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昆山电子工业洁净厂房出租租聘选购防火设计要点

文章来源:金土地人气:发表时间:2018-06-09

 要:

电子工业洁净厂房由于生产环境和生产工艺需求,在昆山选择电子工业洁净厂房出租租聘时要考虑建筑防火设计有别于普通厂房。分析当前电子工业洁净厂房的发展趋势及防火设计特殊性,结合具体工程案例,从防火间距、防火分区、安全疏散距离、火灾报警系统、灭火救援设施等5个方面介绍此类厂房防火设计要点,确保建筑防火设计做到技术先进、经济适用、安全可靠、节约资源的要求。


1 电子工业洁净厂房的概况和发展趋势

1.1 概况

洁净厂房也称无尘车间、洁净室、无尘室,是指将一定空间范围内空气中的微粒子、有害空气、细菌等污染物排除,并将室内温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内,特别设计的房间。亦即不论室外空气条件如何变化,室内均能维持设定的洁净度、温湿度及压力等性能的空间。

电子工业洁净厂房是指在微电子工业、精密仪器、LED、液晶等精密生产和科学实验活动中,为达到生产所需的特定受控环境,而专门建设的无尘厂房、无尘车间或者无尘室,是为了适应实验研究与产品加工的精密化、微型化、高纯度、高质量和高可靠性等方面要求而建造的特种工业建筑。

1.2 发展趋势

随着科学技术的发展,电子产品生产日新月异,精密化、微型化、高纯度、高质量和高可靠性现代电子产品使用的集成电路、电子元件及其组装生产过程所需受控环境不仅要严格控制微粒,而且还需严格控制生产环境的化学污染物和直接与产品生产过程接触的各种介质———高纯水、高纯气体、化学品的纯度和杂质含量。如现在的动态随机存取存储器(内存)产品线宽已发展到0.05μm,生产洁净厂房粒子直径需严格到0.025μm,空气纯洁度需严格到1级或更严,生产过程中使用的高纯气、高纯水的杂质含量严格到10-11。同时,电子产品生产过程中使用的工具、器物和物料储运等设备装置体量大、自动化传输要求高,且制作材质、清洁方式和保护方法均有特殊要求。

鉴于现代电子产品的特殊生产环境和工艺特点,近年来电子工业洁净厂房趋于向大空间、组合式、高层化、易燃易爆物品聚集的综合性厂房发展,如广东省惠州市仲恺区一栋4.5代AMOLED(魔丽屏)生产线洁净厂房,占地面积38 690m2,共4层,高度31.9m,总建筑面积达157 022m2,此外还有其余配套厂房、仓库11栋,生产过程涉及34种易燃易爆物质。因此,电子工业洁净厂房的防火设计有其特殊性和单一性。

2 电子工业洁净厂房建筑防火的特殊性

2.1 生产工艺特殊,难以划分防火分区

由于电子产品的生产工艺设备体量大,生产工序衔接紧密,制造过程的连续性强、自动化程度高,其洁净生产工艺区不能进行分隔。为适应电子产品迅速发展和扩大生产需要的灵活性,此类厂房往往采用大空间、大跨度的柱网设计以适应生产工艺调整和升级换代的需要。因此,电子工业洁净厂房洁净区水平方向的防火分区面积往往大大超过现行国家标准GB 50016-2014《建筑设计防火规范》(以下简称“建规”)、GB 50073-2013《洁净厂房设计规范》规定的面积,如国内第五、六代TFT-LCD生产用洁净区面积已达36 000 m2,第八代TFT-LCD已达90 000m2

此外,为满足电子工业洁净厂房的净化及生产需求,大规模集成电路及TFT-LCD生产厂房的建造、设计基本上采用多层布置的方式,一个洁净生产区包括生产活动地板以下的下技术夹层、洁净生产层和吊顶以上的上技术夹层。其中,上技术夹层设置净化空调系统的送风静压箱,洁净空气通过FFU(Fan Filter Unit,风机过滤机组)向洁净生产层送风,一般上技术夹层的高度为2.5~5.5m;洁净生产层为机械设备及工作人员生产操作层;下技术夹层除设置公用动力设备、辅助生产设备和公用动力管线外,还设置了净化空调系统的回风静压箱,洁净生产层的回风通过活动地板、多孔板回至下技术夹层,下技术夹层高度一般为4m左右。

