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大型电子洁净厂房防火设计



面板(TFT-LCD\AMOLED 等)生产厂房建造的特点是工艺设备体积大、自动化程度高、生产的连续性、洁净厂房人员极少等,故厂房规模大,洁净厂房面积需求甚至超过 90000 m2(单层),洁净厂房防火设计区面积及疏散距离远超现行的 GB 50016-2014《建筑设计防火规范》(以下简称“建规”)之要求;另外工艺生产过程使用多种易燃、易爆(甲类、乙类)的特气及化学品,其日用量也远超“建规”条文说明之 3.1.2 条(2)“一般情况下可不按物质危险特性确定生产火灾危险性类别的最大允许量”表 2 中规定的最大量,只能参照条文说明之 3.1.2 条(1)中的要求去核算并确认其火灾危险性。

参照 GB 50472-2008《电子工业洁净厂房设计规范》(以下简称“电子洁净厂房规范”)、GB 50073-2013《洁净厂房设计规范》等相关要求作为依据,结合国家标准GB 51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》(以下简称“防排烟标准”)实施日期的确定,与“建规”一并作为该类厂房防火设计的规范依据,使该类厂房建造环节中关键的消防设计得到合理解决。同时“防排烟标准”提出了一些新的术语(如固定窗),给该类厂房消防设计提出了新课题。

1 面板生产厂房工艺特点

1.1 正如引言中所述,其工艺设备体积大、连续自动化生产、洁净厂房操作人员少、厂房及洁净厂房面积规模大,特殊气体、化学品日用量大。表 1 为不同世代面板厂的规模;表 2 为生产过程中易燃易爆化学品、特气的日用量。

1.2 面板生产厂房火灾危险性类别的确定

从表 2 可以看出,生产过程中关键工艺设备使用的易燃、易爆化学品日用量最高达12 m3/d,特气日用量最高达 2700 m3/d,超过“建规”规定的“一般情况下可不按物质危险特性确定生产火灾危险性类别的最大允许量”,其火灾危险性应按“建规”3.1.2条中的要求去核算并确认。

1.2.1 化学品、特气输配特点

工艺生产过程使用的化学品、特气从输送、分配到使用点有 3~4 个连接点(见图1),每个连接点的所有接头、阀门等配件,均设在密闭的分配柜(箱)内,柜(箱)内设有泄漏检测、报警、泄漏排放管路,并联动阀门自动关闭系统;如:化学品输送系统,外运槽车(或桶装)输送至“化学品供应间(供应罐、分配模块、管道系统)”,通过管道系统输送至主厂机废液沿重力收集管道收集至主厂房支持区的分配间,再由提升泵提升至化学品供应车间。其中“化学品供应间”的分配模块包括桶槽、泵、过滤器、阀门等组合安装在化学品分配柜内,分配柜设置有专用的二氧化碳消防系统。“有机化学品供应间”、主厂房支持区的“分配间”,房间设置二氧化碳泡沫消防系统、防爆、措施及设置事故排风系统;设备、管道均设置防静电接地。以上措施有效保障了输送过程的安全性。

1.2.2 生产厂房火灾危险性的定性

依据“建规”第 3.1.2 条“同一座厂房或厂房的任一防火分区内有不同火灾危险性生产时,厂房或防火分区内的生产火灾危险性类别应按火灾危险性较大的部分确定;当生产过程中使用或产生易燃、可燃物的量较少,不足以构成爆炸或火灾危险时,可按实际情况确定;当符合下述条件之一时,可按火灾危险性较小的部分确定:

火灾危险性较大的生产部分占本层或本防火分区建筑面积的比例小于 5%或丁、戊类厂房内的油漆工段小于 10%,且发生火灾事故时不足以蔓延至其他部位或火灾危险性较大的生产部分采取了有效的防火措施”,该类生产过程中使用易燃、易爆化学品及特气的关键工艺设备的腔体,均为密闭设备,其腔体的投影面积合计约为洁净区(防火分区)的2%~3%,同时该类关键工艺设备自带自动探测、报警、事故排风及灭火设施,满足上述“建规危险性较大的生产部分占本层或本防火分区建筑面积的比例小于 5%”及“且发生火灾事故时不足以蔓延至其他部位或火灾危险性较大的生产部分采取了房支持区的分配间(中继供应及回收间,其容量按一天的工艺使用量配置)的分配柜,再通过管道系统输送到主厂房下夹层的“分配阀门箱(VMB)”,从阀门箱(VMB)分配到各工艺使用设备;产生的有有效的防火措施”的要求;另参照范”附录B“电子产品生产间类举例”,该类厂房使用易燃、易爆关键工艺设备均属于在表中所列膜等工序中。 面板工厂的生产线除上述关键工艺设备外的生产过程及环节,从使用的原辅料及半成品丙类物质,故依据“建规”第 3.1.2 条及“电子洁净厂房规范”附录 B,此类厂房火灾危险性定性为丙类。

2 面板生产厂房防火分区及疏散距离的确定 

从表 1 可以看出,面板工厂规模体量庞大,以G10.5 代(TFT-LCD)面板厂主厂房(两层洁净厂房)为例:(见图 2、图 3),主厂房长 432m高 45m(4 层),其中洁净区长宽尺寸吊顶高度 8m 以上;另外有与生产厂房配套的两侧“支持区”。

2.1 核心区洁净厂房的防火分区划分

如引言所述,为了保证生厂车间的工艺需求,自动化生产线不能用防火墙隔开,故其洁净厂房需划分为一个 432m×216m 约 93300m2 的防火分区。“建规”第 3.3.1 条之表3.3.1 所限定的防火分区面积:“丙类厂房防火分区面积 耐火等级一级建筑3000m2”;第 3.3.3 条“厂房内设置自动灭火系统时,每个防火分区最大允许建筑面积可按本规范第 3.3.1 条的规定增加 1.0 倍”,若按“建规”规定执行,该厂房最大防火分区面积不应超过 6000m(丙2类、高层、耐火等级一级、设置自动灭火系统),显然远不能满足该类厂房的生产需求。

但专业规范“电子洁净厂房规范”有特别规定,“洁净厂房上技术夹层、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的建筑面积,但应分别采取相应的消防措施第 6.2.3 条“丙类生产的电子工业洁净厂房的洁净厂房(区),在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敏度早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”由于此案例中那些在生产过程中会使用易燃、易爆的化学品或特气的关键生产设备,生产过程均在密闭腔体中进行,并且自带报警和灭火装置;再加上净化循环空气在和新风混合前的回风气流中设置了高灵敏度的早期火灾探测器及报警系统,主动抽取循环空气取样,能在火灾形成前数小时及早报警。故此设计中依据上述“电子洁净厂房规范”房洁净区防火分区面积按工艺要求确定。

洁净厂房两侧的支持区域,因不满足“电子洁净厂房规范”第 6.2.3 条要求的条件,其防火分区仍按“建规”的规定划分。

2.2 生产厂房安全疏散距离的确定

生产厂房安全疏散包括洁净区及支持区人员疏散,“建规”第 3.7.4 条之表距离:“丙类厂房内任一点至最近安全出口的直线距离耐火等级一级高层建筑定执行,该厂房核心洁净区(洁净区长宽尺寸×216m)的安全疏散距离远不能满足该类厂房的生产需求。

但专业规范“电子洁净厂房规范”有特别规定,即:第 6.2.7.3 条规定:“丙类生产的电子工业洁净厂房的洁净厂房(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,但不得大于本条第2 款规定的安全疏散距离的 1.5 倍。注:对于玻璃基板尺寸大于 1500mm×1850mm 的 TFT-LCD净生产区人员密度小于 0.02 人/m2,其疏散距离应按工艺需要确定,但不得大于 120m”。代TFT-LCD 玻璃基板尺寸为 2940mm满足“电子洁净厂房规范”要求,关键设备自带火灾报警和灭火装置以及回风气流中设有早期报警系统,洁净厂房人员密度远小于 0.02人/m2,故核心洁净区安全疏散距离按不大于 120m 设置(见图)按“建规”第 3.7.4 条之表 3.7.4 所限定的疏散距离设置。

但专业规范“电子洁净厂房规范”有特别规定,“丙类生产的电子工业洁净厂房的洁净厂房(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120。

