面積大,即比表面積(表面積/體積,表面積/質量)大,且彩色玉米粉添加的人工色素含脂質成分,會降低燃點。加上空氣中有氧分子等助燃物,當溫度達到燃點,則造成燃燒三要素的火三角-可燃物、助燃物、達燃點,而引起燃燒。

但是為何會瞬間氣爆?除了有人抽菸外,當時推估首要可能原因是靜電,因為玉米粉末在製造、輸送或由鋼瓶噴出的過程中,大量粉塵粒子互相撞擊摩擦產生靜電,帶電荷的粉塵粒子又造成靠近的物體電荷分離,靠近的帶電荷物體會出現與粉塵粒子電荷不同極性的感應電荷,稱之為靜電感應現象(electrostatic induction),當粉塵粒子間距離愈小,造成的感應電荷愈大。玉米粉塵顆粒小,表面積大,大量粉塵粒子因摩擦撞擊產生巨大的靜電,加上靠近感應靜電物體的物質,會感應產生靜電,大量靜電可能產生火花引起易燃氣體、液體或粉塵燃燒爆炸。此外,派對現場光束電腦燈溫度過高,重低音喇叭在空氣中長時間劇烈震動摩擦,也會產生靜電。最後10月16日檢方鑑定報告認定關鍵原因是「電腦燈吸入粉塵引爆火災」。報告指出,粉塵燃點約420 ~ 500℃,369℃就會自燃;當時舞台右方的BEAM200型電腦燈溫度高達1250℃,粉塵正好被燈具上的散熱抽風扇吸入,立即在電腦燈內起火。當時空氣中不斷噴出大量粉塵,舞台下積粉已高達10公分,短短40秒內引發全場大火釀成災難。

震動又產生高溫,引起高濃度的玉米粉等小分子摩擦生熱,當溫度瞬間持續升高達燃點時,在1 ~ 2秒間會同時起火,點燃空氣中大量可燃性粉塵,造成閃燃(flashover,flash burn),火勢迅速擴大,所有可燃物體被點燃而成為火海。派對在半密閉空間-無水游泳池內,工作人員誤將高壓CO2泡沫機當作滅火器噴射地面滅火,因派對在半密閉空間的無水游泳池內,反而揚起大量玉米粉塵引起第二次塵爆。

國外合格粉彩玉米粉如荷蘭玉米彩粉商Kingdom of Colors' 的檢驗報告是防火的材料,因為製作過程有添加小蘇打和明礬作為防火劑。小蘇打即碳酸氫鈉(NaHCO3,sodium bicarbonate),可用於製造滅火器的防火劑原料,是種白色單斜晶體,受熱會分解成碳酸鈉(NaCO3,sodium carbonate)、二氧化碳和水等 三種不助燃物,溫度升高至270℃時會失去所有的二氧化碳,能覆蓋在火焰上以降低空氣中氧氣(O2)含量,達成滅火的目的。

明礬是十二水合硫酸鋁鉀(KAl(SO4)2•12H2O,potassium alum)的俗名,可作為耐燃材料的阻燃劑,在與玉米粉進行化學處理會形成不熔性薄膜覆蓋於澱粉上,可隔絕氧氣避免燃燒,提高玉米粉的防火性。難怪國外粉彩路跑或粉彩派對從未禁止抽菸,因為在原料做過程已經添加碳酸氫鈉(NaHCO3)和十二水合硫酸鋁鉀(KAl(SO4)2•12H2O)作為防火處理。反觀外表相似的彩色玉米澱粉,製作過程不同,其防火性-耐燃阻燃的材料,及助燃性-引起閃燃的材料間的差異,竟然釀成如此嚴重之人為災害。任何事件背後的科學科技原理與技術,就是專業之所在。(本文由科技部補助「學習在雲端―揭開科學與科技的神秘面紗」執行團隊撰稿)
 
 
  • 延伸閱讀:
     
    • Amyotte, P. R., Pegg, M. J. , &Khan,F. I. (2009).Application of inherent safety principles to dust explosion prevention and mitigation.Process Safety and Environmental Protection, 87(1), 35–39.
    • McGill , D.J., Sørensen, K., MacKay, I., Taggart, I., &Watson, S. B.(2007). Assessment of burn depth: A prospective, blinded comparison of laser Doppler imaging and videomicroscopy. Burns, 33(7), 833–842.
     
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