文档搜索 > Trends in Major Incidents of Semiconductor- Related Industry in Taiwan

Trends in Major Incidents of Semiconductor- Related Industry in Taiwan

Page 1
323
Research Articles
Trends in Major Incidents of Semiconductor-Related Industry in Taiwan
Accepted 2008 *Correspondence to: Chen-Shan Kao, Department of Safety, Health and Environmental Engineering, National United University, Miaoli, Taiwan, ROC / Macronix International Co., LTD. E-mail:jcsk@nuu.edu.tw Yih-Shing Duh, Department of Occupational Safety and Health, Jen-Teh Junior College of Medicine, Nursing and Management, Miaoli, Taiwan, ROC E-mail:yihshingduh@yahoo.com.tw
Trends in Major Incidents of Semiconductor- Related Industry in Taiwan
Shu Ching Chiu1, William W.-L. Lee2, Amanda L. C. Chen3, Thomas J. H. Chen1, Yih-Shing Duh4 and Chen-Shan Kao5
1Department of Occupational Safety and Health, Chang Jung Christian University, Taiwan, ROC 2Department of Occupational Safety and Health, Chung Shan Medical University, Taiwan, ROC 3Department of Engineering and Management of Advanced Technology, Chang Jung Christian
University, Taiwan, ROC
4Department of Occupational Safety and Health, Jen-Teh Junior College of Medicine, Nursing
and Management, Miaoli, Taiwan, ROC
5Department of Safety, Health and Environmental Engineering, National United University, Mi-
aoli, Taiwan, ROC / Macronix International Co., LTD.
Abstract
Reactive chemicals and combustible materials have led to numerous losses in semiconductor in- dustry in Taiwan. Fifty nine incidents were collected and analyzed on related information to provide the integrated overviews of such events in the past thirteen years. Various types of factories either in the upstream or downstream of semiconductor industry were reviewed to deduce which kind of plant is feasible to possesses the higher risk of occurrence. Different kinds of chemicals or processes were compared with each other to verify the causes which led to the higher or largest loss already happened. Accidental fires caused by silane or flammable vapors are the dominant types of incidents in the semi- conductor plant in comparison to any other types of materials. Besides, explosions, release of hazard- ous chemicals, and injuries by hazardous or corrosive chemicals are the three kinds of most common incidents encountered. Fire spread from the common exhaust duct or relief header always resulted in the largest loss among the reported events. The most serious lesson learnt from these losses was about three hundred million US dollars. Key Words: Major incident, Semiconductor industry, Loss prevention

Page 2
Journal of Occupational Safety and Health 16: 323-331 (2008)
324
Introduction
This work executed an analysis of all re- ported accidents and incidents in semiconductor- related industry in Taiwan from 1995 to 2007. In the last twenty years in Taiwan, industry makes a great progress in the productions of electronic or 3C products. Various plants, processes, equip- ments and chemicals related to safety, health and environment, problems of scale up, revamp- ing and de-bottleneck are encountered in these newly or existing companies. These problems came from the uses of highly reactive chemicals or inherently dangerous or hazardous materials. Only by thoroughly realizing the causes of these incidents, lessons can be effectively learned by case studies. These databases of incidents can serve as sources of information about the causes, types and severities to provide the materials, process areas, units or special plants for con- sequence analysis. Quantitative and qualitative analysis on major accidents is an indispensable source for the further development of the state of art in process safety technology and safety cul- ture within an enterprise. Seveso I and II directives has been imple- mented in European Union. These two direc- tives require that the Competent Authorities of the EU Member States concern the major ac- cidents, which occur in their country needed to be reported to the European Commission. Thus, the Major Accident Reporting System (MARS) has been established at the Joint Research Cen- ter in Ispra to declare the lessons should be leant from these incidents or accidents. In U.S.A, the Chemical Safety Board (CSB) was authorized by the Clean Air Act Amendments of 1990 and operated in 1998. The principal role of the new chemical safety board is to investigate accidents to determine the conditions and circumstances which led to the event and to identify the cause or causes so that similar events might be pre- vented. Congress gave the CSB a unique statu- tory mission and provided in law that no other agency or executive branch official may direct the activities of the Board. Besides MARS sys- tem, CSB in the USA, some of data source sys- tem in national level such as MHAIDAS in the UK, FACTS in the Netherlands, ZEMA in Ger- many and ARIH in France are well developed. Similar incidents or accidents in semiconductor- related industry were also collected and evalu- ated to establish the safety strategy, loss preven- tion and facility design [1,2]. Moreover, safety guidelines for semiconductor manufacturing equipment are emphasized in these regulations, international codes, standards and industrial practices [3-6]. An useful database or collection of major incidents is intended to meet these goals as fol- lowing, prevent similar incidents, learnt from incidents to reduce the risk of incidents that may be occurred, education for workforce, meet the safety guidelines or requirements in OHSA PSM, FMRC or SEMI S2 and inherently safer

Page 3
325
Trends in Major Incidents of Semiconductor-Related Industry in Taiwan
process design.
Collection of the data
Data retrieved directly or indirectly from the initial or open reports of the incidents. As a whole, some of the incidents have extremely similar characteristics, valuable data or infor- mation applied can help to avoid or reduce the probability of accident re-occurrence. Reported incidents are widely gathered from media, Emer- gency Response Information Center of EPA, Institute of Occupational Safety and Health, and Inspection Office of the Council of Labor Af- fairs and previous study of Yet-Pole I et al. [7, 8]. A descriptive table concerning the characteristic information is listed for further comparisons. All the needed details to fill this table are taken from these reports. The contents of this specific table include the following fields: Incidental number: A serious number which related to the incident in the infomationalized table. Date: the date which the incident took place. Type of incident: several type of incidents included in this database is classified under the following headings: Leak or release, fire, explosion, explosion/ fire (fire followed after an explosion). Substances: the substances that were di- rectly or subsequently involved during the devel- opment of the incident. Causes analysis: possible causes are classi- fied or induced by the companies. Consequence: descriptions on the conse- quences of the incidents are also included in the database. The overall consequences include fatalities, injuries, leak or release of hazardous materials (environmental effect), and economic loss.
Tendency of major incident in semiconductor-related industry in Taiwan
In the data structure, the authors used the common field as in other incident database for a distinct comparison and for quickly assessing important information. These statistical analyses were based on 59 reported incidents in semicon- ductor-related industry in Taiwan for a 13 years period, from 1995 to 2007. Year of occurrence: The collected incidents in semiconductor- related industry per year from 1995 to 2007 were shown in Table 1. Two larger peaks presented at 2000 and 2006 than other incidents occurred, respectively. In average, four incidents occurred per year in the semiconductor-related industry. Month of occurrence: Table 2 depicted the total occurrence of the reported incidents in semiconductor-related

Page 4
Journal of Occupational Safety and Health 16: 323-331 (2008)
326 industry per month from 1995 to 2007. An in- creased rate from April to December was ob- served in these incidents. Table 1 Number of reported incident in the semiconductor-related industry per year
Year Number of occurrence 1995 1 1996 1 1997 2 1998 1 1999 4 2000 12 2001 6 2002 3 2003 1 2004 2 2005 4 2006 16 2007 6
Table 2 Incidents occurred per month in a year
Month Number of occurrence December 8 November 4 October 8 September 4 August 3 July 6 June 6 May 7 April 4 March 3 February 2 January 4
Type of incidents: Four types of incidents are classified in these reported cases. The distribution of notified incidents per type is listed in Table 3. Fire cases are the most frequently confronted incidents in semiconductor-related plants. Release or/and leak of hazardous chemicals is the second regis- tered type of incident. Table 3 Types of incidents
Incidents Number of occurrence Fire 35 Explosion without fire 4 Release of hazardous materials 15 Explosion and fire 5
Total consequences of overall reported incidents: Table 4 listed the total consequence of re- ported incidents in the semiconductor-related industry. During the 13 years period, seven in- cidents lead to fatalities and eleven persons lost their lives, they were killed in a fire, explosion or exposure to hazardous material, respectively. In most cases, the consequence injured the engineers or employees. They were wounded, burned, cut or inhalation of hazardous materi- als. However, without any case was ascribed to the pollution to community reported due to the plants were located in industrial parks with iso- lation of green zone. Table 4 Total consequence of reported incidents in the semiconductor-related industry
Consequence Occurrence / Loss Fatalities 11 Injuries 183 Economic loss about 600 million USD(or 0.6 billion)
Substances or chemicals involved: Reactive substances or chemicals were list- ed in Table 5. These substances were present in the reported incidents due to its unstable, flam- mable, combustible or hazardous characteristics. Various categories of these substances presented

Page 5
327
Trends in Major Incidents of Semiconductor-Related Industry in Taiwan
in Table 6 were classified to be air-sensitive, re- active, hazardous, combustible, strong acid, cor- rosive acid, melt metal, light hydrocarbon, heavy hydrocarbon and oxidative material. The analy- sis considers only the general presence of these materials without linking the type of incident. Table 5 Substances involved in incidents
Substance Number of occurrence Substance Number of occurrence IPA (isopropyl alcohol) 3 H2 2 copper melt 1 Na2 S 1 SiH4 6 NH3 1 C2H2 1 HCl 3 trichloroethylene 1 HF 2 flammable substances 24 ClF3 1 oil 5 P(OCH3)3 1 nitro-cellulose 2 N2(l) 1 Cl2 3 EAC(ethyl acetate) 1
Table 6 Substances categories and substance included
Category Substances air-sensitive SiH4 reactive trifluorochlorine nitro-cellulose hazardous trichloroethylene , chlorine trichlorophos- phine , trichloromethane combustible acetylene, isopropyl alcohol, ethyl acetate strong acid hydrogen chloride corrosive acid hydrogen fluoride melt metal melt copper light hydrogen carbon toluene heavy hydrogen carbon diesel oxidative hydrogen peroxide
Operational region during the occurrence of the incidents: Table 7 listed the operational region where the incidents took place in these reported inci- dents. Most of them happened abruptly at nor- mal condition in process region. Table 8 gathered the major incidents (18 cases) occurred in the semiconductor-related plant in Taiwan from 1995 to 2007. In general, major accidents or disasters are of significant concern as sources of potentially major impacts on human life, health and the environment. The definition of a major accident stamps on the threshold criteria of resulting consequences. These criteria associate with quantity of hazard- ous materials released; fatalities; injuries of per- sons, damage to property; contaminant to fresh water or ground water and damage to cross- border. The Ministry of Labor had defined “major accidents in industry” as follows: An accident results in fatalities, or a contin- gent injure more than three persons, or a release any one of hazardous chemicals such as NH3, Cl2, HF, COCl2, H2S, SO2 and at least one person needs to be hospitalized. Explosions of silane or silane tanks took away most the lives of fatalities. Fire caught or induced from the mixture containing silane in the exhaust duct resulted in the largest economic loss in these cases. The largest fire happened in a fabrication plant cause the loss of about 300 million in US dollars. Most the engineers and employees were injured in the releases or leaks of hazardous ma- terials. Owing to the complexities of the process unit and used chemicals listed in Table 9 and Ta- ble 10, this is why the frequently occurrence of incidents encountered in semiconductor-related

Page 6
Journal of Occupational Safety and Health 16: 323-331 (2008)
328 Table 8 Major incidents occurred in semiconductor-related industry in Taiwan science 1995
Sequential number Type of company Fatalities Injuries Loss in USD Incidents 1 Semiconductor manufacturer 0 0 200 million Fire from wet bench result in the big fire in the whole plant and building 2 Semiconductor manufacturer 0 0 260 million fire from exhaust duct spread to the whole plant 3 electronic components 2 11 1.3 million under the maintenance, leakage of oil from boiler resulted a big fire spread to the whole plant 4 Semiconductor manufacturer 0 13 0 release of SiH4 resulted in an explosion and fire 5 photoelectronics 1 2 - release of Cl2 6 PCB manufacturer 1 33 - release of HCl(strong acid) 7 Semiconductor manufacturer 0 3 - release of HF 8 PCB manufacturer 1 2 - release of combustible materials resulted in a big fire spread to the whole plants 9 photoelectronics 0 9 - Release of Cl2 10 Semiconductor manufacturer 0 7 - Release of P(OCH3)3 11 PCB manufacturer 0 82 - release of HCl/Cl2 12 Semiconductor manufacturer 0 6 - Release of Cl2 13 electronic components 1 0 - frozen directly by the release of liquid nitrogen 14 photoelectronics 0 6 - release of ethyl acetate ignited and resulted in a big fire in the whole plant 15 PCB 0 33 - release of combustible materials resulted in a big fire spread to the whole plant 16 Crystal growth and wafer production(solar well company) 1 0 - explosion of SiH4 in bottle cabinet 17 Crystal growth and wafer production(solar well company) 2 0 - explosion of SiH4 in the chamber of crystal growth 18 electronic components 1 0 - release of combustible material resulted to a big fire
plants. Process or units containing highly risk include wafering, Si crystal growing, wet bench, layering, pattering, doping, epitaxy process, pro- duction of PCB (printed circuit board), storage region, piping system and exhaust duct. Comparisons of these similar major incidents among those occurred in USA and Japan: Table 11 and Table 12 showed the major incidents occurred in semiconductor-related in- dustry USA and Japan[8,9] with highly similar- ity in consequence. The fatalities caused by the explosion of silane in the operation or correction process in silane tanks. Most of the injured peo- ple are due to the inhalation or contact with the release of hazardous materials. The largest eco- nomic loss came from the fire spread from the exhaust duct to the whole building of the plant. Table 7 Operation area during the occurrence of the incidents
Operational area Number of occurrence Normal process (wafering, crystal growing, wet bench, printed circuit board production, layering, pattering, doping, epitaxy process) 43 Piping system and exhaust duct 8 storage 4 Laboratory and administration office 4

Page 7
329
Trends in Major Incidents of Semiconductor-Related Industry in Taiwan
Table 9 Classification of various companies involved in the incidents
Classification Number of occurrence supplier of electronic chemicals 4 semiconductor manufacturer 15 electronic equipment 5 photoelectronics 10 electronic components 12 PCB(printed circuit board) 8 Headquarters building 2 Solar energy wafer company 2 Information service company 1
Table 10 Various chemicals used in semiconductor-related industry
Process unit Chemicals used Epitaxy layer growth and silicon crystal growth SiH4, SiHCl3, SiH2Cl2,SiCl4, AsH3, PH3,B2H6, H2 Diffusion AsH3, AsCl3, PH3, PCl3, POCl3, B2H6, BCl3, BBr3, SiCl4, SiH2Cl2 NH3 Metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD) SiH4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiF4, NF3, CF4, CHF3, C2F6, PH3, B2H6, NH3, Ion implantation PH3, PF3, PF5, AsH3, SiF4, B2H6, BF3, BCl3 Etch HF, HCl, CF4, CHF3, CClF3, C2F6, PH3, B2H6, CBrF3, C2Cl2F4, CCl4, CH4, NF3, Ar, He, SiH4, C3F8, SiF4, SF6 Wet bench H2O2, HNO3, HCl, Isoproyl alcohol PCB process chemicals used: resins, Na2S2O8, strong acid, base, photoresist, dry film, H3BO3, NiCl2, NiSO4, Butyl acetate, propylene glycol, monomethyl ether
Table 11 Major incidents occurred in semiconductor-related industry in USA science 1984
Time Company Fatalities Injuries Description of Incidents 1984/08/24 Honeywell Inc. 0 56 release of hazardous gases from HCl/H2O2 1985/05/07 Harris Corporation (semiconductor sector) 0 6 release of hazardous chemicals 1985/10/03 NCR Corporation Microelectronics Division 0 12 employee exposed to PH3 1987/05/04 Thopson Components-Mostek Corp. 0 7 injured from the fire of exhaust duct 1987/09/04 Intel Corporation 0 5 release of hazardous solvent 1992/03/06 MEMC Electronic Materials Inc. 0 5 release of hazardous smoke 1995/04/11 Teccor Electronics Inc. 0 3 release of NO2 2001/07/11 Tulsa, OK, united States 0 138 release of PH3 from the PSV of storage tank
Table 12 Major incidents occurred in semiconductor-related industry in Japan science 1982
Year Fatalities Injuries Description Possible causes 1984 1 4 fire in exhaust duct shutdown of SiH4 supply system in CVD unit 1989 1 1 SiH4 explosion in gas cabinet errors in operation 1990 0 3 fire in exhaust duct SiH4 adsorbed or accumulated in the surface of exhaust duct reach to the auto-ignition. 1991 2 5 explosion of SiH4 bottle errors in operation 1995 0 4 release of SiH4 in gas supply cabinet errors in operation

Page 8
Journal of Occupational Safety and Health 16: 323-331 (2008)
330
Conclusions
A study on the incidents and accidents of the electronic and semiconductor industry in Taiwan has been analyzed for multiple purposes already. This is the first time that such a quest is attempted to address all the incidents of the electronic and semiconductor companies in Taiwan. A kind of systematic description on the causes of these events and consequences enhance the risk viewpoint and management ability to reduce the possibility of similar incidents to be emphasized. Therefore, it can help these electronic or semiconductor's companies to authenticate their safety problem in process, constructions, equipments and managements in advance. Thoroughly assessing the causes and descriptions on these incidents can help to reduce the possibility, consequence of incident re-occurred, to enhance loss prevention ability and promote the facility design to a more inherently safer condition.
Acknowledgements
The authors would like to thank the Na- tional Science Council of ROC for financial support of this study under Contract No. NSC 95-2221-E-407-003-MY3.
Literature Cited
1. Vincent Degiorgio, “Overview of Worldwide Semiconductor Loss Experience and Facility Design Issue”, Semiconductor Facility Ac- cident Prevention Workshop, 4-5 December, Hsin-Chu, Taiwan, ROC, 1997. 2. The Society of Japanese Semiconductor Facilities, Collections of the incidents on Semiconductor-related Facilities in Japan (in Japanese), 1997. 3. NFPA 318, Standards for the Protection of Clean Rooms, National Fire Protection Asso- ciation, 1995. 4. Semiconductor Equipment and materials In- ternational, USA, 1993; SEMI S2-93A :Safety Guidelines for Semiconductor Manufacturing Equipment: 1-12. 5. Semiconductor Equipment and materials In- ternational, USA, 1993; SEMI S3-91 :Safety Guidelines for Heated Chemical Baths: 1-3. 6. Factory Mutual Research Co. Data Sheet 7-7/17-12, Semiconductor Fabrication Facili- ties, January, 2001. 7. ITRI (Taiwan, ROC), http://w3.itri.org.tw/ac- cident/index.htm/ 8. I-Fen Hsieh and Yet-Pole I, development of Micro-Array Release Sensors, Master Thesis, National Yunlin University of Science and Technology, 2003. 9. OSHA, http://www.osha.gov/

Page 9
台灣半導體相關產業重大災害事件研究
331
論文
民國97年接受。 通訊作者:高振山,國立聯合大學環境與安全衛生工程學系,旺宏電子股份有限公司,電子郵件信箱: jcsk@nuu.edu.tw。 通訊作者:杜逸興,仁德醫護管理專科學校職業安全衛生科,電子郵件信箱:yihshingduh@yahoo.com.tw。
台灣半導體相關產業重大災害事件研究
邱淑靜
1
 李文亮
2
 蔡莉娟
3
 陳振和
1
 杜逸興
4
 高振山
5
1長榮大學職業安全與衛生學系 2中山醫學大學職業安全與衛生學系 3長榮大學科技工程管理學系 4仁德醫護管理專科學校職業安全衛生科 5國立聯合大學環境與安全衛生工程學系/旺宏電子股份有限公司
摘 要
本研究收集與分析自 1995 年至 2007 年台灣半導體相關產業重大災害事件。共收集了 59 個災害案例。探討半導體產業上、下游較具高風險性的工廠與導致災害發生的重大原因。比較 產生災害的製程或化學品,以確認何者易導致較重大災害或較大的經濟損失。災害的種類可分 為四大類型,各為火災、爆炸、爆炸引起火災及有毒或有害化學品外洩。統計分析結果以半導 體製業、PCB 製造業及電子組裝業較容易產生重大災害。發生災害事故以 2000 年及 2006 年次 數較多,而一年中較容易發生事故在電子業旺季的 5 月份至 12 月份。發生災害的次數以火災 所佔比率最高約 59%。59件災害事故總死亡人數為 11 人,總受傷人數為 183 人,設備及直接 財物損失約 210 億元新台幣。 關鍵詞:重大災害、半導體工業、損害防阻

Page 10
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第332-345頁
332
論文
民國97年5月5日收稿,97年6月21日修稿,97年8月22日接受。 通訊作者:李俊璋,國立成功大學醫學院工業衛生科暨環境醫學研究所/環境微量毒物研究中心,70428 台 南市勝利路138號10樓,電話:886-6-2353535-5596,傳真:886-6-2743748,電子郵件信箱: cclee@mail.ncku.edu.tw。
底渣處理廠勞工多氯戴奧辛/ 喃職業暴露評估研究
魏美華
1
 石東生
3,4
 黃柏菁
1
 汪禧年
3
 李聯雄
3
 李俊璋
1,2
1成功大學環境醫學研究所 2成功大學環境微量毒物研究中心 3行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所 4中國醫藥大學職業安全衛生學系
摘要
本研究旨在了解底渣處理業勞工血液多氯戴奧辛/呋喃 (Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans, PCDD/Fs) 濃度與作業環境空氣暴露及勞工健康指標之相關性。選取國內一 座底渣處理廠共36位勞工為研究對象,進行血液中PCDD/Fs濃度及生化荷爾蒙指標分析,同 時輔以健康、飲食問卷及時間-活動模式調查。亦選取廠內底渣儲存區與生產線區共2處為採樣 點,進行作業環境空氣中PCDD/Fs含量採樣分析。結果顯示,底渣儲存區及生產線區空氣中 PCDD/Fs總濃度分別為0.252及0.350 pg I-TEQ/Nm3,固相戴奧辛濃度均高於氣相 (88.4 % v.s 11.4 %),且均以OCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF及OCDF為主要污染物。依36位 勞工血清中PCDD/Fs濃度之中位數 (8.83 pg WHO98-TEQDF/g lipid) 區分為高、低濃度組後,高濃 度組血清中PCDD/Fs濃度顯著高於低濃度組,分別為12.3 及7.20 pg WHO98-TEQDF/g lipid。兩組 在17 種PCDD/Fs同源物之分布均以OCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF為主要污 染物,並與作業環境空氣分布相似。再與附近焚化廠周邊背景居民比較,發現兩組勞工血液中 戴奧辛之1,2,3,4,6,7,8-HpCDF之貢獻均高於背景居民,與空氣中PCDD/Fs同源物分布一致,顯 示廠內勞工可能由空氣途徑暴露到戴奧辛。高、低濃度組勞工之生化及荷爾蒙含量異常率均未 達顯著差異。勞工血液中PCDD/Fs濃度之影響因子解析顯示,年齡與勞工總年資為勞工血液中 PCDD/Fs濃度之主要影響因子。底渣處理廠勞工之PCDD/Fs 暴露可能和作業環境有關,目前勞 工血中PCDD/Fs濃度雖低,但因PCDD/Fs為長期累積性物質,仍宜要求勞工佩戴適當之呼吸防 護具,以降低職場暴露,確保勞工之健康。 關鍵詞:底渣處理廠、多氯戴奧辛/呋喃、作業環境空氣、血液、職業暴露

Page 11
333
底渣處理廠勞工多氯戴奧辛/呋喃職業暴露評估研究
前言
多氯戴奧辛/呋喃 (polychlorodibenzo-p- dioxins and dibenzofurans,簡稱PCDD/Fs) 為 普遍存在之持久性有機污染物,近年來無論 在環境或公共衛生議題上皆備受國際重視。 文獻已記載的生物毒性包括皮膚毒性[1]、神 經系統毒性[2]、肝毒性[3]、致癌毒性[4]及 生殖系統毒性[5],國際癌症研究署 (Interna- tional Agency for Research on Cancer, IRAC) 在1997年亦將2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p- dioxin列為「人類致癌物質」。同時由於這 類物質具化學穩定性高、揮發性低、脂溶 性高及半衰期長等特性[6],因此在環境生 態系中,易經由食物鏈產生生物累積 (bio- accumulation),致使生物體中PCDD/Fs濃度 遠高於環境介質。由於人類屬食物鏈最高級 消費者,因而較易累積至高濃度,研究顯示 人體累積之PCDD/Fs約有95%來自於飲食攝 入[7],但亦有研究指出,對職業暴露族群而 言,空氣暴露亦是主要之暴露來源[8]。 焚化底渣是由焚化爐排出的非均勻混 合產物,常包含鐵、非鐵金屬、陶瓷、玻璃 類、未完全燃燒物質與殘留的有機物質等。 依據行政院環境保護署統計資料顯示,現有 19座運轉中大型垃圾焚化廠 (不含台中縣烏 日及台東縣焚化廠),91年全年產生灰渣 (包 含底渣及飛灰) 共111萬公噸,其中底渣即 佔92萬公噸。由於近年來推動「全分類,零 廢棄」的觀念,行政院環保署於民國92年核 定之「垃圾處理方案之檢討與展望」內容指 出,未來焚化灰渣處理應以「再利用為主, 掩埋為輔」為原則,逐年提高焚化灰渣再利 用比例。我國目前規定焚化爐底渣之毒性溶 出試驗 (Toxicity Characteristic Leaching Pro- cedure, TCLP) 結果符合「有害事業廢棄物認 定標準」者,可視為一般事業廢棄物處理。 在目前環保法規許可下,焚化底渣可以合法 地進行篩分處理,以再利用方式將篩分後之 產品應用於道路級配、低密度填料、無筋混 凝土添加料、瀝青混凝土添加料、磚品添加 料、道路工程級配料及掩埋場每日覆土替代 材料等用途,以有效再利用焚化底渣。 然而,根據環保署在92-93年19座大型 及4座小型垃圾焚化廠之底渣戴奧辛含量調 查中,大型與小型垃圾焚化廠產生之底渣中 戴奧辛含量分別介於1.15-44.07 ng I-TEQ/kg 和6.87-1817.30 ng I-TEQ/kg。因此底渣處理 廠的勞工可能於底渣分類的處理過程中,暴 露高量戴奧辛。過去針對焚化廠職業暴露研 究中,Schecter等人發現焚化爐員工血液之 PCDD/Fs總濃度、HxCDFs及1,2,3,4,6,7,8-Hp- CDF顯著高於對照組[9-11],並且在運轉年數 較久的垃圾焚化爐中,操作員工血液中戴奧 辛濃度會隨著飛灰及爐渣含有戴奧辛之濃度 增加而增加[12]。Kumagai等人在日本的研究 提出,焚化爐操作員工工作年資與血液中戴 奧辛濃度是正相關,且指出進入焚化爐維修 之員工通常缺乏配帶完整呼吸防護器具,大 幅增加暴露到戴奧辛的機會[9,10,13]。在韓 國,調查焚化廠員工血液中PCDD/Fs濃度, 結果也顯示23位焚化廠員工血液中PCDD/Fs 濃度值為23.38 pg-TEQ/g lipid,32位一般居 民為13.47 pg-TEQ/g lipid,前者顯著高於後 者[14,15]。

Page 12
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第332-345頁
334 以上的資料皆顯示焚化廠勞工可能暴 露於戴奧辛環境中,且已有許多相關研究。 然而,相較於廢棄物焚化廠操作勞工PCDD/ Fs暴露評估研究,對於處理焚化廠產出含高 量PCDD/Fs之底渣處理勞工,卻缺乏相關之 暴露評估研究。因此,本研究選擇焚化底渣 處理業為研究對象,針對有暴露於焚化底渣 之虞的操作勞工,進一步評估其職業暴露情 形,以提供適當建議防範其可能造成的健康 危害。
材料與方法
1. 研究對象選取
底渣處理廠之篩選原則為依照環保署 目前公告之底渣處理業中,選擇設廠時間較 長、處理量較大、進料PCDD/Fs濃度可能較 高之底渣處理廠,並經由現場勘查以及配合 工廠意願,最後選擇A廠底渣處理廠為研究 對象。A廠於民國65年開始生產磚瓦,92年2 月轉型後開始處理台北縣三座焚化廠出產每 日約500噸之焚化底渣,並執行台北市92-94 年度及桃園縣94-95年度焚化底渣再利用計 畫,其中每日底渣進廠量約900公噸,平均 處理量約為800公噸/日,最大處理量為944公 噸/日,產品以級配 (90.3%)、鐵金屬 (8.3%) 為主。廠內使用之污染防制設備以集氣罩搭 配袋濾式集塵器及水洗塔為主,並每日定時 於底渣儲存區撒水以降低揚塵。另外,考慮 血液中PCDD/Fs濃度為長時間暴露累積之結 果,採樣對象選取則以與PCDD/Fs暴露較具 相關性之職務為優先並依勞工受檢意願,最 後篩選出勞工36人,均完成血液採樣、健康 檢查、健康問卷、飲食問卷及時間活動模式 調查工作。
2. 空氣中PCDD/Fs採樣及量測
經初步現場勘查後,選擇可能有PCDD/ Fs逸散之底渣儲存區及生產線區進行空氣中 氣固相PCDD/Fs採樣。採樣及分析方法參照 行政院環境保護署環境檢驗所公告之「空氣 中戴奧辛及呋喃採樣方法」(NIEA A809.10B) 及「空氣中戴奧辛及呋喃檢測方法」(NIEA A810.11B),以General Metal公司製造之PS-1 PUF採樣器搭配石英纖維濾紙 (quartz fiber filter, 102-105mm) 與聚胺基甲酸乙酯泡綿 (polyurethan foam,密度大於0.022g/cm3,3 英吋厚),進行連續48小時廠內空氣中氣固 相PCDD/Fs之採樣,流量設定0.225 m3/min。 另外,由於廠內落塵極為嚴重,故約4-10小 時更換一次濾紙。採集之空氣樣本依序經過 索式萃取、硫酸酸洗與酸性矽膠、氧化鋁及 活性碳等管柱淨化後,最後以高解析氣相層 析儀/高解析質譜儀 (High-resolution gas chro- matography/high-resolution mass spectrometry, HRGC/HRMS) 進行17種PCDD/Fs含量分析, 共完成2組共4個氣固相樣本之分析。空氣採 樣、樣本前處理及PCDD/Fs的HRGC/HRMS 儀器分析方法之相關品保/品管過程 (包括進 行採樣器之清洗、採樣前樣品之處理、採樣 器之現場流量校正、測漏及現場空白驗證、 前處理方法驗證、基質添加樣本驗證、同位 素標記化合物添加與回收率查核及實驗空白 樣品測試),均符合品保規範。

Page 13
335
底渣處理廠勞工多氯戴奧辛/呋喃職業暴露評估研究
3. 勞工血液採樣及一般臨床生化及荷爾 蒙指標檢測
血液採集前,先請受試勞工簽署人體試 驗同意書,然後由合格護理人員或醫檢師以 真空抽血管抽取總共約80mL之靜脈血,並由 醫師進行一般健康檢查且在旁確認受試者未 發生副作用。取得之血液靜置約1小時後離 心,各分取2.5 mL血清裝置於Ependorf試管 中以進行一般臨床生化檢查及荷爾蒙檢測。 所有血清樣品於採樣當日即運送回實驗室, 並以-70?C進行冷凍收藏,待日後進行分析。 一般臨床生化檢查及荷爾蒙檢測委由國立成 功大學附設醫院病理中心進行分析,檢測項 目包括肝功能指標如麩草酸轉胺基酵素 (Glu- tamyl Oxaloacetic Transaminase, GOT)、麩丙 酮轉胺基酵素 (Glutamyl Pyrubic Transami- nase, GPT) 及加瑪麩胺醯轉移酵素 (Gamma Glutamy Transferase, GGT),腎功能如尿素 氮 (Blood Urea Nitrogen, BUN)、血清肌酸酐 (Creatinine),血糖 (Glucose, GLU)、膽固醇 (Cholesterol, CHOL)、中性脂肪 (Triglyceride, TG)、總膽紅素 (Total Bilirubin, T-BIL) 及鹼 性磷酸酵素 (Alkaline Phosphatase, ALP) 等 13項生化檢測,以及甲狀腺刺激素 (Thyroid Stimulating Hormone, TSH)、三碘甲狀腺素 (Triiodothyroxine, T3)、甲狀腺素 (Thyroxine, T4)、睪固酮 (Testosterone, TESTO)、雌二醇 (Estradiol, E2) 共5項荷爾蒙檢測。
4. 勞工血液中PCDD/Fs量測
本研究對於血清中17種PCDD/Fs同源物 含量分析方法係參考參照行政院環境保護 署環境檢驗所公告之方法「戴奧辛及呋喃 檢測方法—同位素標幟稀釋氣相層析/高解 析質譜法」(NIEA M801.11B) 、1993年美國 Chang等學者所開發的方法[16]及美國環保 署所制定的M1613B「Tetra—through octa- chlorinated dioxins and furans by isotope dilu- tion HRGC/HRMS」標準分析方法修改而成 [17]。樣品以碳-18管柱進行萃取,並使用酸 性矽膠 (Silica gel)、氧化鎂 (Florisil) 等層析 管柱進行淨化,亦添加13C12 標定同位素內標 準品於樣品中。其中,內標準品之回收率參 考美國M1613B方法及本實驗室多次分析結 果,定為30-120%。此外,每批次樣品 (不 超過10個) 皆包含一組實驗空白和品管樣本 同時進行分析,以確保分析之準確度和精密 度。所有樣品經前處理後,以HRGC/HRMS 進行PCDD/Fs濃度分析;此外,血清中脂 肪含量測定方法為取2.5克血清樣本,以溶 劑 (MeOH, EtOH/Hexane) 重複萃取3次,靜 置待溶劑完全揮發後,以秤重法進行脂肪量 測。研究中所有血清樣品共分成五批次進行 濃度分析,品管部份均符合本實驗室所訂定 的規範。血脂部分,共分五批次進行分析, 五批次分析之品管樣本之脂肪含量平均值為 0.468%,其中一批之品管樣本濃度 (0.431%) 略低於實驗室規範0.434-0.499%,該批只有 一個實際樣本,經計算後對血液中戴奧辛 濃度影響極微,故全數納入以下章節統計 分析。最後,血清中PCDD/Fs的濃度以pg WHO-TEQ/g lipid表示。
5. 問卷調查
本研究使用之問卷包括健康問卷、飲食 問卷及時間活動模式問卷,皆以受過訓練之

Page 14
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第332-345頁
336 調查人員與受訪者進行一對一之問卷訪視, 關於每次食用量調查均以統一規格之各項實 際容器供受訪者定量。 健康問卷之設計內容主要包括 個人基 本資料, 與PCDD/Fs相關之職業暴露史及 工作環境特性、工作習慣、個人防護具使 用情形, 住家附近環境暴露情形, 個人 生活習慣 (抽菸狀況、旁流菸暴露、喝酒狀 況), 個人健康及家族病史, 藥物服用情 形, 個人健康狀態認知等因子。 飲食問卷之設計內容主要包括 食物來 源, 飲食習慣, 各種食物之食用次數及 每次食用量, 最近十年來飲食習慣改變情 形等因子,希望能由此問卷來排除員工之非 工作上的暴露 (如食入途徑),使暴露分析結 果更能夠代表實際的工作暴露情況。 時間活動模式問卷則是依受測者平日每 日最主要之活動區域加以詢問及記錄。主要 活動區域分類則以工作內容中PCDD/Fs之可 能濃度機會為劃分依據,以利未來對各暴露 程度予以不同權重。
6. 統計分析方法
所有問卷資料、勞工血液分析值及現場 環境空氣採樣之分析結果以Microsoft Execl軟 體建檔,並使用JMP 5.01 (SAS Institute, USA) 統計軟體進行資料分析。兩組間及三組間小 樣本連續變項資料分別以Wilcoxon Rank-Sum test及Kruskal-Wallis Test檢定;小樣本類別 變項則以Chi-square Test或Fisher's Exact test 檢定;血清中的PCDD/Fs毒性當量濃度和年 齡、BMI、工作年資和總工作年資之相關則 以線性迴歸進行分析。
結果
1. 作業環境空氣中PCDD/Fs
A廠之底渣儲存區與生產線區空氣中 PCDD/Fs毒性當量濃度如表1所示,分別為 0.252及0.350 pg I-TEQ/Nm3 (0.279及0.392pg WHO-TEQ /Nm3)。氣固相分布數據顯示, 底渣儲存區及生產線區作業環境空氣之毒性 當量濃度之氣固比分別為1:5.6及1:12.4,原 始濃度氣固相比分別為1:24.4及1:49.3,顯示 廠內固相PCDD/Fs濃度明顯比氣相高;而底 渣儲存區及生產線區作業環境空氣中PCDDs 與PCDFs毒性當量濃度之比值 (ΣPCDDs/ ΣPCDFs) 分別為0.58及0.60,原始濃度比分 別為2.06及1.83,顯示底渣儲存區與空氣中 PCDD/Fs毒性當量濃度之貢獻主要來自PCD- Fs,而原始濃度之貢獻主要來自PCDDs。進 一步探討17種PCDD/Fs成份含量分布如圖1, 顯示底渣處理區與生產線區原始濃度之主 要貢獻同源物皆為OCDD、1,2,3,4,6,7,8-Hp- CDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF及OCDF。 1 A廠底渣儲存區及生產線區空氣中 PCDD/Fs毒性當量濃度 (I-TEQ/Nm3)
戴奧辛/呋喃 底渣儲存區 (n=1) 生產線區 (n=1) 2,3,7,8-TCDF 0.0077 0.0090 1,2,3,7,8-PeCDF 0.0057 0.0081 2,3,4,7,8-PeCDF 0.0742 0.0968 1,2,3,4,7,8-HxCDF 0.0161 0.0252 1,2,3,6,7,8-HxCDF 0.0177 0.0232 2,3,4,6,7,8-HxCDF 0.0217 0.0292 1,2,3,7,8,9-HxCDF 0.0090 0.0146 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0.0064 0.0099 1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0.0010 0.0018

