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洁净室防火设计的重要性

      近年来,发生在洁净室行业的火灾令人触目惊心,在我国的新竹科学工业园区内陆续发生了多次半导体厂房火灾事故,虽然所造成的人员伤亡不大,但对于财物的损失却很可观,其数目动辄以数十亿乃至百亿元新台币计算,对业界所造成的损伤与危害可想而知。在事后调查的结果显示,高温浓烟才是造成财损的元凶,但由于台湾土地取得不易,洁净室厂房多向高楼层发展,高智慧的技术人力及昂贵的设备机台集中在厂房内,万一发生火灾意外,损失将数十倍于一般工厂。

      此外,高科技洁净室厂房内使用许多的易爆性与易燃性气体,例如 SiH4、H2、PH3等,更增加厂房内的潜在危险,若无适当的对策与措施,则类似华邦、天下电子与联瑞的厂房火灾将不断有机会再发生。因此,为了降低火灾发生时人员的伤亡与财物的损失,必须对建筑物进行烟流控制,这一点新加坡已强制规定执行,而在邻近的日本、大陆或香港也有类似烟流控制法规,其目的都是在降低火灾发生时,高温烟流对员工性命及设备污染的伤害。
           
国内现有防排烟模式分析

      国内目前现有之洁净室烟控模式共有四种,如图一所示。其中,的烟控设计原理,就是利用在洁净室下层回风区(Return Air Plenum,简称 RAP,有些厂则称之为 Sub-FAB)的一般排气风管(General Exhaust,简称 GE),在其上安装闸门,平时此闸门为关闭状态,以维持一般排气的运作,若遇上洁净室或洁净室下层回风区发生火灾时,则打开闸门以进行排烟。此设计必须有两个假设成立才能发挥其功效,第一个假设为:若火灾发生于洁净室中,则洁净室上方的 FFU(或 HEPA、ULPA)下吹垂直层流速度必须大过火灾烟尘向上升的速度,才能压制洁净室火灾产生的烟尘,将其导引向下至下层回风区中,然后经由排气风管打开的闸门抽走。第二个假设为:若火灾发生于下层回风区中,则上升的烟尘会蓄积于下层回风区的上部(高架地板以下),让烟尘由排气风管打开的闸门抽走。 

      然而上述两种假设在现实状况中皆很难成立,因为从洁净室天花板下吹的垂直层流速度在 0.25-0.5 m/s 左右,而火灾的热释放率只要大于 3 kW,烟尘的向上速度就会大于 0.5 m/s(3 kW 的火算是很小的火),然后烟尘会在上方蓄积形成蓄烟层,此时从洁净室天花板下吹的气流只会造成烟尘更迅速的扩散,产生更大的危害。另外,如果烟尘的温度过高,则 HEAP 或 ULPA 这类滤层有可能被烧穿,使得烟尘危害更形雪上加霜,故而第一种假设无法成立。其次为蓄烟的问题,高架地板因为有开洞板的关系,会使得下层回风区火灾所产生的烟尘穿过开洞板,向上进入洁净室中而无法在高架地板下蓄积,使得排烟点的有效排烟范围仅限于排烟闸门周围附近,因此只能抽取到少量的烟尘,故第二种假设亦难成立。

      一般而言,此类设计模式常见于老旧厂房的洁净室中,主要是因为从前的半导体厂在建立时极少会考虑到烟控系统,后来因为需要,只好在一般排气风管上开洞,在加装控制闸门后做为排烟之用,如此对原来的设备及厂务系统影响最少。利用一般排气风管做为排烟系统亦有些问题需要考虑,如管路是否耐高温?排烟量是否足够?风机是否为排烟风机?(依照 NFPA 130 标准,排烟风机须耐 250℃高温达 1 小时)闸门是否为防烟闸门?其泄漏量为 UL555S的何种等级?系统如何控制及可靠度问题?(若控制越复杂,系统的可靠度越低)故建议使用专用的排烟系统,可以大幅解决上述的许多问题。  

      烟控设计原理是利用回风竖井(Return Air Shaft)做为排烟管道来进行排烟,排烟风扇位于回风竖井的最上端,在排烟的同时,利用闸门关闭,切断回风竖井与洁净室上层阁楼(Truss)之间的连接。该设计需要以下假设成立才能发挥其功效。此假设为:无论火灾发生于洁净室或下层回风区中,洁净室上方的 FFU 下吹垂直层流速度必须大过火灾烟尘向上升的速度,如此才能压制洁净室火灾所产生的烟尘向下至下层回风区中,或是让下层回风区火灾的烟尘无法向上至洁净室中。无论何处发生的火灾,最后烟尘的流动方向都是流向回风竖井的入口而去,再经由回风竖井至最上端的风机排出。由上述分析可知,此种假设只适用于小型火灾(热释放率小于 3 kW)发生时。也许当初这种模式的设计者认为,在洁净室中产生大火就无须进行控制,因为洁净室中的设备及产品对烟粒相当敏感,稍加污染便可使其损坏及报废,所以只需对小型火灾的烟流进行控制即可,但他忽略了即使是小型火灾,它的热释放率所造成的烟尘上升速度仍会大于向下垂直层流速度。


资料来源:广州嘉凡净化科技有限公司 http://www.gdjfc.com
日期:2018-01-09 人气:1948
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