氯化聚氯乙烯管道在自動噴水滅火系統(tǒng)中的應用

禹鈞耀

（山西建筑工程集團有限公司，山西太原 030000）

0 引言

氯化 PVC 管道和管件（以下簡稱“PVC-C 管道”）是 1958 年在美國發(fā)明的PVC 氯化改性產品，1961 年用于商業(yè)用途。改性PVC-C 管材不僅具有優(yōu)異的耐高溫性和耐腐蝕性，而且具有表面光滑、重量低、安裝簡單、耐腐蝕、節(jié)約勞動和維護費用低等優(yōu)點。但是，消防系統(tǒng)中使用PVC-C 管材時，其耐火能力較弱，剛度較金屬管材差。因此，有必要適當確定PVC-C 管的適用范圍和設置要求，以確保自動噴水滅火系統(tǒng)的可靠性，提高設備的控制和滅火性能。

1 PVC－C 管材的優(yōu)越性能體現(xiàn)

耐腐蝕，由于管道本身具有耐氧性，所以散熱器內的氧氣滲透不會引起金屬腐蝕，管道系統(tǒng)穩(wěn)定運行周期可達50 年。管道內外都具有永久的耐腐蝕性，不需要對金屬管道進行定期目視檢查，降低了相應的維護和檢查成本。易于安裝，只需要簡單的安裝工具或設備，不需要在現(xiàn)場以外進行加工和預生產，安裝過程更清潔、效率更高，成本更低。在相同壓力下，PVC-C 可以使用較小的管道直徑，達到PP-R 和PE-X 管道相同的水流，從而節(jié)省材料成本并縮短安裝時間。耐熱牢固，無氧滲透腐蝕。PVC－C管在環(huán)境中不能保持超過93°C 的變形，具有足夠的強度，與PP-R和PE-X 相比PVC－C 更強。隨著添加劑滲透率的降低，一些改性塑料必須添加大量抗氧化劑，以防止氧化進入供水系統(tǒng)，導致產生不愉快的氣味。不受水中氯的影響。許多常用的聚烯烴材料（包括PP 和PE）暴露于水中時可以分解，從而導致裂縫和泄漏；而PVC-C 不受水中殘留氯的影響，良好的阻燃性，由于PVC-C 60 的氧極限指標，所以不會在空氣中燃燒。它具有無火災負荷增加、無火焰滴、火焰擴散有限、煙霧較少等特點；對強酸和堿液具有優(yōu)良的耐化學性，經常被用來代替金屬來處理一些具有侵略性的物質，如水質差的水、酸性物質、堿性物質等水溶液；導熱系數(shù)低，PVC-C 的導熱系數(shù)僅為1.05，因此熱量不易從管線中導出，管線的熱量損失較??；低熱膨脹系數(shù)，其他塑料的熱膨脹系數(shù)高于PVC-C，加熱時管道中的膨脹非常小，其他類型的管道（如PP-RRP）在高溫下加熱，由于膨脹系數(shù)較高，導致形狀變得不美觀，有潛在的安全風險。

2 管道加工影響因素

氯化聚氯乙烯樹脂采用水懸浮法或紫外發(fā)光法制備，不同企業(yè)的生產指標不同。尤其是在低容量企業(yè)中，由于響應度低，產品批量較小，參數(shù)也不同。因此，在擠出生產中，同一配方的混合成分和生產工藝各不相同。如果設備形狀和工藝溫度有缺陷，就會給生產質量帶來各種問題。與PVC－U 管線的正常生產不同，氯化PVC 管線的生產工藝公式將會更高。由于樹脂本身氯含量高，粘膠現(xiàn)象在加工過程中容易發(fā)生。因此，有必要控制配方設計中的塑化時間、材料黏度、摩擦熱和金屬可擴展性。同時，在公式中選擇穩(wěn)定劑非常重要，一般不選擇連接穩(wěn)定劑。例如：復合鉛鹽穩(wěn)定劑、復合鈣鋅穩(wěn)定劑、有機穩(wěn)定劑等，一般選擇有機錫穩(wěn)定劑。由于氯化聚氯乙烯的脆性，必須在配方中加入一定量的抗沖擊改性劑。在化工行業(yè)，工藝管道基本上是在室外布線和使用的。因此，需要添加足夠的輔助穩(wěn)定劑，如抗老化劑和光穩(wěn)定劑，以提高耐候性。由于潤滑早期、潤滑后期以及內外潤滑油在配方中的差異，可能塑化質量不好、產品的物理力學性能不滿足要求、產品外觀質量不合格、室內粗糙，外墻粗糙鈍等問題。公式設計不一致也會導致擠出機偏高、擠出機偏高、擠出效率低、材料在基體中停留時間長、粘結劑和懸掛材料的風險增大、生產失敗率提高。

3 我國應用研究情況

關于PVC-C 管在自動噴水滅火系統(tǒng)中的應用，2004 年以來我國進行了一系列實驗研究，先后制定了國家產品標準《自動噴水滅火系統(tǒng)第19 部分塑料管材和管件》（GB/T 5135.19—2010）和中國工程建設協(xié)會標準《CPVC 自動噴水滅火系統(tǒng)管道工程技術規(guī)范》（CEC 234：234）。關于安裝要求，考慮到 PVC-C 管道在中國消防領域的應用，尚無成熟的技術應用經驗，該規(guī)范（CEC 234：2008）對適用地點和安裝位置，包括適用范圍，僅用于濕系統(tǒng)供水管道和分支管道的輕度危險等級或中度危險等級I，以及管道公稱直徑不大于DN50 等，作了限制。

