高洁净度芯片厂房洁净室内自动喷水灭火系统设计做法.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：周昱辰（1992），男，汉族，江苏无锡人，中级职称，学士学位，主要研究方向为给排水方向。-23-高洁净度芯片厂房洁净室内自动喷水灭火系统设计做法 周昱辰 上海电子工程设计研究院有限公司，上海 200083 摘要：摘要：芯片信息产业在当下是一项新兴的高科技产业，被称为朝阳产业，其市场前景十分广阔。我国芯片信息制造业正加速结构调整与动能转换。一方面，手机、计算机和彩电等传统行业继续保持规模优势；另一方面，主要行业和产品的高端化、智能化发展成果显著，智能手机、智能电视机市场渗透率超过 80%，智能可穿戴设备、智能家居产品、虚拟现实设备等新兴产品种类不断丰富。在虚拟现实、增强现实、无人驾驶、人工智能、无人机、智慧健康养老等新兴领域，国内涌现出了一大批创新型企业，技术和应用在全球处于领先位置。本文通过对高洁净度芯片厂房建筑结构形式的介绍，依据对于国标规范的理解，详细阐述了超净间内及其相关区域，自动喷水灭火系统设置条件以及相应技术手段，以达到确保厂房的安全性，同时便于工艺系统的使用的效果。关键词：关键词：高洁；净度芯片；洁净室内 中图分类号：中图分类号：TN405 0 引言 作为一切高新技术的最核心内容芯片的生产与研发成为了重中之重，相应的芯片厂房的建设成为了备受关注的焦点，随着国家的大力支持，我们欣喜地看到，诸多的有实力的芯片企业破土而出，一幢幢饱含高精尖技术的芯片厂房，在祖国大地上，生根发芽。芯片厂房其最核心的部分，则在于其高洁净度的洁净室的设计，因为其最主要的工艺流程，都发生在该区域。也是整个建筑内火灾危险性最高、火灾情况最为错综复杂、火灾可能引起的损失最大的区域。洁净厂房因其建筑和生产的特殊性，在火灾的发生和危险性方面不仅有其他一般生产厂房的特点而且也具有洁净厂房自身的特点，由于洁净厂房内生产工艺对厂房的密闭性能有着特殊要求，导致了洁净厂房主要存在以下几点火灾危险性：1 火灾危险源多，火灾发生概率高 在芯片厂房中以工艺流程的流水作业要求来划分功能区域的情况比较突出，这使某些危险工序或危险设备直接影响到建筑和人员的安全。特别是一些使用原料或生产过程中产生的中间产品带有易燃易爆危险性的，无法从建筑构造或建筑布局中加以防范，使得厂房的火灾危险性大大增加。2 洁净区域大，防火分隔困难 随着现代工业特别是芯片工业类的飞速发展以及洁净技术的不断更新，洁净区的面积也不断增大。如某芯片生产企业根据工艺需求洁净区面积达近十万平方米，穿孔楼板使工厂洁净区与原料设备区融为一体，洁净区又与送回风井道一体化设计，高度达二十余米。对于此类超大型的洁净厂房，水平垂直防火分区分隔的设置困难重重。发生火灾时产生的烟尘易蔓延至整个厂区，造成全面性的损害。3 室内迂回曲折，人员疏散困难 随着洁净区面积的不断增大，对空气悬浮粒子浓度控制要求的不断提高，洁净厂房内工艺隔离措施、除尘防尘设施也不断增加。厂内走廊、通道的布置均要先满足工艺的要求，使得室内平面布置迂回曲折，人员疏散困难。大部分芯片洁净厂房属于劳动密集型厂房，特别是包装车间、装配车间等，大多是车间小、人员多，发生火灾也易造成群死群伤。4 火灾蔓延迅速，早期发现困难 洁净室一般均有较高的温湿度要求，送风、排风和除尘风管较为复杂，风管通常布置在洁净室上方的技术夹层内，发生火灾时火势易顺着风道迅速蔓延。洁净厂房内风管密布，大量使用难燃保温材料。一旦发生火灾，不仅会造成火灾蔓延，更会大量产生有毒有害的燃烧产物，也容易引起人员的伤亡。洁净室内工艺物料和公用工程管道、电缆布置错综复杂，且布置隐蔽，一般安装在技术夹层或暗敷于隔墙内，发生故障不易及时发现，火灾隐情不易发现。