综上所述,由于净化空调系统气体流动的需要,可以认为电子工业洁净厂房下技术夹层、洁净生产层和上技术夹层由下至上是相通的,如图1所示。因此,此类厂房在垂直方向的防火分隔同样难以实现。上文提到的惠州市仲恺AMOLED生产线洁净厂房,其核心生产区一、二层(一层为二层的下技术夹层)叠加后的建筑面积达到63 553m2

图1 电子工业洁净厂房结构示意图

图1 电子工业洁净厂房结构示意图


2.2 化学危险品原材料繁多,火灾危险性高

在电子产品生产过程中,电子洁净厂房内需使用多种易燃易爆和有毒物质化学品,主要有酸碱类的HF、HCl、H2SO4、HNO3、NH3等;有机类的IPA(异丙醇)、CHCl3、丙酮等及在掺杂、外延、离子注入、刻蚀等生产工艺中使用的具有自燃性、可燃性、毒性、腐蚀性、氧化性的特种气体,主要有SiH4、PH3、AsH3、NF3等。根据生产工艺、用量及危险性,上述化学危险品直接设置在电子工业洁净厂房内或者在电子工业洁净厂房周边设置专门的供应站房,通过管道送至厂房的下技术夹层再送至洁净生产层(SiH4及其混合气体的气瓶必须布置在厂房外)。惠州仲恺AMOLED生产线洁净厂房周边分别设置了硅烷站(供气方式:气瓶拖车,存量:3 500m3)、氢气站(供气方式:气瓶拖车,存量:12 000m3)、特气站(供气方式:气体钢瓶,储存物质:磷烷氢、三氟化氮)、化学品供应站(储存物质:IPA、Thinner、醋酸,储存方式:储罐)。这些化学危险品种类繁多、化学性质活泼、存量巨大、管网布置交错,极易引发火灾爆炸事故及相应的次生事故。

2.3 大跨度、大空间,灭火、疏散困难

为适应电子产品生产的工艺要求和发展需要,电子工业洁净厂房建筑的长度、宽度均比较大,内部空间、自由度大。此类厂房长度大多在200~300 m,甚至达到400多米,宽度一般都在100~200m,单层厂房面积在2万~10万m2,厂房内任一点到安全出口的距离往往超出GB 50016-2014《建筑设计防火规范》的规定,给火灾扑救和人员疏散带来极大困难。一是烟气蔓延迅速,能见度低。电子洁净厂房空间密闭,一旦发生火灾,燃烧产生的大量烟气将迅速在空旷的空间蔓延,使得火灾现场的能见度低,不利于确定起火点及内部人员寻找安全出口。二是燃烧物质复杂,处置难度大。洁净区内布置了从原材料到最终成品的整条流水生产线,固态、液态和气态易燃易爆、有毒材料大量共存,一旦发生火灾后,不同的工段将会出现不同形式的燃烧,灭火战斗展开需分别处理、逐个对待,处置难度极大。三是设备造价昂贵,火灾损失高。电子产品生产线设备、生产环境控制设施多为进口产品,价格高、建造昂贵,这两部分的造价占总造价的60%以上,有的甚至达90%以上,火灾产生的水渍、烟熏损失难以估量。

3 电子工业洁净厂房防火设计要点分析

鉴于电子工业洁净厂房生产工艺和生产环境的特殊性,为实现技术先进、经济适用、安全可靠、节约资源的总体要求,此类厂房在防火间距设置、防火分区划分、安全疏散距离阈值、火灾报警系统选型、灭火救援设施配置等设计方面均有其单一性。

3.1 防火间距

电子工业厂房周边设置硅烷站、氢气站、特气站、化学品供应车间等供应易燃易爆物质的建筑(内设气瓶)为主厂房提供生产原料。如上文提到广东省惠州市的4.5代AMOLED生产线厂区的氢气站为钢筋混凝土框架轻钢屋面结构,内设3组拖车气瓶,储存甲类可燃气体氢气12 000m3,设计方将其定性为甲类厂房,与毗邻的预留单层甲类厂房用地防火间距为12m。此类建筑十分特殊,不仅具有仓库的储存性质,内又设压力储罐,同时具有储罐的属性,难以定性其为厂房、仓库还是储罐,更无法确定此类建筑与周边建构筑物的防火间距。以上文的氢气站为例,如定性其为储罐,其与毗邻的预留单层甲类厂房用地的防火间距应为20m,远超设计的12m。

