矽甲烷開放空間之安全防護

近年來台灣半導體業大幅成長，因此矽甲烷在半導體業的應用也十分 廣泛，也引起多起矽甲烷的工安事件。2011 年 9 月 16 日清晨 5 點多，某面 板公司后里廠發現矽甲烷鋼瓶(約 450 公升、125 公斤)有外洩現象，立即通 知供應廠商更換，但在廠商抵達前，洩漏氣體於上午 9 時許自行引發燃燒，

該廠之緊急應變人員立即以水霧灑水降溫，並將火勢控制在鋼瓶周圍。本 案發生後，在該面板公司的相關應變程序及持續灑水下，立即受到控制，

發生洩漏之鋼瓶位於獨立區隔之建物(氣體房)內，與廠房建物及其他原物 料保持相當安全的距離，火勢未影響到廠房及製程，無人員受傷，對營運 亦無影響。當天下午即將洩漏鋼瓶內之矽甲烷抽出，移至另一安全鋼瓶內，

現場狀況已全部解除。由於矽甲烷氣體接觸空氣就會燃燒，廠區人員以水 柱降溫隔離火勢，並通知消防單位協助，研判是鋼瓶瑕疵造成氣體外洩，

幸好是非毒性氣體不會造成危害。這起意外事故因該廠商於供應系統中安 裝洩漏偵測系統，否則後果將不堪設想。[15]

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圖 4 矽甲烷工安危害事件(一)洩漏起火點源[2]

上圖 4，洩漏源起火點在壓力釋放裝置(Pressure Relief Device，PRD) 產生外洩現象後，洩漏氣體經過一段時間後自行引發燃燒。

圖 5 矽甲烷工安危害事件(二)災害現場[2]

上圖 5，為何火警自動灑水設備未啟動？地板與周邊是乾的？因該廠自 動滅火系統之設定為 UV／IR 及火警探測器必須同時發現異常才可起動，導 致而目前的預警系統完全失效，無任何作用。

圖 6 矽甲烷工安危害事件(三)現場滅火[2]

上圖 6，該廠之緊急應變人員立即以水霧灑水降溫，在消防人員抵達迅 速撲滅火勢，火場受到控制。發生洩漏之鋼瓶位於獨立建物(氣體房)內，

與廠房建物及其他原物料保持相當安全的距離，火勢未影響到廠房及製 程，無人員受傷，對營運亦無影響。當天下午即將洩漏鋼瓶內之矽甲烷抽 出，移至另一安全鋼瓶內，現場狀況已全部解除。

本事意外故建議事項：

1. 必須找尋第三公正單位鑑定事故原因(避免由氣體供應商自己鑑定，

以防有球員兼裁判之現象發生)。

2. 應避免同樣事情及類似事故之發生。

3. 應要求氣體供應商提供處理本類事故之緊急應變器材。

4. 此次事件業者危害認知不足，一開始誤判自清晨 5 點開始外洩到 9 點 發現火災，中間歷經交換班時間顯得有所疏忽，且應變不夠迅速，應 再強化物質危害特性認知知教育訓練，並檢討現有緊急應變機制之合 宜性。

5. 自動滅火系統之水霧作動建議改成 UV/IR 或火警探測器有一發現異常 即起動，而目前二者同時發現才作動。

根據許多研究機構的研究調查歸納顯示，矽甲烷外洩的事故中絕大部 分會造成火災，其中的事故有些是在氣體供應系統中所發生的，如發生在 換鋼瓶過程。在台灣半導體產業的發展中，矽甲烷造成事故，多為切錯管、

不當排放等，導致少量矽甲烷外洩、燃燒，因此了解矽甲烷的特性有其必 要性。

根據勞工安全衛生設施規則 (民國 98 年 10 月 13 日修正)第 185-1 條，

針對雇主在矽甲烷的使用上有其規範 [16]。雇主對於常溫下具有自燃性之 矽甲烷之處理，除依高壓氣體相關法規規定外，應依下列規定辦理：

一、氣體設備應具有氣密之構造及防止氣體洩漏之必要設施，並設置氣體 洩漏檢知警報系統。

二、氣體容器之閥門應具有限制最大流率之流率限制孔。

三、氣體應儲存於室外安全處所，如必須於室內儲存者，應置於有效通風 換氣之處所，使用時應置於氣瓶櫃內。

四、未使用之氣體容器與供氣中之容器，應分隔放置。

五、提供必要之個人防護具，並使勞工確實使用。

六、避免使勞工單獨操作。

七、設置火災時，提供冷荥用途之灑水設備。

八、保持逃生路線暢通。

形成未限制蒸氣雲爆炸必須先有物質洩漏，蒸氣雲濃度在燃燒上下限 間，並達到穩定態，最後要有引火源產生。以矽甲烷而言，引火源是流量 降低或關閉時。以氣瓶櫃而言影嚮蒸氣雲爆炸為釋放燃料的量及釋放速率 及型態、阻檔物、限制區間釋放型態、風速及風向也會決定蒸氣雲的位置 及尺寸。而燃燒源位置、型態及燃燒延遲則決定蒸氣雲規模及蒸氣雲爆炸 的爆炸能量。探討如下:

一、閥件被關閉燃燒：

在 FMRC 及 UC 實驗中指出在閥件被關閉時，會持續產生爆炸聲或「POP」

聲。一種例子是釋放至地面或建築物，加上非常低的風速，會在釋放 點形成蒸氣雲，如立即關閉釋放，引起燃燒，造成如覃造雲似中央燃 燒。較非中央燃燒(尾部或側邊)或由拉長形狀蒸氣雲過壓力危險性大。

二、緩慢降低流量：

因氣瓶櫃內氣體用盡或閥件在離洩漏端很遠處被關上，當噴嘴速度減 少時，矽甲烷在釋放口變得因傳導而點火。這種結果將導致最糟的中 央蒸氣雲燃燒。

三、未侷限空間蒸氣雲爆炸（UVCE）：

因為內部過壓而造成容器失效或在開放空間累積燃燒迅速引起爆炸 波。這些現象如果發生在室外，則會造成破壞性的過壓力。UVCEs 不同 型態有爆炸，爆燃及大量自動燃燒。

爆燃是一種放熱反應，如非常快速易燃性粉塵或空氣中蒸氣氧化。未 燃燒物質以低於音速進行。質量傳送機制是延燒的來源。爆炸是一種放熱 反應，因建立及維持反應引起振波存在特徵。在反應區間物質進行速度大 於音速。加熱機制原理是因震波壓縮。震波機制是延燒來源，而這些反應 在開放空間中產生震波。

大量自燃參與反應的所有顆粒同時燃燒，當自性氣體在大量自燃情況 下燃燒時，不會產生燃燒波，且物質在任何點變成燃燒產物，蒸氣雲每一 個部份立即升至燃燒氣體狀況。蒸氣雲在燃燒時沒有時間擴張。壓力上升 速度應為無限且沒有任何可完全控制的功能。在完全開放空間下，矽甲烷 氣體大量洩漏，會造成延遲燃燒而造成爆炸的適當條件，但 UVCEs 釋放與 蒸氣雲形成的頻率是很低的，結果是不會有爆炸危險。

在室外供應矽甲烷時，引燃蒸氣雲造成過壓力，有室外侷限空間及亂 流形成。矽甲烷洩漏通常會燃燒，在局部侷限空間爆炸區間的形成，由高 度亂流狀況產生，易生成爆炸。蒸氣雲中央的阻擋物不但加速混合且增加 火焰速度，引起較高的過壓力。即使侷限非常小，依其破壞情形來看，仍 有爆炸情形出現。足夠面積開放空間及空氣流量造成釋放矽甲烷立即燃燒 減少爆炸之風險。

矽甲烷輸送系統，可使自供應的氣源傳輸矽甲烷到另一定點的系統，

其使用管路銜接內部傳送器及/或使用此物質；矽甲烷氣體輸送系統的管路 與元件包括：

■ 容器銜接

■ 製程控制盤面及整合元件

■ 沖吹氣體盤面及整合元件

■ 製程氣體盤面與沖吹氣體盤面之間的管路

■ 製程氣體盤面的出口點，此氣體可能流向建築物管路系統或如果使用 氣體供應分歧箱/模組供個別點使用的氣體供應分歧箱。

矽甲烷釋放顯現的危害是由於它具有潛在的可燃性或者爆炸。如果矽 甲烷釋放到侷限的空間，矽甲烷立即或延遲或自動點燃的效應如同當大氣 立即包圍燃燒物質時潛在嚴重的放熱與膨脹。大氣的膨脹與潛在震波經由 點燃物質的傳播可導致鄰近氣源之人員傷害與建物及設備的受損。室外區 域使用是減少或消除這些效應的方法。

依 HRC 研究結果，未侷限情況下，矽甲烷燃燒能量可以爆燃情形敘述。

低度及中度洩漏一般會立即自燃，而在中度空氣混合下，速度更快。