Page 15
337
底渣處理廠勞工多氯戴奧辛/呋喃職業暴露評估研究
戴奧辛/呋喃 底渣儲存區 (n=1) 生產線區 (n=1) OCDF 0.0003 0.0009 2,3,7,8-TCDD 0.0188 0.0285 1,2,3,7,8-PeCDD 0.0296 0.0471 1,2,3,4,7,8-HxCDD 0.0061 0.0083 1,2,3,6,7,8-HxCDD 0.0134 0.0161 1,2,3,7,8,9-HxCDD 0.0121 0.0150 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0.0093 0.0118 OCDD 0.0029 0.0045 ΣPCDFs 0.1598 0.2187 ΣPCDDs 0.0922 0.1313 ΣPCDD/Fs 0.252 0.350
1 A廠之底渣儲存區與生產線區空氣中17 PCDD/Fs原始濃度分布
2.勞工基本資料
完成檢測之勞工共36名,男性共29名, 女性共7名,其中含本勞24人及外勞12人。 為了解PCDD/Fs暴露對勞工健康情形之影 響,在後續分析上以勞工血液中PCDD/Fs濃 度之中位數 (8.83 pg WHO-TEQ/g lipid) 區分 為高濃度組 (18人) 及低濃度組 (18人) 勞工進 行比較。 高、低濃度組勞工之基本資料及生活 習慣如表2所示,由表可知,在年齡、體脂 肪含量、現職年資及總工作年資上,高濃度 組勞工均較高,而在BMI則高濃度組勞工較 低,但均無顯著之統計差異;生活習慣顯 示,除了在抽菸習慣達統計上顯著差異外, 其他生活習慣均無顯著之統計差異,其中高 濃度組勞工之抽菸比例較低但抽菸年數顯著 較長 (p<0.05),但整體來說,兩組勞工之抽 菸量無差異。勞工之相關暴露資料如表3, 顯示所有勞工作業中受粉塵暴露之平均時間 為4.7時/日,受粉塵暴露之勞工所佔比例達 66.7%;防護具使用類型以活性炭口罩所佔 比例最高為78.8%;橡膠手套次之為30.6%; 棉布手套再次之為27.8%。高、低濃度組勞 工在作業中受粉塵暴露之勞工比例、受粉塵 暴露之平均時間、防護具使用率、平均防護 具使用時間及防護具使用類型均無統計上之 顯著差異。 2 A廠高、低濃度組勞工基本資料及生活 習慣分布
項目 高濃度組 低濃度組 p value 性別 (人數) 男:13 女:5 男:16 女:2 - 年齡 (歲) 38.7 (24.9-58.3) 32.0 (20-44.4) 0.137 BMI 23.8 (17.3-30.4) 25.1 (18.6-41.7) 0.669 體脂肪含量 (%) 24.4 (12.6-38.6) 21.1 (8.3-34.2) 0.097 現職年資 (年) 2.4 (0.3-3.4) 2.0 (0.4-3.4) 0.263 總工作年資 (年) 5.7 (0.3-26) 2.7 (0.3-15) 0.068 抽菸習慣 不曾抽菸 (%) a 13.9 0 0.029 受二手菸或旁流 煙暴露 (%) a 19.4 16.7 抽菸者 (%) a 16.7 33.3 平均抽煙年數 (年) 21.7 (10-33) 11.5 (3-27) 0.035 平均抽煙量 (支/ 天) 22.5 (5-40) 14.2 (5-40) 0.277 飲酒習慣 飲酒者 (%) a 33.3 55.6 0.180 飲酒者平均飲酒 年數 (年) 25.0 (10-40) 15.5 (7-27) 0.092 飲酒者平均飲酒 量 (升/週) 9.3 (0.3-50.4) 0.9 (0.2-2.1) 0.549 以Wilcoxon Rank-Sum Tests統計分析;a為當期望值均 >5以Chi- square test 統計分析,期望值<5時以Fisher exact test 統計分析,* 為p<0.05者

Page 16
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第332-345頁
338 3 A廠高、低濃度組勞工相關暴露資料分
項目 全體 (36人) 高濃度組 (18人) 低濃度組 (18人) p value 職業及暴露史 粉塵暴露率 (%) a 66.7 55.6 77.8 0.157 粉塵暴露平均時間 (時/日) 4.7 (0-11) 3.9 (0-11) 5.4 (0-10) 0.305 防護具使用 防護具使用率 (%) a 80.6 77.8 83.3 1.000 防護具平均使用時間 (時/日) 4.0 (0-10) 3.4 (0-9) 4.7 (0-10) 0.252 防護具使用類型百分比 (%) a 防毒面罩 2.8 5.6 0 1.000 活性碳口罩 78.8 72.2 83.3 0.691 一般棉布口罩 0 0 0 - 防護衣 (裙) 2.8 5.6 0 1.000 棉布手套 27.8 22.2 33.3 0.711 橡膠手套 30.6 27.8 33.3 0.716 其他 0 0 0 - 以Wilcoxon Rank-Sum Tests統計分析;a為當期望值均 >5以Chi- square test 統計分析,期望值<5時以Fisher exact test 統計分析,* 為p<0.05者
在食物暴露方面,高脂肪食物之平均總 攝取量如雞鴨鵝肉、煙燻肉、花枝章魚類、 豬內臟、雞鴨鵝內臟、魚內臟及蛋類等低濃 度組勞工均高於高濃度組勞工,並皆達統計 上顯著之差異 (p<0.05);在飲食習慣方面, 低濃度組之全脂牛奶之攝取在十年中有變多 之趨勢,並達統計上之顯著差異,其於則無 顯著差異。顯示飲食可能為影響勞工血液中 PCDD/Fs濃度之因子之一。
3. 勞工生化、荷爾蒙指標檢查結果
表4為勞工13項血液生化及5項荷爾蒙 查結果,生化及荷爾蒙檢查中高、低濃度組 勞工均未達統計上顯著之差異。至於異常人 數以總蛋白質 (TP) 有16位為最高、膽固醇 (CHOL) 有15位次之、尿酸 (UA) 10位再次 之;整體而言,在總蛋白質與膽固醇檢查測 值有偏高之趨勢。勞工血液中5項荷爾蒙檢 查中,在高、低濃度組勞工均無顯著統計差 異。整體而言,異常人數以雌二醇 (E2) 有6 位為最高、睪固酮 (TESTO) 有4位次之;其 中,雌二醇之異常勞工均為男性,且在雌二 醇及睪固酮與檢查測值有偏高之趨勢。 4 A廠高、低濃度組勞工血液生化檢查結 果異常率資料分布
檢測項目 高濃度組 低濃度組 p value (18人) (18人) 血糖 6 (33.3%) 2 (11.1%) 0.229 總蛋白質 9 (50.0%) 7 (38.9%) 0.502 白蛋白 1 (5.6%) 2 (11.1%) 1.000 尿素氮 1 (5.6%) 0 (0%) 1.000 血清肌酸酐 男:0 (0%) 男:1 (6.3%) 1.000 女:2 (40%) 女:0 (0%) 1.000 尿酸 男:3 (23.1%) 男:6 (37.5%) 0.454 女:1 (20%) 女:0 (0%) 1.000 膽固醇 5 (27.8%) 10 (55.6%) 0.091 中性脂肪 2 (11.1%) 6 (33.3%) 0.229 麩草酸轉胺基酵素 3 (16.7%) 0 (0%) 0.229 麩丙酮轉胺基酵素 0 (0%) 2 (11.1%) 0.486 總膽紅素 2 (11.1%) 1 (5.6%) 1.000 鹼性磷酸酵素 2 (11.1%) 1 (5.6%) 1.000 加瑪麩胺醯轉移酵素 1 (5.6%) 1 (5.6%) 1.000 甲狀腺刺激素(TSH) 0 (0%) 0 (0%) - 三碘甲狀腺素(T3) 1 (5.6%) 2 (11.1%) 1.000 甲狀腺素(T4) 0 (0%) 1 (5.6%) 1.000 睪固酮(TESTO) 男:2 (15.4%) 男:1 (6.3%) 0.573 女:1 (20%) 女:0 (0%) 1.000 雌二醇(E2) 男:3 (23.1%) 男:3 (18.8%) 1.000 女:0 (0%) 女:0 (0%) - 當期望值均>5以Chi-square test 統計分析,期望值<5時以Fisher exact test 統計分析,*為p<0.05者

Page 17
339
底渣處理廠勞工多氯戴奧辛/呋喃職業暴露評估研究
4. 勞工血液中PCDD/Fs分析結果
如表5所示,高、低濃度組勞工血液中 PCDD/Fs平均毒性當量濃度分別為12.2及7.20 pg WHO-TEQ/g lipid,高濃度組勞工顯著高 於低濃度組勞工 (p<0.001);同源物分布顯 示,除了2,3,7,8-TCDF、1,2,3,7,8,9-HxCDF、 1,2,3,4,7,8,9 -HpCDF及OCDF外,其餘同源 物在高、低濃度組勞工均達統計上顯著差異 (p<0.05)。 5 A廠高、低濃度組勞工血液中PCDD/Fs毒性當量濃度 (單位: pg WHO-TEQ/g lipid)
PCDDs/PCDFs 高濃度組(n=18) 低濃度組(n=18) p value 2,3,7,8-TCDF 0.079 (0.033, 0.068) 0.069 (0.030, 0.061) 0.275 1,2,3,7,8-PeCDF 0.044 (0.021, 0.039) 0.030 (0.007, 0.030) 0.026* 2,3,4,7,8-PeCDF 3.87 (1.41, 3.22) 2.33 (0.52, 2.33) <0.001* 1,2,3,4,7,8-HxCDF 0.385 (0.148, 0.339) 0.235 (0.054, 0.219) <0.001* 1,2,3,6,7,8-HxCDF 0.430 (0.138, 0.389) 0.264 (0.065, 0.262) <0.001* 2,3,4,6,7,8-HxCDF 0.143 (0.058, 0.135) 0.090 (0.043, 0.085) 0.001* 1,2,3,7,8,9-HxCDF 0.039 (0.025, 0.028) 0.029 (0.018, 0.024) 0.235 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0.125 (0.106, 0.095) 0.074 (0.047, 0.062) 0.006* 1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0.004 (0.003, 0.003) 0.004 (0.002, 0.003) 0.788 OCDF 0.000 (0.000, 0.000) 0.000 (0.000, 0.000) 0.496 2,3,7,8-TCDD 1.37 (0.28, 1.34) 0.967 (0.235, 0.960) <0.001* 1,2,3,7,8-PeCDD 3.76 (1.41, 3.17) 2.24 (0.49, 2.34) <0.001* 1,2,3,4,7,8-HxCDD 0.224 (0.126, 0.207) 0.126 (0.050, 0.128) <0.001* 1,2,3,6,7,8-HxCDD 1.30 (1.10, 0.857) 0.493 (0.143, 0.485) <0.001* 1,2,3,7,8,9-HxCDD 0.260 (0.108, 0.248) 0.142 (0.049, 0.146) <0.001* 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0.175 (0.127, 0.150) 0.090 (0.029, .097) <0.001* OCDD 0.034 (0.038, 0.025) 0.015 (0.006, 0.016) <0.001* Total PCDFs 5.12 (1.71, 4.33) 3.12 (0.60, 3.12) <0.001* Total PCDDs 7.13 (2.82, 6.28) 4.07 (0.71, 4.07) <0.001* Total PCDD/Fs 12.2 (4.30, 10.9) 7.20 (1.20, 7.60) <0.001* 以算數平均值 (標準偏差,中位數) 表示。以Wilcoxon Rank-Sum Test統計分析;*為p<0.05者
圖2 為勞工血液中10種PCDD/Fs同族物 原始濃度含量百分比分布之情形。由圖可 知,高、低濃度組勞工在10種PCDD/Fs同族 物之分布相當一致。另外,高、低濃度組勞 工之ΣPCDDs/ΣPCDFs毒性當量濃度之比值 分別為1.39及1.30,顯示高、低濃度組勞工 血液中PCDFs及PCDDs分布相似。 2 A廠高、低濃度組勞工血液中10種同族物 原始濃度含量分布百分比比較

Page 18
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第332-345頁
340
5. 勞工血液中PCDD/Fs影響因子分析
針對勞工血液中PCDD/Fs影響因子進行 迴歸分析顯示,年齡 (p=0.002) 及勞工總工作 年資 (p<0.001) 與血液中PCDD/Fs毒性當量濃 度具相關性,如圖3。 3 A廠勞工血液中PCDD/Fs毒性當量濃度 與年齡及總工作年資之相關性分析
討 論
若與過去勞工安全研究所對於國內金屬 冶煉業作業場所空氣中PCDD/Fs濃度[18-19] 調查結果比較,本研究中A廠空氣中之底渣 儲存區 (0.252 pg/Nm3) 或生產線區 (0.350 pg/ Nm3) 之17種PCDD/Fs成分之總毒性當量濃度 均低於電弧爐鋼、煉鋁、煉銅、氧化鋅回收 廠 (範圍為0.473-33.1 pg/Nm3)。另外,與附近 樹林焚化廠周界空氣比較結果發現,本研究 中A廠內兩點空氣與樹林焚化廠周界空氣濃 度 (0.336 pg I-TEQ/Nm3,範圍介於0.057-0.494 pg I-TEQ/Nm3) 相似。 本研究36位勞工血液中PCDD/Fs毒性當 量濃度平均值為9.7 pg WHO-TEQ/g lipid,低 於台灣地區焚化爐周界居民 (19.7 pg WHO- TEQ/g lipid) 及A廠附近樹林焚化廠周邊居 民 (16.9 pg WHO-TEQ/g lipid) 血液中PCDD/ Fs平均值。進一步比較A廠勞工血液與作 業環境空氣中17種PCDD/Fs同源物之原始 濃度含量分布比例如圖4。由圖可知,17種 多PCDD/Fs成分中,高濃度組勞工血液中 PCDD/Fs含量百分比主要貢獻來源為OCDD、 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD及 1,2,3,4,6,7,8 -HpCDF, 與A廠底渣儲存區與生產線區空氣中之原始 濃度含量百分比分布一致,且高濃度組勞工 略高於低濃度組勞工,顯示廠內勞工可能暴 露於作業環境中所逸散之PCDD/Fs。進一步 比較A廠高、低濃度組勞工與附近樹林焚化 廠周界居民血液中17種PCDD/Fs同源物原始 含量百分比如圖5,三組間具有統計意義的同 源物為2,3,4,7,8-PeCDF、1,2,3,7,8,9-HxCDF、 2,3,4,7,8,9-HpCDF、OCDF、2,3,7,8-TCDD、 1,2,3,7,8-PeCDD及OCDD,其中OCDD及具焚 化底渣特徵的1,2,3,4,6,7,8-HpCDF同源物中高 濃度組均為最高。另外,廠勞工血液中17種 PCDD/Fs主要依序以OCDD、1,2,3,4,6,7,8-Hp- CDD及1,2,3,4,6,7,8-HpCDF為貢獻同源物,與 A廠空氣中同源物分布一致,而與以OCDD、 OCDF及1,2,3,4,6,7,8-HpCDD為主要貢獻同源 物之樹林焚化廠周界居民血液中17種PCDD/ Fs分布不同,顯示A廠勞工和附近樹林焚化廠 周界居民比較,可能有其他暴露來源。

Page 19
341
底渣處理廠勞工多氯戴奧辛/呋喃職業暴露評估研究
4 A廠高、低濃度組勞工血液中及廠內兩 區空氣中17種同源物原始濃度含量分布 百分比
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
5 A廠底渣處理業勞工與樹林焚化廠周界 居民血液中PCDD/Fs原始濃度分布比較 (Kruskal-Wallis Test;★表p<0.05) 由於文獻指出對一般民眾而言,飲食暴 露為體內之PCDD/Fs之最重要來源[7],且隨 年齡增加血液中PCDD/Fs濃度依隨之增高。 本研究中,A廠之勞工之年齡、總工作年資 及高脂肪食物之攝取皆有統計上之顯著差 異,顯示勞工之年齡、總工作年資及高脂肪 食物之攝取亦為影響勞工血液中PCDD/Fs總 毒性當量濃度之因子。 本研究A廠36位勞工血液生化檢查結果 顯示,蛋白質、膽固醇及尿酸為13項生化檢 查中,異常率較高之指標。依據研究顯示膽 固醇、尿酸、荷爾蒙等均與戴奧辛暴露有關 [20-28],Steenland 等人將900位曾經暴露於 橘劑的美國空軍退伍軍人與900位對照者比 較時,發現若其血清戴奧辛濃度越高,則血 中的膽固醇越高,但對人體心臟血管系統有 保護作用的高濃度脂肪蛋白 (High Density Li- poprotein, HDL) 則有減少的現象。另外,A 廠36位勞工荷爾蒙檢查結果顯示,在雌二醇 異常率較高,且均為男性勞工。PCDD/Fs為 環境荷爾蒙之一,研究發現生物體內荷爾蒙 會受血中PCDD/Fs濃度所影響[20,29],因此 本研究結果發現男性勞工體內雌二醇有異常 升高情形,是否受到PCDD/Fs之影響需進一 步研究。但能建議將來應定期追蹤底渣處理 業勞工之生化及荷爾蒙健康指標。
結 論
本研究中A廠空氣中之底渣儲存區或生 產線之17種PCDD/Fs成分之總毒性當量濃度 均低於電弧爐煉鋼、煉鋁、煉銅、氧化鋅回 收廠,顯示廠內空氣中PCDD/Fs較過去報告 之金屬冶煉業空氣為低。 本研究中底渣處理廠勞工之血中PCDD/ Fs平均值為9.7 pg WHO-TEQ/g lipid,該測 值低於台灣地區焚化爐附近居民血液中戴奧 辛平均值,亦低於樹林焚化廠周邊居民血液 中戴奧辛平均值。而17種多PCDD/Fs之含量 成分中,高濃度組勞工血液主要以OCDD、 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD及1,2,3,4,6,7,8-HpCDF為 主要貢獻同源物,均略高於低濃度組勞工, 但未達統計差異,此分布和作業環境空氣中 分布一致,但和附近樹林焚化廠周界居民相 異,顯示A廠底渣處理廠勞工可能暴露於來 自底渣之戴奧辛。

Page 20
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第332-345頁
342 關於A廠作業勞工血液中17種PCDD/Fs 毒性當量濃度之影響因子解析,年齡與勞工 總工作年資為勞工血液中PCDD/Fs濃度之主 要影響因子。 底渣處理廠勞工之PCDD/Fs 暴露可能和 作業環境有關,建議應強制廠內勞工佩戴足 以防制氣固相PCDD/Fs之呼吸防護具,以減 少工人PCDD/Fs暴露之機會,並定期追蹤勞 工血中PCDD/Fs,確保勞工之健康。
參考文獻
[1] Manz A, Berger J, Dwyer JH, Flesch-Janys D, Nagel S, Waltsgott H. Cancer Mortality Among Workers in Chemical Plant Contaminated with Dioxin. Lancet 1991; 338: 959-64. [2] Barbieri S, Pirovano C, Scarlato G, Tarchini P, Zappa A, Maranzana M. Long- term effects of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo- p-dioxin on the peripheral nervous system. Clinical and neurophysiological controlled study on subjects with chloracne form the Seveso area. Neuroepidemiology 1988; 7: 29-37. [3] Fries CF. The PBB episode in Michigan: an Overall appraisal. Crit Rev Toxicol 1985; 16: 105-56. [4] Eriksson M, Hardell L, Adam H. Exposure to dioxins as a risk factor for soft tissue sarcoma: A population-based case-control study. JNCI Cancer Spectrum 1990; 82: 486-90. [5] Mastroiacovo P, Spagnolo A, Marni E, Meazza L, Bertollini R, Segni G. Birth defects in the Seveso area (Italy) after TCDD contamination. JAMA 1988; 259: 1668-72. [6] Rappe C. Sources of PCDDs and PCDFs. Introduction: Reactions, levels, patterns, profiles and trends. Chemosphere 1992; 25: 41-4. [7] Fries GF. A review of the significance of animal food products as potential pathways of human exposures to dioxins. J of Anim Sci 1995; 73: 1639-50. [8] Chen HL, Shih TS, Huang PC, Hsieh CY, Lee CC. Exposure of arc-furnace-plant workers to polychlorinated dibenzo-p- dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs). Chemosphere 2006; 64: 666-71. [9] Schecter A, Cramer P, Boggess K, Stanley J, Olson JR, Kessler H. Dioxin intake from US food: result from a new nationwide food survey. Organohalogen Compd 1996; 28:320-4. [10] Kumagai S, Koda S, Miyakita T, Yamaguchi H, Katagi K, Yasuda N. Polychlorinated dibenzo-p-dioxin and dibenzofuran concentrations in the serum samples of workers at continuously burning municipal waste incinerators in Japan. Occup Environ Med 2000; 7: 204-10. [11] Kumagai S, Koda S, Miyakita T, Ueno M. Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofuran concentrations in serum

Page 21
343
底渣處理廠勞工多氯戴奧辛/呋喃職業暴露評估研究
samples of workers at intermittently burning muncipal waste incinerators in Japan. Occup Environ Med 2002; 59: 362- 8. [12] Schecter A. Papke O. Ball M. Lis A. Brandt-Rauf P. Dioxin concentrations in the blood of workers at municipal waste incinerators. Occup Environ Med 1995; 52: 385-7. [13] Kumagai S, Koda S, Oda H. Exposure evaluation of dioxins in municipal aste incinerator workers. Industrial Health 2003; 41: 167-74. [14] Kim Y, Yang SH, Kim M, Shin DC. PCDD and PCDF exposures in workers and con- trols living near an industrial waste incin- erator. Chemosphere 2001; 43:985-7. [15] Kim HS, Kim BH, Lee SJ, Chang YS. Lev- els of PCDD/Fs and dioxin-like PCBs in the blood of Korean workers and residents. Organohalogen Compound 2002; 58: 257- 60. [16] Chang RR, Jarman WM, Hennings JA. Sample cleanup by solid-phase extraction for the ultratrace determination of poly- chlorinated dibenzo-p-Dioxins and dioben- zofurans in biological sample. Analytical Chemistry 1993; 65: 2420-7. [17] Washington, DC. USEPA-1613. Tetra through octachlorided dioxins and furans by isotopic dilution HRGC-HRMS. 1994. [18] Huang PC, Shih TS, Hsieh CY, Lin YC, Liao PC, Lee CC. Exposure assessment of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs) for workers of secondary ferrous metal smelting refining plant -electric arc furnace. Journal of In- stitute of Occupational Safety and Health 2004; 12: 301-14. [19] Liu YH, Huang PC, Liao PC, Shih TS, Yang HY, Lee CC. Exposure assessment of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs) for workers of secondary aluminum smelting plants. Jour- nal of Institute of Occupational Safety and Health 2005; 13: 12-22. [20] Steenland K, Calvert G, Ketchum N, Mi- chalek J. Dioxin and diabetes mellitus: an analysis of the combined NIOSH and Ranch Hand data. Occupational & Envi- ronmental Medicine 2001; 58: 641-8. [21] Moses M, Lilis R, Crow KD, et al. Health status of workers with past exposure to 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin in the manufacture of 2,4,5-trichlorophenoxya- cetic acid: comparison of findings with and without chloracne. Am J Ind Med 1984; 5: 161-82. [22] Hoffman RE, Webb KB, Evans RG., Knutsen AP, Schramm WF, Staake JL, et al. Health effects of long-term exposure to 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin. JAMA 1986; 255: 2031-8. [23] Michalek JE, Ketchum NS, Longnecker MP. Serum dioxin and hepatic abnormali- ties in veterans of Operation Ranch Hand.

Page 22
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第332-345頁
344 Ann Epidemiol 2001; 11: 304-11. [24] Calvert GM, Willie KK, Sweeney MH, Fin- gerhut MA, Halperin WE. Evaluation of se- rum lipid concentrations among U.S. work- ers exposed to 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo- p-dioxin. Arch Environ Health 1996; 51: 100-7. [25] Calvert GM, Wall DK, Sweeney MH, Fin- gerhut MA. Evaluation of cardiovascular outcomes among U.S. workers exposed to 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin. En- viron Health Perspect 1998; 106 (Suppl 2): 635-43. [26] Triebig G, Werle E, Papke O, Heim G, Broding C, Ludwig H. Effects of dioxins and furans on liver enzymes, lipid pa- rameters, and thyroid hormones in former thermal metal recycling workers. Environ Health Perspect 1998; 106: 697-700. [27] Longnecker MP, Michalek JE. Serum di- oxin level in relation to diabetes mellitus among Air Force veterans with background levels of exposure. Epidemiology 2000; 11: 44-8. [28] Calvert GM, Sweeney MH, Deddens J, Wall D K. Evaluation of diabetes melli- tus, serum glucose, and thyroid function among United States workers exposed to 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p -dioxin. Occup Environ Med 1999; 56: 270-6. [29] Grubbs W, Wolf W, Michalek J. The air force health study: an epidemiology investi- gation of health effects in air force person- nel following exposure to herbicides. 1992 follow up examination results. Springfield, VA; Nation Technical Information Service Publication, 1995.

Page 23
345
Research Articles
Occupational Exposure Assessment of PCDD/Fs for Workers in Bottom Ash Treatment Plant
Accepted 22 August, 2008 Correspondence to: Ching-Chang Lee, Department of Environmental and Occupational Health Medical Collego, National Cheng Kung Chiversity, TEL: 886-6-2353535#5596, E-mail: cclee@mail.ncku.edu.tw
Occupational Exposure Assessment of PCDD/Fs for Workers in Bottom Ash Treatment Plant
Mei-Hua Wei1, Tung-Sheng Shih3,4, Po-Chin Huang1, Shi-Nian Uang3, Lien-Hsiung Li3, Ching-ChangLee1,2
1Department of Environmental and Occupational Health, Medical College of National Cheng Kung University 2Research Center for Environmental Trace Toxic Substances, National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan 3Institute of Occupational Safety and Health, Council of Labor Affairs, Taipei, Taiwan 4Institute of Environmental Health, China Medical University
Abstract
The objectives of this study were to investigate the health effects of polychlorinated dibenzo-p- dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs) exposure and to investigate associations between environmental exposure in bottom ash treatment plants and the serum PCDD/Fs of workers. For this study, 36 workers were recruited from a bottom ash treatment plant, and their serum PCDD/Fs levels, blood biochemistry, and hormones examination indices were determined. At the same time, their personal exposure data and time activity pattern were collected with questionnaires. Levels of airborne PCDD/ Fs in the bottom ash storage area and treatment area were measured at 0.252 and 0.350 pg I-TEQ/ Nm3, respectively. Particle bound PCDD/Fs levels were higher than gaseous PCDD/Fs in the bottom ash storage and treatment areas. OCDD, 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD, 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF, and OCDF were the main congeners. The 36 workers were sorted into high and low level groups based on their mean serum PCDD/Fs level. The serum PCDD/Fs levels were 12.3 and 7.20 pg WHO98-TEQDF/g lipid in the high and low level groups respectively. OCDD, 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD, 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF were the major congeners in the high-level group, and the congener pattern was the same as for the airborne PCDD/Fs. There were no statistically significant differences in the blood biochemistry and hormone examinations between the two groups. The regression data showed that serum PCDD/Fs were highly correlated with seniority and age. Thus, the senior workers may have been exposed to higher levels of PCDD/Fs emitted from bottom ash treatment processes. The usage of personal protective measures was suggested to reduce exposure to PCDD/Fs. Key Words: Bottom ash treatment plants, PCDD/Fs, Airborne, Serum

Page 24
346
Research Articles
Journal of Occupational Safety and Health 16: 346-357 (2008)
Accepted 3 October, 2008 Correspondence to: Cheng-hang Lan, Department of Occupational Safety and Hygiene, Chung Hwa University of Medical Technology, Tainan, Taiwan, No. 89 Wen-hwai 1st St. Jen-te hsiang, Tainan hsien, Taiwan, E-mail: hang@mail.hwai.edu.tw, Tel: 886-6-2671214 ext.807, Fax: 886-6-2894928
Evaluation of Erythemal UV Effects from Shield Metal Arc Welding Processing
Cheng-Ping Chang 1, Sheng-Huei Ho2, Chiung-Yu Peng3, Cheng-Hang Lan2
1Institute of Occupational Safety and Health, Council of Labor Affairs, Executive Yuan, Taipei,Taiwan 2Department of Occupational Safety and Hygiene, Chung Hwa University of Medical Technology, Tainan,
Taiwan
3Graduate Institute of Occupational Safety and Health, Kaohsiung Medical University, Kaohsiung, Taiwan
Abstract
Ultraviolet radiation (UVR) exposure is known to cause potential effects such as erythema in skin. Arc welding processing scatters bright light with high levels of UVR emission including full UV spectrum (UVA, UVB, and UVC). This study established a comprehensive approach to monitor erythemal UVR magnitude from Shield Metal Arc Welding (SMAW) processing. The irradiances from welding UVR are calculated with biological erythemal effective parameter (Sλ) for human skin expo- sure assessment. The spectral weighting function for UVR measurement and evaluation is followed by the CIE (Commission Internationale de l'?clairage, International Commission on Illumination) action spectrum. The UV Index (UVI) is an irradiance scale computed by multiplying the CIE erythemal irradi- ance integral in mili-Watts per square meter by 0.04 m2 mW-1. The average UVI values at 50, 100, 200, and 300 cm from arc welding are 121, 53, 11, and 6, respectively. From this study, complete details of the erythemal UVR emission spectrum and exposure dose on human skin exposure assessment were established and could be further evaluated by the environmental solar simulation of the UVI exposure. Key Words: Ultraviolet radiation (UVR), Erythema, Arc welding, UV Index (UVI)

Page 25
347
Evaluation of Erythemal UV Effects from Shield Metal Arc Welding Processing
Introduction
Welding arcs exceeding the UV radiation guidelines in seconds within a few meters of the arc can cause workers, bystanders and passers- by to be overexposed to UV. Those welding tasks include assembling, cutting, trimming, or scarfing metal objects using arc-cutting equip- ment [1-2]. UVR has direct effects on human tis- sues such as conjunctivitis and keratitis in eyes and erythema in skin. Eye injury is a common occupational disease encountered in arc welding and can be easily noticed and monitored. Where- as the condition is generally known as“welder's flash,”professional welders may constitute some portion of cases, but welders who perform weld- ing might neglect occasionally dermal injury [3- 5]. UVR from arc welding significantly increase the risk of skin or ocular malignancy in welders. Skin exposure to UV can cause severe burns, mostly without prior warning [6]. In previous study, a clearly defined effec- tive irradiance and detailed information on the conditions of welding measurement described completely with the level of UVR emitted by arc welding has been reported [7]. The method of this research differs in another respect from pre- vious study for evaluating the UVR erythema effects based on the CIE (Commission Interna- tionale de l'?clairage, International Commission on Illumination) action spectrum [8]. Erythemal UV effects were investigated from SMAW with commercial spectroradiometry devices to give complete details of the erythemal UVR emis- sion spectrum and exposure dose. The effects of various welding distances from the arc were ex- amined and the irradiance measurements were performed using spectroradiometer instruments with a linear CCD (cosine corrective detector) array detector with an optical bench, which ac- cepts light energy transmitted through single- strand optical fiber and disperses it via a fixed grating across the linear CCD array detector. A continuous welding record procedure was used and analyzed to conquer the difficulty in mea- suring UVR from arc welding with fluctuant emission. The UV Index is an irradiance scale com- puted by multiplying the CIE erythemal irradi- ance integral in mili-watts m-2 by 0.04. The term "erythema" refers to the reddening of the skin due to sunburn or artificial light exposure. An erythemal action spectrum, for a particular bio- logical effect, can be expressed in terms of the effectiveness of radiation at each wavelength as a fraction of the effectiveness at a certain stan- dard wavelength. The spectral erythemal emis- sion of SMAW processing was applied to evalu- ate the effects related to the environmental solar- simulation UVR exposure.

Page 26
348
Journal of Occupational Safety and Health 16: 346-357 (2008)
Methods and Materials
Shield Metal Arc Welding (SMAW) Processing Welding machines are widely used in in- dustry. The SMAW process is conventionally performed manually known as stick-electrode welding and the most common among the weld- ing processes. In the SMAW process, the elec- trode acts as a consumed material and is kept vertical to the welding path moving tangential to the welding path. An E6011-type electrode is used and its core wire diameter is 4 mm. The welding current command is set to 250 A with working current recording around 95 A. The UVR level was measured while the welding arc was struck and maintained on a flat plate of mild steel for 20 s at 50, 100, 200, 300 cm and 50 cm with protection material (mask and gloves) placed horizontally upward at above 30 degree. A set of welding instruments (Kao Dean Hard- ware Co. Ltd.) was utilized to strike and extin- guish the torch (the arc). The welding arc voltage was set with the AC Arc Generator of 220V. UVR Irradiance measurement from SMAW The UVR measurement experiment system was described in detail in previous study [7, 9]. A brief description is as follows. An ultraviolet spectroradiometer (USB-4000, Ocean Optical Inc.) was used to measure UVR emitted from SMAW. This meter measures UVR in the wave- length range 250~400 nm. The UVR meter was calibrated with DH-2000-CAL calibration (Ocean Optics Inc. NIST-traceable Calibration from 220-1050 nm to provide absolute spectral intensity in ?W/cm2/nm) before UVR measure- ment. The UVR measurement was recoded with continuous 20 seconds exposure. The CCD de- tector head of the UVR meter was attached to the spectroradiometric system that allowed the adjustment of position and angle. The aperture of the detector head was fixed at a given angle and a given distance from the center of the tra- jectory of the arc, and was turned to face it. The UVR irradiance was measured at various dis- tances (50~300 cm) and 50 cm with protective materials from the arc. The measurement was recorded continuously during 20 seconds of ex- posure time for each condition. The original UV irradiance (Eλ) was retrieved and exported to Microsoft ExcelTM software for actinic spectral irradiance calculation. The UV spectrograms were deployed and transformed by using Micro- soft ExcelTM spreadsheets analysis. Erythemal UV effective irradiance calculation The intensity of the UV radiation was mea- sured using a USB-4000 spectrometer equipped with a CCD detector for a UV range from 250 to 400nm. The spectral emission and intensity data were combined to calculate the spectral power distribution: ΣEery = Σ Eλ Sλ ?λ where ΣEery = effective irradiance (?W cm-2)

Page 27
349
Evaluation of Erythemal UV Effects from Shield Metal Arc Welding Processing
Eλ= spectral irradiance from measurements ?W ( cm-2 nm-1) Sλ= relative spectral effectiveness factor for ery- thema (unitless) ?λ = bandwidth of the measurement (nm) Different Eλ values were obtained from the spectrum reading and all the measured ?λ was set to 1 nm in this study. TheΣEery effective ir- radiance weight function from CIE indicates the degree of harmfulness of erythemal UVR as a function of the wavelength of UV irradiance. The biological weighting formula of ΣEery is calculated from the sum of the total integration of Eλ multiplying Sλ and Δλ. For UV induced erythema (sunburn), the action spectrum ad- opted by the CIE (Commission Internationale de l'?clairage, International Commission on Illumi- nation) action spectrum [8] is: Sλ = 1 when 250 nm < λ < 298 nm, Sλ = 100.094(298-λ) when 298 nm < λ < 328 nm, Sλ = 100.015(139-λ) when 328 nm < λ < 400 nm. An integration of the spectral emission and the biologically weighted effectiveness factors (Sλ) results in biologically weighted erythemal effective irradiance.
Results
Spectral irradiances of SMAW Fig. 1 shows the spectral irradiances and the erythemal Eery actinic spectrum curve (tri- angle points) and the Eeff actinic effective curve (circle points) from ICNIRP guidelines. Both function curves demonstrate similar pattern because of the relative maximum sensitivity be- tween 250-300 nm used as a standard weighting function. The relative effectiveness parameters of both actinic function fall dramatically from 310 to 400 nm. Thus, the significant effects of both actinic irradiances are demonstrated for wavelength between 250 to 300 nm. By using an adequate set of Sλ data points in Microsoft ExcelTM spreadsheets, the biological weighted irradiance values can be integrated in the UV wavelength range from 250 to 400 nm conve- niently and efficiently to obtain the total effec- tive irradiance (ΣEery) in ?W cm-2. The spectral irradiance shows fluctuating peaks among 250 to 400 nm from arc emission. The spectra of the spectral erythemal Eery and actinic Eeff irradi- ances display peaks corresponding to the spec- tral irradiance pattern at between 280 to 300 nm wavelengths. Above 310 nm wavelengths, the spectra of both effective irradiances demonstrate similar decreased pattern because the relative effectiveness parameters fall dramatically in UVA wavelength range. Different from erythe- mal weighting value of 1 from 250 to 298 nm, the spectrum of actinic UV weighting value of 1 based on 270 nm shows a main peak around 270 nm and drops slightly at 270 to 300 nm wave- lengths. Both spectral biological effective irradi- ances from the arc welding emission correspond to the peaks of the measured spectral irradiance with the biological effective weighting param- eters.

