电子厂房FM设计探讨

崔珍珍

中国电子系统工程第二建设有限公司 江苏无锡 邮编：214000

【摘要】：本文通过研究FM报告并结合实际项目工程经验对FM认证重点关注内容进行总结，包括电子厂房内部不同场所的给排水、消防设计，冷却塔、洗涤塔、排气系统等消防设计，消火栓系统、气体灭火系统、消防水泵房等内容。对各系统形成了比较全面的技术方案性总结，为今后需要FM保险认证的项目提供设计参考。

【关键词】：FM，电子厂房，给排水系统，消防系统

0、引言

由于高端半导体公司通常会引进新且存在火灾爆炸，液体泄露等风险的工艺化学品。对给排水设计而言，这些风险具体包括设备、管道及洗涤塔等易燃材料的火灾风险，可燃易燃气体如硅烷、氢气等的火灾爆炸风险，可燃易燃液体的火灾爆炸风险等。其中可燃易燃液体来源包括工艺液体、暖通空调系统、自动喷水灭火系统以及废水系统。同时这些半导体公司通常不可避免地会受到自然灾害比如洪水、地震等外在不可抗力的影响。因此需要提前预判半导体厂房可能出现的风险并采取工程措施最大限度降低这些风险的影响，为此，FM建立了全球独一无二的“以工程技术为本”的保险认证机制。

对于需要进行FM认证的项目，给排水设计师往往依据保险公司的建议进行防损设计，但缺乏对FM相关要求较为全面的理解，使得设计工作较为被动甚至可能带来设计图纸的反复大量修改。本文拟对FM认证的给排水设计内容进行总结与探讨，并与国标规范进行对比，为同行给排水设计提供些许参考。

1、电子厂房给排水设计内容简介

    电子厂房给排水设计内容包括给水、排水、消防系统三个方面。由于电子厂房生产工艺设备及辅助生产区域对用水水质要求不同，给水系统可分生活给水系统、生产自来水给水系统、RO水给水系统、UPW给水系统以及PCW系统。排水系统除生活排水系统外，依据不同工艺段废水水质及浓度分为废水系统及废液系统。一般工艺设备废水经管道重力收集后排入一层废水提升间，提升后排至动力中心废水处理站，处理后最终回用至中水池或排入市政污水管网；工艺设备废液经管道重力流收集后排入一层废液收集间，委外处理。电子厂房消防系统包括室内外消火栓系统、自动喷水灭火系统、雨淋系统、泡沫-水喷淋系统、气体灭火系统以及灭火器等。具体如下表1所示。

表1  电子厂房给排水系统一览表

系统类别	系统组成	场所/种类	来源/去向
给水系统	生活给水系统	卫生间、茶水间等	市政自来水
	生产给水系统	辅助生产区域、洗眼器用水等	市政自来水
	RO水给水系统	空调机房、MAU机房	纯水站RO水
	UPW给水系统	洁净生产区工艺设备	纯水站UPW水
	PCW系统	洁净生产区工艺设备	PCW站房
排水系统	生活排水系统	卫生间、茶水间等	市政污水管网
	废水系统	酸碱废水、含氟废水、含氨废水、研磨废水（CMP废水）、含铜废水、有机废水、含砷废水等	厂区废水处理站
	废液系统	含氟废液、含光阻废液、含H3PO4废液、含CUSO4废液等	委外处理
消防系统	消火栓系统	全厂除门卫外各单体及室外	消防水泵房
	自动喷水灭火系统	机械设备区、洁净生产区、办公区等	消防水泵房
	雨淋系统	可燃气体间、硅烷站、H2间等	消防水泵房
	泡沫-水喷淋系统	有机溶剂间、易燃可燃液体间等	消防水泵房
	气体灭火系统	变电站、UPS间、IT机房等电气用房	/
	灭火器	全厂各单体	/

2、电子厂房给排水专业设计FM认证要求

2.1给排水系统

FM认证对给排水系统的要求主要在于公用设备如水泵等的数量，管道保温材料，纯废水系统的设计以及雨水系统的设计。具体如下表2所示。

表2  FM认证给水系统设计防损建议[1]

编号	内容	条文
1	运转类公用设备按照 N+l 冗余理念配置。	FM7-7：2.3.5.5.1
2	避免在洁净室上方或高价值设备上方设置工艺冷却水（PCW）管道。	FM7-7：2.3.5.5.5
3	PCW系统工艺冷却水泵应通过双路供电，并接入应急电源。工艺循环冷却水管道使用耐火性能不低于B1级的橡塑海绵作为保温材料，保温材料应采用FM4924认证的产品	FM7-7：2.3.5.5.9，FM7-7：2.3.5.5.10
4	纯水站重要的设备应设置双路供电，并接入应急电源，防止在市电中断的情况下造成纯水污染	FM7-7：2.3.5.6
5	出纯水站的纯水应有水质在线监测系统	FM7-7：2.3.5.6
6	纯水系统的DI纯水罐、安全阀、氮封罐、压力容器等需满足ASME（美国机械工程师协会标准）或当地规范要求	FM7-7：2.3.5.6