3 “防排烟标准”中新规定

“固定窗”术语:“设置在设有机械防烟排烟系统的场所中,窗扇固定,平时不可开启,仅在火灾时便于人工破拆以排出火场中的烟和热的外窗”“固定窗”设置要求:“防排烟标准”“设置机械加压送风系统的封闭楼梯间、防烟楼梯间,尚应在其顶部设置不小于的防烟楼梯间,尚应在其外墙上每不小于 2m2的固定窗。”;筑或部位,当设置机械排烟系统时,尚应按本规范第4.4.14~4.4.16 条的要求在外墙或屋顶设置固定窗:1 任一层建筑面积大于库);…”。“固定窗”的设置规定给该类厂房防火设计提出了新课题;还是以上述案例,就固定窗如何设置进行探讨。

3.1 防烟楼梯间固定窗设置

 大型电子洁净厂房防火设计 中新规定“固定窗”设置在设有机械防烟排烟系统的场所中,窗扇固定,平时不可开启,仅在火灾时便于人工破拆以排出火场中的烟和热的外窗”。“固定窗”设置要求:“防排烟标准”第 3.3.11设置机械加压送风系统的封闭楼梯间、防烟楼梯间,尚应在其顶部设置不小于 1m2的固定窗。靠外墙的防烟楼梯间,尚应在其外墙上每 5 层内设置总面积;第 4.1.4 条“下列地上建筑或部位,当设置机械排烟系统时,尚应按本规范第

条的要求在外墙或屋顶设置固定任一层建筑面积大于 2500m2的丙类厂房(仓的设置规定给该类厂房防火设计提出了新课题;还是以上述案例,就固定窗如何防烟楼梯间固定窗设置

设在洁净厂房回风夹道内的防烟楼梯间设置了机械加压送风系统,此楼梯在以往的项目设计中均不考虑出屋面,现按“防排烟标准”第 3.3.11楼梯间位置需要出屋面,并且在其顶部需要设置于 1m2 的固定窗(见图 5);设在支持区外墙和设在洁净厂房山墙上的封闭楼梯间,采用自然通风方式防烟,故不需设置固定窗。

3.2 洁净厂房固定窗设置

洁净厂房(93300m2)因设有机械排烟系统,依据“防排烟标准”第 4.1.4 条要求,需要在屋顶及外墙设置固定窗(见图 6),并依据第 4.4.15的设置和有效面积应符合下列要求:

设置在顶层区域的固定窗,其总面积不应小于楼地面面积的 2%;…”,其二层洁净厂房考虑从洁净厂房两侧回风夹道及中间回风夹道在屋面上做若干个“狗屋”,在“狗屋”侧墙上设置固定窗,固定窗设置总面积为 93300 m2×2% =1866 m不在顶层区域,且一层洁净厂房两侧为支持区,属不同的防火分区,无法满足“防排烟标准”第设置在靠外墙且不位于顶层区域的固定窗,单个固定窗的面积不应小于 1m2,且间距不宜大于规定,考虑参照二层洁净厂房的作法,从一层洁净厂房顶板位于回风夹道的位置设竖井至屋面上的“狗屋”,固定窗设置面积按一层洁净厂房面积的方式同二层洁净厂房的固定窗的设置。

设在洁净厂房回风夹道内的防烟楼梯间设置了机械加压送风系统,此楼梯在以往的项目设计中均不考3.3.11 条规定,其楼梯间位置需要出屋面。

以上案例仅针对面板厂房进行了论述,虽然不同的电子洁净厂房有不同的需求及特点,但对“火灾危险性”定性、“防火分区”划分、“疏散距离”设置等关键问题的界定上,均需参照专业规范“电子洁净厂房规范”中的相关规定并与“建规”、“防排烟标准”一并作为该类厂房防火设

计的规范依据,使电子洁净厂房的防火设计得到合理解决。“防排烟标准”刚开始实施,以上对面板厂房固定窗的设置想法仅为个人的见解,如何更准确理解和解决“防排烟标准”中的新条文,并将其规定合理落实到电子洁净厂房的防火设计中,还需要设计、消防建审、审图等的各环节的专业人充分沟通、理解。

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