3.1 試驗研究

在制定國家產品形式之前，我國的研究主要基于美國承建商實驗室標準《消防灑水裝置中使用的熱塑性管道和配件標準》（UL 1821—2003）。根據(jù)該標準的規(guī)定，要對自動噴水裝置中使用的熱塑性管道和管件進行檢查和測試，以驗證PVC-C 管道的性能，確定其是否能夠滿足管道材料自動噴水裝置的技術要求。本測試中使用的測試圖案是標稱直徑為DN25~DN50 的管線，管件類型為直管、直管、t 形三通、彎頭、內螺紋管連接、連接接頭等，共進行了18 次試驗，包括環(huán)境試驗、低溫試驗、水壓試驗、三維布管螺栓聯(lián)接部件水壓試驗、溫度循環(huán)試驗、產品品牌耐久性試驗、滅火試驗等，并對每項測試的測試條件和測試結果進行了評價。

滅火試驗：該試驗的目的是研究PVC-C 管在開放式應用下的燃燒行為。試驗采用I 形管，配水管和支管直徑分別為DN50和DN25。在試驗前，整個管道網(wǎng)均已耗盡并裝滿水。該試驗中，在距嬰兒床3m 距離處布置了4 個快速反應噴水裝置，以krippe為火源，用n-hepan 點燃，天花板與嬰兒床頂部之間的距離為2.5m。點火后7.36s，所有封閉式噴嘴都接通并噴水。該系統(tǒng)的流速為245L/min，測試在燃燒器連續(xù)放電30min 后停止。燃燒試驗后，將整個管網(wǎng)從水壓試驗中清除到壓力試驗中，壓力為1.2MPa，試樣保持5min 無破裂和漏水，壓力進一步增大到7.71MPa，DN50 管材斷裂。

干燒試驗：本試驗的主要目的是在噴水滅火系統(tǒng)可能延遲或啟動不正常的極端情況下，研究管線的耐火性能。測試中采用了長度為3m 的DN25 和DN502 條直管（每條直管1 條充水），天花板下放置了4 條管，管的中心距天花板150mm。試驗火源與滅火試驗相同。燃燒器點火1min 后，停止了n-hetan 的注射。

比較：在噴嘴正常運行時，PVC－C 管在燃燒器連續(xù)燃燒30min 后，可在1.2MPa 壓力下保持5min 而不變形。但是，如果系統(tǒng)運行不正常，即使管道充滿水，也只需2min 30s 就會中斷。因此，在管道暴露的應用條件下，必須確保系統(tǒng)正常工作，管道在火災發(fā)生時才能夠連續(xù)噴水。

3.2 工程應用情況

塑料管道和閥廣泛應用于家庭供水、化學系統(tǒng)和能量傳輸?！督ㄖo水排水設計規(guī)范》（GB 50015—2003）（2009 年版）規(guī)定室內供水管道應由安裝和連接方便的耐腐蝕管道組成，使用經過可靠防腐處理的塑料供水管道、塑料和金屬復合管、銅管、不銹鋼管道和鋼管。關于防火問題，由于目前的國家標準“自動噴水裝置系統(tǒng)設計規(guī)范”尚未確定PVC-C 管道的應用要求，2008 年以后，PVC-C 管道在天津、遼寧和內蒙古部分地區(qū)被使用。

4 應用分析

按照目前國內外的應用年限，PVC-C 管道的使用地點主要包括酒店、公寓、綜合樓和屬于火災危險等級一類的住宅。這一類建筑場地復蓋面廣，火災危險性較低。PVC－C 管本身具有良好的耐火性能，與金屬管相比具有無可比擬的優(yōu)勢，如耐腐蝕、安裝方便、連接快捷、維護成本低，具有廣泛的應用范圍。筆者認為隨著國家標準的頒布和實施，其應用能夠更好地促進噴水滅火系統(tǒng)管道的技術創(chuàng)新，有效地促進中國塑料工業(yè)的發(fā)展。但根據(jù)國外應用現(xiàn)狀，PVC－C 管的使用有很大的局限性，尤其是在以下兩個方面。

4.1 PVC－C 管兼容性分析

各建筑材料和產品均存在兼容性問題，消防系統(tǒng)中使用的PVC－C 管材的可靠性應得到保證。一些輔助材料用于PVC-C 管材的施工，當輔料與PVC-C 管材的化學性能不兼容時，會發(fā)生環(huán)境影響，導致管材裂紋。當管道和管道接頭的表面過度接觸不兼容的輔助材料時，管線性能會降低，管道系統(tǒng)中會長時間出現(xiàn)裂縫。因此，在連接PVC－C 管時應使用與之兼容的黏合劑。建議制造商在安裝管道之前進行咨詢，并確認化學兼容性。

4.2 管道漏水情況分析

根據(jù)目前的應用現(xiàn)狀，PVC-C 型管道壓路機引起了整個行業(yè)的極大關注。調查發(fā)現(xiàn)導致系統(tǒng)故障的主要原因有：①PVC－C型管道質量差，達不到管道類產品標準的最低要求，嚴重影響了管道的性能和壽命；②使用化學性質不相容的產品，如涂在自動噴水滅火系統(tǒng)金屬管上的耐火材料或防腐漆；③支柱和懸架使用不當。連接配管時，如果配管的中心不在直線上，負載會增加。管道支撐和懸掛裝置使用不當以及管道支撐和懸掛裝置安裝不當也會導致管道故障，因此應對PVC-C 管道的支撐和懸掛裝置提出特殊要求。

5 結語

氯化PVC 管道的擠出加工受到各種因素的影響。在控制各種生產要素時，必須進行準備和檢查，以防止某一特定因素不符合導致生產不可持續(xù)，產品質量達不到標準要求。