表3  FM认证排水系统设计防损建议[1]

编号	内容	条文
1	对于不相容的废液，分别采用独立的排水管路系统	FM7-7：2.3.5.9.3
2	对于易燃液体排水管，采用金属管材
3	对排水管道系统进行标记以区分管道内含物
4	可燃/易燃废液收集罐置于柜子或其他封闭空间时，设置水喷淋或FM批准的气体灭火系统
5	在收集桶上提供液位控制，并在液位达到高时报警
6	在经常有人值守的位置提供联锁式泄漏检测报警
7	废溶液回收系统（Waste Solvent Recovery Systems）需满足FM7-2设计要求
8	酸碱中和系统（AWN）的关键部件、控制系统、应急电源、备用应急储罐需按N+1冗余理念设计，以防止AWN系统损坏影响生产	FM7-7：2.3.5.9.4
9	提供可容纳AWN系统最大储罐110%容量的应急水池
10	屋面雨水排水系统设计降雨重现期按100年考虑，降雨历时按60min考虑，超设计重现期的雨水由溢流设施排放，溢流设施按百年一遇小时最大降雨量的两倍进行设计。	FM1-54[2]：2.5.4.1
11	厂区地形设计应避免使雨水流向重要的建筑物，厂区内排水系统的设计应按至少高于当地市政排水能力的要求设计。	保险公司

2.2 消火栓及自动喷水灭火系统

国标规范依据建筑物的类别、性质、体积等条件确定单体建筑的室内消火栓流量，而FM则是针对特定场所规定自动喷水灭火系统的设计参数同时对室内消火栓流量进行规定，FM并不以整个单体建筑作为对象对室内消火栓系统流量进行规范。通常由国标确定的室内消火栓流量均能满足FM对室内消火栓流量的规定。因此室内消火栓系统的设计一般按国标进行。而自动喷水灭火系统是FM认证重点关注的系统，也是防损工程技术的要点，其设计标准一般严于国标。同时要求喷淋系统除管材外均需要采用FM认证的产品。笔者列举了FM认证对电子厂房项目不同场所室内消火栓及喷淋系统的设计参数，供同行参考。

2.2.1 FAB厂房消防设计要点

（1）条文FM7-7：2.3.4.1/NFPA318[3]

洁净室内喷淋系统优先考虑湿式喷淋灭火系统，采用快速响应喷头，不允许使用扩大覆盖面积洒水喷头及边墙型、隐蔽型喷头，喷头动作温度70℃，K=115，一只喷头最大保护面积12m2，喷水强度8.15L/(min.m2)，作用面积280m2，火灾持续时间1h。上夹层（truss）、设备层（cleanroom）、下夹层（sub-fab）皆需设置喷淋系统。洁净室内室内消火栓系统流量946L/min（15.77L/s），火灾持续时间1h。

（2）条文FM7-7：2.3.4.6

吊顶下喷头或管道内喷头的连接可采用FM认证的消防软管连接。

（3）条文FM7-32[4]:2.4

可燃液体区域采用自动喷淋灭火系统，可采用湿式、预作用、雨淋系统，满足一定条件时可采用干式系统。湿式喷头最大保护面积9m2，喷头最大间距3m。电子厂房有机溶剂间可采用K115@0.048MPa的标准响应喷头，喷水强度12L/(min.m2)，采用高温级喷头时作用面积370m2，采用普通温级喷头时，作用面积560m2。同时室内消火栓流量1900L/min（31.67L/s），火灾持续时间1h。若采用泡沫-水喷淋系统，应使用与可燃液体兼容的泡沫浓缩液，其喷头参数，喷水强度，作用面积及火灾持续时间等与采用湿式系统时相同。且在有充足紧急排水设施的情况下泡沫液供应量应不少于 10 分钟，在紧急排水能力有限或没有紧急排水的情况下供应量不应少于 20 分钟。

（4）条文FM7-7:2.3.4.7、2.5.1.4.2

对于分配危险气体的房间，采用自动喷水灭火系统。采用标准响应喷头，喷水强度12L/(min.m2)，作用面积280m2，喷头动作温度141℃。易燃性特气的气瓶柜内部安装74℃快速响应喷头，喷头最小设计流量为114L/min。

