蘇州吳中區(qū)木瀆鎮(zhèn)珠江南路368號
一、從漆醉現(xiàn)象談起
油漆師傅常提醒新學(xué)徒：若在地下室工作，應(yīng)從空間低處開始油漆，然后再逐步向上推進，否則容易吸入過量有機溶劑蒸氣，發(fā)生類似宿醉的癥狀(漆醉現(xiàn)象)。不信邪的新手往往存疑，直覺地認為有機溶劑蒸氣既然是氣體，應(yīng)該不會累積于低處空間，而是往四面八方擴散才對吧?
利用紋影攝影術(shù)(Schlieren Photography)，能以肉眼直接觀察原本透明無色的有害氣體，并解答了前述問題。研究結(jié)果顯示，大多數(shù)密度大于空氣的有害氣體(含蒸氣)，于離開發(fā)生源后，并未往四面八方自由擴散，其運動特性同時受到四種因素的影響。現(xiàn)場管理人員若能充分掌握該四種因素(重力分離、受熱上升、隨風(fēng)飄散、濃度擴散)，則可借以加強保障工人健康，這就是本文的重點。四種有害氣體的運動特性詳述如下：
二、氣體的重力分離
若把甲、乙兩種氣體裝填于圖1所示的恒溫密閉容器，則隨著時間流逝，兩種氣體受重力影響而逐漸分離。如圖1的案例A，甲氣體分子量遠低于乙氣體，因此重力分離發(fā)生得較快，兩種氣體的界面也較容易辨認;至于案例 B，甲、乙兩種氣體的分子量很接近，重力分離發(fā)生得較慢，且兩種氣體的界面模糊不清。在相同溫度下，有害氣體的分子量若大于空氣，則容易受重力影響而沉降。如圖2所示，污水槽等近似恒溫的容器，從液面持續(xù)釋放有害氣體。若有害氣體為高分子量的硫化氫、二氧化碳，則先沉降于液面上方，然后向上逐漸累積;至于甲烷、一氧化碳等低分子量氣體，則由上方人孔蓋縫隙散逸。經(jīng)過一段時間后，槽內(nèi)空間充滿了高分子量的有害氣體，此時接近液面的氣體中含氧量嚴重不足，工人若貿(mào)然進入，可能因此窒息。
為了佐證圖2的模型 ，我們做了以下實驗：將裝有液態(tài)甲苯的開口容器靜置于升降臺，任由甲苯蒸氣揮發(fā)，并以紋影攝影術(shù)拍得畫面如圖3。于圖3可看見甲苯蒸氣自上方開口溢出后，并未向四面八方自由擴散，反而先貼著容器表面向下滑落，堆積于升降臺上，后乘著低于0.1m/s的室內(nèi)微風(fēng)往左下方飄散。在此過程中，甲苯蒸氣始終在沉降，證明有害氣體的「重力分離」現(xiàn)象確實存在。
三、有害氣體受熱上升
即使有害氣體的平均分子量大于空氣，只要溫度夠高、密度夠低，還是能自動上升。高溫有害氣體的上升趨勢不宜阻止，反而要設(shè)法導(dǎo)引，使其順利排放，否則容易因氣體積聚而造成問題。舉實例說明如下。
圖4為某「樓中樓」出租住宅的立剖面圖，房東在陽臺加裝密閉鋁窗，但未將瓦斯熱水器更換的類型。事故發(fā)生時天氣很冷，兩位租屋工人為了御寒而將陽臺鋁窗緊閉，其中一位進入浴室洗熱水澡。熱水器點火后，高溫燃燒廢氣快速填滿陽臺空間，由窗戶開口流入室內(nèi)，再從樓梯開口竄升，逐漸累積于上層空間。位于上層的遇難者吸入積聚于此的缺氧燃燒廢氣，首先昏迷倒地，下層洗澡的勞工聽到異響而上樓查看，但打完求救電話后也陷入昏迷。
四、有害氣體隨風(fēng)飄散