Page 28
350
Journal of Occupational Safety and Health 16: 346-357 (2008)
Fig. 1 Spectral irradiances of arc welding from actinic and erythemal function evaluation. UV Index and allowance time for Skin type I The erythemal UV index (UVI) is an es- timation of the UV levels that are important for the effects on human skin, where 1 unit equals 25 mW m-2. The resulting erythemally weighed ultraviolet radiation in mili-watts per square meter is multiplied with 0.04 m2 mW-1 to get an unitless UVI value. During 20 seconds of con- tinuous arc welding UV measurement, the UVI levels were plotted in Fig. 2. The UVI calculated from arc welding processing at 50 cm with an average value 112 for solar-simulation means from exposure category“extremely high”, even to be an unrealistically high level for the expo- sure category. In this respect, the arc welding ex- posure as described here could contribute to the UV burden of the operators or by-standers with high risk of skin damage. High UVI levels can enhance adverse health effects from acute and tremendous exposure in arc welding processing. Fig. 2 also shows the allowance time for erythe- ma according to the UVI levels calculation. Skin type I (100 Jm-2 to 300 Jm-2) with an effective dose around 200 J m-2 approximately equivalent to 1 MED from four main skin groups was se- lected to estimate the allowance time exposure from arc welding at 50 cm. The harmful effects of UV radiation depend not only on the received UV dose but also on the sensitivity of the in- dividual. The term MED is used as a unit of exposure dose and a representative value is cho- sen for sun-sensitive individuals. The average allowance time exposure from arc welding at 50 cm for erythema of Skin type I is demonstrated to be between 1 to 2 minutes. The UVI values varied from 50 to 200 due to the fluctuation of optical emission in arc welding processing. Fig. 2 Allowance time of Skin type I for erythe- ma and UVI from continuous arc welding at 50 cm. Erythemal UV exposure time of 4 main Skin types Table 1 lists an erythemally-weighted exposure time allowed for 4 main skin types classified by MEDs from arc welding UVI per session. The decreases in the UVI assessment correspond to distance increases from 50 cm to

Page 29
351
Evaluation of Erythemal UV Effects from Shield Metal Arc Welding Processing
300 cm as measured from the arc welding UVR emission. The average UVI value of 53 from 100 cm shows that 2.9 to 12 minutes allowance ex- posure time from 4 skin types causes erythema. The allowance exposure times from 200 and 300 cm extend to more than 15 and 23 minutes, respectively, on the most susceptible Skin type I. The UVR exposure doses from 200 and 300 cm distances demonstrate UV levels associated with similar daily solar exposure. The UVI 11 from 200 cm means exposure category “extremely high” and highly dangerous for erythema. Ex- posure to solar UVI at 11 is suggested to expose for less than 65 minutes for 4 main skin types. The allowance time for erythema tends to in- crease for these 4 main skin types by MEDs (Fig. 3). The most susceptible skin type I has the least exposure time allowed for UVR. For the measurement involving protective materials, however, the UVI values were diminished tre- mendously from arc welding. The UVI of mask and glove from 50cm arc welding were 2.7 and 3.1 which belong to solar categories “Low”and “ Moderate”. The allowance time of both mask and glove from arc welding UVR for erythema tends to last more than 44 minutes on the most susceptible skin type I. Fig. 3 Allowance time of 4 skin type for ery- thema from continuous arc welding at 50 cm. UVI of various distances follow the inverse square law The UVI from the arc welding monitoring weighted by the standard CIE action spectrum could be used as an erythemally effective radia- tion. The UVI was found to be inversely pro- portional to the square of the distance from the arc, as predicted by the inverse square law (Fig. 4). The equation for the effective irradiances in terms of the inverse square of the distance is empirical formula derived from continuous UVI data points.

Page 30
352
Journal of Occupational Safety and Health 16: 346-357 (2008)
Fig. 4 UVI (all data points) at various distances from the arc. The trend line represent UVI in inverse proportion to the square of distance (inverse square law).
Discussions
A comprehensive approach to evaluating erythemal UVR magnitude from shield metal arc welding (SMAW), which is the most com- mon type of welding used in industry, was es- tablished in this study. This is the first paper to study the erythemally effective radiation from arc welding UVR weighted by the standard CIE action spectrum. The irradiance from welding UVR was calculated with the biological erythe- mal effective parameter (Sλ) for human dermal exposure assessment. Arc welding processing scatters UVR emission covering the full UV spectrum (UVA, UVB, and UVC). A continu- ous welding record procedure was applied and overcame the major difficulty in measuring UVR from arc welding with the instability of the welding operation. Welding arcs can exceed the UV radiation guidelines in seconds within a few meters of the arc. Workers, bystanders and passers-by can be overexposed to UV from the arcs if engineering controls are inadequate. In previous study, UVR from arc welding demonstrated to be actually hazardous to the eye and skin according to the evaluation following the American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) guidelines. The assessments were mainly fo- cused on eye injuries including UV actinic, blue light and retinal thermal hazard evaluation from arc welding exposure [7]. Eye injury at the workplace is common worldwide, especially for welding workers. Welders reported a higher level of ocular symptoms and repeated occupational UVR exposure through welding is associated with obvious photokeratoconjunctivitis (PKC). The PKC is known as “photophthalmia” caused by ultraviolet (UV) light, specifically UVB ra- diation. Occupational disease among welders engaging in arc welding, also called “welder's flash” or “arc eye” has been well documented. High risks of ocular melanoma have been report- ed in exposure to welding UVR [10-12]. In Table 1, the tmax of 0.3 minute at 50 cm demonstrates that optical hazard in the welding workplace is really a major concern. Case-control studies have shown that arc welders are at increased risk

Page 31
353
Evaluation of Erythemal UV Effects from Shield Metal Arc Welding Processing
of developing ocular melanoma. The evidence linking welding to ocular melanoma addressed that welders postulated the increased exposure to UVR with the probable cause of ocular mela- noma [2, 13-14]. Table 1 The erythemally-weighted exposure time allowance of 4 types of skin classification of MEDs to arc welding processing per session.
UVI ΣEerythema ( W m-2) Erythemal time for Skin Type I (min.)a Erythemal time for Skin Type II (min.)b Erythemal time for Skin Type III (min.)c Erythemal time for Skin Type IV (min.)d ΣEeff tmax (min.) 50 cm 112 (54~270) 2.80 1.3 (0.7~2.0) 2.6 (2.0~3.3) 3.8 (2.6~4.9) 5.6 (3.3~7.9) 0.3 100 cm 53 (15~84) 1.32 2.9 (1.5~4.4) 5.8 (4.4~7.3) 8.4 (5.8~11) 12 (7.3~18) 0.6 200 cm 11 (3.6~24) 0.28 15(7~22) 30 (22~37) 42 (30~55) 63 (37~89) 3.2 300 cm 6 (3.9~11) 0.15 23 (12~35) 46 (35~58) 67 (46~87) 98 (58~139) 4.9 50 cm glove 2.7 (2.6~3.5) 0.069 49 (24~73) 97 (73~122) 140 (97~183) 207 (122~292) 11 50 cm mask 3.1 (2.4~3.2) 0.077 44 (22~65) 87 (65~109) 125 (87~163) 185 (109~261) 10
a t = J m-2 / W m-2 , so allowance time from the range of 100 (J m-2) / ΣEerythema (W m-2) to 300 (J m-2) / ΣEerythema (W m-2) b t = J m-2 / W m-2 , so allowance time from the range of 300 (J m-2) / ΣEerythema (W m-2) to 500 (J m-2) / ΣEerythema (W m-2) c t = J m-2 / W m-2 , so allowance time from the range of 400 (J m-2) / ΣEerythema (W m-2) to 750 (J m-2) / ΣEerythema (W m-2) d t = J m-2 / W m-2 , so allowance time from the range of 500 (J m-2) / ΣEerythema (W m-2) to 1200 (J m-2) / ΣEerythema (W m-2)
Despite the welding flashes damaging the eye, the exposure levels coincidently cause dam- age to the skin. Typically, the welder has only mild discomfort on the skin initially but may suffer from severe pain, marked burns, redden- ing of the skin, sunburn and swelling, which may be very severe several hours later. The most serious long-term effect of repeated exposures to welding UVR is the induction of skin cancer. The non-melanoma skin cancers (NMSCs) are basal cell carcinomas and squamous cell car- cinomas. The status of ultraviolet light as the major aetiological factor in NMSC is well estab- lished. Five cases of non-melanoma skin cancer (NMSC) occurring in welders with occupation exposure to non-solar ultraviolet irradiation have been reported [15]. The possible role of non-solar sources of ultraviolet irradiation should not be overlooked in the welding UVR exposure. From this study, the UVI of 112 at 50 cm means from exposure category “extremely high” to even an unrealistically high level. Such high levels of UVR may enhance adverse health effects and increase the risk of skin damage from acute tre- mendous UVR exposure. Skin injury by UVR exposure from 100 cm arc welding is still po- tentially severe because of a high UVI value of 53. Acute high levels of UV irradiation (a single exposure) induce DNA lesions such as cyclobu- tane-pyrimidine dimmers (CPDs) and 6-4 pho-

Page 32
354
Journal of Occupational Safety and Health 16: 346-357 (2008)
toproducts (6-4PPs). The CPDs and the 6-4PPs make up around 75 and 25%, respectively, of the UV-induced DNA damage products. The 6-4 photoproducts are formed at 5'-T-C-3', 5'-C-C- 3', 5'-T-T-3' sites in DNA. These DNA lesions are toxic and mutagenic. Both classes of lesions dis- tort the DNA helix could lead to DNA mutations if they are not repaired [16]. If the DNA damage caused by UV irradiation is too severe and can- not be repaired, apoptotic pathways are activated to eliminate damaged cells. Besides, the actinic damages of cumulative DNA damage resulting from recurrent, acute DNA injury and from the effects of chronic inflammation could ultimately lead to the development of skin cancers [17]. The total erythemal exposures can be ex- pressed in terms of the UV Index for solar-sim- ulation from the arc welding emission weighted by the standard CIE action spectrum. The aver- age erythemal effective irradiance is 2.8 W m-2 and an extremely high UVI value of 112 (54 to 270) at 50 cm. The UVI values from arc weld- ing at 100, 200, and 300 cm distances are 53 (15 to 84), 11 (3.6 to 24), and 6 (3.9 to 11), respec- tively. The UVI levels are inversely proportional to the square of the distance from the arc (Fig. 3), as predicted by the inverse square law. The UVI levels would have decreased more rapidly with distance increase as the same as previous study with the effective irradiance inversely pro- portional to the square of the distance [7]. This relationship between the UVI and distance can be useful in evaluating erythemally weighed ir- radiance of UVR hazard in workplaces. From the inverse square law, the erythemal UV hazard on welders must be severe due to the welder be- ing usually closer to the strike of arc than 50 cm. One study has reported that a welder using gas metal arc welding with hands are very close to the welding arc, risking skin damage from UVR exposure. The welder had five squamous cell carcinomas on his hands without any history of frequent or prolonged sun exposure [6]. Protective materials (glove and mask) can decrease the UVI values to around 3 from haz- ardous arc UVR exposure. From a case-control study for the risk of skin cancer possibly at- tributable to welding, welders were observed to have skin erythema and small scars from burns, but did not find a link between welding and the development of skin cancer due to good protection and the length-of-exposure period being limited [18]. It is recommended that weld- ers should be fitted with appropriate protective materials for protection from dermal hazard. Besides, personnel other than welders, such as passers-by, should be aware to protect by sur- rounding the immediate welding area with ap- propriate personal protective equipments. More complete design studies are needed to find the safety distance and protective materials for UVR exposure from arc welding processing. These issues should be considered in future study for evaluating the risk of skin injury from arc weld- ing operations. Exposure to UVR sources from arc weld-

Page 33
355
Evaluation of Erythemal UV Effects from Shield Metal Arc Welding Processing
ing need to consider the associated hazards. Those hazards include effects of UV radiation, units of measuring UV radiation, recommended UV exposure limits, types of UVR biological actinic mode, and protective effect of UV ex- posure. The erythemal UVR measurement and the skin exposure assessment were established to evaluate the simulation of the environmental solar UVI exposure in this study. The UV In- dex for solar-simulation from the arc welding emission weighted by the standard CIE action spectrum for erythemal UV effects is somewhat complicated to determine. The limit is based on the wavelengths of the specific region of the UV spectrum to which the individual is exposed, the duration of the exposure, and the intensity of the radiation. In this specific erythemal exposure assessment, however, can provide the direct and simple indicator to evaluate individual exposed UV radiation sources attend impacting of human dermal hazard.
Conclusion
Erythemal UV effects were investigated from SMAW emission with commercial spec- troradiometry devices to give complete details of the erythemal UVR emission spectrum and exposure dose. Welders should be informed of the potential risk of eye injury from arc weld- ing, and the increasing notice of dermal impacts on large portion of human body. In the assess- ment of non-solar sources of UV radiation, arc welders in particular need to be provided with purpose-specific protective equipment for poten- tial health hazards of UV radiation. The key to effectively reducing UV exposure is to properly shield the source and to require that users wear the appropriate personal protection. Protective materials (glove and mask) ameliorate the UVI to acceptable erythemal effective levels from hazardous arc UVR exposure. The erythemal UVR measurement and the skin exposure as- sessment were established to evaluate the simu- lation of the environmental solar UVI exposure. A better understanding of the interaction be- tween UV radiation and the skin should lead to harnessing the beneficial aspects of UV irradia- tion and minimizing the harmful effects.
Acknowledgement
This work was supported by IOSH 96- H309, the Council of Labor Affairs (CLA), Ex- ecutive Yuan of Taiwan.
Reference
[1] Okuno T, Ojima J, Saito H. Ultraviolet ra- diation emitted by CO2 arc welding. Ann. Occup Hyg 2001; 45: 597-601. [2] Lyon T. Knowing the dangers of actinic UV emission. Welding J 2002; 81: 28-30. [3] Sliney DH. How light reaches the eye and its components. Int J Toxicol 2002; 21: 501-9.

Page 34
356
Journal of Occupational Safety and Health 16: 346-357 (2008)
[4] Longstreth JD, de Gruijl FR, Kripke ML, Takizawa Y, van der Leun JC. Effects of increased solar ultraviolet radiation on hu- man health. AMBIO 1995; 24: 153-65. [5] Krasnovidov VS, Lysak VF, Osipovich VK. Skin and eye injuries induced by solar UV- radiation. Space Biol Aerosp Med 1991; 4: 46-50. [6] Dixon AJ, Dixon BF. Ultraviolet radiation from welding and possible risk of skin and ocular malignancy. Med J Aust 2004; 181: 155-7. [7] Peng CY, Liu HH, Chang CP, Shieh JY, and Lan CH. Evaluation and Monitoring of UVR in Shield Metal Arc Welding Pro- cessing. Health Physics 2007; 93: 1-8. [8] McKinley A and Deffey BL. A reference action spectrum for ultraviolet induced erythema in human skin.” in Humen Ex- posure to Ultraviolet Radiaton: Riskes and Regulations, (W.F. Passchier and B.F.M. Bosnajakovic, eds.), International Congress Series, Elsevier, Amsterdam, The Nether- lands, 1987. [9] Chang CP, Liu HH, Peng CY, Shieh JY, Lan CH. UVR Measurement of A UV Ger- micidal Lamp. Health Physics 2007; 92: 242-50. [10] Goodner EK. Eye injuries, in LaDou J (ed): Occupational & Environmental Medicine, 2nd ed. Stamford, Appleton & Lange. pp 106 ; 1997. [11] Turut P, Isorni MC, Sicard C, et al: Macular photoinjury caused by a welding arc on an eye with an implant. Bull Soc Ophtalmol France 1986; 86:857-9. [12] Brittain GP. Retinal burns caused by expo- sure to MIG-welding arcs: report of two cases. Br J Ophthalmol 1998; 72:570-5. [13] Holly EA, Aston DA, Ahn DK, Smith AH. Intraocular melanoma linked to occupa- tions and chemical exposures. Epidemiol- ogy 1996; 7:55-61. [14] Guenel P, Laforest L, Cyr D, Fevotte J, Sabroe S, Dufour C, Lutz JM, Lynge E. Occupational risk factors, ultraviolet radia- tion, and ocular melanoma: a case-control study in France. Cancer Causes Control 2001; 12: 451-9. [15] Currie CL, Monk BE. Welding and non- melanoma skin cancer. Clin Exp Dermatol 2000; 25: 28-9. [16] Sinha RP and H?der DP. UV-induced DNA damage and repair: a review. Photochem Photobiol Sci 2002; 1: 225-36. [17] Matsumura Y and Ananthaswamy HN. Toxic effects of ultraviolet radiation on the skin. Toxicology and Applied Pharmacol- ogy 2004; 195: 298-308. [18] Emmett EA, Buncher CR, Suskind RB, Rowe KW. Skin and eye diseases among arc welders and those exposed to welding operations J Occupat Med 1981; 23: 85-90.

Page 35
遮蔽金屬電弧焊接產生紅斑紫外線之效應評估
357
論文
民國97年1月15日收稿,97年9月23日修稿,97年10月3日接受。 通訊作者 : 藍崇翰,中華醫事科技大學 職業安全衛生系,台南縣仁德鄉文華一街89號,電話:886-6- 2671214 ext.807,傳真:886-6-2894928,電子郵件信箱:hang@mail.hwai.edu.tw。
遮蔽金屬電弧焊接產生紅斑紫外線之效應評估
張振平
1
 何聖輝
2
 彭瓊瑜
3
 藍崇翰
2
1行政院勞工委員會 勞工安全衛生研究所 2中華醫事科技大學 職業安全衛生系 3高雄醫學大學 職業安全衛生研究所
摘要
紫外線暴露會造成皮膚紅腫的潛在影響,電弧電銲過程中發射涵蓋所有紫外光區域 (紫外 線A,B,及C) 的強烈紫外線。本研究建立一完整的評估方法,監測由遮蔽金屬電弧焊接產生 的紅斑紫外線強度。將電弧紫外線的原始輻射與生物紅斑有效參數 (Sλ) 相乘積,獲得生物紅 斑有效劑量以進行人體皮膚之暴露評估,該光譜權衡公式及計算遵循國際光照協會所頒佈之指 引。 紫外線指數可視為一種輻射劑量指標,計量方式由國際光照協會計量之紅斑有效輻射總 積分值,再乘上0.04 m2 mW -1 (依定義每一紫外線指數等於25mWm-2)。電銲在距離50,100, 200,及300公分計算後之紫外線指數值,分別為121,53,11,及6。本研究建立完整詳細的紅 斑紫外線有效輻射的計量,及針對人體皮膚暴露劑量的評估模式,未來也將可以應用紫外線指 數來研究環境太陽紫外線的模擬暴露影響評估。 關鍵詞:紫外線、紅斑、電弧電銲、紫外線指數

Page 36
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第358-369頁
358
論文
民國96年10月6日收稿,97年2月1日修稿,97年9月11日接受。 通訊作者: 熊映美,行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所,221台北縣汐止市橫科里橫科路407巷99號, 電話:886-2-26607600,傳真:886-2-26607731,電子郵件信箱:chiun@mail.iosh.gov.tw。
台灣爆裂物製造勞工肝腎功能之調查
熊映美
1,2
 楊 燦
3
 陳秋蓉
1
 王 琳
4
 陳昱林
5
 顏世雄
1
1行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所 2國防醫學院微生物免疫研究所 3美和技術學院健康事業管理系 4中國勞工安全衛生管理學會 5元培科技大學環境工程衛生學系
摘 要
本研究共進行6家爆裂物製造工廠勞工健康相關問卷調查,暴露組肝腎功能相關的健康檢 查資料完整的勞工共105人,來自工礦炸藥、煙火以及爆竹製造工廠,三類工廠勞工分別為41 人、53人及11人,分布於台灣南部及北部之山區及濱海地區。對照組共42人,由爆裂物無關之 行政教學人員組成。 問卷調查統計分析結果發現暴露組勞工群與對照組的自覺症狀百分比差異顯著,鼻喉刺激 感、呼吸道過敏以及嘔吐症狀的盛行率在暴露組較對照組高 (p<0.05)。暴露組吸菸者百分比較 高。健檢結果統計分析顯示,暴露組勞工血中麩草酸轉胺基酶 (aspartate aminotransferase, AST) 與麩丙酮酸轉胺酶之平均值與對照組無顯著差異,但AST異常率則顯著較高;代表腎功能的血 中尿素氮 (blood urine nitrogen, BUN) 之平均值及異常率在暴露組均高於對照組。 依工廠類型分群統計發現,肝功能未因工廠種類不同而有顯著差異;肌胺酸校正之BUN 平均值以煙火製造群為最高,尿液尿膽紅素陽性率亦以該群為最高。經抽菸、性別及年齡控制 後之BUN差異仍達到顯著性。 總結本研究發現煙火製造勞工群之腎功能受到工作因子影響最大。 關鍵詞:爆裂物、勞工、肝功能、腎功能

Page 37
359
台灣爆裂物製造勞工肝腎功能之調查
前 言
爆裂物主要包含了火藥、炸藥、爆竹 以及煙火等,部分相關原料已被證實對生物 體有毒性。研究報告指出塗抹含有硝化甘 油 (nitroglycerin, NTG) 的軟膏會引起接觸性 皮膚炎[1]。在毒理學及組織病理學的研究發 現,陸生蠑螈暴露於1公斤含有5公克的高劑 量環三亞甲基二硝胺 (Research Department Explosive, RDX, 化學名為cyclotrimethylene- trinitramine) 的土壤,造成明顯的毒性及體重 降低,證明RDX會經由亞慢性皮膚接觸引起 毒性[2]。2003年 Kucukardali等人發現RDX 可引起口服毒性,症狀包括:全身性強直性 痙攣 (repetitive generalized tonicclonic convul- sions)、昏迷 (postictal coma)、嗜眠症 (leth- argy)、精神紊亂 (confusion)、尿失禁 (hyper- reflexia)、記憶喪失 (postictal amnesia)、噁 心 (nausea)、嘔吐 (vomiting) 等徵狀[3]。將 搖蚊 (Chironomus tentans) 暴露於三硝基甲苯 (trinitrotoluene, TNT) 濃度低於 200 mg/kg沒 有影響,暴露濃度在 400 mg/kg 和 1000 mg/ kg 時,經由測量體重發現幼體生長變慢, 體重顯著減少。若將老鼠分組每天分別給 予口服 5 mg/kg 或 125 mg/kg TNT,連續13 週,在老鼠上引起下列毒性反應,包括:貧 血 (anemia),血膽固醇過高症 (hypercholes- terolemia)、肝腫大 (hepatomegaly)、脾腫大 (splenomegaly)、睪丸萎縮 (testicular atrophy) 等症狀[4]。目前對火炸藥的原料是否引起職 業性健康問題資料不足,台灣也僅有零星的 調查。因此本研究將對火炸藥業者進行相關 症狀疾病的盛行率進行調查。 研究論文亦指出煙火中多氯苯酚 (chlori- nated benzenes & phenols) 類原料在高溫燃燒 爆炸後會產生多氯二聯苯戴奧辛 (polychlo- rinated dibenzo-p-dioxins, PCDD),多氯二苯 駢呋喃 (polychlorinated dibenzofurans, PCDF) 等有毒物質[5],每公斤毒性當量 (Toxic Equivalent, TEQ) 殘留物中可能含有142 ng八 氯戴奧鋅及呋喃 (octachlorinated dioxins and furans) 以及 0.05~ 1,400 mg 六氯苯 (hexachlo- robenzene)。文獻記載在四○年代,暴露6年 及10年的勞工因肺部疾病死亡,以及暴露35 年在含鋁煙火粉末的勞工有因心臟衰竭猝死 之病例[6]。但也有暴露超過40年勞工的肺部 沒有出現病兆、肺活量也沒有衰退;有部分 勞工產生運動神經障礙 (motor disturbances) 及不同於阿滋海默 (Alzheimer's dementia) 的 癡呆症。某些罹患癡呆症勞工脊髓液中含鋁 量過高,其餘勞工則在正常範圍內[6]。 動物實驗結果顯示小白鼠、大鼠及天竺 鼠暴露於含氧化鋁/六氯乙醇煙火燃放後煙 塵中,除了高劑量暴露會造成小鼠死亡外, 其餘存活的動物進行解剖後,結果發現主要 毒性都在肺組織。暴露劑量在每天1小時每 週5天暴露100次後,發現高劑量暴露小鼠有 顯著肺泡增生性的癌病變,同樣病變產生情 形在所有暴露組均較對照組顯著較高。肺部 發炎反應與脂肪肝也發現有組間差異[7]。 大鼠暴露於二氧化鈦-六氯乙烷 (titanium di- oxide-hexachloroethane) 及鋅-六氯乙烷 (zinc- hexachloroethane) 的燃燒煙塵後,前者導致 急性毒性之大鼠數目較含鋁原料煙塵為低。 主要傷害是引起肺部組織發炎,而繼發的

Page 38
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第358-369頁
360 肺部水腫 (pulmonary edema) 及充血 (blood congestion) 則會造成死亡[8]。亦有研究推測 煙塵中毒性物質可能不是四氯化鈦 (TiCl4) 及 二氯鋅 (ZnCl2),然而報告指出在空氣中四氯 化鈦濃度370 mg/m3 和2900 mg/m3 暴露十分 鐘均未造成死亡;而二氯鋅暴露十分鐘的半 致死劑量已測出為2000 mg/m3。國內為了鑑 別及安全目的,對發射火藥的成分有分析報 告[9-11];對硝化甘油與國軍彈藥製造及檢修 人員,軍方也曾以問卷及健檢進行勞工健康 問題的流行病學調查研究[12,13],但其他爆 裂物相關健康調查則尚未見報導。 本研究目的為收集爆裂物質製造工廠安 全衛生資料以及勞工健康狀況資料、瞭解該 類作業勞工自覺症狀與肝腎問題。
研究方法
調查方式係先進行工廠訪視,了解使用 原料種類及數量以及各流程物料型態,並蒐 集如環境測定及員工健康檢查紀錄等安全衛 生資料。繼而以勞工個人問卷訪視,收集基 本資料、疾病史及工作史等,並進行醫生問 症及健康檢查,了解相關症狀及健康問題。 統計分析健康相關資料與工作危害因子之相 關性,以釐清工作相關因子否與自覺症狀有 關。並瞭解台灣爆裂物製造工廠勞工肝腎等 健康問題。
1. 工廠訪視
本研究係以問卷方式,針對國內各煙 火、爆竹及炸藥業者寄送問卷,藉以瞭解各 相關業別使用原料之種類,以及涉及該作業 的各工作別的保護措施及設備。工廠問卷係 經由內政部登記的相關行業及網路蒐集資料 建立之名冊為寄送對象,內容包括工廠之作 業方式、雇用勞工人數、可能暴露的勞工人 數、作業 (部門) 別、設施之有無、個人防護 設施之使用情形等。
2. 勞工個人問卷訪視
個人問卷之內容包括:勞工基本資料、 工作史、生活習慣、工作衛生狀況,健康狀 況詢問、既往病歷、以及有關鼻喉刺激感、 眼睛刺激感、頭暈、噁心、嘔吐等中毒相關 症狀等。自覺症狀詢問範圍有頭部、腹部、 眼睛、皮膚、呼吸道及感覺障礙等。其中頭 部症狀包括:頭暈、頭痛、疲倦、失眠,憂 慮或急躁等;腹部症狀包括:噁心、嘔吐、 腹瀉、腹痛,食慾減退;感覺症狀包括:痙 攣、關節痛,關節酸麻;眼睛過敏包括:眼 睛紅痛、眼睛乾澀,眼睛怕光流淚等;皮膚 症狀包括:皮膚變黃、皮膚發癢,出現紅 疹;呼吸道過敏包括:咳嗽、鼻塞、咳嗽帶 痰、呼吸困難或急促,呼吸道有刺激感等。 問卷先行寄送給勞工填寫後,再當面訪談進 行補充修正。
3. 勞工健康檢查
選取有意願參加訪視及健檢之工廠全 體員工施以一般健檢及肝腎功能檢查,暴露 組及對照組均在同一年度由同一家健檢公 司,以相同檢測方法完成檢查。一般項目包 含:身高體重、血壓量測、血液常規等。血 液常規值以血液分析儀 (Sysmex.) 測定。血 液檢體肝功能檢查包括:血清麩草酸轉胺基

Page 39
361
台灣爆裂物製造勞工肝腎功能之調查
酶 (aspartate aminotransferase, AST) 與麩丙酮 酸轉胺脢 (alanine aminotransferase, ALT); 腎功能檢查包含:血中尿素氮 (blood urine nitrogen, BUN) 及肌胺酸 (creatinine)。尿液採 用尿液試驗試紙 (Bayer) 檢測,檢測項目包 括:血尿、尿膽素原 (urine bilirubinogen)、 膽紅素 (bilirubin)、尿蛋白質、尿中亞硝酸、 酮尿、醣尿、尿酸鹼值等,其中血尿、尿膽 素原、膽紅素、尿蛋白質均代表腎功能障 礙。
4. 統計分析方法
在本研究中,所有資料收集完成後均以 Microsoft 之Excel 輸入電腦,之後轉入SPSS 軟體進行統計分析。其中對各項調查項目進 行描述性統計,數值性項目先依照暴露組及 對照組進行兩組間檢測值的統計分析,繼而 依照工廠類別細分為三組,再進行變異數分 析檢定 (ANOVA)。所有爆裂物製造廠勞工 均列為暴露組,對照組由爆裂物無關之機關 學校行政教學人員組成。尿液腎功能相關項 目檢查結果,依照建議正常範圍分為正常及 異常,統計暴露及對照兩組差異,並將暴 露組依工廠製造產品別分三組,分別進行 卡方統計 (Chi-square, X2)。各變項間的是否 有統計之相關性,則以多變項迴歸 (multiple regression)模式分析方法進行檢定。
研究結果
1. 工廠資料
台灣爆裂物製造工廠之主要產品包括了 爆竹、煙火及炸藥三大種,內政部登記以及 網路上找尋相關產品製造工廠共找到18家。 經公務發函,電話聯絡訪談,願接受後續調 查的且勞工登記人數在5人以上工廠中,完 成工廠訪視共8家。其中完成勞工健康訪視 及健康檢查的共6家,計炸藥工廠1家、爆竹 工廠2家、煙火工廠3家,分布在高雄、台 南、雲林、苗栗、新竹等縣市,散處於台灣 南部及北部之山區及濱海地區。受訪工廠均 有合格之消防檢查證及特殊作業與急救人員 的編配。廠房設有防爆燈、防火天花板,避 雷針等防爆器材,外部有梯形土牆、厚水泥 牆以及消防水池等防止爆炸延燒之高規格消 防設施。執行之管理措施包括:標準作業程 序、高能藥物加鎖、物質安全資料表、危害 物教育訓練及安全教育訓練等,健康管理有 入廠健檢及年度健檢。
2. 勞工人口學與自覺症狀
勞工個人問卷資料取得的共167份,經 檔案轉型再進行統計分析,填答問卷之爆裂 物暴露組勞工共125人,但完成全部健康檢 查的僅有105位,對照組勞工42人資料均完 整,故排除暴露組健檢資料不全之20位勞 工,總計進行分析統計之勞工個人問卷及肝 腎等健檢資料共147份。暴露組勞工105人分 別來自工礦炸藥、煙火以及爆竹製造工廠, 三類工廠勞工各為41人、53人及11人。受測 勞工人口學資料以及自覺症狀統計結果如表 1所示,暴露組與對照組之性別分佈、身高 體重平均值與喝酒習慣無群間差異,平均年 齡、平均年資、婚姻狀況與吸菸習慣則有群 間差異。 問卷調查統計分析結果發現暴露組勞工

Page 40
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第358-369頁
362 群與對照組的自覺症狀百分比差異顯著。中 毒相關之症狀,如:鼻喉有刺激感、眼睛有 刺激感、工作時有嘔吐感、有頭暈現象等, 其百分比在暴露組均比對照組為高,但僅鼻 喉有刺激感、頭暈現象及有嘔吐感之症狀達 到統計學顯著差異。呼吸道過敏部分細分組 統計結果顯示,煙火炸藥工廠和爆竹工廠過 敏人數高於期望值,但無明顯的組間差異及 廠間差異。鼻喉刺激感則有明顯的受工廠種 類影響,不同工廠分群在刺激性過敏部位的 分布情形亦有差異,但未達統計上顯著水 準。 1 爆裂物暴露組與對照組人員基本資料與自覺症狀統計結果
項 目 平均值±標準差 p值? 暴露組a 對照組b 總和 年齡 (yr)** 46.4±12.7 37.0±12.5 43.8 ±13.3 <0.01 年資 (yr)* 37.3±8.74 8.7±7.87 12.3 ±10.4 0.03 身高 (cm) 161.0±8.8 163.6±7.5 161.8±8.5 0.07 體重 (kg) 61.8±12.0 61.5±12.0 61.5±11.5 0.54 特性 暴露組a人數 (%) 對照組b人數 (%) 總和 (%) p值?? 性別 男 38 (36.2) 19 (45.2) 57 (38.8) 0.20 女 67 (63.8) 23 (44.8) 90 (61.2) 婚姻狀況* 未婚/單身 29 (16.2) 22 (53.7) 51 (34.7) 0.01 已婚/同居 76 (72.4) 20 (42.4) 96 (65.3) 吸菸* 有 29 (27.6) 1 (2.4) 30 (15.6) 0.01 無 83 (66.9) 41 (97.6) 12.4 (84.4) 喝酒 有 8 (7.6) 6 (14.3) 14 (9.5) 0.30 無 97 (92.4) 36 (85.7) 133 有中毒徵兆相關之自覺症狀 鼻喉刺激感** 26 (24.8) 0 (0.0) 26 (17.7) <0.01 眼睛刺激感 21 (20.0) 4 (9.5) 25 (17.0) 0.10 頭暈* 24 (22.9) 4 (9.5) 28 (19.0) 0.05 噁心 8 (7.6) 1 (2.4) 9 ( 6.1) 0.21 嘔吐 8 (7.6) 0 (0.0) 8 ( 5.4) 0.06 眼睛過敏 22 (41.0) 7 (16.7) 29 (19.7) 0.37 呼吸過敏* 26 (24.8) 4 (9.5) 30 (20.4) 0.02 皮膚過敏 15 (14.3) 8 (19.0) 23 (15.6) 0.31 過敏 43 (41.0) 15 (35.7) 58 (39.5) 0.35
? X 2 , ?? ANOVA, ?? Fisher's exact test, X 2; an=105, bn=42;* p<0.05, ** p<0.01