经咨询“建规”规范管理组,认为此类建筑气瓶原料储存量少、运转周期短、生产过程中处于使用运转状态,有别于传统的厂房、仓库和储罐。采取了提高建筑耐火等级至一级、建筑各气瓶之间设置不开门窗洞口的防爆墙进行分隔等加强措施后,除硅烷站与工厂建筑的防火间距应按照GB 50646-2011《特种气体系统工程技术规范》第5.2.2条的要求进行防火设计外,其余供应车间与相邻建筑的防火间距可按照“建规”对厂房的要求开展防火设计。

3.2 防火分区

丙类生产的电子工业洁净厂房的洁净区,在使用易燃易爆化学品、气体的关键生产设备设有火灾报警和灭火装置以及回风气流中设有灵敏度严于0.01%obs/m的高灵敏度早期火灾报警探测系统后,其每个防火分区的最大允许面积可按生产工艺要求确定。同时,洁净室的上技术夹层、下技术夹层和洁净生产层,当按其构造特点和用途作为同一防火分区时,上下技术夹层的面积可不计入防火分区面积,但应分别设置室内消火栓系统、自动喷水灭火系统和火灾自动报警系统。

3.3 安全疏散距离

考虑到电子工业洁净厂房内操作人员少,人员密度极低,且有人员流动巡查,丙类生产的电子工业洁净厂房的洁净区在关键生产设备自带火灾报警和灭火装置以及回风气流中设有灵敏度严于0.01%obs/m的高灵敏度早期火灾报警探测系统后,安全疏散距离可按工艺需要确定,但不得大于“建规”规定的安全疏散距离的1.5倍,即多层厂房的安全疏散距离阈值可由60 m扩大为90 m,高层厂房可由40m扩大至60m。

3.4 火灾报警系统

GB 50472-2008《电子工业洁净厂房设计规范》第12.3.4要求,此类厂房的洁净生产层、技术夹层应设置智能型火灾探测器,但未明确是上技术夹层还是下技术夹层。经咨询国家标准《电子工业洁净厂房设计规范》管理组,主要是指上技术夹层(即静压箱)需设置智能型火灾探测器。规范中此条规定的目的是避免把上技术夹层作为一个区域,在静压箱里设置了非地址探测器,不利于报警点的确认。同时,由于此类洁净厂房的下技术夹层与洁净生产层是相通的,加之在回风气流中设置了高灵敏度的早期烟雾报警探测器,下技术夹层可不设置点式烟感火灾探测器。此外,鉴于硅烷可在空气中快速自燃、不产生烟雾的特性,硅烷储存、分配间应设置红外线-紫外线火焰探测器。

3.5 灭火救援设施

电子工业洁净厂房空间密闭,且设有人员、物料净化设施,一旦出现火情,消防人员进入洁净区的路径曲折、深长。因此,此类厂房除按照“建规”的规定设置消防车道、消防车登高操作场地外,还应在洁净生产层的外墙上设置可供消防人员通往洁净室的门窗,当门窗间距大于80m时,还要在该段外墙的适当部位设置专用的消防口。专用消防口的宽度不应小于750mm,高度不应小于1 800mm,并应有明显标志,且应设置阳台和从二层开始向上层架设钢梯。洁净厂房外墙上的吊门、电控门以及装有栅栏的窗均不应作为火灾发生时提供消防人员进入厂房的入口。

4 结束语

随着高新技术的迅速发展,电子产品生产过程所需的生产环境、原料纯度、微振控制、噪声控制和防静电控制愈加严格,电子工业洁净厂房建设发展中面临的防火、灭火新情况、新问题、新常态和规范执行过程中遇到的疑难问题将不断增多,只有遵循火灾发生发展的客观规律,贯彻“预防为主、防消结合”的工作方针,充分运用国内外建筑防火设计实践经验和消防科技成果,不断优化电子工业洁净厂房的消防设计方案,才能满足电子工业洁净厂房愈加严格的防火需求。