有害氣體遠比煙霧更容易隨風(fēng)飄散。如圖 5所示，一塊浸過甲醇的海綿，原本在無風(fēng)環(huán)境中持續(xù)向下?lián)]發(fā)甲醇蒸氣，但上方氣罩若提供0.2m/s的捕集風(fēng)速，甲醇蒸氣立即反轉(zhuǎn)向上流動。一般而言，只要風(fēng)速達0.5m/s，就能驅(qū)動絕大多數(shù)密度大于空氣的室溫氣態(tài)有害物(含蒸氣)，使其朝風(fēng)速方向飄散。
雖然大部分有害氣體能輕易隨風(fēng)飄散，但我們必須強調(diào)：飄散后的有害氣體可能發(fā)生「二次沉降」。我們曾于實驗后，發(fā)現(xiàn)離地0.1米、離地1米等兩個高度的空氣樣本中，六氟化硫(檢測用示蹤氣體)的殘留濃度差異達五千倍之多，其中近地面空氣中的殘留六氟化硫，幾乎都是「二次沉降」的堆積結(jié)果。
五、有害氣體的濃度擴散
與環(huán)境空氣直接接觸時，有害氣體分子受「濃度梯度力」的驅(qū)使，會不斷試圖均勻擴散在環(huán)境空氣裡。濃度擴散的速度與濃度差異約略成正比，有害氣體與環(huán)境空氣接觸時，初期的擴散速度很快，但由于工人作業(yè)場所同時存在重力、加熱或冷卻、環(huán)境側(cè)風(fēng)等干擾因素，濃度擴散進行到一定程度時，就逐漸受到前述三種因素的干擾，因此有害氣體的「均勻擴散」通常很難達成。
舉例而言，圖1所示的兩種氣體進入容器后，初的擴散混合速度很快，但經(jīng)過一段時間后，甲、乙兩種氣體雖然還是試圖朝對方擴散，「濃度梯度力」敵不過重力，兩種氣體逐漸分離。當這兩種因素的影響達到平衡狀態(tài)時，兩種氣體的界面便呈現(xiàn)為一段模糊的垂直濃度過渡范圍。
六、應(yīng)用案例
談完「重力分離、受熱上升、隨風(fēng)飄散、濃度擴散」這四種有害氣體的運動特性后，后舉以下的綜合應(yīng)用案例供工人朋友參考。
1、某廠房新進電熱設(shè)備一部，此設(shè)備大量產(chǎn)生廢熱空氣 。為了避免廠房氣溫過高，電熱設(shè)備正上方設(shè)有接收型氣罩，利用受熱上升原理接收廢熱空氣，然后由排氣機排放到戶外。
2、廠房負責(zé)人指派一名工人對大型機件噴漆，此時廠房內(nèi)有風(fēng)向穩(wěn)定的微風(fēng)。為了使溶劑蒸氣朝下風(fēng)方向飄散(遠離工人身體)，因此先于機件下風(fēng)側(cè)噴漆，后才在機件上風(fēng)側(cè)噴漆。
3、由于廠房空氣原本不含油漆溶劑，機件表面噴漆后，初期溶劑濃度擴散速度很快，因此雖然已謹慎選擇施工順序，工人還是聞得到油漆味。幸好溶劑的空氣中容許濃度遠高于嗅覺可偵測極限，因此不至于危害勞工健康。
4、工人于傍晚下班前將廠房的各個鐵門逐一拉下，但刻意保留足夠的離地間隙，并未完全關(guān)閉鐵門。
5、大型機件于夜間持續(xù)對廠房內(nèi)部空氣揮發(fā)油漆溶劑。溶劑蒸氣先依重力分離原理沉降堆積于地面，然后由鐵門與地面之間的間隙擴散到戶外，因此次日開門上班時，廠房空氣中的油漆味已不明顯。
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