Page 41
363
台灣爆裂物製造勞工肝腎功能之調查
3. 勞工肝腎功能檢查結果
以血液檢體進行肝腎功能相關項目檢 查之結果,比較暴露組與對照組,統計分析 結果顯示暴露組肝功能相關檢測項目ALT及 AST之平均值比對照組高出許多;ALT項目 在抽菸群之平均值均比不抽菸群勞工略高, 均未達統計上顯著差異 (表2)。暴露組與對 照組之BUN平均值有顯著群間差異,分別為 14.6±4.0 mg/dL及13.1±3.4 mg/dL,暴露組 顯著較高,經肌肝酸校正後差異則變得不顯 著。抽菸群與不抽菸群之BUN平均值無顯著 差異,但血中肌酸酐平均值比不抽菸群顯著 較高,校正之BUN仍未達顯著差異。以上肝 腎健檢項目異常人數百分比,卡方分析結果 顯示暴露組AST異常率顯著高於對照組。 另外,肌酸酐、及肌胺酸校正BUN平均 值,在三種不同類型工廠亦有顯著的群間差 異,肝腎功能異常人數則無顯著之工廠類型 差異出現 (表3)。以勞工尿液檢體檢測結果 進行Fisher's exact test統計結果顯示,暴露組 異常率較對照組為高並達極顯著群間差異的 為:尿膽素原、膽紅素及尿蛋白。以三類工 廠勞工群之統計分析結果顯示組間達極顯著 差異項目包括:血尿、尿膽素原、膽紅素、 尿蛋白及尿酸鹼值。其中血尿、尿膽素原、 尿蛋白異常百分比均以爆竹製造勞工群為 高;膽紅素陽性百分比以煙火製造勞工群為 高;工礦炸藥製造勞工群尿液呈現中性百分 比極顯著較高 (p<0.01)。ANOVA統計分析顯 示,AST與ALT之平均值無顯著群間差異 (表 3),依工廠類型分群,由卡方統計結果亦顯 示肝功能在工廠類型群間差異不顯著。煙火 製造勞工尿液常規檢查項目中尿膽紅素陽性 人數有33人,佔該群勞工人數的62.3%,為 三群中最高,遠超過爆竹廠及炸藥工廠勞工 群。校正後BUN平均值以煙火製造群為最 高。此與尿液檢查結果該工廠類型膽紅素陽 性率最高所顯示的腎功能受損趨勢一致。
4. 肝腎功能影響因素統計分析結果
整體看來,本研究顯示爆裂物製造勞工 腎功能會受到工作因子的影響,長期工作可 能會對肝功能有影響。以多變項迴歸模式分 析將年齡、性別、抽菸等非工作因素之自變 項,與年資、工廠類別等工作相關之自變項 與BUN之相關性進行統計,其標準化係數以 及未標準化係數如表4所示。結果證實BUN 未受到性別、年齡、抽菸之影響,但會受到 暴露、工廠類別的影響 (p<0.05)。

Page 42
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第358-369頁
364 2 爆裂物製造勞工與對照組主要肝腎功能血液檢體檢測之統計結果
組間平均數檢定  組間卡方檢定   平均數±標準差 p值? 平均數±標準差 p值?
e異常人數 (%)
p值??
f異常人數 (%)
p值?? 檢測項目 暴露組a 對照組b 抽菸c 不抽菸d 暴露組a 對照組b 抽菸c 不抽菸d 血中尿素氮* (mg/dL) 14.64±4.04 13.09±3.40 0.03* 14.0±3.2 14.3±4.0 0.80 10 (9.5) 1 (3.1) 0.12 2 (18.2) 9 (81.8) 0.54 血中肌酸酐 (mg/dL) 0.94±0.20 0.90±0.20 0.23 1.0±0.1 0.9±0.2 <0.01** 1 (1.0) 0 (0.0) 0.71 0 (0.0) 1 (0.8) 0.80 尿素氮校正值 16.00±4.83 15.32±5.25 0.46 13.3±2.8 16.3±5.2 0.07 _ _ _ _ _ _ 麩草酸轉胺脢* (U/L) 26.35±22.56 21.40±14.10 0.14 23.8±12.6 25.0±21.7 0.80 13 (12.4) 1 (2.4) 0.05* 1 (15.6) 13 (10.5) 0.32 麩丙酮酸轉胺脢 (U/L) 26.96±29.01 21.10±22.40 0.24 27.0±17.3 25.0±28.9 0.75 16 (15.2) 4 (9.5) 0.27 5 (21.7) 15 (12.1) 0.18
? ANOVA, ?? Fisher's exact test, X 2 ;an=105, bn=42, cn=23, dn=124, e,f異常人數佔該分群之百分比; * p<0.05, ** p<0.01
3 爆裂物製造勞工肝腎功能工廠類別間比較結果
     類組 檢查項目     異常人數 (%) p值? 異常人數 (%) p值? 煙火製造a 爆 竹b 火炸藥c 暴露組d 對照組e 血尿 9 (17.0) 4 (40.0) 1 (2.4) <0.01** 14 (13.4) 2 (4.8) 0.10 尿膽素原 10 (18.9) 7 (70.0) 2 (4.8) <0.01** 19 (18.1) 1 (2.4) 0.01** 膽紅素 33 (62.3) 0 (0.0) 3 (7.1) <0.01** 36 (34.3) 0. (0.0) <0.01** 尿蛋白質 18 (34.0) 6 (60.0) 2 (4.8) <0.01** 26 (25.7) 0 (0.0) <0.01** 尿中亞硝酸 4 (7.5) 2 (20.0) 1 (2.4) 0.17 7 (6.7) 0 (0.0) 0.09 酮尿 0 (0.0) 0 (0.0) 1 (2.8) 0.41 1 (1.0) 0 (0.0) 0.71 維他命C 8 (15.1) 0 (0.0) 1 (2.8 ) 0.08 9 (8.6 ) 6 (14.3) 0.23 醣尿 3 (5.7) 0 (0.0) 0 (0.0) 0.26 3 (2.9 ) 0 (0.0) 0.36 尿酸鹼值 (>6) 6 (11.3) 2 (20.0) 21 (58.3 ) <0.01** 29 (27.7) 2 (4.8) 0.04* 平均數±標準差 p值?? 異常人數 (%) p值? 煙火製造 爆竹 火炸藥 煙火製造 爆竹 火炸藥 麩草酸轉胺脢 (U/L) 29.8±29.7 19.1± 3.7 23.5±10.9 0.24 10 (18.9) 0 (0.0) 3 (7.3) 0.10 麩丙酮酸轉胺脢 (U/L) 29.6±37.9 15.1±4.8 26.2±15.8 0.38 6 (11.3) 0 (0.0) 10 (24.4) 0.07 血中尿素氮 (mg/dL) 15.7±4.3 13.6±4.6 13.6±3.2 0.03* 6 (11.3) 1 (9.1) 3 (7.3) 0.80 血中肌酐酸 (mg/dL) 0.9±0.2 0.8±0.2 1.0±0.2 0.03* 1 (1.9) 0 (0.0) 0 (0.0) 0.60 BUN/creatinine 17.5±5.3 16.7±4.3 13.9±3.5 <0.01** - - - -
? Fisher's exact test , X 2 ;?? ANOVA; an=53, bn=11, cn=41, dn=42, en=105;* p<0.05,** p<0.01

Page 43
365
台灣爆裂物製造勞工肝腎功能之調查
4 暴露工廠類型抽菸等對血中尿素氮之多變項迴歸分析結果
自變項 未標準化係數 標準化係數 t p值? β SE β 常數** 10.973 1.540 7.125 0.000 年齡 0.056 0.029 0.191 1.951 0.053 工作年資 0.004 0.364 0.011 0.109 0.913 抽菸 無 -0.017 0.996 -0.002 -0.017 0.987 有 性別 女性 -0.007 0.729 -0.001 -0.009 0.993 男性 暴露* 1.958 0.848 0.227 2.308 0.022 工廠類型* 煙火製造 -1.942 1.294 -0.131 -1.450 0.150 火炸藥 爆竹 -1.794 0.856 -0.207 -2.097 0.038
? 多變項迴歸分析,N=147 ;* p<0.05
討 論
本研究調查三種跟火炸藥有關的製造行 業,其暴露於火藥相關成分的程度不同。以 製造高爆藥及低爆藥的工廠主要處在黃火藥 製程,暴露於TNT及硝化甘油機率較多、濃 度也較高。爆竹成分主要是黑火藥、銀粉、 高氯酸鉀等,爆竹製造或組裝工廠主要暴露 於黑火藥,煙火製造工廠與火藥相關成分則 僅有引信之部分。因此TNT及硝化甘油之危 害主要在前者;黑火藥暴露以爆竹業者較 高,煙火業者較低,但如果僅有組裝,危害 物質的形態與黑火藥製造工廠又可能不同。 文獻指出長期暴露在煙火製造環境中 勞工脊髓液中因含鋁量過高,而出現癡呆症 [14,15]。煙火中有氯苯及氯酚等原料,在高 溫燃燒有爆炸後會產生如八氯戴奧鋅及呋喃 以及六氯苯等多氯聯苯類緣物質;含氧化鋁/ 六氯乙醇煙火燃放後產生的煙塵對動物肺組 織有毒性;二氧化鈦-六氯乙烷及鋅-六氯乙 烷的燃燒煙塵中的毒性物質四氯化鈦及二氯 鋅會引起肺部組織發炎。 評估煙火製造勞工除了製程中可能有無 機金屬的暴露危害風險外,其試爆相關人員 也可能會因上述有毒煙塵造成肺部發炎或癌 化等傷害。勞工多自覺有呼吸道過敏症狀, 不排除是因為煙塵中危害物質暴露造成的 [16,17]。 TNT中毒在周邊神經症狀上會造成多發 性神經炎,周邊神經症狀方面如手腳麻、痛 和手部力量減弱、關節疼痛、手部發抖、 手部感覺遲鈍等現象可能與TNT暴露有關。 TNT中毒急性反應在腸胃系統症狀上會造成 噁心、食慾減退、上腹部疼痛等現象[18], 而本研究結果在腸胃系統症狀中有噁心症 狀,暴露組與對照組勞工這方面有差異。 TNT中毒在眼睛症狀上會造成白內障, 而本研究在眼睛自覺症狀分析結果顯示,暴

Page 44
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第358-369頁
366 露勞工工作時會有眼睛紅癢症狀,但暴露與 對照組尚未有顯著差異。TNT中毒急性反應 在呼吸系統症狀上會造成鼻炎、咳嗽,而本 研究結果暴露組勞工在包含上述症狀的呼吸 道過敏與對照組亦有顯著差異。 至於TNT中毒慢性反應在肝臟病變會造 成肝壞死、肝硬化及肝炎等健康效應,本研 究疾病調查結果並未發現暴露勞工有該類疾 病。因為缺少勞工B型或C型肝炎檢測資料, 以過濾檢體ALT及AST測定數值高於參考值 兩倍以上之觀測值再統計分析,雖然暴露組 與對照組之平均值均下降,但肝功能在兩組 組間差異也隨著達到顯著性。這樣的結果與 未過濾異常觀測值之高年資群肝功能有惡化 趨向的推論沒有矛盾。 校正後BUN進行變異數分析結果顯示, 煙火製造與火炸藥製造之群間差異達到極顯 著水準,顯示腎功能受到工作環境影響的可 能以煙火製造勞工群為最嚴重。以血中鉀、 氯評估勞工腎臟功能[19,20],統計結果亦未 與此一結論相違。尿液檢查結果發現尿蛋 白、尿膽素原、血尿等健檢異狀,在爆竹製 造勞工群陽性百分比顯著性最高。由於檢查 項目中跟膀胱有關的尿亞硝酸異常百分比在 爆竹廠也最高,因而懷疑有可能因膀胱炎、 尿道炎菌腎盂炎等而引起尿蛋白、尿膽素 原、血尿反應陽性。但膀胱發炎並不代表腎 功能也有障害,因此認為三類工廠腎臟功能 受到影響比較大的族群還是為煙火製造勞工 群。 多變項迴歸分析以血中尿素氮為依變 項,將可能對BUN干擾的因素為自變項,經 過年齡、性別、抽菸等校正後,暴露組勞工 之BUN測定結果仍然顯著的與工廠別有顯著 相關性,上述干擾因子並無顯著影響。
結 論
爆裂物製造勞工及對照組勞工,以問卷 調查統計分析結果發現自覺症狀有差異,鼻 喉刺激感等呼吸道過敏以及嘔吐症狀在暴露 組顯著較對照組為高。暴露組的血中尿素氮 濃度異常百分比顯著高於對照組,顯示暴露 勞工腎功能可能受到傷害。而三類工廠勞工 腎功能以煙火製造勞工群最差。
誌 謝
研究由勞工安全衛生研究所提供研究經 費,國內爆竹煙火等工廠配合填寫問卷及健 康檢查,謹此敬表謝忱。
參考文獻
[1] Hendricks AA, Dec GW Jr. Contact der- matitis due to nitroglycerin ointment. Arch Dermatol 1979; 115: 853-5. [2] Johnson MS, Paulus HI, Salice CJ, Checki RT, Simini M. Toxicologic and histopatho- logic response of the terrestrial salamander Plethodon cinereus to soil exposures of 1,3,5-trinitrohexahydro-1,3,5-triazine. Arch Environ Contam Toxicol 2004; 47:496-501. [3] Kucukardali Y, Acar HV, Ozkan S, Nalbant

Page 45
367
台灣爆裂物製造勞工肝腎功能之調查
S, Yazgan Y, Atasoyu EM, Keskin O, Naz A, Akyatan N, Gokben M, Danaci M. Ac- cidental oral poisoning caused by RDX (cyclonite): a report of 5 cases. J Intensive Care Med 2003; 18:42-6. [4] Steevens JA, Duke BM, Lotufo GR, Bridges TS. Toxicity of the explosives 2,4,6-trinitrotoluene, hexahydro-1,3,5-trini- tro-1,3,5-triazine, and octahydro-1,3,5,7- tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine in sediments to Chironomus tentans and Hyalella azteca: low-dose hormesis and high-dose mortality. Environ Toxicol Chem 2002; 21: 1475-82. [5] Fleischer O, Wichmann H, Lorenz W. Re- lease of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans by setting off fireworks. Chemosphere 1999; 39: 925-32. [6] Sjogren B, Ljunggren KG, Almkvist O, Frech W, Basun H. A follow-up study of five cases of aluminosis. Int Arch Occup Environ Health 1996; 68: 161-4. [7] Marrs TC, Colgrave HF, Edginton JA, Brown RF, Cross NL. The repeated dose toxicity of a zinc oxide/hexachloroethane smoke. Arch Toxicol 1988; 62: 123-32. [8] Karlsson N, Cassel G, Fangmark I, Berg- man F. A comparative study of the acute inhalation toxicity of smoke from TiO2- hexachloroethane and Zn-hexachloroethane pyrotechnic mixtures. Arch Toxicol 1986; 59: 160-6. [9] Yang TH. Master thesis. A study of ultra-extraction HPLC analysis on the identification of gunshot explosives, 089CPU00656007. 2000. [10] Wu SP. Master thesis. An investigation on analyzing of organic and inorganic components in gunshot residues, 088CPU00656007. 1999. [11] Wu ZF. A study on the surface quality and cutting condition in end milling of aluminum alloy, 075CPU2350005. 1986. [12] Hsie CM. Master thesis. An epidemiological study on the health of nitroglycerin manufacturing workers. 1997. [13] Liaou CG. Master thesis, A study on the occupational disease about the workers of manufacrutin and maitanance of explosives. 1998. [14] Szilágyi AK, Martini, Venter V. Function of the blood-cerebrospinal fluid barrier and selected biochemical cerebrospinal fluid components in senile dementias of various types. Psychiatr Neurol Med Psychol 1986; 38: 1-8. [15] Basun H, Forssell LG, Wetterberg L, Winblad B. Metals and trace elements in plasma and cerebrospinal fluid in normal aging and Alzheimer's disease. J Neural Transm Park Dis Dement Sect 1991; 3: 231- 58. [16] Barnard CG, McBride DI, Firth HM, Her- bison GP. Assessing individual employee risk factors for occupational asthma in pri-

Page 46
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第358-369頁
368 mary aluminium smelting. Occup Environ Med 2004; 61: 604-8. [17] Rüegger M. Lung disorders due to metals. Schweiz Med Wochenschr 1995; 125: 467- 74. [18] Hoek B. Military explosives and health: or- ganic energetic compound syndrome? Med Confl Surviv 2004; 20: 326-33. [19] Bagshaw SM, Delaney A, Haase M, Ghali WA, Bellomo R. Loop diuretics in the man- agement of acute renal failure: a systematic review and meta-analysis. Crit Care Resusc 2007; 9: 60-8. [20] Lebeda M, Bus A. Effect of potassium-hy- drogen interaction in the excretory mecha- nism of the kidneys on the acid-base and other biochemical values of the blood and urine in calves. Vet Med (Praha) 1977; 22: 229-36.

Page 47
369
Research Articles
The Renal and Hepatic Function of Explosives Factory Workers in Taiwan
Accepted 11 September, 2008 *Correspondence to: Yin-Mei Chiung , Institute of Occupational Safety and Health. No. 99, Lane 407, Hengke Rd., Sihih City, Taipei County 221, Taiwan, ROC TEL: 886-2-26607600. Fax: 886-2-26607731. E-mail:chiun@mail.iosh.gov.tw
The Renal and Hepatic Function of Explosives Fac- tory Workers in Taiwan
Yin-Mei Chiung1,2, Tsan Yang3, Chiou-Jong Chen1, Lin Wang4, Yu-Lin Chen5, Shih-Sheng Yen1
1Division of Medicine, Institute of Occupational Safety and Health, Council of Labor Affairs 2Institute of Microbiology and Immunology, National Defense Medical Center 3Department of Health Business Administration, Meiho Institute of Technology 4Labor Safety and Health Management ROC 5Department of Environmental Managemental Engineering and Health, Yuanpei University
Abstract
This study investigated the renal and hepatic function of 105 workers at six factories manufacturing explosives. The three exposed groups, working in factories producing dynamite, sparklers, and firecrackers, consisted of 53, 41 and 11 workers, respectively. The non-exposed group consisted of 42 individuals with no exposure to explosives from the administrative staff. Significantly higher rates of self-reported symptoms, such as nasal acridity, airway allergy, and feelings of nausea, were found in the exposed group (p <0.05). The smoking rate, however, was also higher in the exposed group. Medical examinations including tests of liver and kidney function were performed. The exposed and non-exposed groups had similar mean values in tests of aspartate aminotransferase (AST) and alanine aminotransferase, but the abnormality rate in AST tests was significantly higher in the exposed group. The mean value and abnormality rate of blood urea nitrogen (BUN) were also significantly higher in the exposed group. No significant differences were observed in liver function between the three factory types. The sparkler group had the highest urine bilirubin abnormality rate and a higher mean BUN, which remained significant after controlling for smoking, sex, and age. In conclusion, workers in sparkler factories were the most influenced by work factors on renal function. Key Words: Explosive materials, Workers, Liver, Kidney

Page 48
370
Research Articles
Journal of Occupational Safety and Health 16: 370-382 (2008)
Accepted 5 November, 2008 Correspondence to: Shih-Wei Tsai, Ph.D., CIH, Institute of Environmental Health, College of Public Health, National Taiwan University, No. 17, Xuzhou Road, Taipei, Taiwan, FAX: 886-2-2351-6289, Email: shihweitsai@ntu.edu.tw
Solid Phase Microextraction Procedure for the Determination of Furoic Acid and Creatinine in Urine by Gas Chromatography/Mass Spectrometry
Shih-Wei Tsai1, Mei-Lan Huang2
1Institute of Environmental Health, College of Public Health, National Taiwan University 2Department of Occupational Safety & Health, China Medical University
Abstract
The solid-phase microextraction (SPME) technique was evaluated for the determination of furoic acid and creatinine in urine. For furoic acid, the alkaline hydrolysis step was first performed to hydrolyze the furoic acid-glycine conjugate to free furoic acid. Afterwards, the poly(dimethylsiloxane)/ divinylbenzene (PDMS/DVB) fiber was used with direct urine sample immersed for 60 sec under 1200 rpm magnetic stirring. Analysis with gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS) was followed. For the determination of creatinine, the PDMS/DVB fiber was aslo directly immersed into urine sample for 60 sec under 1200 rpm magnetic stirring. Then the fiber was transferred to a 4 mL vial which was filled with 100 ?L of trifluoroacetic anhydride (TFAA) and stood 30 sec for headspace extraction. Afterward the fiber was transferred again to another blank 4 mL vial and stood 10 min for on-fiber derivatization before the analysis with GC/MS. The absorption-time profiles for both furoic acid and creatinine were examined. The precision, accuracy and method detection limits (MDLs) were evaluated. The relative standard deviations were less than 10% and the accuracy were 100±10% for both furoic acid and creatinine. With 2 mL of urine sample, MDLs were 0.0077 and 0.13 g L-1 for furoic acid and creatinine, respectively. Compared with other techniques, the study shown here provided a simple, fast and reliable method for the analysis of furoic acid and creatinine in urine. Key Words: SPME, TFAA, Furoic acid, Creatinine, Gas Chromatography/Mass Spectrometry

Page 49
371
Solid Phase Microextraction Procedure for the Determination of Furoic Acid and Creatinine in Urine by Gas Chromatography/Mass Spectrometry
Introduction
Aldehydes (R-CHO where R is alkyl, aro- matic, or alicyclic) are ubiquitous products of combustion [1-3], photodegradation of dissolved natural organic matter [4], and biological oxida- tions [5], and are mucous membrane irritants [6]. Formaldehyde, acetaldehyde, furfural, and cro- tonaldehyde are animal carcinogens [7]. Among aldehydes, furfural is receiving increasing at- tention in recent years because there are vari- ous sources of exposures [8]. Furfural is found in numerous processed foods and beverages, including cocoa, coffee, tea, beer, wine, milk products, and bread [8].Furfural is also a widely used industrial chemical as a selective solvent in the production of lubricating oils, as a reac- tive wetting agent in the production of refractory components, and as a reactive wetting agent for the resin binder system in the production of abrasive wheels [8]. The US Occupational Safety and Health Administration (OSHA) promulgated furfural health standard with a work-shift 20 mg m-3 per- missible exposure limit (PEL) [9]. The OSHA PEL also bears a “Skin” notation, which in- dicates that the cutaneous route of exposure (including mucous membranes and eyes) con- tributes to overall exposure [9]. The American Conference of Governmental Industrial Hygien- ists (ACGIH) also assigns a “Skin” notation and has set up a threshold limit value (TLV) of 7.9 mg m-3 as a TWA to furfural for a normal 8-hour workday and a 40-hour workweek [7]. For the exposure assessment of furfural, methods of air sampling and analysis including OSHA method 72 and the US National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) method 2529 are often performed. However, as mentioned above, the cutaneous route of expo- sure will contribute to the overall exposure [9], while the exposure of furfural due to ingestion is also possible. Therefore biological monitor- ing (which includes all the possible routes of exposures) of workers exposed to furfural by the analysis of furoic acid in urine is recommended by ACGIH and its biological exposure index (BEI) is 200 mg L-1 urine [7]. Once in the body, furfural is metabolized rapidly via oxidation to the metabolite furoic acid, which is then conjugated with glycine and excreted in the urine in both free and conjugated forms [10]. The alkaline hydrolysis is then need- ed to hydrolyze the furoic acid-glycine conjugate to free furoic acid before analysis [7]. For the determination of furoic acid in urine, ethyl acetate is normally used for the ex- traction. In the anhydrous extract, furoic acid is converted to its methyl ester using diazomethane and determined by a chromatography with a flame ionization detector (GC/FID) [7,11,12]. On the other hand, high-performance liquid chro- matography (HPLC) which is the current recom- mended method by ACGIH has also been used to determine urinary furoic acid. Either dichlo-

Page 50
372
Journal of Occupational Safety and Health 16: 370-382 (2008)
romethane or ethyl acetate has been used for the extraction and the extracts were evaporated to dryness before being reconstituted in the HPLC mobile phase for the LC injection [13,14]. The current BEI level recommended by ACGIH for furoic acid, 200 mg L-1 urine, is not creatinine-corrected [7]. However, urinary creatinine measurements are also suggested to screen for dilute and concentrated samples [7]. Uninary creatinine levels less than 0.3 g L-1 or greater than 3.0 g L-1 should be discarded and another sample taken for the analysis of furoic aicd [7]. For the measurement of creatinine in urine, the classical Jaffé method is often used where creatinine reacts with alkaline picrate to form an amber-yellow color [15]. However, this colo- rimetric method is nonspecific and many com- pounds are known to react with picric acid or cause interferences [16]. Therefore numerous method modifications including HPLC tech- niques have been developed as specific methods for the determination of creatinine [17-19]. Mea- surement of creatinine in urine by GC/MS was also reported where trifluoroacetic anhydride (TFAA) was used for the derivatization and the formed derivative, o-trifluoroacetylcreatinine, was determined [20]. All the methods mentioned above for the determinations of both furoic acid and creatinine involve complex procedures for sample prepara- tions (solvent extraction, for example) and there- fore very time-consuming. Besides, solvents used such as dichloromethane and diazomethane are either carcinogen or with higher toxicity [7]. Therefore a more simple method with less toxic chemical used will be of great benefit to assess the exposures of furfural. On the other hand, an extraction technique called solid-phase microextraction (SPME) has been developed by Pawliszyn and co-workers [21,22]. SPME presents many advantages over conventional analytical methods by combining sampling, preconcentration, and direct transfer of the analytes into a standard gas chromato- graph (GC) [23]. The research shown here re- ported another SPME approach to determine furoic acid and creatinine in urine. For the deter- mination of furoic acid, direct sample immersion was performed followed by the analysis with GC/MS. For the measurement of creatinine, di- rect sample immersion was also performed first. Afterwards, TFAA was loaded onto the fiber for further on-fiber derivatization before the analy- sis with GC/MS.
Experimental
1. Materials Sodium sulfate, sodium sulfite, sodium chloride, acetic acid, and 2-furoic acid were from Wako Pure Chemical Industries (Osaka, Japan). Creatinine anhydrous was purchased from Sigma-Aldrich (Milwaukee, WI, USA). Trifluoroacetic anhydride was from Supelco (St. Louis, MO, USA). Helium for GC/MS was

Page 51
373
Solid Phase Microextraction Procedure for the Determination of Furoic Acid and Creatinine in Urine by Gas Chromatography/Mass Spectrometry
99.999% purity from Sanfu Co., Taiwan. All solid-phase microextraction (SPME) fibers, holders and molecular sieve were from Supelco (St. Louis, MO, USA). The magnetic stirrer used was MIRAK 7×7 stir plate from Barnstead In- ternational (Dubuque, Iowa, USA) which also allowed temperature control. 2. Instrumentation All analyses were performed on a Perkin Elmer Autosystem XL Chromatograph equipped with a 30 m×0.25 mm I.D. 0.25 ?m film DB- WAX chemically bonded fused-silica capillary column (J&W Scientific, Folsom, Calif., USA) and a Perkin Elmer Turbo Mass, mass spectrom- eter. The carrier gas was helium with flow rate of 1.0±0.1 mL min-1 in the 1:10 split mode. The temperature for the injector was 230?C. The col- umn temperature program was: 200?C for 1 min, 200?C to 240?C at 8?C /minute, and hold for 7 minutes. The temperature of mass spectrometer was 200?C. 3. Alkaliine hydrolysis The alkaline hydrolysis step for the urine sample was performed to hydrolyze the furoic acid-glycine conjugate to free furoic acid. 2 mL urine was added into a 20 mL glass test tube followed by adding 2 mL of 8M NaOH solu- tion. The glass test tube was heated to 95?C for 1 hour. After the sample was cool, 4.6 mL of 7.3M HCl solution was slowly added to the alkaline mixture [14]. When it was cool again, the neu- tralized mixture was ready for the SPME proce- dure. 4. SPME procedure Five different kinds of SPME fibers, in- cluding 65?m poly (dimethylsiloxane)/divi- nylbenzene (PDMS/DVB), 75?m carboxen/ polydimethylsiloxane (CAR/PDMS), 100?m poly(dimethylsiloxane) (PDMS), 65?m carbo- wax/divinylbenzene (CW/DVB) and 85?m poly- acrylate (PA), were examined in this study. Two different SPME procedures for liquid sample extractions are usually performed, in- cluding headspace and direct extractions [21]. Headspace extraction was first tried in this re- search because other research suggested that possible contamination and damage to the fiber might occur through direct liquid contact [24]. However, the amount of furoic acid and creati- nine adsorbed on the fiber were not enough for further analysis even the time of headspace ex- traction was longer than 60 min. Therefore the adsorptions of furoic acid and creatinine were performed by direct sample immersions thereaf- ter, respectively. The same urine sample was separated into two parts. One of them was used for the test on furoic acid, and the other one was used for the test on creatinine. For furoic acid, the adsorp- tion capability of different SPME fibers was first tested and urine samples with spiked furoic acid concentration equal to 0.2 times BEI were used (40 mg L-1). Different periods of time for

Page 52
374
Journal of Occupational Safety and Health 16: 370-382 (2008)
direct immersions were performed to obtain the absorption-time profiles. The SPME proce- dure was first performed right after the solution was magnetically stirred. However, due to non- equilibrium in the aqueous phase, the amounts of furoic acid absorbed were fluctuating even when the extraction time was fixed. Therefore different periods of time for stirring before the application of SPME procedure were evaluated afterwards. It was observed that the solutions needed to be stirred at 1200 rpm for at least 30 min before further procedures can be performed to allow the equilibrium of analytes in the aque- ous phase. For the test on creatinine, on-fiber derivati- zation with TFAA to form o-trifluoroacetylcre- atinine was performed before the analysis with GC/MS. Different SPME fibers were examined separately. Each SPME fiber was first directly immersed into a 4 mL vial with 2 mL urine sample filled where the spiked creatinine con- centration equal 1.0 g L-1 for 60 sec with 1200 rpm magnetic stirring ( the final concentration was actually higher than 1.0 g L-1 since voided urine already contained creatinine). The fiber was then transferred to another 4 mL vial which was filled with 100 ?L of TFAA and stood for 30sec. Afterward the fiber was transferred to another blank 4 mL vial again and stood for 10 min before the analysis with GC/MS. For the analysis of both furoic acid and o- trifluoroacetylcreatinine, different temperatures and desorption times were tested to ensure the desorptions were complete when the SPME nee- dles were inserted into the heated GC injector. Appropriate SPME fiber, adsorption time and desorption condition for the determinations of furoic acid and creatinine were then determined for further analysis. 5. Methods Validation Different amounts of furoic acid were weighed and added into volumetric flasks. Con- centrations around 0.2~10 times BEI were pre- pared by dilutions with water. 2 mL of each so- lution was then placed in a 4-mL PTFE-capped vial with a 1-cm stir bar, individually. Creatinine with concentrations ranges from 0.3 g L-1 to 3.0 g L-1 were also prepared. Rodr?guez-Bencomo et al. [25] compared the regression lines from both external standards and standard additions to determine if matrix effect will affect the analysis. Similar approach was performed in current research, while regres- sion lines from both urine samples (with stan- dard additions) and water standards were com- pared. As stated in Table 1, for both furoic acid and creatinine, the slopes of the regression lines from standard additions of urine samples were within the range of the confidence interval of the slopes from water standards. A possible ex- planation is that the efficiency of hydrolysis for furoic acid in urine sample is as high as 102.9% [14]. Therefore, the SPME fiber can extract fu- roic acid easily even in urine sample. It was then suggested that there was no matrix effect [25].

Page 53
375
Solid Phase Microextraction Procedure for the Determination of Furoic Acid and Creatinine in Urine by Gas Chromatography/Mass Spectrometry
Besides what was found in current study, Tan et al. [14] also observed that the urine matrix is not an influencing factor in the analysis for furoic acid. Therefore, it allows the use of distilled wa- ter as the solvent for the calibration standards in this study [14]. Table 1 Comparison of the slopes for calibration curves of standard addition method to urine sample and spiked water. Relative area versus concentration (mg L-1)
Analyte Urine sample Spiked water lower 95% C.I. upper 95% C.I. lower 95% C.I. upper 95% C.I. Furoic acid 4258026 5714358 4086163 4704962 Creatinine 100.69 176.27 82.09 157.95
After the extraction procedures were per- formed as described above, the SPME fibers were inserted into the injector of GC/MS for analysis. The selective ion monitoring (SIM) in mass spectrometer utilized m/z 95, 112 for 2-furoic acid , and 44, 69 for trifluoroacetamide (the mass spectrum are shown in Fig. 1 and Fig. 2), while total ion count (TIC) utilized m/z 40 through 250. All the experiments were per- formed in triplicates. Fig. 1 Chromatogram of sample: SPME direct injection where the spiked furoic acid concentration in urine sample equal 0.89 g L-1. Fig. 2 Chromatogram of sample: o-trifluoroace- tylcreatinine from SPME direct injection where the spiked creatinine concentration in urine sample equal 0.3 g L-1. To determine the precision and recovery of current technique, known concentration of spiked samples (0.013 and 6.7 g L-1 for furoic acid in urine; 0.3 and 3.0 g L-1 for creatinine in distilled water) were analyzed ten times based on the processes mentioned above. The rela- tive standard deviation (RSD) and recovery for furoic acid and creatinine were then calculated. Another spiked samples (0.0098 g L-1 for furoic acid in urine and 0.15 g L-1 for creatinine in dis- tilled water) were also analyzed eight times to

Page 54
376
Journal of Occupational Safety and Health 16: 370-382 (2008)
determine the method detection limits (MDLs) based on the calculation procedures suggested by the US EPA (where MDL = standard devia- tion of replicate analyses × Student's t value for the 99% confidence level with n-1 degrees of freedom) [26].
Results and discussion
For the fibers tested in this research, 65?m PDMS/DVB, 65?m CW/DVB, and 75?m CAR/ PDMS showed the ability of adsorption for fu- roic acid from urine samples. On the other hand, as shown in Table 2, the amounts of furoic acid extracted by the 100?m PDMS and 85?m PA fibers were found to be not detectable. Therefore 100?m PDMS and 85?m PA fibers were not used for further tests. Table 2 Loading abilities of fibers for the determination of furoic acid and creatinine in urine sam- plea
Fiber Types Peak Area of Furoic Acidb Peak Area of Creatininec Peak Area of o-trifluoroacetylcreatininee 65?m PDMS/DVB 753749 N.D.d 54557 65?m CW/DVB 798094 N.D. 67723 75?m CAR/PDMS 264567 N.D. N.D. 100?m PDMS N.D. N.D. N.D. 85?m PA N.D. N.D. N.D.
a all the peak areas were shown as mean with n=3 and CV<10% b fiber was directly immersed into urine sample with the spiked furoic acid concentration equal 0.89 g L-1 for 60 sec with 1200 rpm magnetic stirring
and analyzed with GC/MS (SIM mode)
c fiber was directly immersed into 2 mL of distilled water with the spiked creatinine concentration equal 0.3 g L-1 for 60 sec with 1200 rpm magnetic
stirring and analyzed with GC/MS (SIM mode)
d N.D.: not detectable; method detection limits for furoic acid and creatinine were 0.0077 g L-1 and 0.13 g L-1, respectively e fiber was first directly immersed into 2 mL of distilled water where the spiked creatinine concentration equal 0.3 g L-1 for 60 sec with 1200 rpm mag-
netic stirring. The fiber was then transferred to another 4 mL vial (which was filled with 100 ?L of TFAA) and stood for 30sec. Afterward the fiber was transferred to another empty 4 mL vial again and stood for 10 min before the analysis with GC/MS (SIM mode)
For the determination of creatinine, analysis with GC/MS right after the fibers were directly samples immersed were found to be inapplicable (Table 2). Therefore derivatization technique was performed in current study. TFAA is one of the reagents which are often used for the purpose of acylation. However, the acylation by TFAA can not be performed in water because TFAA was observed to be moisture sensitive [27]. Therefore adding TFAA directly into urine sample to allow derivatization was found to be impractical in this study. Loading TFAA onto SPME fiber first followed by the extraction of creatinine from urine sample was not practicable either because the moisture from urine sample will also affect TFAA. On the other hand, on-fiber derivatiza- tion with TFAA to form o-trifluoroacetylcrea- tinine was observed in this research when the SPME fiber was directly immersed into urine sample followed by the headspace extraction of

Page 55
377
Solid Phase Microextraction Procedure for the Determination of Furoic Acid and Creatinine in Urine by Gas Chromatography/Mass Spectrometry
TFAA (as mentioned previously in the “SPME Procedure”). To determine creatinine, the SPME fiber was first directly immersed into urine sample. Then it was transferred to another vial which was filled with 100 ?L of TFAA for headspace extraction. Since TFAA is a corrosive reagent [28], damages of fibers were observed when the time for loading TFAA were longer than 2 min. Therefore 30 sec of headspace extraction was determined in this study. Afterwards, the fiber was transferred to an empty vial to allow the re- action of derivatization before the analysis with GC/MS. Different periods of time allowed for the reactions were investigated and 10 min was determined based on the equilibrium profiles. From Table 2, the determinations of the de- rivatives, o-trifluoroacetylcreatinine, were found to be possible by both 65?m CW/DVB and 65?m PDMS/DVB. However, the CW/DVB fiber can not be reused because severe damages were observed after the fibers were exposed to TFAA. It was apparently the disadvantages because one of the great reasons to use SPME technique was that the fiber could to be reused for up to 100 analyses. Therefore, 65?m PDMS/DVB was se- lected for the determination of both furoic acid and creatinine for the following validation. After the selection of fiber, the condition for thermal desorption was also determined. At temperature of 230?C, the desorption efficiency was greater than 95.5% when the desorption time was 5 min for both furoic acid and o-tri- fluoroacetylcreatinine. Fig. 1 showed a typi- cal GC/MS chromatogram from SPME direct injection where the spiked furoic acid concen- tration in urine sample equal 0.89 g L-1. Fig. 2 also showed a typical GC/MS chromatogram of o-trifluoroacetylcreatinine from SPME direct injection where the spiked creatinine concentra- tion in urine sample equal 0.3 g L-1. When the salt concentration in the solutions is increased, the amount extracted is increased frequently because the fiber/matrix distribution constant increases [21]. However, a decrease in the amount extracted is sometimes observed when analytes are in dissociated form [21]. Some researchers also found that the addition of salt might have no significant effect on the amount extracted [29].In current study, the effects of salt additions (including NaCl, Na2SO4 and Na2SO3) and heating were investigated and Fig. 3 showed the results. For furoic acid, the effects of extrac- tion only seemed to increase as Na2SO3 was added into the solution. However, no statistical differences were observed. The reason why the additions of salts did not affect the extractions might be due to the procedures of hydrolysis, where higher concentrations of salts could have been formed. On the other hand, heating the solution to 60?C also seemed to increase the ef- fects. However, no statistical differences were observed, either. Therefore the addition of salts and the increasing of extraction temperature were omitted in this study.

