[국내논문]LCD 제조공정 클린룸의 화재시 CFD를 이용한 제연성능 개선대책에 관한 연구 A Study on Measures to Improve Smoke Control Performance in Case of Fire in a Clean room as an LCD Manufacturing Process원문보기
첨단산업기술인 반도체, LCD 등 제조의 핵심공정인 클린룸은 생산제품의 성능 및 품질에 절대적인 영향을 미치는 가장 중요한 공정이다. 그러나 국내는 방화공학적인 측면에서 과학적이고 종합안전대책에 대한 체계적인 연구가 제대로 이루어지지 않고 있다. 본 연구는 LCD 제조공정 클린룸에 설치하는 제연시스템의 성능 및 문제점을 파악하여 이에 대한 개선방안을 도출하기 위하여 여러 시나리오를 고려한 화재시뮬레이션과 피난시뮬레이션을 통하여 분석하였다. LCD 제조공정의 클린룸 화재 및 연기확산에 대하여 분석한 결과 화재시 공조기의 연동정지는 반드시 필요하며 연기의 부력을 고려하여 FAB 상부에 배연을 할 수 있도록 하여야 한다. 또한 대규모 클린룸의 경우 화재특성상 스프링클러헤드의 집열 성능이 떨어지므로, 조기반응형 헤드의 설치 및 작동시간을 빠르게 하기 위한 보조장치를 설치하여야 한다. 특히, 대공간 클린룸은 자동화 공정으로 거주밀도가 낮지만, 복잡한 생산장비의 배치와 방진복을 착용하고 근무해야하는 환경특성 때문에 화재시 피난안전성능 확보가 어렵기 때문에 공정 내 위험요소의 철저한 관리 및 주기적인 교육과 훈련이 필요하며, 방재선진국의 기준에 준하는 수준의 국내 관련기술 기준을 정립할 필요가 있다.
첨단산업기술인 반도체, LCD 등 제조의 핵심공정인 클린룸은 생산제품의 성능 및 품질에 절대적인 영향을 미치는 가장 중요한 공정이다. 그러나 국내는 방화공학적인 측면에서 과학적이고 종합안전대책에 대한 체계적인 연구가 제대로 이루어지지 않고 있다. 본 연구는 LCD 제조공정 클린룸에 설치하는 제연시스템의 성능 및 문제점을 파악하여 이에 대한 개선방안을 도출하기 위하여 여러 시나리오를 고려한 화재시뮬레이션과 피난시뮬레이션을 통하여 분석하였다. LCD 제조공정의 클린룸 화재 및 연기확산에 대하여 분석한 결과 화재시 공조기의 연동정지는 반드시 필요하며 연기의 부력을 고려하여 FAB 상부에 배연을 할 수 있도록 하여야 한다. 또한 대규모 클린룸의 경우 화재특성상 스프링클러헤드의 집열 성능이 떨어지므로, 조기반응형 헤드의 설치 및 작동시간을 빠르게 하기 위한 보조장치를 설치하여야 한다. 특히, 대공간 클린룸은 자동화 공정으로 거주밀도가 낮지만, 복잡한 생산장비의 배치와 방진복을 착용하고 근무해야하는 환경특성 때문에 화재시 피난안전성능 확보가 어렵기 때문에 공정 내 위험요소의 철저한 관리 및 주기적인 교육과 훈련이 필요하며, 방재선진국의 기준에 준하는 수준의 국내 관련기술 기준을 정립할 필요가 있다.
As a core process in the manufacture of state-of-the-art industrial technologies such as semiconductor and LCD, a clean room is the most important process which can affect the performance and quality of products drastically. Nevertheless, scientific research on comprehensive safety measures from a f...
As a core process in the manufacture of state-of-the-art industrial technologies such as semiconductor and LCD, a clean room is the most important process which can affect the performance and quality of products drastically. Nevertheless, scientific research on comprehensive safety measures from a fire protection standpoint is not being carried out in Korea. This study aims to derive measures to improve smoke control systems by identifying performance and problems of smoke systems installed in clean rooms as an LCD manufacturing process and analyzing fire and evacuation simulations considering several scenarios. As a result of analysis of fires and smoke in a clean roomas an LCD manufacturing process, it is found to be necessary to stop air handling units through interlocking in case of a fire and exhaust smoke out of the room through the top of FAB in consideration of buoyancy of smoke. It is also found to be necessary to install quick response sprinkler heads and accessories to accelerate the response time, because the heat-accumulating performance of sprinkler heads decreases in this application. Despite its low density of dwelling due to the automation process, clean room is characterized by an array of complex production equipment and working environment requiring dustproof clothes, which makes it difficult to acquire evacuation safety performance. Thus, thorough control of danger factors in processes and periodic education and training are required. It is also necessary to establish a level of domestic technologies equivalent to the level of standards of advanced countries in fire protection.