（5）条文FM7-7:2.3.4.8

     在电气设备房间设置湿式自动喷淋灭火系统。此点与国标规范有较大差距，可与保险公司协商是否采用湿式系统或者国内常用的气体灭火系统。

（6）条文FM7-7:2.3.5.9.5.3

洗涤塔应最好选用不可燃材料制造或采用FM4910协议的塑料材料。如果不可行，则在塑料材质尾气洗涤塔的进出口管道内设置湿式水喷淋保护（使用防腐型喷头，喷头的最小流量为95L/min）。在着火源上部（比如发动机、水泵和风扇离合器用轴承、电伴热等）设置自动喷淋系统，喷头的最小流量为95L/min。为两个及以上成组的塑料洗涤塔提供自动喷淋或水喷雾保护，喷淋头或水喷雾喷头应布置在洗涤塔上部和洗涤塔之间，并距离洗涤塔表面150mm之内。洗涤塔外部可使用水喷雾系统进行保护（当地若无冰冻风险则可使用湿式系统）。自喷系统采用FM认证的K80@0.14MPa快速响应喷头，喷头动作温度74℃。

（7）条文FM7-7:2.5.1.7

严禁在三氟化氯（CLF3）房间设置自动喷水灭火系统。

2.2.2 冷却塔消防设计

     电子厂房项目中冷却塔用来为冷冻站提供冷源制备冷冻水，冷却塔一旦故障则会导致冷冻水系统运行故障进而无法保证工艺设备所需用水温度从而影响生产的正常进行。因此FM对冷却塔防损进行了特别规定。

     依据FM1-6[5]的规定，应避免使用可燃百叶窗或聚苯乙烯填料的冷却塔。当使用可燃材料且不设置喷淋保护时，冷却塔间距应至少6m，否则需设置喷淋系统或者在冷却塔与构筑物之间设置耐火时长不低于1小时的防火分区。当设置喷淋系统进行保护时，对于所有类型及尺寸的冷却塔均可选用K115@0.05MPa喷头。不同类型的冷却塔，其喷淋布置方式，喷水强度，喷头参数均不同。设计时可采用FM认证的冷却塔或采取雨淋保护的普通冷却塔。当采用FM认证的冷却塔时，由于采用不燃或阻燃材料，不需设计自动喷淋保护系统。当采用雨淋保护的普通冷却塔时雨淋系统的流量以两个相邻水量最大的冷却塔计算，喷水强度按20L/(min.m2)，作用面积按冷却塔投影面积计算。同时，冷却塔室内消火栓流量为1900L/min（31.67L/s），雨淋系统及消火栓系统火灾持续时间均为2h。（注：NFPA214要求喷水强度为20.4L/(min.m

2)）。图1所示为一种典型的冷却塔喷淋系统布置图。

图1 横流冷却塔雨淋系统典型示意图

2.2.3 FM认证关于排气系统设计

2.2.3.1 消防系统设计

电子厂房排气管道通常使用聚丙烯、PVC或FRP等塑料材料制成，这些材料能导致火灾在管道内外部迅速蔓延，选择不燃的或者FM认证的排气管道能有效降低排气系统的火灾风险。当必须使用塑料材质排气管道时，应设置消防系统进行保护。

FM7-78[6]规定，可使用湿式系统或雨淋系统进行保护，对于可能结冰的场所可采用干式系统、预作用系统等。建议使用FM认证的消防设备，且不同的排气系统的喷淋控制阀门应分开设置。对于不需设置自动喷淋系统的场所，如果排气管道或设备数量众多，需要直接在管道和设备上方设置自动喷淋灭火系统。喷头的最大间距3.7m，采用K80快速响应喷头，喷头动作温度74℃，每个喷淋流量75L/min并按同时开启8个喷头考虑系统流量。对于输送可燃物质或者使用可燃材料制成的比如非FM认证的塑料管道或衬塑金属管道的横截面积不小于516cm2或者最大等效内径直径不小于254mm的排气管道，需在排气管道内设置自动喷水灭火系统或者水喷雾系统。当风管尺寸过小或者采用柔性材料制作的风管，无法按上述布置原则设计风管内喷头时，可在主管连接处设置喷头。风管内喷头同样采用K80快速响应喷头，喷头动作温度74℃，每个喷淋流量75L/min并按同时开启8个喷头考虑系统流量。也可使用动作温度高于管道或设备内部温度27℃的喷头，但不能使用扩大覆盖面积的洒水喷头保护风管。同时，排气设备内也需设置90L/min的喷头。图1所示为风管内及排气设备内喷头布置示意图。图2为风管内喷淋管道安装示意图。具体要求如下：