Page 56
378
Journal of Occupational Safety and Health 16: 370-382 (2008)
Fig. 3 Effects of headspace extraction tempera- tures and salts additions. Sample volume was 2 mL and spiking levels were 0.3 and 0.4 g L-1 for creatinine and furoic acid, respectively. The peak areas of creatinine shown here were actually the peak areas of o-trifluoroacetylcreatinine. For the measurement of creatinine in urine, the classical Jaffé method is often used where creatinine reacts with alkaline picrate to form an amber-yellow color [15]. Fig. 4 showed the results where urine samples spiked with known amounts of creatinine were analyzed by both the classical Jaffé method and the current SPME method. The correlation was linear with r= 0.9938 while the slope is 0.96±0.06 which fur- ther suggested that the results from both me- thods were consistent. Fig. 4 Correlations between the Jaffé method and the SPME method for the determina- tion of creatinine in spiked urine samples. To determine the precision and recovery of current technique, known concentration of spiked samples (0.013 and 6.7 g L-1 for furoic acid; 0.3 and 3.0 g L-1 for creatinine) were ana- lyzed and Table 3 showed the data. The relative standard deviations were less than 10% and the accuracy were 100±11% for both furoic acid and creatinine. Another spiked samples (0.0098 g L-1 for furoic acid and 0.15 g L-1 for creatinine) were also analyzed to determine the method detection limits (MDLs). With 2 mL of sample, MDLs for furoic acid and creatinine were 0.0077 g L-1 and 0.13 g L-1, respectively. As mentioned above, the efficiency of hydrolysis for 2-furoic acid in urine sample is as high as 102.9% [14]. Besides, the pKa for 2-furoic acid is 3.16 [30] and the pKa for creatinine is 4.8 [31]. This difference might also cause the 2-furoic acid to be dissociated easier in the sample. Therefore, the SPME fiber can extract 2-furoic acid faster, and it is possible the reason why the MDL for creatinine was higher. The SPME procedure developed in current study for the determination of urinary furoic acid was less sensitive when compared with the ACGIH recommended method (limit of quanti- tation was 0.00112 g L-1) [14]. However, as vali- dated in this research, the SPME procedure still appeared to be suitable for measurement at and below the BEI. On the other hand, there were drawbacks from the ACGIH recommended method. For example, toxic solvent such as dichloromethane or ethyl acetate was used for the extraction. The

Page 57
379
Solid Phase Microextraction Procedure for the Determination of Furoic Acid and Creatinine in Urine by Gas Chromatography/Mass Spectrometry
whole procedure was very time-consuming be- cause the extracts needed to be further evaporat- ed to dryness before being reconstituted in the HPLC mobile phase for the LC injection [13,14]. Therefore a more simple SPME method deve- loped in this study with less toxic chemical used will be of great benefit. Table 3 Precision and accuracy
Furoic acid Creatinine 0.013 g L-1a 6.7 g L-1b 0.3 g L-1c 3.0 g L-1d Recovery 111% 102% 92% 103% Precision 8.5% 4.3% 9.4% 3.1%
a spiked furoic acid conc.=0.013 g L-1, n=10, sample volume= 2mL b spiked furoic acid conc.=6.7 g L-1, n=10, sample volume= 2mL c spiked creatinine conc.=0.3 g L-1, n=10, sample volume= 2mL d spiked creatinine conc.=3.0 g L-1, n=10, sample volume= 2mL
Conclusions
The research shown here demonstrated that the analysis of furoic acid and creatinine in urine by SPME provided acceptable precision and sensitivity with simple and fast procedures. When sample volume is limited, only 2 mL of urine sample needed makes this technique more favorable than other methods. The time saving procedure also makes the proposed method suit- able for routine monitoring. On the other hand, spectrophometer is of- ten used for the determinations of creatinine. Therefore the same analytical instrument and SPME fiber used for the determinations of both creatinine and furoic acid in this research has shown that the cumbersome procedures can be omitted obviously.
Acknowledgements
This study was supported by grant from the National Science Council, Executive Yuan, Tai- wan (NSC 92-2320-B-039-049).
References
1. Carlier P, H Hannachi and G Mouvier. The chemistry of carbonyl compounds in the at- mosphere—a review. Atmos Environ 1986; 20:2079-99. 2. National Research Council (NRC). Environ- mental Tobacco Smoke: Measuring Expo- sures and Assessing Health Effects. Wash- ington, DC: NRC, 1986. 3. Otson R. and P Fellin. A review of tech- niques for measurement of airborne alde- hydes. Sci Total Environ 1988; 77:95-131. 4. Kieber RJ and K Mopper. Determination of picomolar concentrations of carbonyl com- pounds in natural waters, including seawa- ter, by liquid chromatography. Environ Sci Technol 1990; 24: 1477-81. 5. Ebeler SE, SH Hinrichs, AJ Clifford and T Shibamoto. Analysis of reactive carbonyls in the expired air of transgenic mice. Anal Biochem 1992; 205:183-6. 6. U.S. Department of Health, Education, and Welfare. Occupational Disease: A Guide to Their Recognition. Washintgon, DC: U.S. Government Printing Office, 1977.

Page 58
380
Journal of Occupational Safety and Health 16: 370-382 (2008)
7. American Conference of Governmental In- dustrial Hygienists (ACGIH). Documenta- tion of the Threshold Limit Values and Bio- logical Exposure Indices, Cincinnati, OH, 2007. 8. International Programm on Chemical Safety (IPCS). WHO, Concise International Chem- ical Assessment Document 21, 2-furalde- hyde, 2000. 9. US Occupational Safety and Health Admin- istration (OSHA). Occupational safety and health guideline for furfural, 1996. 10. Lauwerys RR and P Hoet. Industrial Chemi- cal Exposure: Guidelines for Biological Monitoring, 3rd ed. Lewis Publishers, CRC Press LLC, Boca Raton, FL, 2001, pp 457- 458. 11. Flek J and V Sedivec. Determination of toxic substances and their metabolites in biological-fluids by gas-chromatography .9. furoylglycine and total pyromucic acid in urine of persons exposed to fural. Collection Czechoslov Chem Commun 1976; 41: 732- 7. 12. Flek J. and V Sedivec. The absorption, me- tabolism and excretion of furfural in man. Int Arch Occ Env Hea 1978; 41: 159-68. 13. Pf?ffli P, Tossavainen A and H Savolainen. Comparison of inhaled furfuryl alcohol vapour with urinary furoic acid excretion in exposed foundry workers by chromato- graphic techniques. Analyst 1985; 110: 377- 9. 14. Tan ZB, CE Tonks, GE O'Donnell and R Geyer. An Improved HPLC Analysis of the Metabolite Furoic Acid in the Urine of Workers Occupationally Exposed to Furfural. J Anal Toxicol 2003; 27:43-6. 15. Jaffé M. ?ber den Niederschlag welchen Pikrins?ure in normalem Harn erzeugt und über eine neue Reaction des Kreatinins. Z Physiol Chem 1986; 10:391-400. 16. Cook JG. Factors influencing the assay of creatinine. Ann Clin Biochem 1975; 12: 219-32. 17. Okuda T, T Oie and M Nishida. Liquid- chromatographic measurement of creatinine in serum and urine. Clin Chem 1983; 29: 851-3. 18. Achari R, M Mayersohn and KA Conrad. HPLC analysis of creatinine in human plas- ma and urine. J Chromatogr Sci 1983; 21: 278-81. 19. Yokoyama Y, M Tsuchiya and H Sato. De- termination of creatinine and ultraviolet- absorbing amino acids and organic acids in urine by reversed-phase high-performance liquid chromatography. J Chromatogr 1992; 583:1-10. 20. Lim CK, W Richmond, DP Robinson and SS Brown. Towards a definitive assay of creatinine in serum and in urine: separation by high-performance liquid chromatogra- phy. J Chromatogr 1978; 145: 41-9. 21. Pawliszyn J. Solid-Phase Microextraction- Theory and Practice, Wiley-VCH: New

Page 59
381
Solid Phase Microextraction Procedure for the Determination of Furoic Acid and Creatinine in Urine by Gas Chromatography/Mass Spectrometry
York, 1997. 22. Pawliszyn J. (ed.) Applications of Solid Phase Microextraction. Royal Society of Chemistry, Cambridge; 1999. 23. Koziel JA and J Pawliszyn. Air Sampling and analysis of volatile organic compounds with solid phase microextraction. J Air Waste Manage Assoc 2001; 51: 173-84. 24. Llompart M, K Li and M Fingas. Headspace solid-phase microextraction for the determi- nation of volatile and semi-volatile pollut- ants in water and air. J Chromatogr A 1998; 824: 53-61. 25. Rodr?guez-Bencomo JJ, JE Conde, MA Rodr?guez-Delgado, F Garc?a-Montelongo and JP Perez-Trujillo. Determination of es- ters in dry and sweet white wines by head- space solid-phase microextraction and gas chromatography. J Chromatogr A 2002; 963: 213-23. 26. US Environmental Protection Agency: Determination of carbonyl compounds in drinking water by pentafluorobenzylhy- droxylamine derivatization and capillary gas chromatography with electron capture detection. Office of Research and Develop- ment, US EPA Method 556. 1998. 27. Knapp DR. Handbook of Analytical De- rivatization Reactions. Wiley & Sons: New York, 1979. 28. Budavari S. (ed.) The Merck Index, 12th ed. Rahway, NJ: Merck & Co., Inc; 1996. 29. Bao MJ, F Pantani, O Griffini, D Burrini, D Santianni and K Barbieri. Determination of carbonyl compounds in water by derivati- zation-solid-phase microextraction and gas chromatographic analysis. J Chromatogr A 1998; 809: 75-87. 30. Katritzky A R(ed.) Physical Methods in Het- erocyclic Chemistry. Academic Press: Lon- don; 1963. 31. RMC Dawson, RMC, Elliott, DC Elliott, WH and KM Jones. Data for Biochemical Research. Oxford Science, New York; 1986.

Page 60
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第370-382頁
382
論文
民國97年5月21日收稿,97年10月15日修稿,97年11月5日接受。 通訊作者 : 蔡詩偉,台大公衛學院環境衛生研究所,100 台北市徐州路17號,傳真:886-2-2351-6289,電 子郵件信箱:shihweitsai@ntu.edu.tw。
以固相微萃取技術分析尿中之 喃甲酸及肌酸酐
蔡詩偉
1
 黃梅蘭
2
1台大公衛學院環境衛生研究所 2中國醫藥大學職安系
摘 要
本研究利用固相微萃取 (solid-phase microextraction, SPME) 與氣相層析質譜儀之結合,建 立尿中呋喃甲酸 (呋喃甲醛之尿中代謝物) 與肌酸酐的分析技術,以提供評估呋喃甲醛暴露之 生物偵測工具。有關尿中呋喃甲酸的量測,本研究先以鹼性水解的方式,將結合態的呋喃甲 酸 (furoic acid-glycine conjugate) 轉為自由態 (free furoic acid),接著再以65?m poly (dimethylsi- loxane) /divinylbenzene (PDMS/DVB) 的固相微萃取纖維於電磁攪拌轉速 1200 rpm 下,以直接 樣本接觸方式吸附60秒後,以氣相層析質譜儀進行分析。有關尿中肌酸酐的量測,首先亦使 用65?m PDMS/DVB纖維,在電磁攪拌轉速 1200 rpm 下以直接樣本接觸方式吸附60秒後,將 已吸附肌酸酐的纖維挪至裝有100 ?L無水三氟醋酸的4 mL樣本瓶中頂空吸附30 sec,再將纖維 挪至另一個空白的樣本瓶並靜置10 min (以利衍生物trifluoroacetamide的生成),最後再以氣相 層析質譜儀進行分析。另外,本研究亦測試包括:溫度、攪拌速度、及含鹽量等不同因素對纖 維吸附量的影響。本研究針對尿中呋喃甲酸與肌酸酐所分別建立之分析方法,分析準確度皆在 100±10%以內,而偵測極限則為 0.0077 g L-1 (呋喃甲酸)、及0.13 g L-1 (肌酸酐)。與現有方法相 比較,本研究能有效縮短樣本前處理及分析時間並減少溶劑的使用,且與肌酸酐現有分析方法 的平行比對亦具有一致性。 關鍵詞:固相微萃取、無水三氟醋酸、呋喃甲酸、肌酸酐、氣相層析質譜儀

Page 61
營造業墜落重大墜落之情境分析與預防策略
383
論文
民國97年3月10日收稿,97年5月23日修稿,97年8月1日接受。 通訊作者: 紀佳芬,台北市基隆路四段43號, 台灣科技大學工業管理系,電子郵件信箱:chris@mail.ntust. edu.tw。
營造業墜落重大墜落之情境分析與預防策略
紀佳芬
1
 楊漢聲
1
 陳文雄
1
 劉國青
2
 張庭彰
3
 丁心逸
4
1台灣科技大學工業管理系 2行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所 3亞洲大學經營管理研究所 4中鼎工程有限公司
摘 要
深入瞭解職業意外事故發生的原因,可將有限的防災資源集中投入在較易發生職災的情境 因素,以獲取預防與控制職災的最大效益。Tuominen 與 Saari (1982) 認為找出影響意外事故發 生與否的因素,是避免職業意外事故的基礎。這些可能的潛在因素包含工作者的個人因素、營 造作業環境、作業機具、從事的作業類型及管理因素,這些影響因素的組合就是引發意外事故 的主要情境,因此本研究分析台灣地區民國90-94年間營造業墜落重大職災的414個案,從中分 析出引發營造業墜落重大職災的主要情境。先找出每件墜落個案的個人因素 (年齡、性別、工 作經驗)、執行作業、環境因素、管理因素 (公司雇用人數、安全設施及個人安全裝備)、發生 原因及墜落地點;接著採用標準化發生比SMR比較不同年齡、性別、公司規模的差異,並統計 各因素的次數分配。由於營造工地現場除了個人安全裝備是穿戴在勞工身上外,其餘的防墜措 施均設置在有墜落之虞之地點,不同的作業地點其適合的防墜措施有所差異,因此採用墜落地 點作為選用防墜措施的參考,並應用Phi分析找出墜落原因及墜落地點的相關性,提出有效的 防災策略,以期降低墜落職災發生率。 關鍵詞:重大墜落職災、營造業、預防措施、意外事故分析

Page 62
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第383-400頁
384
前 言
我國重大職災的資料顯示,大多數的重 大職災都屬於營造業墜落職災。Chi, Chang, & Hung分析民國88-89年間台灣地區重大職 災死亡個案784個顯示,有三成 (240, 30.6%) 屬於營造業墜落重大職災[1]。Kartam, Flood & Koushki探討科威特的營造業安全,發現 了以下幾個主要問題: 雇用臨時工; 缺乏意外事故記錄系統; 大規模的雇用外 籍勞工以及層層轉包承攬; 缺乏完整的安 全規章及法令; 缺乏安全經驗的累積; 大多數的營造公司都是小公司; 營造公司 多但標案少,以致於削價競標以及 夏天不 良的氣候環境。因為營造業工作地點、作業 機具與設施皆是臨時性的結構,且營造業 的作業、技術、氣候、與工作環境多樣化且 複雜,再加上營造公司經常雇用缺乏經驗與 訓練的臨時工[2]。上述作業、環境、人為 等各種因素都有可能引發營造業的墜落重大 職災。基於深入瞭解職業意外事故發生的原 因,是避免職業意外事故的基礎,意外事故 的情境分析能提供預防對策的重要指標,因 此必須重整職災資料,排除不必要的資訊以 架構出意外事故的過程。 Drury與Brill在情境分析中提到:情境包 含演員 (傷者)、道具 (產品)、場景 (環境) 及 情節 (作業) 等因素[3]。而有用的災害類型或 情境分析必須符合下列幾項條件: 發生機率較大的六種情境有時可涵蓋 90%的意外事故。 每個情境都可對應至一個以上可行的預 防對策。 每個情境間彼此都是互斥的。 每一個情境均以人為因素作為主要的敘 述。根據上述的情境分析模式,意外事故影 響因素不外乎人員 (性別、年齡、工作經驗 等)、作業 (行業、作業類型等)、設備 (媒介 物)、環境、災害類型、災害原因等因素。為 便於進行歸納分析,必須將質化的重大職災 個案資料進行系統化的分類處理。 因此,本研究分析台灣地區2001-2005年 間營造業墜落重大職災個案,從分析這五年 營造業墜落重大職災的情境可得出與職災預 防有關的關鍵情境與致災因素,作為擬定預 防營造業發生墜落重大職災的基礎。
研究方法與步驟
一、彙整案例報告進行編碼 本研究分析2001-2005年間營造業發生 墜落的414件 (2001年81件: 2002年71件: 2003年100件: 2004年79件: 2005年83件) 重大職災個案報告,擷取性別、年齡、公司 規模、工作經驗、墜落地點、作業別以及墜 落原因等因素進行編碼。編碼方式如下: 1. 性別: 男性, 女性。 2. 年齡:分為 15-24歲、 25-34歲、 35-44歲、 45-54歲、 55歲以上[4]。 3. 工作經驗:分為 0-1年、 1-5年、 5-10 年、 10-15年、 15-20年、 20年以上 [5]。 4. 公司規模根據中華民國行政院主計處 (民 86) 的分類分七組: 雇用人數少於5人、

Page 63
385
營造業墜落重大墜落之情境分析與預防策略
雇用人數介於5-9人、 雇用人數介於 10-29人、 雇用人數介於30-49人、 雇 用人數介於50-99人、 雇用人數介於100- 499人、 雇用人數超過500人[6]。 5. 作業別分為: 屋頂作業、 鋼構、鋼柱 作業、 拆除、 模版、 外牆 (含粉刷、 貼磚、砌磚、帷幕牆作業、泥作)、 水 電、 清潔、 吊掛搬運、 (組裝、拆 除) 鷹架、施工架、 室內裝修裝潢(含粉 刷、貼磚、油漆、木工塑膠)、 管理、 監督作業、 電機、 混泥土(含灌漿與 鋼筋)、 安裝或拆除運輸設備 (含電梯與 吊車),以及其他作業 (定線作業、土方作 業、天溝作業、道路修整作業、雜項作 業、花苗作業、門窗、框架構作業、窗 戶定位、玻璃安裝、操作施工載具) 或不 詳。 6. 墜落地點分為: 從鷹架、工作台、 從 營造物大樑或建築物鋼樑墜落、 從地板 開口處墜落、 踏穿屋頂天窗墜落、 從 梯子墜落、 從屋頂邊緣或開口墜落、 從地板或地面邊緣墜落、 墜落至低處 (含 陽台、懸崖、登山步道、消波塊開口)、 從平台墜落、 不另分類者 (從 (未啟動的) 運載工具墜落或跳下、從階梯墜落、從物 質材料墜落)。 7. 墜落原因分為: 不安全行為、 不安全 機具設備以及 不安全環境、 個人防護 具不安全四大類。第一大類不安全行為包 含: 不當姿勢或施力 (不當攀爬、不當 倚靠、不當承接物料、施力不當致重心不 穩、 未按操作程序 (未確認升降梯位置、 未經允許進行作業、機器設備操作不當、 未按施工步驟、未按規定移動施工架、在 施工架堆放過重物料)、 體力不繼和精神 不集中、 不當進入危險工作區域。第二 大類不安全機具設備包含: 不安全上下 設備 (沒有上下設備、上下設備未固定、 上下設備不合規定、上下設備斷裂)、 遭 機具或重物拉扯 (遭重物拉扯、鉤住、遭 捲揚機拉扯、遭手推車拉扯)、 隨機具 設備墜落 (捲揚機使用不符規定直徑之鋼 索)。第三大類不安全環境包括: 不安全 護欄 (未設護欄、開口護欄簡陋、強度不 足、護欄暫除以吊運貨物)、 不安全護蓋 (未設護蓋、護蓋未固定、強度不足、護蓋 暫除以吊運貨物、將護蓋當成廢料清除)、 不安全踏板 (屋頂) (未設置踏板、踏板未 鋪滿)、 安全網不安全 (未設安全網、安 全網未能有效防護、安全網暫除進行施工 檢查)、 開口未設警告標示、 無任何防 墜設施、 施工架不符合規定 (未搭設施工 架、施工架未設置交叉拉桿、下拉桿、施 工架未經專業設計、材質不良斷裂、工作 台寬度不足、踏板暫除以吊運貨物、踏板 未鋪滿、施工架未確實固定)、 不安全氣 候或照明 (氣候影響、通風照明不良)、 其他不安全環境 (走道不安全、遭外物擊 中)。第四大類個人防護具不安全包含: 沒有使用個人防護具 (沒有使用安全帶、 沒有使用安全帽、沒有使用安全帶及安全 帽)、 沒有正確使用個人防護具 (解開安 全帶、未將安全帶繫於安全母索或錨點、 安全帶斷裂脫落、安全帶無繫掛位置、 安全帽未繫頤帶、安全帽不合標準、頤帶 過長、未使用安全帶及安全帽未繫頤帶、

Page 64
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第383-400頁
386 未將安全帶繫於安全母索及安全帽未繫頤 帶)、 沒有提供任何個人防護具,以及其 他 (結構本身斷裂) 或不詳。
資料統計分析
除了每個因素的次數分佈情形外,還進 行SMR與因素之間相關性分析。 1. 標準化發生比SMR (Standardized mortality ratio) 職業傷害流行病學的研究可增進對職業傷 害病因的瞭解。發生率與盛行率即是流行 病學針對群體特性 (狀態或事件) 常用的 基本測量指標。由於群體是由具不同特性 的人所組成 (包含許多不同年齡、性別與 職業的人,或具有不同的抽煙、喝酒、飲 食習慣等),因此對於發生率與盛行率的 應用,通常要更特定些 (特定比率),比較 容易確認影響其變化的決定因素。例如, 年齡、性別、死因別特定比率 (age-, sex- , cause specific rates),因將群體限定於某 個性別、年齡及死因,以確定這個比率本 身的變化是不是由性別、年齡所導致。營 造業墜落職災性別、年齡以及公司規模的 SMR是根據營造業民國90-94年中華民國主 計處公布資料為母體。並計算各個SMR的 95%信賴區間 (95% confidence interval),公 式如下: SMR=O/E O=營造業各個變項水準的墜落死亡人數 E=根據各母體計算營造業各個變項水準的 墜落死亡期望人數 SMR 95% 信賴區間近似估計值如下: 95%信賴區間下限值= ....................................... 95%信賴區間上限值= ................... 依據上述並計算出性別、年齡及公司規模 的標準化發生比SMR (Standardized mortali- ty ratio) 以及各個SMR的95%信賴區間[7]。 2. 本研究分析的另一重點是重大職災資料兩 兩因素間的相關性,分成兩個主要部份: 斯皮曼相關 (Spearman's correlation) 以及 Cramer's V Phi coefficient analysis。斯皮 曼相關分析用來檢測數量 (numerical) 或序 位變項 (ordinal) 間的相關 (例如:年齡、 工作經驗)。Cramer's V統計檢測兩個名目 (nominal)、或是名目與序位、或是不同種 類因素間的相關性 (例如:性別、年齡、 工作經驗、行業別、事故原因)。斯皮曼相 關係數的公式如下: 兩個隨機變數Xi跟Yi的Spearman's 等級相 關: r= ........................... 其中,Ri跟Si 分別是是Xi跟Yi等級數的配 對;N為樣本數的總數 Cramer's V= ................................ 其中, 為卡方值 (Chi-square),根據列聯 表分析 (contingency analysis) 得到,公式為 ...........................................

Page 65
387
營造業墜落重大墜落之情境分析與預防策略
其中,O為每個細格 (cell) 的觀察次數;E 為每個細格的期望次數;N為樣本數的總 數;k為行數或列數最小者。Cramer's V值 介於0跟1.00之間。 Phi係數只適用在2x2的列聯表,且其值介 於-1.00跟+1.00之間,用來表達兩因素間的 關連性[8]。在計算Phi係數時,每個因素必 須重新編碼變成二位元 (binary measure)。 Phi係數最簡單的計算方式是利用Cramer's V公式中令k=2得到: φ= ....................................................... 另外,許多統計學者建議關於期望次數小 於5的列聯表,可以使用Fisher's exact test來 作為檢定調整[9,10]。 三、針對上述分析所得結果提出預防策略。
研究結果
1. 次數及SMR分析 根據每個變項的次數分佈情形可以看 出。罹災者以男性居多 (388, 93.7%)、年齡 在25-44歲間 (221, 53.4%)、多數受雇於人數 少於30人的小公司 (369, 89.1%) (表1)。基於 年齡層在25?44歲之間的勞工人數原就佔最 多數,為能消除母群體受雇人數對於墜落 職災發生率的影響,因此計算標準化死亡 率SMR進行比較,可以根據SMR 95% [7] 的 信賴區間比較各個水準是否有顯著差異, 如表1所呈現不同的英文字母代表具有顯著 差異,A與B表示顯著群組不同,有顯著差 異;A與AB群組表示無顯著差異。由SMR分 析可看出性別、不同年齡層與公司規模都有 顯著的差異。從性別的SMR比較中顯示男性 (SMR=1.64) 發生墜落重大職災的比例顯著高 於女性 (SMR=0.11)。這樣的結果有可能是因 為女性的工作時數較少[11],且較少從事戶 外工作以及危險性較高的作業[12]。從比較 多年齡層的SMR分析中發現年齡與SMR成正 比,顯示年齡超過55歲的員工較易發生墜落 重大職災。年齡大的勞工 (超過55歲) 可能因 為體力不支或是來不及反應平衡導致傷害或 是動作遲緩來不及避免發生傷害;對於年輕 的勞工而言,墜落職災的發生可能是因為經 驗不足或是本身的疏忽。 1 性別、年齡雇用人數次數分析及SMR
因素 因素類別 次數 % SMR 95%信賴區間 顯著群組 性別 男 388 93.72 1.64 (1.30-2.05) B 女 18 4.35 0.11 (0.03-0.29) A 不詳 8 1.93 - - - 年齡 15-24 26 6.28 0.60 (0.20-1.38) A 25-34 103 24.88 0.87 (0.54-1.34) A 35-44 118 28.50 0.97 (0.62-1.45) AB 45-54 101 24.40 1.16 (0.71-1.78) AB ≥ 55 57 13.77 1.64 (0.83-2.90) B 不詳 9 2.17 - - -

Page 66
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第383-400頁
388
因素 因素類別 次數 % SMR 95%信賴區間 顯著群組 雇用人數 <5 155 37.44 1.87 (1.27-2.65) E 5-9 118 28.50 1.01 (0.65-1.51) D 10-29 96 23.19 1.49 (0.90-2.33) C 30-49 11 2.66 0.44 (0.06-1.49) BC 50-99 11 2.66 0.48 (0.06-1.65) B 100-499 9 2.17 0.25 (0.02-0.97) AB ≥ 500 4 0.97 0.24 (0.00-1.56) A 不詳 10 2.42 - - -
公司雇用人數的SMR結果與Buskin及 Paulozzi得到的結果類似,雇用人數較多的大 公司其墜落職災發生率顯著較低。小公司其 危險性較高的原因可能是小公司無法提供完 整的安全訓練及安全教育人員,也有可能是 小公司承接危險性較高的工作[13]。 與年齡的分佈情形相反的是大多數的 罹災者工作經驗少於1年 (307, 74.2%)。在墜 落高度方面,26個案例其墜落高度在二公尺 以下,相關法令如「高架作業勞工保護措施 標準」以及預防墜落的檢核表常著重在高度 二公尺以上的作業環境,勞工在高度二公尺 以下從事作業時也比較容易輕忽。有部分案 例顯示墜落高度在兩公尺以下時,罹災者往 往在沒有佩戴安全帽的情況下後腦著地,因 此勞工不能因為作業高度低於二公尺而輕忽 (表2)。 2 工作經驗與墜落高度的次數分析
因素 因素類別 合計 百分比 工作經驗 1年以下 (含1年) 307 74.15% 1-15年 81 19.57% 15年以上 8 1.93% 不詳 18 4.35% 墜落高度 0-2.0m 26 6.28% 2.1-2.9m 15 3.62% 3.0-6.0m 114 27.54% 6.1-9.0m 78 18.84% 9.1-12.1m 47 11.35% 12.2-15.1m 40 9.66% 15.2-30.4m 50 12.32% 30.5m以上 29 7.00% 不詳 14 3.38%
在作業部分 (表3) 以從事屋頂作業 (66, 15.9%)、鋼構作業 (50, 12.1%)、拆除作業 (38, 9.2%)、模版作業 (37, 8.9%)、外牆作 業 (35, 8.5%)、水電作業 (30, 7.2%)、清潔作 業 (28, 6.8%)、吊掛搬運作業 (27, 6.5%) 以 及居多。上述這幾項作業涵蓋了約四分之三 (75.1%) 的墜落事故。

Page 67
389
營造業墜落重大墜落之情境分析與預防策略
3 墜落職災個案勞工所從事的作業類型
執行作業 合計 百分比 屋頂作業 (在屋頂上從事安裝、拆除) 66 15.9% 鋼構、鋼柱作業 50 12.1% 拆除作業 (工具及安全網或安全器具架設或收拾作業) 38 9.2% 模版作業 37 8.9% 外牆作業 (粉刷、貼磚、砌磚、帷幕牆作業、泥作) 35 8.5% 水電作業 30 7.2% 清潔作業 28 6.8% 吊掛搬運作業 27 6.5% (組裝、拆除) 施工架作業 18 4.3% 室內裝修裝潢作業 (粉刷、貼磚、油漆、木工塑膠) 18 4.3% 管理作業、監督作業 13 3.1% 電機作業 11 2.7% 混泥土作業 (含灌漿與鋼筋) 10 2.4% 安裝或拆除運輸設備 (含電梯與吊車) 7 1.7% 其他作業 (定線作業、土方作業、天溝作業、道路修整作業、雜項作業、花苗作業、門窗、框架構作業、窗戶定 位、玻璃安裝、操作施工載具) 20 4.9% 不詳 6 1.4% 總計 414 100%
從墜落地點 (表4) 來分析,有接近九成 (86.6%) 的墜落職災是歸類為:從鷹架及臨 時台架墜落 (113, 27.3%)、從營建物橫樑或 是鋼架墜落 (86, 20.8%)、從地板開口墜落 (53, 12.8%)、踏穿屋頂墜落 (47, 11.4%)、從 梯子墜落 (36, 8.7 %)、從屋頂邊緣墜落 (23, 5.6%)。 4 墜落職災個案勞工的墜落地點
墜落地點 合計 百分比 從鷹架、工作台墜落 113 27.3% 從營造物大樑或建築物鋼樑墜落 86 20.8% 從地板開口處墜落 53 12.8% 踏穿屋頂天窗墜落 47 11.4% 從梯子墜落 36 8.7% 從屋頂邊緣或開口墜落 23 5.6% 從地板或地面邊緣墜落 14 3.4% 墜落至低處 (陽台、懸崖、登山步道、消波塊開口) 13 3.1% 從平台墜落 8 1.9% 不另分類者 (從 (未啟動的) 運載工具墜落或跳下、從階梯墜落、從物質材料墜落) 21 5.1% 總計 414 100%

Page 68
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第383-400頁
390 墜落原因的部分 (表5),高達八成的原 因是個人安全裝備不安全 (335, 37.77%) 和不 安全環境 (398, 44.87%)。不安全環境中以安 全網不安全123件、不安全護欄 (97)、施工架 不符合規定 (69)、不安全踏板 (屋頂) (47) 居 多。不安全行為共有81件佔9.13%,其中又 可細分為不當姿勢或施力 (42)、未按操作程 序 (25)、不當進入危險工作區域 (8)、體力不 繼和精神不集中 (6)。另不安全機具設備共有 68件,又可細分為不安全上下設備 (51)、隨 機具或重物墜落 (17)。 5 墜落職災的發生原因 (N=887)
因素類別 子類別 合計 百分比 不安全行為 81 9.13% 不當姿勢或施力 42 4.74% 未按操作程序 25 2.82% 不當進入危險工作區域 8 0.90% 體力不繼和精神不集中 6 0.68% 不安全機具設備 68 7.67% 不安全上下設備 51 5.75% 隨機具或重物墜落 17 1.92% 不安全環境 398 44.87% 安全網不安全 123 13.87% 不安全護欄 97 10.94% 施工架不符合規定 69 7.78% 不安全踏板 (屋頂) 47 5.30% 不安全護蓋 26 2.93% 不安全氣候或照明 16 1.80% 無任何防墜設施 10 1.13% 開口未設警告標示 5 0.56% 其他不安全環境 5 0.56% 個人安全裝備不安全 335 37.77% (有提供) 沒有使用個人安全裝備 183 20.65% 沒有正確使用個人安全裝備 141 15.90% 沒有提供任何個人防護具 11 1.24% 其他 (結構本身斷裂) 3 0.34% 不詳 2 0.23% 總計 414 100%
2. 重要致災因素相關分析結果彙整 由於工作位置 (墜落地點) 與發生原因有 高度相關,因此我們進行墜落地點與發生原 因的相關分析 (Phi分析)。得出墜落原因與墜 落地點的Phi分析結果 (參考表6),可以瞭解 在每個作業場所發生墜落重大職業災害的主 要原因,作為制訂預防策略的基礎。詳述如 下: 從鷹架、工作台墜落的主要原因是施工 架不符合規定與不安全護欄這兩項原因的組 合 (3個,ψ=0.139,p=0.02) 或是施工架不符 合規定加上安全網不安全及不當個人防護器