中国科技期刊数据库 工业 A-24-目前，自动喷水灭火系统已成为洁净厂房消防系统的首选配置。根据 GB50472-2008芯片工业洁净厂房设计规范 中，对于其喷水强度要求达到 8.0L（min.）的规定，对应自动喷水灭火系统设计规范GB50084-2017（以下简称“喷规”）中的规定，1-3建筑采取中危险 II 级，作用面积不宜小于 160，当然，部分芯片厂房会在满足国标规范的同时，还会要求满足 FM 的相关要求，故设计参数应根据项目的实际情况予以确定。考虑到高洁净度洁净室内，对于管网内水的跑冒滴漏甚至管道不慎破裂等因素相当避讳，设置在洁净区的自动喷水灭火系统，宜采用预作用自动喷水灭火系统。在工艺生产的流程中，会用到许多甲类的特种气体，在此类的特种气体管道中，通常我们会设置管道内的自动喷水灭火系统，但应注意的是，如果在特种气体管道中设置了自动喷水灭火系统，应该要相应的在气体管道最低点设置排水管道，其排水应为间接排水。总体系统如上所述，但在讨论具体的系统设计时，有必要先对高洁净度的芯片厂房洁净室有一个总体的概念。新风补充至空气处理调节设备前端，经由位于下技术夹层的空气处理调节设备处理和调节后，通过回风通道，送至生产层吊顶上方空间，吊顶上方空间形成一个静压箱，吊顶上设 FFU 高效风口，空气经由 FFU，形成洁净空气送至生产区内，由于此类芯片厂房洁净度较高，通常为百级洁净室，甚至会做到一级的洁净度，该区域应为垂直单项流。考虑到芯片厂房防微震的需求，生产层与下技术夹层采用通透率非常高的预制华夫板作为楼板。有时也直接采用无楼板的井字梁，其间距通常为 1.2m，环氧表面，上设高架地板，高架地板开孔率通常为 17%，生产层空气到达下技术夹层，与补充的新风混合，由空气处理调节设备处理和调节，再送回生产层吊顶上空间，如此往复，实现生产区高洁净度的效果。4-5经过对整体建筑结构型式的了解，对“高洁净度芯片厂房洁净室内自动喷水灭火系统设计做法”中涉及到的一些细节的问题进行讨论。首先，对于生产层吊顶上部的空间，内部除了各个系统的管线外，最主要的设备就是 FFU，其外壳通常为镀锌铁皮不可燃，但其内部主要有风机、滤网、电线以及控制模块等，这样的组合是存在火灾危险性的，尤其是在高洁净度芯片厂房内，其 FFU 满布率达到100%的情况下，认为吊顶上部没有可燃物，是不符合实际安装使用情况的。另外，电缆电线并未置于封闭桥架、或者线管内，且敷设范围极广，几乎遍布整个吊顶上方空间，吊顶上方就不能够按照无可燃物来考虑。吊顶上方会有相对比较高的净空，高达数米甚至十数米均有可能，从施工安装便捷以及吊顶上方空间合理规划的角度来说，顶板下喷淋以及吊顶下喷淋分设两套干管系统会比较合理。对于吊顶下的喷淋系统的布置，与常规的吊顶下喷淋系统或者低洁净度空间吊顶下喷淋的布置有着较大的不同。如上所述，高洁净度的芯片厂房，其 FFU满布率能够达到 100%，如图 1：图中可以看出，整个吊顶平面已经被 FFU 完全占满，似乎完全没有布置吊顶下喷头的可能性，图 1 高洁净度的芯片厂房 另外，根据图中的 FFU 布置方式，传统的洁净壁板作为吊顶的形式，是不能够实现的，因为为了安装FFU，每块洁净板都被挖空，无法施工安装。所以针对这一技术难题，一种名为 T-grid 的洁净吊顶龙骨应运而生，其总体的安装形式，其模数包含 600mm、1200mm、2400mm 等，可根据项目对于 FFU 的选型量身定制，FFU可以直接担在龙骨上，当 FFU 满布率不到 100%时，只需要将洁净板覆盖于其上即可。至于自动喷水灭火系统喷头的布置，我们参考 T-grid 龙骨的拆解详图会发现（见图 2），在龙骨的十字交接处，有一个预留的孔洞，自动喷水灭火系统的喷头可直接穿过孔洞，进行安装。