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在电子工业洁净厂房设计中,在大方向上有关规范是《洁净厂房设计规范》GB50073-2013,在电子工业洁净厂房方向有《电子工业洁净厂房设计规范》 GB50472-2008、《硅集成电路芯片工厂设计规范》 GB 50809-2012和《集成电路封装测试厂设计规范》 GB51122-2015等,美标《NFPA 318 Standard for the Protection of Semiconductor Fabrication Facilities》 2022版。在大方向上以洁净厂房设计规范为准,在具体各工艺类型上应该以各工艺类型的设计规范为准,根据《自动喷水灭火系统设计规范》 GB 50084-2017 编写精神。自动喷水灭火系统的设计,应密切结合保护对象的功能和火灾特点,积极采用新技术、新设备、新材料,做到安全可靠、技术先进、经济合理。在应用过程中应积极参考国外发达国家先进经验。
《洁净厂房设计规范》7.4.5 洁净厂房内设有贵重设备、仪器的房间设置固定灭火设施时,除应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的有关规定外,还应符合下列规定:1 当设置自动喷水灭火系统时,宜采用预作用式自动喷水灭火系统。
条文解释。7.4.5 本条主要是根据近年来灭火技术的发展和洁净厂房的消防特点制订的。洁净厂房的生产特点是:(1) 有很多精密设备和仪器,并且使用多种易燃、易爆、有腐蚀性、有毒的气体和液体。其中一些生产部位的火灾危险性属于丙类(如氧化扩散、光刻、离子注入和打印包装等),也有些属于甲类(如拉单晶、外延及化学气相沉积等)。(2) 洁净厂房密闭性强,一旦失火,人员疏散和扑救都较困难。(3) 洁净厂房造价高、设备仪器贵重,一旦失火,经济损失巨大。基于上述特点,洁净厂房对消防的要求很高,除了必须设置消防给水系统及灭火器外,还应根据现行国家标准《建筑防火设计规范》GB 50016的规定设置固定灭火装置,特别是设有贵重设备、仪器的房间更需认真确定。本次修订将本条的第2款作为强制性条款。
在规范正文中好像是推荐洁净厂房采用预作用自动喷水系统,但是不应该忽略前提条件“设有贵重设备仪器的房间”在条文解释中重点强调了“贵重设备、仪器的房间更需认真确定”,在《洁净厂房设计规范》中对于预作用系统使用谨慎。
《电子工业洁净厂房设计规范》8.5.3 条,洁净室(区)设置的固定灭火设施,应符合下列规定:1 设置的自动喷水灭火系统,应符合现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084的有关规定。喷水强度不应小于8L/min·㎡,作用面积不应小于160㎡;2 设置的气体灭火系统,应符合现行国家标准《气体灭火系统设计规范》GB 50370和《二氧化碳灭火系统设计规范》GB50193的有关规定,3 存放可燃气体钢瓶的特气柜中应设置自动灭火设施。
条文解释。8.5.3 条 目前在我国的电子工业洁净厂房设计、建造中,洁净室(区)的消防设施有的设置了自动喷水灭火系统,也有的没有设置自动喷水灭火系统;在电子工业洁净厂房中,在储存、分配或使用易燃、易爆气体、化学品的部位设有气体灭火系统。灭火实践说明:固定灭火设施——自动喷水灭火系统或气体灭火系统均为有效的灭火设施,它能及时、有效地扑灭火情。所以,为了确保洁净室(区)的安全运行,一旦出现火情时,减少经济损失,及时进行扑救,推荐在电子工业洁净厂房设计时,采用固定灭火设施——自动喷水灭火系统或气体灭火系统等。为此本条规定洁净厂房的洁净室(区)应设固定灭火设施。根据我国经济发展水平和近年电子工业洁净厂房消防设计的实践,并参照美国消防协会发布的NFPA 318《洁净室消防标准》的有关规定,作出本条规定。1) 无特殊要求的洁净室(区)设置的自动喷水灭火系统,可考虑湿式系统,这与NFPA 318及国外有关洁净室自动喷水灭火系统的选择是一致的。关于喷水强度和作用面积:我国近年建成的部分电子工业洁净厂房其喷水强度均按8L/min·㎡进行设计,作用面积有的为160㎡,有的为280㎡;美国消防标准NFPA 318规定洁净室自动喷水灭火系统的喷水强度为8L/min·㎡,作用面积为280㎡;结合我国现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084中的规定,本条规定自动喷水灭火系统喷水强度为8L/min·㎡,作用面积为160㎡。2) 据了解,目前在电子工业洁净厂房中,所有存放可燃类特种气体钢瓶的特气柜中均设有自动喷水喷头;美国消防标准NFPA 318中第11.2.4.1条规定:“存放有可燃气体钢瓶的贮柜中必须安装自动灭火喷水喷头。”