Page 69
391
營造業墜落重大墜落之情境分析與預防策略
具三項原因組合 (7個,ψ=0.135,p=0.012) 或是不安全護欄加上不當個人防護器具以 及不安全上下設備三項原因的組合 (8個, ψ=0.229,p<0.01) 或是不當個人防護器具加 上不安全護欄以及施工架不符合規定三項原 因的組合 (5個,ψ=0.153,p=0.007)。 從大樑或鋼樑墜落的主要原因是不當個 人防護器具與安全網不安全的二項原因組合 (15個,ψ=0.179,p<0.01) 或是再加上不安 全護欄的組合 (7個,ψ=0.114,p=0.03) 或再 加上不當姿勢或施力的三項原因組合 (2個, ψ=0.136,p=0.043),或不當個人防護器具與 不安全氣候或照明的組合 (2個,ψ=0.136, p=0.043),或是加上其他原因的兩種原因組 合 (2個,ψ=0.136,p=0.043)。 未按操作程序 (3個,ψ=0.135,p=0.03) 與不安全護蓋 (3個,ψ=0.156,p=0.016) 分 別可能造成作業人員從地板開口處墜落,或 是不當個人防護器具加上不安全護欄 (8個, ψ=0.111,p=0.032)、或是加上不安全護蓋 (5 個,ψ=0.209,p=0.001) 或是加上無任何防 墜設施 (3個,ψ=0.135,p=0.03) 三者之一的 兩種原因組合。另外,不安全護蓋加上不當 姿勢或施力 (2個,ψ=0.182,p=0.016)、或 是加上開口未設警告標示 (2個,ψ=0.182, p=0.016) 的兩種原因組合,或是未按操作程 序、不安全護欄與不當個人防護器具三種原 因的組合 (2個,ψ=0.182,p=0.016) 都可能 造成從地板開口處墜落。 踏穿屋頂天窗的墜落原因,主要是不安 全踏板加上安全網不安全 (12個,ψ=0.459, p<0.01) 或是加上不當個人防護器具 (9個, ψ=0.347,p<0.01) 的兩種原因組合,或是 前三項的三種原因組合 (14個,ψ=0.463, p<0.01)。 從梯子墜落的原因,主要是不安全上 下設備單獨 (2個,ψ=0.176,p=0.021) 與 不當個人防護器具二種原因的組合 (10個, ψ=0.355,p<0.01),或是再加上施工架不 符合規定三種原因的組合 (3個,ψ=0.232, p=0.002)。 屋頂邊緣或開口的墜落原因是不當個人 防護器具與安全網不安全 (7個,ψ=0.201, p=0.001) 或是與不安全護欄二種原因的組合 (5個,ψ=0.131,p=0.022)。 地板或地面邊緣的墜落原因主要是不當 個人防護器具加上不當進入危險區域的二種 原因組合 (1個,ψ=0.263,p=0.034) 或是加 上不當姿勢或施力及不安全護欄的三種原因 組合 (2個,ψ=0.183,p=0.02)。 墜落至低處 (含跳落) 的原因,主要是 安全網不安全 (2個,ψ=0.311,p=0.003) 單 獨,或是無任何防墜設施、不安全氣候或照 明及不當個人防護器具的三種原因組合 (1 個,ψ0.273,p=0.031)。 從平台墜落的原因是隨機具或重物墜落 加上不安全護欄 (1個,ψ=0.243,p=0.038) 或加上不當姿勢或施力 (1個,ψ=0.351, p=0.019) 或是加上未按操作程序 (1個, ψ=0.351,p=0.019)。或是不當進入危險區域 與施工架不符合規定的兩種原因組合 (1個, ψ=0.243,p=0.038),或是不當姿勢或施力、 不安全上下設備及不當個人防護器具的三種 原因組合 (1個,ψ=0.243,p=0.038)。

Page 70
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第383-400頁
392 6 墜落原因與墜落地點Phi分析表
鷹架、工作 台 大樑或鋼樑 地板開口處 踏穿屋頂天 窗 梯子 屋頂邊緣或 開口 地板或地面 邊緣 墜落至低處 (含跳落) 平台 未按操作程序 2 0.016
f (1.000)
0 3 0.135
f (0.030)+
0 0 0 0 0 1 0.130
f (0.111)
不安全護蓋 1 -0.018
f (1.000)
0 3 0.156
f (0.016)+
0 0 0 0 0 0 不安全上下設備 1 0.012
f (1.000)
0 0 0 2 0.176
f (0.021)+
0 0 0 0 安全網不安全 0 1 0.026
f (1.000)
0 0 0 0 0 2 0.311
f (0.003)++
0 不當個人防護器具 安全網不安全 3 -0.120 (0.014)* 15 0.179 (0.000)++ 3 -0.033
f (0.601)
4 0.007
f (1.000)
0 7 0.201
f (0.001)++
0 0 0 不當個人防護器具 不安全護欄 6 -0.051 (0.302) 6 -0.010 (0.840) 8 0.111
f (0.032)+
0 1 -0.055
f (0.343)
5 0.131
f (0.022)+
3 0.099
f (0.079)
1 0.001
f (1.000)
1 0.027
f (1.000)
不當個人防護器具 不安全上下設備 2 -0.077
f (0.174)
5 0.037
f (0.550)
0 0 10 0.355
f (0.000)++
0 0 1 0.030
f (1.000)
0 安全網不安全 不安全踏板 (屋頂) 0 1 -0.058 f (0.319) 0 12 0.459
f (0.000)++
0 0 0 0 0 不當個人防護器具 不安全踏板 (屋頂) 2 -0.041
f (0.525)
0 0 9 0.347
f (0.000)++
0 1 0.021
f (1.000)
0 0 0 不當個人防護器具 不安全護蓋 2 -0.007
f (1.000)
0 5 0.209
f (0.001)++
1 0.005
f (1.000)
0 0 0 0 0 不當個人防護器具 無任何防墜設施 0 1 -0.012
f (1.000)
3 0.135
f (0.030)+
0 1 0.034
f (1.000)
0 1 0.089 (0.188) 0 0 不安全護欄 施工架不符合規定 3 0.139
f (0.020)+
0 0 0 0 0 0 0 0 不當姿勢或施力 不安全護蓋 0 0 2 0.182
f (0.016)+
0 0 0 0 0 0 不當進入危險區域 施工架不符合規定 1 0.036
f (1.000)
0 0 0 0 0 0 0 1 0.243
f (0.038)+
不安全護欄 隨機具或重物墜落 1 0.036
f (1.000)
0 0 0 0 0 0 0 1 0.243
f (0.038)+
不安全護蓋 開口未設警告標示 0 0 2 0.182
f (0.016)+
0 0 0 0 0 0 不當個人防護器具 不安全氣候或照明 0 2 0.136
f (0.043)+
0 0 0 0 0 0 0 不當個人防護器具 其他 0 2 0.136
f (0.043)+
0 0 0 0 0 0 0

Page 71
393
營造業墜落重大墜落之情境分析與預防策略
鷹架、工作 台 大樑或鋼樑 地板開口處 踏穿屋頂天 窗 梯子 屋頂邊緣或 開口 地板或地面 邊緣 墜落至低處 (含跳落) 平台 不當姿勢或施力 隨機具或重物墜落 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0.351
f (0.019)+
未按操作程序 隨機具或重物墜落 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0.351
f (0.019)+
不當個人防護器具 不當進入危險區域 0 0 0 0 0 0 1 0.263
f (0.034)+
0 0 不當個人防護器具 安全網不安全 不安全踏板 (屋頂) 1 -0.099
f (0.050)
0 0 14 0.463
f (0.000)++
0 2 0.056
f (0.242)
0 0 0 不當個人防護器具 不安全護欄 安全網不安全 5 0.018
f (0.776)
7 0.114
f (0.030)+
0 1 -0.032
f (0.708)
0 2 0.061
f (0.221)
1 0.032
f (1.000)
0 0 不當個人防護器具 施工架不符合規定 安全網不安全 7 0.135
f (0.012)+
1 -0.048
f (0.472)
1 -0.018
f (1.000)
0 1 0.002
f (1.000)
0 0 1 0.056
f (0.299)
0 不當個人防護器具 不安全護欄 不安全上下設備 8 0.229
f (0.000)++
0 0 0 0 0 0 0 0 不當個人防護器具 不當姿勢或施力 不安全護欄 2 0.004
f (1.000)
1 -0.021
f (1.000)
1 0.006
f (1.000)
0 0 0 2 0.183
f (0.020)+
1 0.084
f (0.201)
0 不當個人防護器具 不安全護欄 施工架不符合規定 5 0.153
f (0.007)++
1 -0.012
f (1.000)
0 0 0 0 0 0 0 不當個人防護器具 施工架不符合規定 不安全上下設備 1 -0.005
f (1.000)
0 0 0 3 0.232
f (0.002)++
0 0 0 0 不當個人防護器具 不當姿勢或施力 不安全上下設備 0 0 0 0 1 0.102
f (0.167)
0 0 0 1 0.243
f (0.038)+
不當個人防護器具 不當姿勢或施力 安全網不安全 0 2 0.136
f (0.043)+
0 0 0 0 0 0 0 不當個人防護器具 未按操作程序 不安全護欄 0 0 2 0.182
f (0.016)+
0 0 0 0 0 0 不當個人防護器具 無任何防墜設施 不安全氣候或照明 0 0 0 0 0 0 0 1 0.273
f (0.031)+
0 NOTE 此分析表僅呈現有顯著關係的因素。 ++ 正相關且達顯著水準0.01、+正相關且達顯著水準0.05。 ** 負相關且達顯著水準0.01、* 負相關且達顯著水準0.05。 f 用Fisher's exact test進行顯著檢定
3. 預防措施 根據勞委會勞工安全衛生研究所所研定 的「營造工程墜落防止技術手冊」指出,就 墜落防止之技術層面而言,可透過墜落危害 避免 (本質安全、危害消除)、墜落多數保護 (安全防護設施,採行後可保護在設施附近 工作之人員)、墜落個人保護 (個人安全防護 具,指保護穿戴之個人) 及安全監控系統 (警 告措施,危害仍存在) 等方法依序考量防止 發生墜落職災[14]。然而,應該選用何種墜

Page 72
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第383-400頁
394 落防護裝置是一個值得深入探討的問題。 加拿大的MLID Manitoba Labor and Im- migration Division [12] 墜落防護手冊中提及 幾個墜落防護的類別: 樓板地面防護 (地 面清潔、防滑)、 固定式護欄 (扶手、護 欄)、 樓板開口防護 (開口護蓋、護欄)、 活動限制系統 (安全母索、繫索跟腰負式安 全帶)、 墜落防止系統 (安全母索、繫索跟 背負式安全帶)、 安全網系統[15]。Bobick 等人將前三種防護措施定義為主要、主動式 防護措施,以防止勞工身體發生墜落。另外 其他三種則是發生墜落後用來減輕傷害的被 動式、次要防護措施[16]。MLID, 認為提供 固定式的護欄要比個人的防護具 (安全母索 與安全帶) 更容易防止墜落職災,而且需要 配合不同的環境與作業類別來選擇不同的墜 落防護裝備。本研究原想利用作業類別來作 為選擇適當防護措施的基礎。但是因為各個 作業類別與防護措施間並沒有明顯且合理的 相關。因此,決定採用災害類型,也就是工 作位置以及勞工當時的動作來作為選用墜落 防護措施的基礎,如表7的結果。每一種墜 落原因可能有數種的防護裝置可以使用,因 此可以使用多重防護以加強避免墜落意外發 生。 從鷹架或工作台墜落佔所有個案的 27.3%,主要發生原因為不當個人防護器具 (15件)、不安全護欄 (11件)、施工架不符合 規定 (10件)、不安全上下設備 (8件)、安全網 不安全 (7件)。因此為防止從鷹架或工作台墜 落,可參照Helander根據美國勞工局統計資 料研究鷹架意外事故所提出的建議設置護欄 [17]。然而在安裝護欄的期間,工作人員必 須將獨立的安全帶繫掛上安全母索以防止暴 露於有墜落之虞的開口邊緣[15]。安全網通 常都用於無法安裝護欄或是無法設置安全母 索的工作環境。另外,當護欄暫時移除時必 須設立警告標示[15]。樓板防護主要是用來 防止跌倒滑倒的發生,因此沒有列在表7。 7 墜落原因與墜落地點防災策略
墜落地點 墜落原因 次數 主要 次要 固定式護欄 樓板地面防護 牢固的 屋頂材 料 活動限制系 統 墜落制止系 統 安全網 系統 護欄 (腳 趾板)扶 手 警告標誌, 柵欄式警告 標示 地面護蓋 踏板 安全母索、 繫鎖、腰負 式安全帶 安全母索、 繫鎖、背負 式安全帶 安全網 鷹架、工作台 不當個人防護器具 20 X X X 不安全護欄 16 施工架不符合規定 15 不安全上下設備 8 安全網不安全 7

Page 73
395
營造業墜落重大墜落之情境分析與預防策略
墜落地點 墜落原因 次數 主要 次要 固定式護欄 樓板地面防護 牢固的 屋頂材 料 活動限制系 統 墜落制止系 統 安全網 系統 護欄 (腳 趾板)扶 手 警告標誌, 柵欄式警告 標示 地面護蓋 踏板 安全母索、 繫鎖、腰負 式安全帶 安全母索、 繫鎖、背負 式安全帶 安全網 大樑或鋼樑 不當個人防護器具 28 X X X 安全網不安全 24 不安全護欄 7 不安全氣候或照明 2 不當姿勢或施力 2 其他原因 2 地板開口處 不當個人防護器具 18 X X X X 不安全護蓋 12 不安全護欄 10 未按操作程序 5 無任何防墜設施 3 開口未設警告標示 2 不當姿勢或施力 2 踏穿屋頂天窗 不安全踏板 35 X X X X 安全網不安全 26 X 不當個人防護器具 23 梯子 不安全上下設備 15 X X 不當個人防護器 13 施工架不符合規定 3 屋頂邊緣或開口 不當個人防護器具 12 X X X 安全網不安全 7 X 不安全護欄 5 地板或地面邊緣 不當個人防護器具 3 X X X 不當姿勢或施力 2 不安全護欄 2 不當進入危險區域 1 平台 隨機具或重物墜落 3 X X X 不當姿勢或施力 2 施工架不符合規定 1 不安全上下設備 1 不當進入危險區域 1 未按操作程序 1 不當個人防護器具 1 墜落至低處 (陽 台、懸崖、登山步 道、消波塊開口) 安全網不安全 2 X X X 無任何防墜設施 1 不安全氣候或照明 1 不當個人防護器具 1 註 X代表適用的防護措施

Page 74
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第383-400頁
396 從大樑或鋼樑墜落佔所有個案的 20.8%,主要原因為不當個人防護器具 (28 件)、安全網不安全 (24件)、不安全護欄 (7 件)、不安全氣候或照明 (2件)、不當姿勢或 施力 (2件)。在營造物橫樑跟鋼架上,因為無 法採用固定式防護欄,必須使用墜落制止系 統 (安全母索、繫索及安全帶) 以及安全網系 統 (安全網) 以防止墜落。然而,本研究發現 從大樑或鋼樑上墜落的個案中有28個是因為 不當個人防護器具而罹災,這也提醒管理者 除了需提供適當的防護具外,還需讓勞工接 受安全教育訓練,以學習辨識並且改善危害 環境,有效的使用墜落防護系統,檢查測試 防護器具、設備、環境。此外,適當的行政 管理措施,也是不可疏忽的部分[18]。 從地板開口墜落佔所有個案的12.8%, 主要原因為不當個人防護器具 (18件)、不 安全護蓋 (12件)、不安全護欄 (10件)、未按 操作程序 (5件)、無任何防墜設施 (3件)、開 口未設警告標示 (2件)、不當姿勢或施力 (2 件)。為防止從地板開口墜落,開口部分必須 採用固定式護欄或適當的護蓋保護,例如: 能夠支撐物件重量及顯示出開口位置的木板 或是金屬護蓋[15]。另外,只允許配置背負 式安全帶裝備並繫掛上安全母索的勞工才能 進入2.5公尺高沒有安全護蓋開口區域[15]。 踏穿屋頂天窗墜落佔所有個案的 11.4%,主要原因為不安全踏板 (35件)、安 全網不安全 (26件)、不當個人防護器具 (23 件)。許多研究都建議針對踏穿屋頂天窗墜落 最根本的防治方法是使用牢固的屋頂材料, 不僅要能夠支撐勞工、設備[17],還要能支 撐勞工移動時的負荷例如:走路、跌倒及放 置原物料[16]。此外,營造業屋頂作業也需 要寬闊且安全的支撐平台 (踏板)。本研究發 現,從梯子墜落大多數是因為不安全的上下 設備及個人防護器具使用不當。這一類的事 故可以根據Cohen & Lin三個論點來改善: 選擇正確的裝備、 使用安全的梯子以及 定期檢查、維護梯子的安全[19]。 從梯子墜落佔所有個案的8.7%,主要原 因為不安全上下設備 (15件)、不當個人防護 器 (13件)、施工架不符合規定 (3件)。為防 止從梯子墜落,MLID 建議在樓梯的開放邊 緣、斜坡或是其他類似的地方應設置適當的 扶手護欄,不只可以防止墜落還能提供上下 樓梯的支撐。在本研究的個案中,從樓梯或 階梯墜落都是發生在沒有防護措施的開口, 這些開口處都需要適當的防護措施以避免從 開口墜落。 從屋頂邊緣或開口墜落 (尤其是有斜度 的屋頂) 佔所有個案的5.6%,除了要在屋頂 邊緣加設護欄或是安全母索與安全網外,勞 工還需要使用個人防護用具並繫掛在安全母 索上[17]。本研究發現從屋頂邊緣或開口墜 落的原因中因為個人防護器具使用不當而墜 落的有12件;安全網不安全有7件;不安全 護欄有5件。為防止因為護欄不安全而引發 的墜落事件,Division of Building Safety in Idaho建議在吊掛區域內必須有護欄或是個人 防護裝置以防止墜落[20]。若是移除護欄以 方便吊掛作業 (例如:整個吊運過程中),且 勞工的身體必須朝向開口區域 (為了接收或 是引導裝備、物料的吊升) 時,必須使用個 人墜落防護裝備以防止墜落發生。 從地板或地面邊緣墜落佔所有個案的

Page 75
397
營造業墜落重大墜落之情境分析與預防策略
3.4%,主要原因為不當個人防護器具 (3 件)、不當姿勢或施力 (2件)、不安全護欄 (2 件)。主要防災措施可透過確保地面清潔、 防滑並設置固定式護欄或扶手以及警告標 示。若無法設置護欄,勞工於地板或地面邊 緣從事作業時,必須穿戴安全帶以避免墜落 [21]。 從平台墜落佔所有個案的1.9%,主要 原因為隨機具或重物墜落 (3件)、不當姿勢 或施力 (2件)、施工架不符合規定 (1件)、不 安全上下設備 (1件)、不當進入危險區域 (1 件)、未按操作程序 (1件)、不當個人防護器 具 (1件)。主要防災措施可透過在平台邊緣開 口裝設護欄;並注意如捲揚機等機具設備確 實固定,此外,勞工在平台上作業時亦需佩 戴安全帶,避免因施力不當而失去重心墜落 [21]。 此外,還有少數個案是從陽台、懸崖、 登山步道、消波塊開口墜落,若能確實使用 個人防護器具、設置安全設施及現場施作環 境的改善,就能避免墜落職災的發生。
結論與建議
本研究彙整國內外與營造業墜落有關的 參考文獻,以及2001-2005年間台灣營造業發 生414件墜落重大職災的致災因素 (含性別、 年齡、公司雇用人數、工作經驗、作業別、 媒介物、發生原因)。經由編碼與統計分析後 得出主要的災害情境,並根據Phi分析所得之 墜落原因,提供一個防護措施對照表作為防 護的依據。彙整如下: ? 為防止從施工架墜落,建議設置護欄。而 在安裝護欄的期間,工作人員必須將獨立 的安全帶繫掛上安全母索[15]。 ? 在營造物橫樑跟鋼架上,必須使用墜落制 止系統 (安全母索、繫索及安全帶) 以及安 全網系統 (安全網) 以防止墜落。另外,管 理者除了需提供適當的防護具外,還需讓 勞工接受安全教育訓練[18]。 ? 為防止從地板開口墜落,開口部分必須採 用固定式護欄或適當的護蓋保護。另外, 只允許配置背負式安全帶裝備並繫掛上安 全母索的勞工才能進入2.5公尺高沒有安全 護蓋開口區域[15]。 ? 為防止從梯子墜落,MLID 建議在樓梯的 開放邊緣、斜坡或是其他類似的地方應設 置適當的扶手護欄[15]。 ? 為防止從屋頂邊緣或開口墜落 (尤其是有 斜度的屋頂),要在屋頂邊緣加設護欄或是 安全母索與安全網,使用個人防護器具並 繫掛在安全母索上[17]。 ? 針對踏穿屋頂天窗墜落最根本的防治方法 是使用牢固的屋頂材料並在作業前設置寬 闊且安全的支撐平台 (踏板)。 ? 為防止從梯子墜落,可以根據Cohen & Lin 三個論點來改善: 選擇正確的裝備、 使用安全的梯子以及 定期檢查、維護梯 子的安全[19]。 ? 從陽台、懸崖、登山步道、消波塊開口墜 落,若能確實使用個人防護器具、設置安 全設施及現場施作環境的改善,就能避免 墜落職災的發生。 類似的研究方法可以被應用在分析其他 類型的重大職業災害,例如佔營造業職災比 例很高且人為因素也很重要的感電職災,可

Page 76
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第383-400頁
398 以根據感電重大職災的情境與發生原因,發 展出預防營造業發生感電職災的預防措施。
參考文獻
[1] Chi C F, Chang T C and Hung K H. Significant industry-source of injury- accident type for occupational fatalities in Taiwan. International Journal of Industrial Ergonomics 2004; 34: 77-91. [2] Kartam NA, Flood I and Koushki P. Con- struction safety in Kuwait: issues, proce- dures, problems, and recommendations. Safety Science 2000; 36: 163-84. [3] Drury C G and Brill M. Human Factors in Consumer Product Accident Investigation. Human Factors 1983; 25, 329-42. [4] Chi Chia-Fen and Wu Meng-Lin. Effects of age and occupation on occupational fatality rates. Safety Science 1997; 27: 1-17. [5] Bustani S J. Relative risk analysis of injuries in coal mining by age and experience at present company. Journal of Occupational Accidents 1988; 10: 209-16. [6] Directorate-General of Budget, Accounting and Statistics, Executive Yuan: Yearbook of Manpower Survey Statistics; 1997. [7] Chi Chia Fen and Chen Chin-Lung. Re- analyzing occupational fatality injuries in Taiwan with a model free approach. Safety Science 2003; 41: 681-700. [8] Kurtz N R. Statistical analysis for the so- cial sciences. Allyn & Bacon, MA; 1998. p 311-2. [9] Jaccard J, Becker M A Statistics for the be- havioral sciences. Brooks/Cole publishing company, CA; 1997. p 428. [10] Mehta C R, Patel N R, Senchaudhuri P. Exact stratified linear rank tests for ordered categorical and binary data. J Computa- tional and Graphical Statistics 1992; 1: 21- 40. [11] Messing K, Courville J, Boucher M, Du- mais L and Seifert A M. Can safety risks of blue-collar jobs be compared by gender? Safety Science 1994; 18: 95-112. [12] Lucas Robert E B. The distribution of job characteristics, Review of Economics and Statistics, LVI; 1974. 530-40. [13] Buskin SE and Paulozzi LJ. Fatal injures in the construction industry in Washington State. American Journal of Industrial Medicine 1987; 11: 453-60. [14] Institute of Occupational Safety and Health, Council of Labor Affairs Executive Yuan: Fall Protection Guide in Construction; 2001. [15] Manitoba Labour and Immigration Division Fall Protection Guidelines. (http://www.os- hforeveryone.org/wsib/default.html); 2003. [16] Bobick T G, Stanevich R L, Pizatella T J, Keane P R and Smith D L. Preventing falls through skylights and roof openings. Professional Safety 1994; 39: 33-7.

Page 77
399
營造業墜落重大墜落之情境分析與預防策略
[17] Helander M. A review of research on hu- man factors and safety in building/construc- tion. Proceeding of the 1984 International Conference on Occupational Ergonomics 1984; 95-104. [18] Janicak J A. Fall-related deaths in the con- struction industry. Journal of Safety Re- search 1998; 29: 35-42. [19] Cohen H H, Lin L. A scenario analysis of ladder fall accidents. J Safety Res 1991; 22: 31-39. [20] The Division of Building Safety in Cooperation with the Idaho Industrial Commission 074 fall protection. http: www2.state.id.us/dbs/safety_code; 2004. [21] Occupational Health and Safety Regulation Fall Protection. (http://www2.worksafebc. com/Publications/OHSRegulation/Home. asp); 2005.

Page 78
400
Research Articles
Journal of Occupational Safety and Health 16: 383-400 (2008)
Accepted 1 August, 2008 Correspondence to: Chia-Fen Chi, Department of Industrial Management, National Taiwan University of Science & Technology, Taipei, Taiwan 106. E-mail:chris@mail.ntust.edu.tw
In-Depth Analysis and Prevention of Fatal Falls in Construction Industry
Chia-Fen Chi1, Han-Sheng Yang1, Wen-Shiung Chen1, Kuo-Ching Liu2, Tin-Chang Chang3, Hsin-I Ting4
1Department of Industrial Management, National Taiwan University of Science and
Technology
2Institute of Occupational Safety and Health 3Department of Business Administration, Asia University 4CTCI Corporation
Abstract
Accident analysis is an important source of information when developing accident prevention strategies and decisions. As stated by Tuominen and Saari (1982), an essential phase of accident analysis is the specification of factors found to influence the identified events. These factors may include individual factors, working environment, tools, and performed tasks. The current study analyzed 414 work-related single fatalities from the years 2001 to 2005 in terms of individual factors (age, gender, and experience), performed tasks, environmental factors, management factors (the company size measured by the number of workers, safety equipment, and the use of personal protective equipment), causes of these accidents, and site of the fall. The Standardized Mortality Ratio (SMR) was used to compare different levels of age, gender, and company size, and to control for these factors. Besides personal protective equipment, other fall protection measures are used at potential falling sites. Therefore, potential protection measures were determined based on significant associations between cause of the fall and the falling site. Results from this analysis could lead to more effective safety training, protective equipment and devices, and compliance with established procedures. Keywords: Fatal falls, Construction industry, Prevention measures, Accident analysis.

Page 79
0-100?C濕空氣密度計算方式之探討
401
論文
民國96年7月7日收稿,97年8月7日修稿,97年8月21日接受。 通訊作者: 王順志,行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所,台北縣221汐止市橫科路407巷99號,電子郵 件信箱:wangsj@mail.iosh.gov.tw。
0-100?C濕空氣密度計算方式之探討
王順志 張振平
行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所
摘 要
勞工作業場所的空氣品質監測工作之中,常有採樣空氣與監測通風設施性能的必要。有些 通風與空氣品質監測儀器,例如空氣採樣泵、皮托管、熱線風速計、壓差式風量計等,其性能 皆受空氣密度大小的影響,若能快速取得精密的濕空氣密度,則有助於工業衛生專業人員實施 現場儀器校正。從平坦乾熱的臺灣西南部平原,一路上升到涼爽多濕的南投高地,濕空氣的物 理性質存在差異超過8%的情形十分常見。 為了方便世界各國的大氣科學研究者採用共同的標準來衡量濕空氣密度,國際度量衡標準 局於1981年提出CIPM-81標準計算方法。這個僅適用於氣溫攝氏15到27?C的CIPM-81方法是由 一組公式構成,但在過去27年間,不斷有新的科學數據引進修正CIPM-81方法,國際度量衡標 準局也順應這些新發現,在相同的氣溫區間內陸續推出CIPM81/91、CIMP-2007等更新版本。 由於部分監測位置的空氣可能為高溫高濕的氣體,為了方便工業衛生專業人員實施直讀式儀器 的的現場校正,本篇蒐集不同學術領域的最新期刊文獻與實驗數據,重新推導補全濕空氣密度 的精密評估方法,將適用的溫度範圍擴大到攝氏0-100?C(此氣溫範圍涵蓋大部分空氣監測儀 器的工作需求),並與CIPM-2007方法、已知的其他標準濕空氣狀態、已知的最新期刊實驗數 據作比對。 關鍵詞:濕空氣密度、CIPM-2007方法、現場校正

Page 80
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第401-414頁
402
緒 言
過去在規劃空氣品質監測策略或設計 通風設備時,常將空氣視為理想氣體(ideal gas)。令P為絕對壓力、ρ為質量密度、R 為氣體常數(gas constant)、T為絕對溫度, 則理想氣體的狀態方程式可描述如下[1]。 P=ρRT ............................................................. 有別於理想氣體的狀態方程式,真實氣 體(real gas)的狀態方程式通常以壓縮性因 子(compressibility factor)Z將 式修正為 式。 Z= P ρRT ......................................................... 若忽略空氣中有害物的存在,僅將環境 濕空氣視為乾空氣與水蒸氣的混合物,令Ru 為通用氣體常數(universal gas constant)、 M為濕空氣分子量,則將濕空氣的真實氣體 狀態方程式修正如 式。 Z= P = P · M ρRT ρT Ru ........................................... 為了快速計算濕空氣密度, 式可依不 同的狀態變化範圍予以簡化,但這樣的作法 造成不同的空氣物理研究成果無法相互比較 的問題。為了統一濕空氣密度的計算方式, 國際度量衡標準局於1981年提出CIPM-81方 法[2],但構成此方法的部分關鍵數據陸續 遭到其他研究文獻[3,4]給予更精密的修正, 於是國際度量衡標準局於1991年修改並提出 CIPM 81/91方法[6]。CIPM 81/91方法推出 後,各國高等大氣實驗室以精密秤重法等方 法陸續證其精確度[7-9],也有部分學者嘗試 修正構成CIPM 81/91方法的細部內容[10], 為此國際度量衡標準局在2007年再度修正提 出CIPM-2007方法[11]。 CIPM-2007方法針對無污染的的濕空 氣,適用於氣溫15-27?C、大氣壓力600- 1100hPa、相對溼度0-100%的範圍,只適合 使用於空氣溫溼度穩定的精密實驗室。臺灣 地區一般廠房的夏季氣溫動輒達到30-35?C, 裸露於室外陽光下的排氣導管溫度更可達到 50-70?C之譜,對於工業衛生專業人員而言, CIPM-2007方法顯然不能滿足空氣品質監測 作業的需要。 除了現場量測的需要之外,對於某些利 用較大的壓差間接量測空氣流量的儀器,例 如文氏管(Venturi)風量計、孔口板(orifice plate)風量計、層流風量計等,則需要較精 密的濕空氣密度,才能匹配這些儀器的風量 量測精確度。 為了建立0-100?C氣溫範圍的濕空氣密度 精密計算方法,本篇引進適用於該溫度範圍 的最新研究文獻,重新推導濕空氣密度計算 方法。由於可攜式電腦(筆記本電腦、PDA 等)已普及於一般民眾,利用電腦可進行快 速複雜的運算,因此本篇另提供中文網頁版 濕空氣密度計算程式供國內專業人士與學校 教學使用,下載網址為http://www.iosh.gov. tw/person/wangsj/app/cal.htm#p05。

Page 81
403
0-100?C濕空氣密度計算方式之探討
研究方法與分析過程
1. 乾空氣與水蒸氣的分子量重新確認
若乾空氣由N種氣態純物質組成,且xiMi分別代表其中第i種純物質的莫耳組成比 例與分子量,則可將乾空氣分子量Ma表示如 下。 Ma=(
N N
xiMi)/( ∑xi)
i=1 i=1
..................................... CIPM-2007方法採用1976年美國標準 大氣技術資料[12]的海平面乾空氣莫耳組成 比例與分子量、Picard於2004年修正的氬莫 耳組成比例[8],以及二氧化碳背景濃度為 400ppm的假設,利用 式算出乾空氣分子量 為28.96546kg/kmol。本篇沿用同樣的乾空氣 莫耳組成比例,以及CODATA資料庫[13]提 供的原子量(於2007年獲IUPAC承認[14]) 與不確定量數據,重新計算乾空氣分子量Ma 如表2與 式。水蒸氣的分子量MV無莫耳組 成比例問題,直接計算如 式。由CODATA 資料庫也可查出通用氣體常數,修改其單位 後得 Ru= 8314472±15Pa·cm3·mol-1·K -1 。 Ma=(2896546±45)×10-5g/mol.......................... MV=(1801528±44)×10-5g/mol ......................... 須注意的是1976年美國標準大氣技術 資料[12]的海平面乾空氣莫耳組成總和為 0.9999971而非1,可能是在處理尾數進位與 否時造成的問題。
2. 氣態雜質對乾空氣分子量的影響
若乾空氣的成分與莫耳組成比例與表2 之間存在較大差異時,就必須修正 式,以 取得正確的乾空氣分子量。本篇提出建議修 正原則如下。 若二氧化碳的產生必須消耗環境空氣 中的氧,則二氧化碳的莫耳組成比例增加 量,相當於氧的莫耳組成比例減少量。前述 的莫耳組成比例變動關係可利用表2直接計 算,或依 式整理如下。 Ma=22.247604+12.010735(xCO2+0.5589207) ..... 若氣態混合物由乾空氣與一種額外加 入的氣態雜質共同組成,且該氣態雜質可視 為理想氣體,則該氣態雜質會排擠「組成乾 空氣的所有成分」,須以等比例的方式扣除 因為雜質氣體的額外加入而遭排擠的差額。 前述的莫耳組成比例變動關係可利用表2直 接計算,或令雜質氣體的分子量為Minc、令 雜質氣體的莫耳組成比例為xinc,再依 式整 理如下。 Ma=[28.965456(0.9999971-xinc)+Mincxinc]/0.9999971 .. 若額外加入的氣態雜質不可視為理想 氣體,則依 式修正乾空氣分子量之後,還 要另外尋求技術文獻,推導「乾空氣、水蒸 氣、該氣態雜質」三元氣態混合物的氣體分 子交互影響,以修正壓縮性因子Z。為達成 前述目的所需的分析實驗工作規模較龐大, 且大多與特殊的化工反應生產製程有關,因 此可用文獻較少[15]。