As a core process in the manufacture of state-of-the-art industrial technologies such as semiconductor and LCD, a clean room is the most important process which can affect the performance and quality of products drastically. Nevertheless, scientific research on comprehensive safety measures from a fire protection standpoint is not being carried out in Korea. This study aims to derive measures to improve smoke control systems by identifying performance and problems of smoke systems installed in clean rooms as an LCD manufacturing process and analyzing fire and evacuation simulations considering several scenarios. As a result of analysis of fires and smoke in a clean roomas an LCD manufacturing process, it is found to be necessary to stop air handling units through interlocking in case of a fire and exhaust smoke out of the room through the top of FAB in consideration of buoyancy of smoke. It is also found to be necessary to install quick response sprinkler heads and accessories to accelerate the response time, because the heat-accumulating performance of sprinkler heads decreases in this application. Despite its low density of dwelling due to the automation process, clean room is characterized by an array of complex production equipment and working environment requiring dustproof clothes, which makes it difficult to acquire evacuation safety performance. Thus, thorough control of danger factors in processes and periodic education and training are required. It is also necessary to establish a level of domestic technologies equivalent to the level of standards of advanced countries in fire protection.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
심화섭(6)은 반도체 공장의 클린룸에서의 제연방식에 따른 피난안전성능을 연구하였다. 본 연구의 목적은 LCD 클린룸 화재시의 화재확산 및 피난유동을 고려한 제연설비의 효과를 분석하고 필요한 개선대책을 제시하고자 하였다.
가설 설정
3) 단위면적당 고가장비의 설치로 자산집적도가 높아 피해규모가 클 것이다. 또한, 장비, 덕트, 실내 내장재 등의 불연화가 어렵다.
제안 방법
본 분야에 대한 선행 연구는 주로 반도체 공장을 중심으로 제연성능의 평가 및 대안제시가 주된 연구로서 김운형외 2인(1)은 사례분석을 통하여 제연 설계시스템의 성능평가기준을 설정하고 최적의 배연방법을 분석하기 위하여 FDS 화재모델링을 수행하였다. 또한, 방연벽의 설치 및 배연 구역 방식을 제안하였다.
대상 데이터
Down-Flow의 공조 시스템인 클린룸의 제연성능을 평가하기 위하여 7.5세대 대규모 LCD 제조 클린룸을 선정하여 2개소에서 공조기 연동정지 성공과 실패, 스프링클러 동작과 미동작, FAB 상부 배연 설치와 미설치 등 16가지 경우의 시뮬레이션을 수행하였다. 대규모 LCD 제조 클린룸의 위험요인, 실내 연기분포 및 인명안전성 평가에 대한 시뮬레이션을 실시하여 얻은 결과는 다음과 같다.
LCD 제조공정 클린룸의 화원은 반도체 제조공정에서 적용한 Wet Bench를 화재하중으로 선정하였다. 화재하중은 Factory Mutual Research Corp.
프로그렘은 FDS(Fire Dynamics Simulation)는 미국 NIST에서 개발된 시뮬레이션 프로그램으로서 화염이나 연기와 같이 화재에 의해 유도된 유동현상을 해석할 수 있다. 시뮬레이션 대상 방호공간은 Figure 2와 같이 지상4층으로 7.5세대 LCD 제조공정의 클린룸으로 Open-Bay 방식이며 연면적 320,000의 철골철근콘크리트 건물로 크기는 200 m×400 m, 높이는 28 m이다. 대상 방호공간의 시뮬레이션 조건은 FAB상부에 FFU가 설치되어 0.
데이터처리
본 연구에서는 여러 경우의 시나리오를 설정하여 화재 및 피난시뮬레이션을 실시하여 얻은 결과 값을 Time-Line 분석에 의해 성능기준을 설정하고, 거주가능시간이 총피난 시간보다 많이 확보되면 안전하다고 평가하며, 거주가능시간이 총 피난시간보다 적으면 거주가능시간 이후에 대피하는 거주인원은 사망으로 간주한다. 또한 제연성능을 평가하고 개선에 필요한 대책을 수립하기 컴퓨터를 이용한 해석을 실시하였다.
이론/모형
시뮬레이션프로그램은 영국에서 개발한 Simulex를 이용하였으며 자동적으로 모든 보행거리 및 피난루트를 계산할 수 있다. 건물 내에 재실자의 수가 결정되면, 잠정적인 피난 루트가 계산되고, 시뮬레이션이 수행할 수 있다.
성능/효과
2. Open-Bay 방식의 공간 특성상 스프링클러헤드의 감열시간이 늦어 FAB Wet Etch 화재, 공조기 연동정지 실패시 헤드 작동시간은 화재발생 후 147초로서 NFPA 318기준에 따라 FAST Response의 RTI 50 이하 헤드기준, 표시온도구분 77 이하로서 기준 작동시간 60초로 하였을 때 스프링클러 작동시나리오 상 180초 이후에서 동작하기 때문에 조기반응형 스프링클러헤드를 사용하여야하고, 집열 성능을 높이는 방안이 필요한 것으로 나타났다.