(1)风管入口处0.9m范围内设置一个喷头；

(2)中间装置、设备或建筑的出入口0.9m范围内；

(3)距离≥90°的转角0.9m范围内；

(4)水平风管喷头最大间距3.7m，垂直风管喷头最大间距7.4m；

(5)对于尺寸大于3.6m的风管，需额外提供其他消防保护措施。对于圆形风管，需在2点钟及10点钟方位设置喷头。

图1 风管内喷头设置位置示意图

图2 风管内喷淋管道安装示意图

对于设置消防保护的排气系统，还需考虑不小于946LPM的消火栓流量。

2.2.4 消火栓系统设计

FM认证针对特定场所规定自动喷水灭火系统的设计参数同时对室内消火栓流量及火灾持续时间进行规定，通常直接将室内消火栓流量加至自喷系统流量且采用消火栓与自喷系统合用水泵的形式。对于其他仓库区以及非仓库区场所的自喷及消火栓系统流量参照FM0326_CHN及FM0809_CHN进行设计。全厂布置室内外消火栓（禁水房间除外），相邻室外消火栓的间距不应超过90米；对于建筑宽度超过90米的建筑，在建筑物两侧设置室外消火栓。室外消火栓最低流量不应低于1900L/min，最低压力不低于0.14MPa。室内消火栓的设置按中国国家规范执行。室内外消火栓系统管路需为环网。地上敷设的消防给水管道上的阀门应采用明杆闸阀或带阀位指示装置的蝶阀；地下敷设的消防管网应采用PIV阀作为区域隔断阀。消火栓系统相关设计包括消防系统供水总管及附属设施安装、消防立管和软管、消防水箱等内容可参考FM3-10,FM4-4N以及FM3-2执行。

2.2.5 消防水泵房设计

消防水泵房及消防水泵的设计依据FM3-7_CHN[7]执行。为减少泵房被水淹的情况发生，应确保泵房地面不低于周围地面，需将水泵设置在500 年一遇洪水位以上。目前保险市场可以接受消火栓和喷淋系统共用消防水泵，但必须设置柴油泵。当水泵共用时，水泵选择以喷淋系统依NFPA/FM标准所得水力计算结果，再额外加上消火栓流量（不需要加上消火栓所需的压力），决定水泵的流量与压力，消火栓流量依据FM2-0、FM4-4N、NFPA14等说明需水量的任何相关场所数据册及中国国家规范取严。若喷淋泵与消火栓泵分开，则喷淋泵流量与压力仅依NFPA与FM标准所得水力计算结果确定，不管是否满足一级负荷，喷淋泵必须设置柴油泵，消火栓泵则以中国国家规范要求设置即可。无论喷淋泵与消火栓泵是否共用或分开设置，皆需使用UL/FM认证产品。

2.2.6 气体灭火系统设计

气体灭火系统需依据FM4-9[8]以及FM4-11N进行设计计算并需使用FM认可的制造商进行设计、安装、操作和维护，且需使用FM认证的设备及材料。FM认为尽管对于火灾发展迅速、热量释放高的场所比如可燃性液体场所以及电气场所，可以考虑使用卤代烃灭火剂，但依旧推荐使用惰性清洁气体灭火剂或CO2灭火系统。由于清洁气体灭火剂易于获取且释放后对环境更友好，也推荐使用惰性清洁气体灭火剂。另外需考虑钢瓶间的空间，一般清洁气体灭火剂钢瓶数远多于卤代烃灭火剂。在价格方面，清洁气体灭火剂由于储存压力高、设计灭火浓度高等原因，其设备费用高于卤代烃灭火剂。

3、结论

FM对电子厂房给排水专业设计所涉及的各系统均进行了认证要求，主要总结如下：

（1）给水系统主要针对公用设备、纯水系统及PCW系统等方面提出要求，一般采用国家规范设计满足其认证要求。

（2）排水系统对屋面雨水及厂区雨水系统重新期、降雨历时及溢流等作出要求，采用国家规范设计的降雨强度等参数一般满足其设计要求。

     （3）FM对消火栓系统的设计流量通常在对喷淋系统进行规范后直接给出且其设计流量一般低于国标设计流量，故通常消火栓系统可采用国标规范进行设计但仍需将两者进行比较取严。保险公司一般对灭火器不做要求，因此可以采用国标规范，但最终仍需与保险公司协调确认。

     （4）FM对自喷系统要求严格且对于国标明确禁止采用水消防的场所也建议设置自喷，比如电气用房、严谨漏水的昂贵设备区域等。由于FM自喷条款众多，限于文章篇幅并未一一列举，广大设计者可自行查阅相关FM及NFPA标准进行设计。

     本文为笔者对保险公司关注的重点内容的总结，对于各系统管材、附件、保温材料等内容未作总结，可根据需求自行查阅相关FM报告。在电子厂房设计中应积极与保险公司、业主及当地消防部门充分沟通协调，对比FM条款、NFPA规范及国标规范，进行取严设计。

参考文献

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