Page 82
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第401-414頁
404 1 20080624日上午09時臺灣各氣象站空氣密度
氣象站 氣溫(?C) 氣壓(百帕) 相對溼度 空氣密度(kg/m3) 密度差異(kg/m3) 密度差異百分比 玉山 11.8 642.9 62.6% 0.7822 -0.3998 -34% 阿里山 16.2 761.6 97.5% 0.9091 -0.2729 -23% 日月潭 26.1 896.5 73.1% 1.0331 -0.1489 -13% 竹子湖 26.4 937.7 79.2% 1.0789 -0.1031 -9% 台中 30.7 994.8 70.4% 1.1274 -0.0546 -5% 基隆 31.8 999.9 68.1% 1.1288 -0.0532 -5% 高雄 31.9 1004.7 66.9% 1.1340 -0.0480 -4% 台東 30.8 1002.8 75.2% 1.1352 -0.0468 -4% 花蓮 29.9 1001.8 74.6% 1.1383 -0.0437 -4% 標準狀態 20.0 1000.0 65.0% 1.1820 註:為空調標準狀態
2 海平面乾空氣的組成與乾空氣分子量計算表
乾空氣的純物質成分 分子量 Mi Mi之不確定量 莫耳組成比例 xi 乾空氣分子量之 貢獻 xiMi xiMi之不確定量 編號i 物質名稱 符號 1 氮 N2 28.0134 0.0004 0.780848 21.874207 0.000312 2 氧 O2 31.9988 0.0006 0.209390 6.700229 0.000126 3 氬 Ar 39.948 0.001 0.009332 0.372795 0.000009 4 二氧化碳 CO2 44.0095 0.0014 0.000400 0.017604 0.000001 5 氖 Ne 20.1797 0.0006 0.0000182 0.000367 0.000000 6 氦 He 4.002602 0.000002 0.0000052 0.000021 0.000000 7 甲烷 CH4 16.04246 0.00108 0.0000015 0.000024 0.000000 8 氪 Kr 83.798 0.002 0.0000011 0.000092 0.000000 9 氫 N2 2.01588 0.00014 0.0000005 0.000001 0.000000 10 氧化亞氮 N2O 44.0128 0.0007 0.0000003 0.000013 0.000000 11 一氧化碳 CO 28.0101 0.0011 0.0000002 0.000006 0.000000 12 氙 Xe 131.293 0.006 0.0000001 0.000013 0.000000 各乾空氣純物質成分累計 0.9999971 28.965372 0.000448 乾空氣分子量Ma與其誤差之計算結果(g/mol) 28.965456 0.000448
3. 濕空氣的真實氣體狀態方程式
令水蒸氣於環境空氣中所佔的莫耳比例 為xV,則濕空氣分子量M可表示如下。 M=xVMV+(1-xV)Ma=Ma[(1-xV(1-MV/Ma)] ......... 將 式代入 式,得濕空氣的真實氣體 狀態方程式如下。 式也是CIPM-2007方法 使用的濕空氣狀態方程式。 ρ= PMa [1-xV(1- MV)] ZRuT Ma ..................................... 若將濕空氣視為理想氣體,則由水的飽 和性質表(Saturation Table)可查出對應環 境氣溫的飽和蒸汽壓PSV,再利用相對濕度? 計算「若將濕空氣視為理想氣體」時的水蒸 氣莫耳組成比例xV,ideal如下。 xV,ideal≡?·xSV=? PSV P ........................................ 若將濕空氣視為真實氣體,則因「飽和 水蒸汽單獨存在於空間中」與「飽和水蒸氣 與乾空氣共存於空間中」畢竟是兩種不同的 狀態,此時xV,ideal須由增強因子(enhancement factor)f 修正為真實氣體的xV

Page 83
405
0-100?C濕空氣密度計算方式之探討
xV≡f·xV,ideal=?·f· PSV P ..................................... f 通常表示為氣壓與氣溫的函數。在 0-100?C的氣溫範圍內,為了滿足不同的計算 精確度需求,Buck[3]在1981年依Hyland[4]的 精密實驗數據提出多個 f 擬合公式,但這些 公式在氣溫高於60?C時,其誤差大小與氣溫 成正比。為了解決問題,本篇採用1998年由 Hardy[10]提出的擬合公式如下,其計算結果 與Hyland的實驗數據之間只存在小於1.5×10-5 的誤差。為呈現氣溫適用範圍的重要性,以 下同時列出CIPM-2007方法提供的 f 擬合公 式如 式。 ................. 其中 f 為增強因子 PSV P分別為水的飽和蒸汽壓與濕空氣壓力 t 為攝氏氣溫,單位?C α=
3
Aiti
i=0
,為溫度函數,Ai 係數詳表3 β=
3
Biti
i=0
,為溫度函數,Bi係數詳表3 3 Hardy增強因子擬合公式的AiBi係數
α函數 β函數 A0 3.53624×10-4 B0 ?1.07588×101 A1 2.9328363×10-5 B1 6.3268134×10-2 A2 2.6168979×10-7 B2 ?2.5368934×10-4 A3 8.5813609×10-9 B3 6.3405286×10-7
fCIPM=1.00062+3.14×10-8P+5.6×10-7t2............. 其中 f 為增強因子 P 為濕空氣壓力,單位Pa t 為攝氏氣溫,單位?C f =1代表水蒸氣處於過熱狀態,或可以 將濕空氣視為理想氣體的情況。所謂水蒸氣 的過熱,是指氣溫高於對應環境氣壓的沸點 [20]。舉例來說,環境氣壓維持在1013.25hPa 時,對應的水沸點為100?C,因此氣溫若高 於100?C,就進入水蒸氣的過熱狀態。圖1比 較了本篇主張使用的Hardy公式[10]、CIPM- 2007公式[11]、Buck公式[3]與Nelson的數據 [20],發現在氣溫低於50?C時,四種增強因 子的大小幾乎完全相同,但氣溫高於60?C 後,Buck公式與CIPM-2007公式的偏差隨著 氣溫提高而急劇增加。在氣溫逼近但未到達 100?C時,只有本篇主張使用的Hardy公式能 正確預測水蒸氣即將進入過熱狀態( f 趨近 於1),且能與Nelson的數據保持一致;至於 Buck公式與CIPM-2007公式的偏差,則在氣 溫逼近100?C時大到不可忽視的地步。 水的飽和蒸汽壓PSV 可以查表取得,也可 以用函數擬合,學術界常用的是以下由美國 ASHRAE組織提出[19]、適用於0-200?C的範 圍的擬合公式。 1 一大氣壓的環境下,四種水蒸氣增強因 子來源之比較

Page 84
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第401-414頁
406 ln PSV = k1/T+k2+k3T+k4T 2+k5T 3+k6 ln T ......... 其中PSV 為水的飽和蒸汽壓,單位Pa T 為濕空氣的絕對溫度,單位K k1 = ?5800.2206 k2 = 1.3914993 k3 = ?4.8640239×10-2 k4 = 4.1764768×10-5 k5 = ?1.4452093×10-8 k6 = 6.5459673
4. 濕空氣的壓縮性因子與維理狀態方程 式
近年來陸續出現許多引用維理狀態方程 式(virial equation of state)來研究二元混合 物(binary mixture)的實驗文獻[15]。維理 狀態方程式即(16)式。 Z= PV =1+ B + C + … RuT V V 2 ........................... 其中Z為壓縮性因子 P 為濕空氣絕對壓力 Ru 為通用氣體常數 V 為莫耳容積,即每莫耳濕空氣所佔的  空間體積 T 為濕空氣的絕對溫度 B 為第二維理參數  (second virial coefficient) C 為第三維理參數(third virial coefficient) 式的等號右邊亦稱為維理展開式,但 因展開的項數過多會使複雜度顯著增加,故 通常只考慮維理參數BC。令B = B'RuTC = (B' 2+C')(RuT)2 ,可將 式重新對氣壓展開 [15]如 式。 Z= PV =1+ B'P+C'P2 RuT ................................... CIPM 81/91方法[6]提供了由國際度量 衡標準局的內部研究人員歸納的、僅適用於 15-27?C氣溫範圍的壓縮性因子 Z 擬合公式如 下,CIPM-2007方法[11]也沿用這個擬合公 式,但前述兩份文獻都沒有說明 式是怎樣 推導出來的。 式中帶有下標的 ab 符號, 以及無下標的 de 符號,都是常數,為節省 篇幅故未列出。 ................ 為了將適用氣溫範圍擴充到0-100?C,以 下從 式起重新推導。將 式代入 式整理 得 式,其中維理參數 B C 的定義如 式 與 式[15]。 .... B=xa
2Baa+2xaxvBav+xv 2Bvv ................................
C=xa
3Caaa+3xa 2xvCaav+3xv 2xaCavv+xv 3Cvvv .........
其中 xa=1-xv 為乾空氣佔全部濕空氣的莫耳組 成比例 其餘 Bxx Cxxx 為維理係數群 第二維理參數 B 與2個氣體分子之間的 交互作用有關,第三維理參數 C 與3個氣體 分子之間的交互作用有關。構成 B C 的維 理係數群 Bxx Cxxx 均為溫度的函數,最初 的實驗數據來自1973年Hyland與Wexler[18] 的研究,Buonanno[17]則於1994年針對-60?C 到200?C的範圍修正提出符合ITS-90溫標(當 前使用的溫標)的 Bxx Cxxx 函數如 式至 式。

Page 85
407
0-100?C濕空氣密度計算方式之探討
Baa=34.9380?6667.54T -1?2.10704×   106T -2+9.28923×107T -3 .......................... Baw=32.3507?14096.9T -1?1.24837×   106T -2+2.31946×109T -4 .......................... Bww=RuT[7.02089×10-9?1.47008×   10-9exp(1734.636T -1)]............................. Caaa=1259.95?191070T -1+6.3277×107T -2 ...... Cwww=(RuT)2[1.666295×10-15?3.34522×   10-18exp(3645.78T -1)+(Bww/RuT)2] ........... Caaw=482.937+105546T -1?6.56519×107T -2+   2.94612×1010T -3?3.19531×1012T -4 ......... Caww=?106exp(?10.728+3476.63T -1?   382954T -2+3.33743×107T -3.................... 以上這些溫度函數之中, Bxx 的單位 都是 cm3/molCxxx 的單位都是 cm6/mol2 。 Buonanno並未利用 Bxx Cxxx 函數來計算濕空 氣密度,而是為了計算增強因子 f。將 式與 式展開後,再以 xv 為變數重新整理,可得 以下結果。 B=Baa+2(Baw?Baa)xv+(Bww+Baa?2Baw)xv
2
C=Caaa+3(Caaw?Caaa)xv+3(Caww+Caaa?2Caaw)xv
2   +[(Cwww?Caaa)+3(Caaw?Caww)]xv 3 .................
比較 式、 式與 式,可發現國際度 量衡標準局研究人員歸納的的4個多項式函 數,是將 式的 B/Ru (C-B2)/Ru
2
針對15- 27?C的氣溫範圍作局部數值擬合所得的結 果,其對應關係如下。 ......... 濕空氣密度的推導到此結束,以下贅 述本篇揭示的濕空氣密度計算方法。注意 以下方法只適用於氣壓600-1100hPa、氣溫 0-100?C、相對溼度0-100%的範圍。 1. 量測監測點(可能位於勞工呼吸帶、排氣 櫃操作開口、通風排氣導管內部或屋頂 排氣道出口等不同位置)的氣壓 P(單位 Pa)、相對溼度計 ? 、氣溫 t(單位?C)。 2. 換算絕對氣溫 T=t+273.15(單位K), 利用絕對氣溫T、氣壓P與 式至 式 計算 Bxx Cxxx 函數,再利用 式計算 壓縮性因子 Z 。注意通用氣體常數為 Ru=8314472Pa·cm3·mol -1·K -1 。 3. 將Z代入 式,濕空氣密度即可解出。
濕空氣密度計算結果之比較與討論
1981年由國際度量衡標準局推出CIPM- 81方法[2]之後,有多位學者提出濕空氣物理 性質相關研究成果,但這些研究的重點著重 於航空與大氣熱力學[3,10,20]、化工熱力學 [15-17]等需求,並未討論濕空氣密度,有些 文獻[21]則將濕空氣密度計算方法列出,但 為規避計算壓縮性因子Z的不便,刻意令Z=1 並容忍這樣做造成的誤差。對於勞工作業場 所0-100?C濕空氣密度的精密計算方法,除 了CIPM系列方法(CIPM-81、CIPM 81/91、 CIPM-2007)之外,目前尚未發現可以就原 理與數據精密度與本篇作比較的文獻。以下 說明本篇與其他可取得的數據或理想氣體狀 態方程式的比較結果。
1. 以CIPM-2007方法為準,作15-27?C濕 空氣密度比較
1991年的CIPM 81/91方法[6]為了說明 該方法與其前身(1981年的CIPM-81方法)

Page 86
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第401-414頁
408 的差異,特別設定了四種標準狀態。表4列 出CIPM-81、CIPM 81/91、CIPM-2007以及 本篇在這四個標準狀態下計算所得的濕空 氣密度,比對數據後可發現本篇與最新的 CIPM-2007方法計算結果完全一致。若以 CIPM-2007方法為基準,將本篇計算結果與 CIPM-2007方法作細部的試算比較,可發現 在CIPM-2007方法適用且兩者間存在最大差 異的範圍(氣壓固定為1100hPa、氣溫15- 27?C、相對溼度0-100%)內,有以下的比較 結果。 4 CIPM 81/91方法指定的4個狀態比較依不同方法取得的濕空氣密度 
氣溫t (?C) 氣壓 (Pa) 相對溼度 CIPM-81ρ (kg/m3) CIPM 81/91ρ (kg/m3) CIPM-2007ρ (kg/m3) 本篇ρ (kg/m3) 20 100,000 50% 1.18351 1.18347 1.18356 1.18356 20 110,000 10% 1.30662 1.30658 1.30668 1.30668 15 100,000 90% 1.20244 1.20241 1.20249 1.20249 25 60,000 50% 0.69418 0.69416 0.69421 0.69421
1. 壓縮性因子Z計算結果比較如圖2,兩者的 比例差異始終落在±1.5×10-7 的微小範圍 內,可能是 式至 式引用的各常數尾數 進位與否造成的差異。由圖2可推測本篇 與CIPM-2007方法使用壓縮性因子 Z 原始 數據很可能是完全相同的,只不過CIPM- 2007方法使用的 Z 公式是針對氣溫15-27?C 的範圍所作的簡化版本而已。 2 本篇的壓縮性因子Z相對於CIPM-2007 方法的比例差異 2. 水蒸氣莫耳比例xv計算結果比較如圖3,可 發現代表不同相對溼度的6條曲線幾乎重 合。重合的原因是相對溼度 ? 在計算過程 中被消去,如 式所示。 ..... 3. 增強因子 f(氣壓固定時,f 僅為溫度的函 數)計算結果比較如圖4,可發現圖3與圖4 的變化趨勢完全一致,或 xv 的差異主要來 自 f 的差異,詳 式的定義。 3 本篇的水蒸氣莫耳比例 xv 相對於CIPM- 2007方法的比例差異

Page 87
409
0-100?C濕空氣密度計算方式之探討
4 本篇增強因子 f 相對於CIPM-2007方法 之比例差異 4. 濕空氣密度計算結果比較如圖5,兩者的 最大比例差異僅為+3.04×10-6(相當於數 據差異+0.0000038kg/m3 ),出現在氣壓 1100hPa、氣溫27?C、相對溼度100%的狀 態。換言之,若密度計算結果只取到小數 點後第5位,則本篇提出的濕空氣密度計算 方法與CIPM-2007方法的計算結果完全相 同。 5 本篇濕空氣密度計算方法相對於CIPM- 2007方法的比例差異
2. 以Nelson研究數據為準,作0-80?C濕空 氣物理性質比較
Nelson等人基於航空與大氣熱力學的研 究需要,於2004年歸納-40?C到400?C範圍內 的濕空氣熱力性質[20]。雖然Nelson的研究 並非以濕空氣密度為重點,但其揭露的18個 空氣狀態數據可換算為濕空氣密度並與本篇 比對如表5。在採取與Nelson研究相同的有效 位數之後,Nelson研究與本篇的濕空氣密度 計算結果幾乎完全相同。 5 比較Nelson研究數據與本篇的濕空氣性質計算結果
計算輸入條件 壓縮性因子Z 濕空氣密度(kg/m3) Nelson的原始數據 氣溫(?C) 空氣總壓P(Pa) 相對溼度 Nelson 本研究 Nelson 本研究 溼度比(kgV/kgda) 比容積(m3/kgda) 0 101325 0% 0.9994 0.9994 1.2928 1.2930 0 0.7735 0 101325 100% 無 0.9994 1.2899 1.2901 0.00379 0.7782 20 101325 0% 0.9996 0.9996 1.2042 1.2046 0 0.8304 20 101325 100% 無 0.9996 1.1938 1.1941 0.01476 0.8500 40 101325 0% 0.9998 0.9998 1.1271 1.1274 0 0.8872 40 101325 100% 無 0.9995 1.0963 1.0966 0.04915 0.9570 60 101325 0% 0.9999 0.9999 1.0594 1.0596 0 0.9439 60 101325 100% 無 0.9987 0.9814 0.9816 0.15360 1.1755 80 101325 0% 1.0000 1.0000 0.9993 0.9995 0 1.0007 80 101325 100% 無 0.9953 0.8255 0.8256 0.55310 1.8814 0 70108 0% 0.9996 0.8945 0.8945 0 1.118

Page 88
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第401-414頁
410
計算輸入條件 壓縮性因子Z 濕空氣密度(kg/m3) Nelson的原始數據 氣溫(?C) 空氣總壓P(Pa) 相對溼度 Nelson 本研究 Nelson 本研究 溼度比(kgV/kgda) 比容積(m3/kgda) 0 70108 100% 無 0.9996 0.8914 0.8915 0.00549 1.128 20 70108 0% 0.9998 0.8333 0.8334 0 1.200 20 70108 100% 無 0.9997 0.8225 0.8229 0.02154 1.242 40 70108 0% 0.9999 0.7800 0.7800 0 1.282 40 70108 100% 無 0.9995 0.7492 0.7492 0.07356 1.433 60 70108 0% 1.0000 0.7331 0.7331 0 1.364 60 70108 100% 無 0.9982 0.6550 0.6550 0.24899 1.907
3. 令增強因子與壓縮性因子均為1,與理 想氣體模型作比較
若令 式的壓縮性因子Z=1,令 式的 增強因子 f=1,令環境空氣中的二氧化碳濃 度恆為400ppm,則由 式可得理想氣體狀態 方程式如下。 ..................................... 注意 式的飽和水蒸氣壓 PSV 係以美國 ASHRAE學術組織提出的 式作精密計算, 並使用最新修正的通用氣體常數與分子量如 式與 式。由於理想氣體濕空氣與真實濕 空氣之間的主要差異在於對水蒸氣的物理性 質修正態度,圖6特地就最容易突顯差異的 飽和濕空氣狀態(相對溼度為100%),比 較 式與本篇的濕空氣密度精密計算方法, 發現 式相對於 式的濕空氣密度比例差異 主要由氣溫決定。在0-50?C的範圍內,使用 式取代 式造成不到 1×10-3 的比例差異, 但氣溫若高於50?C,則誤差隨著氣溫上升而 急遽增加。對於普通教學用途而言, 1×10-3 的濕空氣密度誤差尚可接受,故 式在低精 密度需求的情況下可適用於氣溫0-50?C的範 圍。 6 理想氣體模型在氣溫高於高於50?C時出 現顯著誤差
結果與建議
1. 根據國際度量衡標準局的評估[11],CIPM- 2007方法與各國精密實驗室的實驗數據 之間存在±6.4×10-5的加權平均差異(無 因次),CIPM-2007方法的標準不確定度 (standard uncertainty)則為 1.2×10-5。由 於本篇引述的各項數據與公式的精密度均 不遜於CIPM-2007方法(但計算方法也更 繁瑣),故在CIPM-2007方法的適用範圍 內,本篇所提方法的標準不確定度(stan- dard uncertainty)可沿用 1.2×10-5。由於

Page 89
411
0-100?C濕空氣密度計算方式之探討
本篇與CIPM-2007方法之間的最大計算差 異為+3.1×10-6,因此在最壞的情況下,本 篇與各國精密實驗室的實驗數據之間存在 ±6.5×10-5的加權平均差異。 2. 本篇揭示的濕空氣密度精密計算方法已由 近期文獻擷取最新、最可靠的方程式與數 據來源,且前述文獻提供的方程式與數據 精確度都不亞於CIPM-2007方法,因此在 CIPM-2007方法的適用範圍內,本篇的方 法可以直接取代CIPM-2007方法。在氣溫 27-100?C的範圍內,由於缺乏來自國家級 精密大氣實驗室的濕空氣密度實測數據, 故本篇不就0-100?C的範圍作不確定度分 析。 3. 將氣壓固定為1013.25hPa(一大氣壓), 然後針對不同的相對溼度以本篇提出之方 法計算濕空氣密度,其結果如圖7,可發現 在氣溫高於40?C時,濕空氣密度受相對溼 度的影響十分明顯。類似的現象也可在圖8 觀察到,這是針對不同的氣溫計算濕空氣 密度所得的結果。 7 氣溫高於50?C時,相對溼度對空氣密度 的影響十分明顯 8 氣壓固定時,空氣密度與相對溼度呈直 線比例關係 4. 針對不同氣壓作飽和濕空氣的密度分析如 圖9,由圖中可發現這些等壓密度線的幾何 形狀都十分相似。 9 飽和濕空氣的密度大小對氣壓與氣溫同 樣敏感 5. 對於利用壓差來評估導管風量的工業通風 實驗器材(層流板風量計、文氏管風量 計、皮托管風量計)而言,常用微壓差計 的量測誤差為±1%,常用大氣壓力計的量 測誤差為±100Pa,常用水銀溫度計的量

Page 90
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第401-414頁
412 測誤差為±0.1?C,常用相對溼度計的量測 誤差為±2%,故於氣壓101325Pa、氣溫 20?C、相對溼度65%、導管相對負壓800Pa 的狀態下,濕空氣密度為1.198±0.002kg/ m3,儀器造成的誤差約千分之二左右, 因此採用相對簡單的 式來計算濕空氣密 度,就已經能匹配前述儀器,無須採用相 對較精密的 式。 6. 若為推導公式或實施精密的實驗而需使用 濕空氣密度時,建議採用本篇的方法,以 提高濕空氣密度的精確度。
誌 謝
承蒙儀器專家董長昌先生、黃裕宏先生 詳細說明通風相關量測儀器的校正原理與實 務重點,對本篇的寫作有極大參考價值;承 蒙財團法人安全衛生技術中心余榮彬博士指 導論文修改方式,謹此敬表謝忱。
參考文獻
[1] American Conference of Governmental and Industrial Hygienists Committee on Industrial Ventilation (US). Industrial Ven- tilation: A Manual of Recommended Prac- tice for Design, 26th Edition. The Confer- ence; 2007. [2] Giacomo P. Equation for the determination of the density of moist air (1981). Metrolo- gia 1982; 18: 33-40. [3] Buck AL. New Equations for Computing Vapor Pressure and Enhancement Factor. J Appl Meteorol 1981; 20: 1527-1532. [4] Hyland RW. A correlation for the second interaction virial coefficients and enhancement factors for moist air. J Res Natl Bur Stand 1975; 79A: 551-560. [5] Moldover MR, Trusler, JPM, Edwards, TJ, Mehl JB and Davis RS. Measurement of the universal gas constant R using a spheri- cal acoustic resonator. Phys Rev Lett 1988; 60-4: 249-252. [6] Davis RS. Equation for the determina- tion of the density of moist air (1981/91). Metrologia 1992; 29: 67-70. [7] Picard A, Fang H. Methods to Determine the Density of Moist Air. IEEE Trans In- strum Meas 2003; 52-2: 504-7. [8] Picard A, Fang H, Gl?ser M. Discrepancies in air density determination between the thermodynamic formula and a gravimetric method: evidence for a new value of the mole fraction of argon in air. Metrologia 2004; 41: 396-400. [9] Moacyr Canaves Junior and Pedro José Pompéia. Uncertainty of the Density of Moist Air: Gum x Monte Carlo. Braz Arch Biol Technol 2006; 49: 87-95. [10] Hardy B. ITS-90 Formulations for Vapor Pressure, Frostpoint Temperature, Dew- point Temperature, and Enhancement

Page 91
413
0-100?C濕空氣密度計算方式之探討
Factors in the Range -100 to +100?C. The Proceedings of the Third International Symposium on Humidity & Moisture, Ted- dington, London, England, April 1998. [11] Picard A, Davis RS, Gl?ser M, Fujii K. Re- vised formula for the density of moist air (CIPM-2007). Metrologia 2008; 45: 149- 55. [12] Government Printing Office (US). U.S. Standard Atmosphere. The Office; 1976. [13] Mohr PJ, Taylor BN. CODATA recom- mended values of the fundamental physical constants, 2002 Revision. Mod. Phys 2005; 77: 1-107. [14] Wieser ME. Atomic weights of the ele- ments 2005 (IUPAC Technical Report). Pure Appl Chem 2006; 78: 2051-66. [15] Hendl H, Vogel E. Second cross virial coefficient of the binary vapor mixture n-hexane/methanol from quasi-isochoric p-ρ-T measurements. Fluid Phase Equilib 1996; 125-1: 55-66. [16] Plyasunov AV, Shock EL. Second Cross Virial Coefficients for Interactions Involv- ing Water. Critical Data Compilation. J Chem Eng Data 2003; 48: 808-21. [17] Buonanno G, Carotenuto AA, Crovini L, Dell'lsola M. A Comparison of Ideal and Real Moist Air Models for Calculating Hu- midity Ratio and Relative Humidity in the 213.15 to 473.15 K Range and up to a Pres- sure of 1 MPa. Int J Thermophys 1994; 15- 3: 483-504. [18] Hyland RW, Wexler A. The second interac- tion (cross) virial coefficient for moist air. J Res Natl Bur Stand 1973; 77A: 133-47. [19] American Society of Heating, Refrigerat- ing, and Air-Conditioning Engineers (US). Section 6.6-6.7. In: ASHRAE Handbook- Fundamentals, SI Edition. The society 2001. [20] Nelson HF, Sauer HJ. Thermodynamic Properties of Moist Air: -40 to 400 Degrees Celsius. J Thermophy Heat Transf 2004; 18-1: 135-42. [21] Tsilingiris PT. Thermophysical and trans- port properties of humid air at temperature range between 0 and 100?C. Energy Con- version and Management 2008; 49: 1098- 110.

Page 92
414
Research Articles
Journal of Occupational Safety and Health 16: 401-414 (2008)
Accepted 21 August, 2008 Correspondence to: Shun-Chih Wang, Institute of Occupational Safety and Health, Council of Labor Affairs, Executive Yuan, No.99, Lane 407, Hengke Rd., Shijr City, Taipei, Taiwan 221, ROC. E-mail: wangsj@mail.iosh.gov.tw
Density Determination for Moist Air at Temperature Range Between 0 and 100?C
Shun-Chih Wang, Cheng-Ping Chang
Institute of Occupational Safety and Health, Council of Labor Affairs, Executive Yuan
Abstract
Air sampling and performance monitoring for industrial ventilation systems are ordinary procedures to ensure acceptable air quality for workplaces. Since some instruments for air quality monitoring, such as air sampling pumps, Pitot tubes, hot-wire anemometers, and Venturi airflow rate meters, are sensitive to magnitude of air density, a feasible method for determination of moist air density is important to industrial hygienists to perform on-site instrument calibration. Properties of moist air may change dramatically when one travels from hot, dry south-west plain to cool, soggy central highlands on Taiwan Island. More than 8% difference of moist air density is often observed between a coastal city and a highland industrial park. Because of great scientific need of a standard method for accurate and quick determination of moist air density, International Bureau of Weights and Measures (BIPM) proposed CIPM-81 in 1981. The CIPM-81 method, which is for temperature range between 15 and 27?C only, has been modified by many scientists in past 27 years. In this study, the latest version of standard method for determination of moist air density, CIPM-2007, is revised to achieve highest-possible accuracy and to accommodate a wider temperature range between 0 and 100?C, which is the working temperature range for most of environmental monitoring instruments. With revised method proposed by this study, an industrial hygienist can quickly determine moist air density in a workplace and perform accurate on-site calibration to some direct-reading instruments. Results from this study are compared with CIPM-2007 method, existing standard conditions of atmosphere and other experiment results. Key Words: Moist air density, CIPM-2007, On-site calibration

Page 93
液化天然氣槽開槽檢修之潛在風險與實務對策探討
415
專題
民國97年4月9日收稿,97年7月7日修稿,97年8月22日接受。 通訊作者: 陳俊瑜,經國管理暨健康學院健康產業管理研究所,20301基隆市中山區復興路336號,電話: 886-2-2437-2093 ext.858,電子郵件信箱:chency@ems.cku.edu.tw。
液化天然氣槽開槽檢修之潛在風險與實務對策探討
李文淵
1
陳俊瑜
2
1國立交通大學產業安全與防災組/台灣中油公司興建工程處工程師 2經國管理暨健康學院健康產業管理研究所
摘要
台灣中油公司永安第二期液化天然氣儲槽T-104及T-106,因為試俥期間發現疑似洩漏,後 來證實是洩漏並決定開槽檢修。歷經兩年之努力,檢修工作已於民國93年底完成。檢修期間無 火災爆炸事故發生,洩漏處也已經修好,現在儲槽運轉已經安全無虞。 開槽工作所運用的風險管理方法是一個有效的安全管理方法。現今我國石化工業災害仍時 有所聞,為提昇我國石化工業之安全管理,本研究將深入探討本次開槽檢修工作之風險管理, 提供大家認識與學習。本工程所實施的風險管理,思考可謂既廣且深,巨細靡遺,其作法必然 有值得我們借鏡學習的地方。 這是一種地下式儲槽,儲槽之主體在地平面以下,儲槽內徑64公尺,深度44公尺,設計容 量為13 萬立方公尺,槽內存放液化天然氣,溫度為-162?C。若每一家庭每天使用一立方公尺天 燃氣,如果儲槽滿載,一座儲槽之存量估計約可供應30萬個家庭使用半年。因存量大加以天然 氣為可燃性高壓氣體,開槽之危險性很大,引起各界的關注。 本研究之範圍限於儲槽洩漏檢修之所有工作,研究方法包括參與現場工作、參加工作研討 會、閱讀儲槽檢查記錄文件以及相關技術文獻資料等,相信本研究報告對於提昇我國石化工業 之安全管理有相當高的價值。 關鍵詞:液化天然氣、開槽檢修、風險管理、本質較安全設計

Page 94
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第415-431頁
416
前 言
隨著社會之進步,天然氣以其清潔、高 效率以及使用方便之特性,逐漸成為工商業 及許多都市家庭日常使用之能源,如果供應 發生問題,會使數百萬家庭用戶斷炊,使許 多燃氣發電廠無法發電,使許多使用天然氣 的工廠停工,後果極為嚴重。本研究之儲槽 原由日本三菱重工公司與清水建設公司共同 承包建造,因發現疑似洩漏,所以由這兩家 公司來負責開槽檢修,這兩家公司合稱日商 共同體 (The Japanese Consortium,簡稱JC)。 為減少洩漏機會,儲槽之側部及底部沒有設 計任何開口,進料口及出料口皆設在儲槽之 頂部。 因係在試車階段發現洩漏,所以檢修工 作開始時,儲槽內部存有相當數量的液化天 然氣,槽內溫度為-162?C。開槽的首要工作 是將這些液化天然氣騰空,將儲槽內部處理 到人可以進入工作。其次是人進入槽內檢查 洩漏,確定洩漏之位置及大小,然後予已修 補。 防修補後仍然洩漏,修補過後需再做 一次全面的測漏檢查。如果仍然有洩漏則需 再修補,然後再做一次全面的測漏檢查,必 須一直做到查不出洩漏,才可以封槽恢復使 用。 因儲槽存 大且天然氣為易燃性氣體, 使得開槽困難度高,危險性大。是否有先 前的案例可供參考? PT&I顧問公司 (註1) 報 告:「法國MONTOIR & FOS廠有一座LNG 儲槽,在使用20年之後開槽檢查內部的腐蝕 情況,但這是一座9%鎳鋼儲槽,與永安天然 氣廠的儲槽構造不同。另外天然氣運輸船每 二年半開槽檢查泵浦及內部結構一次,其目 的不是檢修鋼膜,與永安天然氣廠的情形也 不同」。總之就是找不到相同的案例以供參 考,一切必須從頭開始。 在現實世界裏,潛在危害無處不在, 開槽工作更不能免。但有的危害後果輕微, 有的後果嚴重;有的經常發生,有的難得發 生。風險就是用來度量此潛在危害發生之可 能性與後果嚴重度的一種指標。風險評估就 是要評估潛在的危害及其後果是否可以被接 受。風險控制就是對那些不可接受的風險提 出改善對策以降低至可接受的程度的作為。 但實際上零風險並不存在。本質較安全 設計[1] (Inherently Safer Design) 是將工作設 計成即使是設備故障或人為失誤,亦不致對 安全造成嚴重的影響。這種理念認為由源頭 減少危害比在後面增加安全措施更為重要。 本次開槽檢修關係到數百萬用戶之燃氣供 應,因天然氣具易燃性且存量大,開槽風險 高,深受各界矚目。但本次開槽採取有效的 本質較安全設計,使開槽危險大為降低,最 後終使檢修工作圓滿達成,證實安全可以經 由設計而得。本報告希望能夠使這次的工作 經驗得以傳承,對我國石化工業安全管理有 所助益。
註1: PT&I Management, Project Technology & Investment Management, 35 Bd Georges CLEMENCEAU, 92400 COURBEVOIE (France)

Page 95
417
液化天然氣槽開槽檢修之潛在風險與實務對策探討
開槽檢修作業簡介
開槽前JC提出開槽檢修作業計畫書[2], 其內容明定本次檢修之儲槽區稱為第二期儲 槽區,正在營運操作中之儲槽區為第一期儲 槽區。第二期儲槽區與第一期儲槽區之間以 圍籬區隔。第二期儲槽區內之檢修工作之修 理方法由JC決定,由JC負責。第二期儲槽區 內安全衛生管理工作依我國勞工安全衛生法 之規定,由JC執行並負責。台灣中油公司有 權審查工作進度,以及有權依安全之需,在 取得JC同意的情況下進行檢查。 台灣中油公司聘請專家學者及顧問公司 協助審查JC所提各類修理方法之計畫書、標 準作業程序書、以及各類檢查報告書等。 開槽檢修工作大分為21個步驟,每一步 驟皆經討論並制定標準作業程序書 (SOP), 現在列表說明每一步驟之風險與安全管理重 點。
步驟 工作內容 風險 安全管理重點 1 加熱器停止 -- -- 2 臨時設備安裝 依不同工作逐 一檢討 ? 先裝設臨時圍籬使與一期儲槽區隔離 3 混凝土槽體氣密度改善 洩漏 火災 ? 危險地區裝設可燃性氣體偵測器 ? 混凝土破碎機工作中用水澆濕 ? 引擎排氣管裝設滅燄器 ? 可能發生工具火花之處以空氣吹除,使甲烷濃度低於1.25% vol 4 地面凍結 (土壤凍結) 洩漏 火災 ? 危險地區裝設可燃性氣體偵測器 ? 引擎排氣管裝設滅燄器 ? 工具可能發生火花之處以空氣吹除,使甲烷濃度低於1.25% vol 5 改良殘留的液化天然氣 洩漏 火災 ? 禁止明火 6 第二期槽區隔離 洩漏 火災 ? 禁止明火 7 送出殘留液化天然氣 (SOP 9-PR-MG8002-7) 洩漏 火災 ? 禁止明火 ? LNG輸出泵浦操作人員配帶供氣式呼吸防護具以防缺氧 8 殘液氣化與加溫 洩漏 火災 ? 操作前檢查確認Flange無洩漏 ? 監視管線變形位移量 ? 禁止明火 (使用無火花工具) 9 天然氣排淨 (以氮氣置換天然氣) 缺氧窒息 ? 人員進槽必須穿著生命維持系統 (LSS, Life Support System) 10 管線隔離 洩漏 火災 ? 禁止明火 (使用無火花工具) ? 管線切割之前應確認甲烷濃度低於1.25% vol ? 排氣地點設置路障 11 儲槽空氣吹洗 (以空氣置換氮氣) 缺氧窒息 ? 管制非工作人員遠離排氣地區 ? 工作人員攜帶供氣式呼吸防護具 ? 開始工作之前,先確認懸吊甲板玻璃纖維層之甲烷濃度 12 儲槽打開,槽內裝設吊籃設備 跌倒 墜落 火災爆炸 ? 保持通道暢通 ? 使用安全帶 ? 槽內使用防爆照明器具 ? 使用空氣驅動式吊籃