在《电子工业洁净厂房设计规范》中推荐于使用湿式系统。条文解释中提到了采用湿式系统的依据是参考NFPA 318。
《硅集成电路芯片工厂设计规范》8.3.7生产厂房洁净生产层及洁净区吊顶或技术夹层内,均应设置自动喷水灭火系统,设计参数宜按表8.3.7规定确定。
表8.3.7 自动喷水灭火系统设计参数
8.3.8 洁净区的建筑构造材料为非可燃物且该区域内也无其他可燃物的存在时,该区域可不设自动喷水灭火系统。
8.3.9 垂直单向流的洁净区和洁净区域应使用快速响应喷头。
8.3.10 洁净区吊顶下喷头宜采用不锈钢柔性接管与自动喷水灭火系统供水管道相连接。
条文解释。8.3.7 自动喷水灭火系统是硅集成电路芯片生产厂房的最为有效的灭火设施。一旦发生火情,喷头及时开启出水,可以有效地控制火情并扑灭火灾。硅集成电路芯片生产厂房自动喷水灭火系统设计参数的确定是根据国内外集成电路芯片生产厂房的常规实践所规定的。
8.3.9 在硅集成电路芯片生产厂房洁净空调系统的运行过程中,送风自上而下,即使发生火灾,部分风机过滤单元仍旧送风,使得喷头不能及时感受到热气流的热量。为了让喷头能及时动作,应采用快速响应喷头,其动作速度远快于标准喷头。
8.3.10 软管用于硅集成电路芯片生产厂房的喷头连接,可以避免地震时由于吊顶与消防管路的相对位移造成的管路和喷头的破损而引发的水渍损害。同时由于软管具有一定的长度,在喷头位置需要根据房间分隔变化时,可以带水作业,便于快捷方便调整喷头布置。而且软管安装简单快捷,还可有效地降低硬管安装误差所造成的吊顶与消防管道间的应力。采用不锈钢材质,是为了减少腐蚀并降低粉尘污染。
在《硅集成电路芯片工厂设计规范》中没有提到应该采用湿式还是预作用,仅给出了设计参数,但是提到了洁净区应采用快速响应喷头,条文解释中也强调了喷头及时动作的重要性和不锈钢金属软管连接喷头与供水管道。再看《自动喷水灭火系统设计规范》 6.1.7 下列场所宜采用快速响应洒水喷头。当采用快速响应洒水喷头时,系统应为湿式系统。1 公共娱乐场所、中庭环廊;2 医院、疗养院的病房及治疗区域,老年、少儿、残疾人的集体活动场所;3 超出消防水泵接合器供水高度的楼层;4 地下商业场所。
条文解释,与标准响应洒水喷头、特殊响应洒水喷头相比,快速响应洒水喷头仅用于湿式系统,该喷头动作灵敏,如果用于干式系统和预作用系统,会因为喷水时间延迟造成过多的喷头开放,更为严重的可能会超过系统的设计作用面积,造成设计用水量的不足。
8.0.4 洒水喷头与配水管道采用消防洒水软管连接时,应符合下列规定:1 消防洒水软管仅适用于轻危险级或中危险级Ⅰ级场所,且系统应为湿式系统;2 消防洒水软管应设置在吊顶内;3 消防洒水软管的长度不应超过1.8m。
联系《硅集成电路芯片工厂设计规范》和《自动喷水灭火系统设计规范》,硅集成电路芯片工厂洁净区应采用湿式系统,并且洁净区要采用快速响应喷头,以有效地控制火情并扑灭火灾。
《集成电路封装测试厂设计规范》6.3.2厂房应设置下列灭火系统:1 室内消火栓系统;2 自动喷水灭火系统;3 灭火器系统。6.3.3 生产厂房洁净生产层及洁净区吊顶或技术夹层内均宜设置湿式自动喷水灭火系统,设计参数宜符合表6.3.3的要求。
表6.3.3 自动喷水灭火系统设计参数表
6.3.4 洁净室内自动喷水灭火系统当采用干式自动喷水灭火系统或预作用自动喷水灭火系统时,管网容积及充水时间应符合现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084有关规定,且系统计算作用面积应放大30%。