该孔洞除安装喷头外，还可以用以灯具穿线，即吸顶灯具安装于龙骨下方，电线通过该孔洞接入灯具内。烟感等装置的安装同理。当各个专业都对孔洞中国科技期刊数据库 工业 A-25-的点位有需求时，吊顶综合的工作就显得尤为重要。在吊顶下喷头的选型上，存在着一定争议，认为满足洁净度，吊顶下应该采用隐蔽型喷头，当然，随着最新”喷规”的颁布其中对于隐蔽型喷头的使用有了更加严格的要求，而作为中危险 II 级的芯片厂房，显然不满足可使用隐蔽型喷头的范畴，然而这个争议依然存在，根据国内很多大型的已建成并且投入运行多年的芯片厂房来看，他们所采用的也均非隐蔽型喷头，产品的生产也并未受到影响，判断出不采用隐蔽型喷头对于生产而言影响并不大。图 2 T-grid 龙骨的拆解详图 对于下技术夹层的自动喷水灭火系统的设计，由于上述的高架地板，其开孔率通常为 17%，最高一般也不会超过 25%，上部空间自动喷水灭火，很难直接对下技术夹层起到保护作用；而且洁净空调系统空气流态为自上而下的正压，当下技术夹层发生火警时，其烟羽流很难顺利到达上部空间顶部，触发相关系统。对于下技术夹层的保护，必须单独设置一套自动喷水灭火系统管网，而不能利用生产层上方的吊顶下喷淋。但是由于其特殊的建筑、结构形式，对于喷头布置的位置存在两种常见做法。其一：喷头应该穿过华夫板或者井字梁的孔洞，布置于高架地板下方，溅水盘距离高架地板 50150mm。这种布置一定程度上会影响工艺管线的敷设与排布，就单纯的洒水效果也是非常不理想的，密集的梁板形成了天然的屏障，使得布水非常不均匀，且无法直达着火点，对于火灾的控制，效果大打折扣。为了减小结构作为障碍物对于喷水效果的阻碍，喷头的布置，会变得尤为密集，并不能保证当某个喷头动作时，不会影响到周边喷头的感烟效果，从而使得局部喷水强度大打折扣。且喷头数量将大幅上升，从经济的角度来说也是相对不合理的做法。其二则与上述不同，首先，根据前文的介绍，井字梁间间距通常为 1.2m，符合密肋梁的定义，即便采用华夫板，其本质与井字梁也并没有很大的差别。可套用“喷规”中第 7.1.6 条第 3 款规定，可直接将喷头布置在密肋梁底部，在此基础上，最佳的布置方式应该是将喷头均布置在密肋梁十字交叉点的正下方，所有喷淋管道一律敷设在梁的正下方，便于管道的支吊安装，假设有纵向贯穿的工艺管道，也不会与喷淋管道发生碰撞，便于空间管理。另外，密肋梁其宽度通常小于 0.35m，也就是说喷头上方梁板的面积一般不能够达到0.12。对喷淋集、热罩面积的要求，只有当喷头上方实体面积达到 0.12时，才能够较好地集热。仅仅依靠梁底的面积来进行集热，其效果有待考量，必要时，需要辅以一定的集热措施。5 总结 对于芯片厂房，需要在吊顶层、生产层、下技术夹层，纵向的，全方位的对其进行保护。不同的区域，我们需要根据建筑、结构不同的条件，横向的，全面的，采用更加符合现实情况的技术手段，以实现安全、实用、经济的设计意图。芯片厂房中高洁净度洁净室自动喷水灭火系统主要包含上述三部分内容，与常见的其他类厂房在设计及思路上确实存在着一定的差别，这也是他独特的魅力所在。芯片厂房的自动喷水灭火系统的设计，还包含了硅烷站、危险化学品库等危险场所的消防设计、UPS 站房的消防设计、柴油发电机房的消防设计等等，其涉及到的系统形式以及做法多种多样，本文所讨论的只是芯片厂房消防设计的冰山一脚，还有更多精彩的内容等着我们去探索、去研究。参考文献 1吴国鑫.自动喷水灭火系统在某服装厂房中的应用J.中国住宅设施,2023(7):106-108.2米长虹,孔德骞.自动化立体仓库的消防给水系统设计细节探讨J.中国给水排水,2023,39(6):49-54.