Page 96
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第415-431頁
418
步驟 工作內容 風險 安全管理重點 13 膜層複檢 (第一次氨氣測漏) 跌倒 墜落 火災 中毒 ? 保持通道暢通 ? 使用安全帶 ? 氨氣測漏或有機溶劑工作應配帶防毒面具 ? 禁止明火 ? 測量工作場所氧氣濃度及氨氣濃度 ? 配備滅火器 14 修補工作與檢查 跌倒 墜落 中毒 缺氧 火災 傷眼睛 焊接品質差 ? 保持通道暢通 ? 使用安全帶 ? 氨氣測漏或有機溶劑工作應配帶防毒面具 ? 測量工作場所氧氣濃度及氨氣濃度 ? 在氮氣室內切割及焊接 ? 配備滅火器 ? 穿戴護目眼鏡及防毒面具 ? 由合格焊工實施焊接工作 15 儲槽關閉 跌倒 墜落 ? 使用安全帶 ? 保持通道暢通 16 預冷與加熱 (回溫) 缺氧 ? 回溫完成,測量槽內氧氣濃度 17 儲槽打開,裝設槽內吊籃設備 跌倒 墜落 缺氧 火災 ? 保持通道暢通 ? 使用安全帶 ? 槽內使用防爆照明器具 ? 使用空氣驅動式吊籃 ? 禁止明火 ? 測量工作場所氧氣濃度 18 第二次氨氣測漏 跌倒 墜落 火災 中毒 ? 保持通道暢通 ? 使用安全帶 ? 氨氣測漏或有機溶劑工作應配帶防毒面具 ? 禁止明火 ? 測量工作場所氧氣濃度及氨氣濃度 ? 配備滅火器 19 儲槽關閉 跌倒 墜落 ? 保持通道暢通 ? 使用安全帶 20 第二期槽區恢復原狀 火災 ? 禁止明火 21 重新啟動 -- --
儲槽構造簡介
一、儲槽外觀
如圖1所示,儲槽為圓桶形,主體在地 下, 槽頂為球面狀,槽頂與側壁之銜接處稱 為「槽肩」,槽肩高度距離地面3.63公尺, 物料進出管線及LNG泵浦皆設於槽頂,有操 作平台及鐵梯供操作人員走動操作之用。為 避雷擊,設有多支避雷針,分佈於槽頂及操 作平台上。 1 儲槽外觀

Page 97
419
液化天然氣槽開槽檢修之潛在風險與實務對策探討
二、儲槽構造簡介
2 儲槽構造簡圖 儲槽構造如圖2所示,主要構造包括連 續壁、側壁、底板、不鏽鋼薄膜、槽頂、保 層、懸吊平台、集水坑、以及平衡管等, 各部份之主要功能說明如下: 連續壁用於擋土並阻擋地下水。 側壁及底板提供儲槽必要的強 。 不鏽鋼薄膜及球形槽頂提供必要之氣密 性能,使能儲存天然氣。 保冷層,由PUF (Polyurethane Foam) 所 構成,厚 20公分,稱為IBS (Inter Barrier Space)。其主要功能包括隔熱、將不鏽 鋼膜所承受之負荷傳遞到混凝土牆、以 及提供裝設IBS吹除系統如圖3所示, IBS吹除系統平時以自動控制方式從槽底 注入壓縮氮氣,經由15個取樣點取樣分 析,研判鋼膜是否發生洩漏。又因壓縮 氮氣壓力控制稍高於大氣壓力,可阻止 地下水氣及空氣侵入IBS。 懸吊平台,其上鋪設玻璃纖維,用於阻 隔來自槽頂之熱。 集水坑,收集滲出之地下水,並以泵浦 抽除。 平衡管,使礫石層與大氣相通,使礫石 層之壓力不受地下水位之影響。 加熱器,裝設於儲槽側面土壤以及底板 內部[3],用於限制凍結範圍避免造成破 壞。依裝設位置分為側面加熱器 (side heater) 及底板加熱器 (bottom heater), 現在分別說明如下: 1. 側面加熱器 (side heater) 儲槽初次進液後,-162?C超低溫的LNG 使不鏽鋼薄膜溫度立即下降,然後依次 使保冷層 (IBS)、側牆 (side wall)、連續 壁 (slurry wall) 之溫度下降,形成冷凍線 並逐漸向外擴張,最後使周邊的土壤也 凍結。土壤裏的地下水結冰時體積會增 加,如果體積增加受到限制,則槽體側 面將受到額外的壓力,相鄰的地下結構 物也會受到同樣的壓力,壓力若太大將 使槽體及相鄰地下結構物受到破壞。原 設計為防止冷凍線繼續向外擴張,沿儲 槽周圍一定距離之土壤裏,設有一圈加 熱管,以加熱防止冷凍線向外擴張造成 破壞。 2. 底板加熱器 (bottom heater) 同理,儲槽底部也會形成冷凍線,槽底 部地下水如果結冰,一樣會膨脹使整個 儲槽向上抬起造成破壞,為防止這種破 壞,原設計在底板內部設有加熱管,以 外加熱能的方式防止冷凍線向下發展。

Page 98
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第415-431頁
420 3 IBS吹除系統簡圖
相關法規檢討
一、儲槽設置[4]
依我國危險性機械及設備安全檢查規則 (以下稱「檢查規則」) 第四條之規定, 本案儲槽屬於高壓氣體特定設備。 設置高壓氣體特定設備應依檢查規則第 120條至第129條之規定,依序申請檢 查機構實施「型式檢查」、「熔接檢 查」、「構造檢查」、以及「竣工檢 查」。 本案儲槽是日本廠商依合約設計及建 造,已依規定報請我國中央主管機關 (勞 委會) 並獲認可適用日本地下LNG儲槽 指針[5] (Recommended Practice for LNG Inground Storage )。
二、定期檢查
本案儲槽應依檢查規則第132條之規定, 每年實施外部檢查一次以上。外部檢查 如發現缺陷者,經檢查機構認有必要 時,得併實施內部檢查。 本案儲槽內部鋼膜為沃斯田鐵系不鏽鋼 所建造者,依檢查規則第132條之規定, 應每15年期限內實施內部檢查。如材料 有顯著之腐蝕或裂隙等缺現時,應依其 實況,縮短內部檢查期限。 依檢查規則第132條之規定,二重殼構 造、膈膜式等低溫或超低溫儲槽內部檢 查有困難者,如以非破壞檢測確認無裂 隙、損傷及腐蝕,得以常用壓力1.1倍以 上壓力實施耐壓試驗,並以常用壓力以 上壓力實施氣密試驗及實施外觀檢查等 替代之。
三、替代檢查
由本次開槽可知本研究儲槽實施內部檢 查之困難度及危險度很高,但因IBS監 測系統可以有效偵測出鋼膜是否發生洩 漏,經陳報檢查機構後已獲認可作為替 代檢查項目之一。 替代檢查項目除前述洩漏監測之外,包 括所有設備完整性應有之檢查,如腐蝕 監測、安全閥測試、警報系統測試、儀 控系統測試、接地電阻測試、管線及閥 體洩漏檢查等。

Page 99
421
液化天然氣槽開槽檢修之潛在風險與實務對策探討
開槽檢修風險管理
一、可能使開槽檢修失敗之原因及防止 對策
開槽檢修失敗之可能原因分析 大家都希望開槽檢修能夠成功,但在工 作開始之前如能分析可能失敗的原因,並研 擬防止失敗的對策,將可大大提升成功的機 會。 如果槽開了但查不出洩漏點,則洩漏將 繼續存在,開槽是為失敗。其次如果洩漏點 已經查出,但是沒有修補好,則洩漏仍然存 在,也算是失敗。再其次如果開槽期間如果 發生火災或爆炸,仍然算是失敗,政府及國 人所要求的是安全的把儲槽修好。最後如果 開槽期間土壤解凍,衍生儲槽破壞,則仍然 算是失敗。以上可能造成失敗的原因以圖4 表示。 風險管理就是要事前多設想,實際上危 害到處都有,但要能夠事先查出危害並準備 對策才能避免失敗。
開槽檢 修失敗 洩漏點 未能查 出 洩漏點已 查出但未 修補好 開槽期間 發生火災 爆炸事件 開槽期 間土壤 解凍
4 開槽檢修失敗原因分析 開槽檢修失敗之可能後果 開槽檢修如果失敗,其後果相當嚴重。 首先因國內天然氣消費與日俱增,現有儲槽 周轉越來越緊,如果遇上天候不佳,LNG船 無法靠岸卸料,則天然氣供應可能中斷,影 響台電及國內其他數百萬用戶。其次如果發 生火災爆炸事件,則將有嚴重的人命及財物 損失,這不是政府及國人所期待的。最後如 果開槽檢修失敗,則所投入之經費、人力以 及時間都將化為烏有,JC (日商) 及台灣中油 公司都不願看到這個結果。以上可能之後果 分析以圖5表示。
開槽檢 修失敗
天候不佳LNG船無法進口時, 國內天然氣供應可能中斷,影 響台電及國內其他數百萬用戶 如果發生火災或爆炸事件,人 命死傷及財物損失將極為龐大 檢修所投入之經費、人力以及 時間都將化為烏有
5 開槽檢修失敗之可能後果 所採取之對策 為了要避免失敗,首先要認真分析所 有工作程序以及可能存在之危害,工作程序 必須向下細分,可能之危害必須逐一清楚辨 識,辨識有遺漏只會增加失敗之機會。其次 要研擬可行的對策,接下來要根據以上的分 析訂定標準工作程序書 (SOP),最後要徹底 執行SOP所訂定之事項,如果有SOP卻不認 真執行,則與無SOP無異。
二、洩漏點未查出
洩漏點未查出之原因分析如圖6所示 本次查漏是依據JIS Z 2333 -1993所規定 的氨氣測漏法[6]檢查儲槽洩漏,其原理如圖 7所示。測漏時將氨與氮之混合氣灌入儲槽 之保冷層空間 (IBS),氮氣之作用是將氨氣攜 帶到各待檢查之處。在儲槽內側待檢測之焊

Page 100
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第415-431頁
422 道上則施用顯示劑 (developer),如果焊道有 穿透性缺陷,則氨氣從缺陷處漏出,與顯示 劑接觸起化學作用,使顯示劑之顏色由黃轉 為藍,稱為藍點 (Blue Spot),如圖8所示。觀 察藍點之位置及大小可以知道缺陷之位置及 大小。
洩漏點未 能查出
氨氣 濃度 不足 顯示劑 施用不 良 保持 時間 不夠 IBS 壓力 不足 判斷 錯誤 遺漏 未檢 查
6 洩漏點未查出之原因分析 7 氨氣測漏原理 8 藍點 () 所採取之對策 針對以上原因分析,採取下列對策: 1. 針對氨氣濃度不足之對策: 增加氨氣濃度檢查孔,使任一時間 任一點之濃度都高於規定值以上, 減少氨氣分布不均之後果。 每12小時監測氨氣濃度一次,且控 制氨氣濃度至規定值以上。 改善混凝土槽體之氣密性且關閉平 衡管,減少氨氣洩漏量。 2. 針對顯示劑施用不良之對策 所有塗布顯示劑之人員,皆需經三 菱公司訓練合格。 顯示劑塗布之後需經現場監督人員 複查。 3. 針對保持時間不夠之對策 保持時間由專人管理 實際保持時間比計畫的保持時間 長。 4. 針對IBS壓力不足之對策 連續監控IBS壓力。 關閉平衡管 (Balance Pipe),減少氨 氣洩漏。 5. 針對判斷錯誤之對策 不遽下結論,下結論之前有充分的 前置處理時間。 主管兩人以上複查。 6. 針對遺漏未檢查之對策 做好工作排程管理,一一確認。 修補之後做第二次氨氣測漏檢查。

Page 101
423
液化天然氣槽開槽檢修之潛在風險與實務對策探討
三、洩漏點已查出但未補好
洩漏點已查出但未補好之原因分析 洩漏點焊道切片分析,發現全部是穿透 性裂縫,稱為熱裂 (hot crack, solidification crack),研判這些裂縫都是在焊接當時發生 的。熱裂之主要原因[7]為雜質污染或入熱量 過大,缺陷焊道化學分析發現有矽 (Si) 異常 增加;磷 (P)、硫 (S) 略高於標準,另外有銅 (Cu)、氯 (Cl)、鉬 (Mo)、鈣 (Ca) 等元素。矽 可能來自於空氣中之砂塵或來自於砂輪機的 研磨粉塵,氯可能來自於地下滲出水中之鹽 分。入熱量過大可能肇因於電流過大、焊接 速度太慢或太快。依以上分析,儲槽建造時 電焊失敗之原因可以如圖9所示,本次開槽 檢修不可再發生同樣的缺失。
焊道熱裂 雜質污 染焊道 入熱量 過大
電流 過大 焊接速 度太慢 或太快 人員進出 儲槽帶進 砂等雜質 通風系 統帶進 雜質 不鏽鋼 片不潔 地下水 污染
9 儲槽建造時電焊失敗之原因分析 所採取之對策 1. 針對雜質污染焊道之對策 保持焊道清潔,在電焊之前用真空 吸塵器吸取雜質並用丙酮擦洗焊 道。 保持工作場所清潔,人進槽工作前 須先換衣換鞋並全身除塵。 槽內通風系統使用空氣過濾裝置。 儲槽周邊土壤凍結,防止地下水滲 入。 2. 針對電流過大之對策 縮小電流控制範圍為60~70A。 3. 針對焊接速度太慢或太快之對策 JC表示經多次試驗之後認為焊接速度以 50±10mm/min效果最好,以前建造時 之焊接速度50~150mm/min,現在速度 控制要求更為精準。 4. 由三菱公司熟練技工施工。 5.以前未規定銲槍角度,本次規定為 45?。 6. 建造時規定一道完成,本次規定焊道數 二道完成。
四、槽內焊修期間發生火災爆炸事件
儲槽修補為一動火作業, 節省篇幅, 現在僅分析槽內修補作業可能引發火災爆炸 一事 槽內修補發生火災爆炸事件原因分析如圖 10所示

Page 102
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第415-431頁
424
火災、爆炸
槽內有 空氣
可燃性氣體 混合且達 燃燒範圍
火花及 電焊熱 IBS內 殘餘之 天然氣 IBS內 測漏用 之氨氣 IBS內 保冷材 受熱氣 化 槽內殘餘 天然氣之 重質成分 沉澱
10 槽內焊修期間發生火災爆炸原因分析 所採取之對策 1. 槽內設置氮氣室如圖11所示。工作人員 佩戴生命支持系統 (Life Supporting Sys- tem, LSS) 在氮氣室內執行動火作業, 氮氣室內之壓力控制大於儲槽壓力、 IBS壓力以及大氣壓力,氮氣室較高之 壓力使其周邊之氣体無法進入氮氣室, 這些周邊氣體包括IBS內之可燃性氣體 (包括殘留天然氣、測漏用之氨氣、受 熱氣化之保冷材)、槽內沉澱之重質天 然氣、以及槽內之空氣,因此在氮氣室 內可以執行動火作業而無火災爆炸之 虞。這個設計同時解決以上所有問題, 氮氣室及氮氣室內電焊工作情形如圖12 所示。 2. 新鮮剛進口的天然氣約含有10%之重質 成分,因天然氣輕質成分沸點較低,會 先蒸發,所以存放較久的天然氣含有較 多重質成分,永安二期儲槽已經靜置數 年,所以槽內重質成分含量相當高。為 降低重質成分之含量,在騰空過程中先 將舊的液化天然氣騰出,然後以新鮮液 化天然氣稀釋槽內之重質成分,儘可能 使殘留之重質成分減少。 3. 槽內連續通風,新鮮空氣由槽頂引進, 廢氣由槽底排出,避免重質成分沉澱。 4. 因儲槽發生洩漏,且已經存放多年, 已有多量之LNG積存在IBS內部,儲槽 騰空過程控制不鏽鋼膜片回溫至0?C以 上,而丁烷之沸點為-0.5?C,使殘存在 IBS及槽內的所有重質成分也能夠完全 蒸發而被排除。 5.儲槽建造時焊道背面已鋪設不燃隔熱 布,可以避免保冷材受電焊熱而氣化。 11 槽內焊修期間發生火災爆炸原因分析 12 槽內焊修期間發生火災爆炸原因分析

Page 103
425
液化天然氣槽開槽檢修之潛在風險與實務對策探討
五、開槽期間土壤解凍
土壤解凍之原因 JC在其所提開槽檢修作業計畫書[8]裏指 出:「地面凍結,…,以防水在儲槽內部進 行加熱作業時侵入IBS」。JC在此所說的地 面凍結就是本文所說的土壤凍結,為什麼土 壤凍結可以防止地下水侵入IBS呢? 混凝土本身有許多微細孔隙或裂縫,無 法完全防止氣體或液體穿透其間。當土壤冷 凍線形成之後,任何外來的水或水氣遇到冷 凍線就凍結成冰,失去流動性,發生阻止地 下水或水氣侵入保 層的功能。 但儲槽開槽檢修期間,在清除液化天然 氣的過程中,最後的清除步驟是先將殘存在 槽底的液態天然氣 (Liquefied Natural Gas) 以 加熱的方式蒸發成為氣體,然後以氮氣置換 氣態天然氣 (Natural Gas),最後以空氣置換 氮氣而完成所有清除過程。為確保隱藏於保 冷層 (IBS) 之重質成份能被清除掉,在清除 過程中不鏽鋼薄膜加溫控制在0?C以上。清 除完成之後人才可以不穿戴呼吸防護具進入 槽內工作。人在槽內工作期間,繼續用熱空 氣通風,控制槽內溫度及溼度,使不鏽鋼槽 壁無任何露水凝結,如果不鏽鋼槽壁有露水 凝結,將使氨氣測漏[9]工作無法實施。 由以上的說明可知槽體周圍的土壤會凍 結是因為槽內有-162℃超低溫的液化天然氣 提供低溫來源。開槽期間液化天然氣已被清 除乾淨,依JC提出之計畫,從槽內開始回溫 至檢修完成再度封槽,其間約為13個月,在 這漫長的時間裏,如果沒有一個替代的低溫 來源,則土壤將解凍,地下水有可能侵入保 冷層。為防止地下水侵入保冷層,開槽期間 必須維持土壤於凍結狀態,本次檢修是將儲 槽的側面加熱管暫時轉換為冷凍管,另外追加 60支側面土壤冷凍管,每支10公尺長。底板加 熱管則予以關閉。 土壤解凍可能造成之危害 此地位於海邊,地下水含鹽,如果地下 水侵入IBS,則可能產生下列危害,如圖13 所示。
土壤 解凍
不鏽鋼膜之背面受到污染 ,影響電焊修補之品質 開槽檢修期間可能使不鏽 鋼發生應力腐蝕破裂(SCC)
檢修完成重新進液後,RC 結構內之水再度結冰,冰 體積膨脹,破壞RC結構。 地下水侵 入保冷層
13 開槽期間土壤解凍可能產生的危害 1. 由鋼膜切片分析得知缺陷焊道含有 氯、矽等元素以及應力腐蝕破裂 (Stress Corrosion Crack, SCC) [10]的痕蹟,可 以推論儲槽建造時,鋼膜曾經受到鹽分 及塵土的污染。 2. 儲槽在正常使用期間,鋼膜處於-162?C 之超低溫,所有水氣皆凍結成固態,無 應力腐蝕破裂 (SCC) 問題[11]。但開槽 檢修期間,儲槽從開始回溫至檢修完成 封槽,其間約為13個月,這期間不鏽鋼 膜處於常溫狀態,如果不鏽鋼膜從背面 受到地下水污染,則對電焊品質將有不 良的影響,在氯離子、常溫狀態以及應 力具備之狀況下,可能使焊道發生應力 腐蝕破裂。 3. 檢修完成重新進液後,RC結構內之水 再度結冰,冰體積膨脹,破壞RC結 構。

Page 104
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第415-431頁
426 針對土壤解凍所採取之對策 1.依本報告「土壤解凍之原因」一節所做 之分析,開槽期間將原土壤加熱管改為 冷凍管,外加60支臨時冷凍管,利用外 加的冷凍機,定期監測儲槽及土壤各部 位之溫度,控制冷凍機之冷凍能量,使 土壤及混凝土結構體保持凍結狀態,因 此沒有地下水滲入所衍生的問題,同時 解決鋼膜受地下水污染以及混凝土內部 之冰融化再凍結所產生的問題。 2. 檢討原設計,儲槽建造時,側牆及底板 使用空氣泡混凝土,這種混凝土內部含 有許多微小空氣泡,這些微小空氣泡 可以消除冰膨脹產生的壓力,ACI (The American Concrete Institute) 201建議嚴 苛場所 (severe exposure) 使用空氣含量 為4~7.5%之混凝土[12],本工程混凝土 中空氣含量為6%,因此無混凝土裂縫 擴大之風險。 3. 檢討原設計連續壁(slurry wall) 及側牆 (side wall) 之間設有不織布導水層,萬 一有地下水滲進,將被導流到集水坑, 不會滲透進入側牆及IBS造成破壞。 依以上採取之對策,地下水不太可能進 入IBS,即使進入也不太可能造成危害。
本質較安全設計策略之應用
本工程採取本質較安全設計 (Inherently Safer Design) 策略,以強化、取代、減弱、 限制影響、簡單化、避免骨牌效應、防愚設 計、狀態清晰、容忍、易於控制、軟體等原 則設計開槽工作,現在說明如下:
一、 強化 (Intensification)
本次開槽檢修使用氨氣測漏法查漏, 其原理是利用氨氣與顯示劑起化學作用產生 變色而查出洩漏位置。變色既是一種化學反 應,提高氨氣濃度,提升氨氣壓力,延長保 持時間都可以增進化學作用,使洩漏處之顏 色更為突出,使原本不易發覺之洩漏點更易 被察覺,是為強化策略之應用。
二、 取代 (Substitution)
儲槽自從試車進液之後,RC結構體及其 周邊土壤已經處於凍結狀態,在開槽期間 必須維持在凍結狀態,否則解凍將使地下 水侵入造成破壞,因此在開槽期間以人為 之冷凍方式維持土壤及RC結構體在冷凍 狀態,這就是取代策略的應用。 氮氣室之設計使槽內動火作業安全獲得保 障,依燃燒三要素[13]說,物質要發生燃 燒,需可燃物、氧 (空氣) 以及熱能三者 兼備。可燃物在空氣中燃燒之際非但不 能缺氧,且氧濃度必須在一定比率之上, 通常氧 (空氣) 濃度若低於15% (容積比), 則燃燒甚難持續。本次開槽期間槽內使用 氮氣室供動火作業之用,在氮氣室內以 氮氣取代空氣,室內氧濃度低於3% (容積 比),燃燒條件不具備,所以在氮氣室內 實施動火作業不會引起火災或爆炸事故。 以氮氣取代原有之空氣是為取代策略之應 用。
三、 減弱 (Attenuation)
中油公司自印尼進口之天然氣,甲烷佔 90.77%,其餘為乙烷、丙烷、異丁烷、以及

Page 105
427
液化天然氣槽開槽檢修之潛在風險與實務對策探討
正丁烷[14]。除甲烷之外,其餘可視為重質 成分。重質成分氣化成為氣態之後,其比重 大於空氣,且燃燒下限 (LEL) 降低。燃燒下 限[15]為可燃性氣體與空氣混合之混合氣, 在火燄能夠傳播之條件下,混合氣中所含可 燃性氣體體積之最低百分比。一物質燃燒下 限越低表示越容易被引燃,危險性越大。 可燃性氣體比重大於一之潛在危害如下: 1. 儲槽不易清理乾淨。 2. 靜置後重質成分會向下沉降,使低處濃 度升高,如果濃度達到燃燒範圍之內, 則易發生火災或爆炸事故。 烷類化合物之燃燒下限如下表所示:
甲烷 乙烷 丙烷 異丁烷 正丁烷 分子式 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 沸點,?C (1 atm) -162.0 -88.6 -42.1 -10.0 -0.5 燃燒下限 (LEL),vol% 5.0 3.0 2.2 1.60 1.8
氣體混合物之爆炸下限 (Lm) 依下列公式 計算: Lm=100/ (V1/L1+V2/L2+V3/L3+…) L1,L2,L3,…為混合氣各成分氣體之 爆炸下限 (vol%) V1,V2,V3,…為混合氣各成分氣體 之濃度 (vol%),但V1+V2+V3+…=100 由以上說明可知,如果天然氣之重質成 分增加,則爆炸下限降低,危險性增加。 儲槽清理 由以上說明可知槽中存留之液化天然氣 含有重質成分,其存量可以下式估算: W=C*V C=液化天然氣所含重質成分之濃度 (vol%) V=槽內液化天然氣之存量 (m3) W=槽內重質成分之量 (m3) 由上式可知降低C或減少V,皆可降低W (槽內重質成分之量) 。 降低重質成分之危險 性,本次開槽採取雙管齊下的清除措施,現 在說明如下: 1. 降低重質成分之濃度C 開槽之前,儲槽已經停用多年,但槽內 仍然存放相當數量的液化天然氣,因輕 質成分沸點較低,存放期間先行逐漸蒸 發,因此槽內留存的液化天然氣,其重 質成分逐漸增高。因此本次開槽先以新 鮮液化天然氣稀釋槽內重質成分濃度較 高的液化天然氣,使槽內液化天然氣重 質成分之濃度降低。 2. 降低槽內液化天然氣之存量 液態天然氣膨脹為氣態時,其體積約增 大600倍[16],清除一單位體積之液態 天然氣相當於清除600單位體積之氣態 天然氣,以氣態方式清除還須先行加熱 使液態天然氣氣化,兩相比較以液態方 式清除較為省時省事。此外開槽之直接 成本及儲槽不能使用之機會成本很大, 所以清除策略是先用儲槽原有大型泵浦 將LNG泵出,然後裝設一套臨時泵浦, 將槽內殘留之液化天然氣抽出,這套臨 時泵浦可以將天然氣抽至僅殘留5公分 液面高,清除過程中如果情況許可,則 將儘可能抽出以降低殘留量。 3. 在槽內回溫過程中,藏身於IBS之輕質 成分將先行蒸發排出,重質成分則較晚 蒸發排出,丁烷之沸點為-0.5?C,儲槽 騰空過程控制不鏽鋼膜片回溫至0?C以 上,使殘存在IBS及槽內的所有重質成 分也能夠完全蒸發而被排除。 4. 人在槽內工作期間持續用熱空氣通風,

Page 106
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第415-431頁
428 使殘留在槽內空氣中之重質成分沒有機 會沉澱造成危害。 以上措施使重質成分之危險性大為降 低,是為減弱策略之應用。 電焊入熱量太大也是造成熱裂的原因之 一,本次開槽檢修控制電焊入熱量於一 較低及較準確之水準,也是減弱策略的應 用。
四、限制影響 (Limitation of effects)
避免氨氣測漏失敗,所有「疑似藍 點」需經主管兩人以上複查,也就是說一個 疑似藍點至少經過三個人檢查而後認定,如 此可以避免因誤判而沒有將洩漏處修補。另 外 確認所有洩漏點皆已獲得修補,在電焊 修補工作完成之後,再次全面作一次氨氣測 漏檢查。假如第一次氨氣測漏發生失誤,可 以將失誤侷限在一特定之範圍內,這就是限 制影響策略之應用。
五、防愚設計 (making incorrect assembly impossible)
避免靜電危害,本公司規定登槽梯之前, 人必須先以手觸摸梯前之接地棒以消除靜 電,但登梯者有可能忘記觸摸接地棒。 落實登梯前消除靜電,本次開槽在槽梯前 設置一不鏽鋼欄杆,人要登梯必須先用 手移開欄杆,如此就可達到消除靜電之目 的,可以避免人因遺忘而發生錯誤。 本公司規定儲槽區禁止使用行動電話,本 次開槽經常有貴賓來訪,為避免來賓忘記 這項規定,開槽期間規定來賓進槽區之前 需將行動電話寄放在警衛崗亭,如此可以 避免因遺忘而發生錯誤。 以上避免錯誤之措施為防愚策略之應 用。
六、 簡單化 (Simplification)
開槽之前做了詳細的計畫,將開槽工作 分為二十一個步驟,逐步分析每一步驟可能 的危害, 並對每一危害研擬對策。然後制 定作業程序書,據以執 。需前後相接的工 作,前一步驟完成才可進行下一步驟工作, 如此每一步驟處理的工作減少了,複雜的工 作簡化了,是為簡單化策略之應用。
開槽檢修結果
經由氨氣測漏檢查,3?m以上之所有洩 漏點都被查出並予以修補完成,開槽前後, 經由IBS監測系統所測得之甲烷濃度及天然 氣洩漏率比較如下:
開槽檢修前[17] 儲槽代號 T-104 T-105 T-106 氮氣吹除流率 Nm3/hr 4 0 10.9 IBS測得甲烷最大濃度 vol % (LEL %相當值) 0.9 (18) 0 0 1.15 (23) 天然氣洩漏率 (kg/day) 0.6912 0 2.3328
開槽檢修完成後進行進液測試,IBS監 測系統所能測到的可燃性氣體濃度已降低至 數個mol ppm,每日天然氣洩漏率已趨近於 零,與開槽前相比已有極大的改善。在持續 一年的測試之下,評估認為無妨礙安全及使 用,並於民國95年6月獲檢查機構簽發合格 證。

Page 107
429
液化天然氣槽開槽檢修之潛在風險與實務對策探討
結 論
整個開槽檢修工作已經完成,再試 之 後到現在,各項觀測皆顯示洩 已經修好, 開槽檢修工作可謂成功,其成功因素 明如 下: 一、由源頭減少危害比在後面增加安全措施 更為重要,本次開槽檢修應用本質比較 安全之策略,重要者如下所述: 儲槽騰空過程中,降低重質成分之 總量,使重質成分之危害降至最 低。 以氮氣室為例,因氮氣室之環境受 到嚴密控制,氮氣室內一方面維持 正壓,另一方面阻絕雜質污染,在 氮氣室內實施動火工作一方面可以 避免發生火災爆炸事件,另方面許 多影響電焊品質的雜質,如風砂、 灰塵、含鹽之海風、以及含鹽之地 下水等都被排除在外,對於電焊品 質有提升之效,氮氣室有效的從源 頭減少危害。 人在槽內工作期間,槽內持續通 風,使殘留之重質成分不發生沉 澱,使燃燒爆炸條件不具備,有效 降低火災爆炸發生之可能性。 從開槽檢修工作一開始就不停的以 氮氣吹除IBS,騰空過程使不鏽鋼 膜回溫至0?C以上,而丁烷之沸點 為-0.5?C。這些作為使殘存在IBS的 重質成分完全蒸發且被排出,使燃 燒爆炸條件不具備,使火災爆炸之 可能性大大的降低。 二、危害辨識做得非常詳細,安全對策有效 可行。在組織上JC有龐大的後援團隊, 所有新設備、新工法皆在日本經歷事前 實驗,證實有效且可行。開槽過程中許 多設備及工法都是為本次開槽工作而特 別設計的,可知安全是可以設計的。
三、開槽過程可謂到處是危機,但JC之工地
管 十分徹底,完全看 到有打折扣的情 形。JC派來台灣工作的各級主管都知道 此行任務就是要把洩 位置找出並修好。 榮譽心驅使他們懷抱成功的決心,所以 所有決定事項都能徹底執行。工作之前 皆先實施員工教育,務使每一個工作人 員都了解工作之內容,執行期間嚴格維 持紀律,任何工作人員第二次犯同樣錯 誤,即永遠禁止其進場工作。 開槽檢修期間吸引許多機關團體前來觀 摩指導,希望本次的成功經驗能夠帶動我國 工業安全管理的提昇。
參考文獻
[1] Shi-Huang Wang, Industrial Safety Risk Assessment. 1st ed. Taipei(Taiwan), Yang- Chih Book Co., Ltd.; 2007 [2] The Japanese Consortium, Plan of Open & Repair of phase II LNG Tank in Yung-An Plant. Taiwan: JC; 2002. [3] Japan Gas Association(Japan). Recommended Practice for LNG Inground Storage (JGA RP-107-02). Japan; 2002 [4] Council of Labor Affairs(Taiwan). The

Page 108
勞工安全衛生研究季刊 民國97年12月 第16卷第4期 第415-431頁
430 rules of inspection of potentially dangerous machinery or equipment. Taipei: The Council; 2007 [5] Labor Inspection Administration (Taiwan). Official Letter Issued at 1997 Oct 17 with Serial No. Tai-86-Labor Inspection 2-044108. Taipei: The Administration; 1997 [6] JIS. JIS Z 2333-1993; Test method for leaks using ammonia gas. Japan: JIS; 1993 [7] CPC Corporation, Taiwan. The Minutes at the Conference of Membrane Damage Study of LNG Tank T-106. Yung-An; CPC Corporation; 2004 Dec 26. p.2-5. [8] The Japanese Consortium. Plan of Open & Repair of phase II LNG Tank of Yung-An Plant. Taiwan:JC; 2002. [9] Wen-Yuan Lee, Xin-Dai He. The Amonia Leak test of phase II LNG Tank of Yung- An Plant. The Energy Forum of the Chinese Institute of Civil and Hydraulic Engineering. Taipei, Taiwan; 2004 Jul 15. [10] CPC Corporation, Taiwan. The Minutes at the Conference of Membrane Damage Study of LNG Tank T-106. Yung-An; CPC Corporation; 2004 Dec 26. p3. [11] CPC Corporation, Taiwan. The Minutes at the Conference of Membrane Damage Study of LNG Tank T-106. Yung-An; CPC Corporation; 2004 Dec 26. p4. [12] ACI Committee 201(US). Guide to Durable Concrete ACI 201.2R-01: US: The Committee; 2000. [13] Hong-Yi Chen. Fire Science. 6th ed. Taipei(Taiwan) : Ding-Mao Publisher;2006. p2-5~p2-11. [14] Marketing Business Div. Technical Handbook of Liquified Natural Gas. Taipei(Taiwan): Chinese Petroleum Institute; 1990 Nov; p4. [15] NFPA. NFPA 86 Standard for Ovens and Furnaces: 2.1 Definitions. US: NFPA; 1999 ed. [16] CPC Corporation, Taiwan. The new clean energy. http://140.127.114.16/energyworld/ powerworld/main/chap04-topics/3.good/ cleanenergy/gasweb/index.htm [17] PT&I Management(France). Risk Analysis Report of Phase II LNG Storage Tanks in Yung-An Terminal: Yung- An(Taiwan);1998.

Page 109
431
Technical Reports or Special Topics
Risk Management in LNG Storage Tank Opening and Repair
Accepted 22 August, 2008 *Correspondence to: Chun-Yu Chen, Institute of Health Industry Management,Ching Kuo Institute of Management & Health, E-mail: chency@ems.cku.edu.tw
Risk Management in LNG Storage Tank Opening and Repair
Wen-Yuan Lee1, Chun-Yu Chen2
1Degree Program of Industrial Safety and Risk Management,College of Engineering,National
Chiao Tung University Engineer,Project & Construction Division,CPC Corporation,Taiwan
2Institute of Health Industry Management,Ching Kuo Institute of Management & Health
Abstract
LNG storage tanks 104 and 106 at the Youngan Plant of the Chinese Petroleum Corporation had gas leaks in a test run and were decommissioned for opening and repair. Repair of the leaks was completed by the end of 2004 without incident. Today, the tanks have been safely recommissioned for commercial operation. The successful repair suggests that risk management was effective in this project at the Youngan Plant. However, there are still occasional accidents in the country's petroleum industry. Experience from the tank repair can help us understand risk management and promote safety in the petroleum industry in Taiwan. In this instance, there are lessons to learn from how the risk was studied thoroughly and the appropriate countermeasures designed. For these in-ground storage tanks, much of the tanks was below ground level. The tanks had an inside diameter of 64 meters and a depth of 44 meters for a capacity of 130,000 m3. When filled with LNG to full capacity, the stored gas could supply 300,000 families for half a year assuming each family consumed 1 m3 of gas per day. Because of the large storage and high flammability of the gas, many were concerned about the tank opening and repair. The scope of this study is limited to repair of the leakage. This paper synthesized the work experiences on site, attending technical discussions, tank inspection records, and technical literature in order to promote the safety of the petroleum industry in Taiwan. Key Words: LNG (Liquefied Natural Gas), Tank Opening and Repair, Risk Management, Inherently Safer Design

设为首页 | 加入收藏 | 昂纲搜索

All Rights Reserved Powered by 文档下载网

Copyright © 2011
文档下载网内容来自网络,如有侵犯请和我们联系。tousu#anggang.com
返回顶部