条文解释6.3.3 自动喷水灭火系统是集成电路封装测试生产厂房最有效的灭火设施之一。一旦发生火情,喷头及时开启出水,可以有效地控制火情并扑灭火灾。集成电路封装测试生产厂房自动喷水灭火系统的设计参数的确定是根据国内外集成电路芯片封装测试生产厂房的常规实践所定。在集成电路封装测试生产厂房洁净空调系统的运行过程中,送风自上而下,即使发生火灾,部分风机过滤单元仍旧送风,使得喷头不能及时感受到热气流的热量。为了让喷头能及时动作,应采用快速响应喷头,其动作速度远快于标准喷头。6.3.4 湿式自动喷水灭火系统是洁净室自动喷水灭火系统最常见的一种形式。由于干式自动喷水灭火系统、预作用自动喷水灭火系统在喷头出水灭火之前都有一个火灾确认再管网充水的过程,与湿式自动喷水灭火系统相比,无论是出水灭火的快捷性还是系统运行的可靠性都稍逊一筹,因此参照国外相关规范的要求,在设置干式自动喷水灭火系统、预作用自动喷水灭火系统的场所,将系统能力适当提高。
在《集成电路封装测试厂设计规范》中也推荐采用湿式系统。
《NFPA 318 Standard for the Protection of Semiconductor Fabrication Facilities》11.1.4 Building Automatic Sprinkler Systems.
11.1.4.1* General. Wet pipe automatic sprinkler protection shall be provided throughout facilities containing cleanrooms and clean zones.
11.1.4.2* Automatic sprinklers for cleanrooms or clean zones shall be installed in accordance with NFPA 13, and shall be hydraulically designed for a density of 8.15 L/min·m2 (0.20 gpm/ft2) over a design area of 278.8 m2 (3000 ft2).
11.1.4.3 Automatic sprinkler protection shall be designed and installed in the plenum and interstitial space above cleanrooms in accordance with NFPA 13, for a density of 8.15 L/min·m2 (0.20 gpm/ft2) over a design area of 278.8 m2 (3000 ft2).
11.1.4.4* Approved quick-response sprinklers shall be utilized for sprinkler installations within down-flow airstreams in cleanrooms and clean zones.
11.1.4 建筑自动喷水灭火系统。
11. 1.4.1概述。包含洁净室和洁净区的整个设施均应提供湿管自动喷淋保护。
11.1.4.2洁净室或洁净区的自动喷水灭火装置应按照NFPA 13的规定进行
安装,并且在设计面积278.8 m2 (3000英尺2)。
11.1.4.3应根据NFPA 13在洁净室上方的静压室和间隙空间中设计和安装
自动喷水灭火装置,设计面积为278.8m2 (3000英尺2)。
11.1.4.4 洁净室和洁净区的下流气流内的喷淋装置应使用经批准的快速响应喷淋装置。
综上所述,国内规范对于采用预作用系统仅在《洁净厂房设计规范》有推荐,而且限制了使用条件“贵重设备、仪器的房间更需认真确定”,其他关于电子行业洁净厂房的规范均推荐采用湿式系统。美标NFPA 318也明确使用湿式系统。自动喷水灭火系统其主要目标在于火灾的早期控制和扑救,电子行业洁净厂房中大范围使用易燃易爆化学品以及气体,失火后火灾蔓延迅速,对于电子行业洁净厂房内部设置的贵重设备因担心喷淋漏水甚至误喷角度而采用预作用系统,耽误了扑灭初起火灾的最佳有效时间,引起过火面积增加甚至火灾不能得到有效控制,无异于因噎废食。
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