4. 클린룸은 특성상 부식성이 높은 화학물질과의 접촉이나 플라스틱 제품을 사용해야 하는 경우가 많으므로 마감 재료는 인명안전을 고려하여 FM 4910이나 UL 2300의 Class1 또는 2의 엄격한 화재시험을 통과한 NFP 플라스틱 재질을 사용하여야 한다.
3. FAB 상부의 제연설비설치는 화재시 연기의 배출 및 제어에 큰 효과가 있는 것으로 파악되었다. 화재시 공조기는 반드시 연동정지 되어야 하고, 독성가스 누출을 위한 사고배기성능을 높여 화재시에도 연기를 배출할 수 있도록 FAB 상부에 설치하는 것이 인명안전을 향상시키는 것으로 분석되었다.
FAB 상부의 제연설비설치는 화재시 연기의 배출 및 제어에 큰 효과가 있는 것으로 파악되었다. 화재시 공조기는 반드시 연동정지 되어야 하고, 독성가스 누출을 위한 사고배기성능을 높여 화재시에도 연기를 배출할 수 있도록 FAB 상부에 설치하는 것이 인명안전을 향상시키는 것으로 분석되었다.
1. 화재시 공조기의 연동정지 실패시는 하부방향의 공기 유동특성으로 하부 Plenum 및 1.8 m 이하로 연기가 빠르게 하강하는 것을 확인되었다. 이는 연기로 인해 재실자가고온,유독한 연기로 피해를 입을 가능성이 있는 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대규모 제조공정의 클린룸 화재 시, 추가적으로 필요한 사항은 무엇인가?
LCD 제조공정의 클린룸 화재 및 연기확산에 대하여 분석한 결과 화재시 공조기의 연동정지는 반드시 필요하며 연기의 부력을 고려하여 FAB 상부에 배연을 할 수 있도록 하여야 한다. 또한 대규모 클린룸의 경우 화재특성상 스프링클러헤드의 집열 성능이 떨어지므로, 조기반응형 헤드의 설치 및 작동시간을 빠르게 하기 위한 보조장치를 설치하여야 한다. 특히, 대공간 클린룸은 자동화 공정으로 거주밀도가 낮지만, 복잡한 생산장비의 배치와 방진복을 착용하고 근무해야하는 환경특성 때문에 화재시 피난안전성능 확보가 어렵기 때문에 공정 내 위험요소의 철저한 관리 및 주기적인 교육과 훈련이 필요하며, 방재선진국의 기준에 준하는 수준의 국내 관련기술 기준을 정립할 필요가 있다.
참고문헌 (10)
W. H. Kim, Michael J. Ferreira and B. K. An, "A Smoke Management System Design For Semiconductor Fabrication Facilities", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 14. No. 4. pp. 23-28 (2000).
D. Ho Min and B. S. Son, "A Numerical Study on the Fire Propagation Phenomena in The Clean Room of the Semi-conductor Factory", Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference Korea Institute of Fire Science and Engineering Semiannual, pp. 23-29 (2000).
J. C. Lee, J. H. Cho, J. H. Yoon, H. W. Dan, W. K. Kim, H. J. Kim and S. K. Lee. "A Study On the Emergency Exhaust Venting System in Clean Room", Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference Korea Institute of Fire Science and Engineering Semiannual, pp. 10-18 (2004).
W. C. Park, "Simulation of a Clean Room Fire I. Effects of Smoke Curtain", Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference Korea Institute of Fire Science and Engineering Semiannual, pp. 200- 205 (2004).
W. C. Park, M. G. Lee and H. S. Park, "Simulation of a Clean Room Fire II. Needs of Smoke Control System and Sprinkler System", Journal of Korean Institute of Fire Science and Engineering, Vol. 20, No. 2, pp. 8-13 (2006).
W. S. Sim, "A Study on Evacuation Safety Performance design on HVAC mode in the Clean Room of Semiconductor Industry", The University of Seoul, The Graduate School of Urbal Sciences (2009).
Y. W. Joo, "A Study on Fire Protection Performance Evaluation Model for Semiconductor Fabrication Plants", The University of Seoul, The Graduate School of Urbal Sciences (2010).
J. H. Lee, S. M. Hwang and I. S. Woo, "A Study on the As Low As Reasonably Practicable (ALARP)-Concept Risk Assessment of Silane in Semiconductor and LCD Process", Korea Safety Management & Science (2010).
"Performance-Based Fire Protesction Design and Analysis", Departmnet of Safety & Fire Protection Reseach Center, Seoul Nnational University (2006).
SFPE Handbook of Fore Protection Engineering, 3rd, NFPA, Quincy (2002).
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.