氯化聚氯乙烯管道在自动喷水灭火系统中的应用

禹钧耀

（山西建筑工程集团有限公司，山西太原 030000）

0 引言

氯化 PVC 管道和管件（以下简称“PVC-C 管道”）是 1958 年在美国发明的PVC 氯化改性产品，1961 年用于商业用途。改性PVC-C 管材不仅具有优异的耐高温性和耐腐蚀性，而且具有表面光滑、重量低、安装简单、耐腐蚀、节约劳动和维护费用低等优点。但是，消防系统中使用PVC-C 管材时，其耐火能力较弱，刚度较金属管材差。因此，有必要适当确定PVC-C 管的适用范围和设置要求，以确保自动喷水灭火系统的可靠性，提高设备的控制和灭火性能。

1 PVC－C 管材的优越性能体现

耐腐蚀，由于管道本身具有耐氧性，所以散热器内的氧气渗透不会引起金属腐蚀，管道系统稳定运行周期可达50 年。管道内外都具有永久的耐腐蚀性，不需要对金属管道进行定期目视检查，降低了相应的维护和检查成本。易于安装，只需要简单的安装工具或设备，不需要在现场以外进行加工和预生产，安装过程更清洁、效率更高，成本更低。在相同压力下，PVC-C 可以使用较小的管道直径，达到PP-R 和PE-X 管道相同的水流，从而节省材料成本并缩短安装时间。耐热牢固，无氧渗透腐蚀。PVC－C管在环境中不能保持超过93°C 的变形，具有足够的强度，与PP-R和PE-X 相比PVC－C 更强。随着添加剂渗透率的降低，一些改性塑料必须添加大量抗氧化剂，以防止氧化进入供水系统，导致产生不愉快的气味。不受水中氯的影响。许多常用的聚烯烃材料（包括PP 和PE）暴露于水中时可以分解，从而导致裂缝和泄漏；而PVC-C 不受水中残留氯的影响，良好的阻燃性，由于PVC-C 60 的氧极限指标，所以不会在空气中燃烧。它具有无火灾负荷增加、无火焰滴、火焰扩散有限、烟雾较少等特点；对强酸和碱液具有优良的耐化学性，经常被用来代替金属来处理一些具有侵略性的物质，如水质差的水、酸性物质、碱性物质等水溶液；导热系数低，PVC-C 的导热系数仅为1.05，因此热量不易从管线中导出，管线的热量损失较小；低热膨胀系数，其他塑料的热膨胀系数高于PVC-C，加热时管道中的膨胀非常小，其他类型的管道（如PP-RRP）在高温下加热，由于膨胀系数较高，导致形状变得不美观，有潜在的安全风险。

2 管道加工影响因素

氯化聚氯乙烯树脂采用水悬浮法或紫外发光法制备，不同企业的生产指标不同。尤其是在低容量企业中，由于响应度低，产品批量较小，参数也不同。因此，在挤出生产中，同一配方的混合成分和生产工艺各不相同。如果设备形状和工艺温度有缺陷，就会给生产质量带来各种问题。与PVC－U 管线的正常生产不同，氯化PVC 管线的生产工艺公式将会更高。由于树脂本身氯含量高，粘胶现象在加工过程中容易发生。因此，有必要控制配方设计中的塑化时间、材料黏度、摩擦热和金属可扩展性。同时，在公式中选择稳定剂非常重要，一般不选择连接稳定剂。例如：复合铅盐稳定剂、复合钙锌稳定剂、有机稳定剂等，一般选择有机锡稳定剂。由于氯化聚氯乙烯的脆性，必须在配方中加入一定量的抗冲击改性剂。在化工行业，工艺管道基本上是在室外布线和使用的。因此，需要添加足够的辅助稳定剂，如抗老化剂和光稳定剂，以提高耐候性。由于润滑早期、润滑后期以及内外润滑油在配方中的差异，可能塑化质量不好、产品的物理力学性能不满足要求、产品外观质量不合格、室内粗糙，外墙粗糙钝等问题。公式设计不一致也会导致挤出机偏高、挤出机偏高、挤出效率低、材料在基体中停留时间长、粘结剂和悬挂材料的风险增大、生产失败率提高。

3 我国应用研究情况

关于PVC-C 管在自动喷水灭火系统中的应用，2004 年以来我国进行了一系列实验研究，先后制定了国家产品标准《自动喷水灭火系统第19 部分塑料管材和管件》（GB/T 5135.19—2010）和中国工程建设协会标准《CPVC 自动喷水灭火系统管道工程技术规范》（CEC 234：234）。关于安装要求，考虑到 PVC-C 管道在中国消防领域的应用，尚无成熟的技术应用经验，该规范（CEC 234：2008）对适用地点和安装位置，包括适用范围，仅用于湿系统供水管道和分支管道的轻度危险等级或中度危险等级I，以及管道公称直径不大于DN50 等，作了限制。

3.1 试验研究

在制定国家产品形式之前，我国的研究主要基于美国承建商实验室标准《消防洒水装置中使用的热塑性管道和配件标准》（UL 1821—2003）。根据该标准的规定，要对自动喷水装置中使用的热塑性管道和管件进行检查和测试，以验证PVC-C 管道的性能，确定其是否能够满足管道材料自动喷水装置的技术要求。本测试中使用的测试图案是标称直径为DN25~DN50 的管线，管件类型为直管、直管、t 形三通、弯头、内螺纹管连接、连接接头等，共进行了18 次试验，包括环境试验、低温试验、水压试验、三维布管螺栓联接部件水压试验、温度循环试验、产品品牌耐久性试验、灭火试验等，并对每项测试的测试条件和测试结果进行了评价。

灭火试验：该试验的目的是研究PVC-C 管在开放式应用下的燃烧行为。试验采用I 形管，配水管和支管直径分别为DN50和DN25。在试验前，整个管道网均已耗尽并装满水。该试验中，在距婴儿床3m 距离处布置了4 个快速反应喷水装置，以krippe为火源，用n-hepan 点燃，天花板与婴儿床顶部之间的距离为2.5m。点火后7.36s，所有封闭式喷嘴都接通并喷水。该系统的流速为245L/min，测试在燃烧器连续放电30min 后停止。燃烧试验后，将整个管网从水压试验中清除到压力试验中，压力为1.2MPa，试样保持5min 无破裂和漏水，压力进一步增大到7.71MPa，DN50 管材断裂。

干烧试验：本试验的主要目的是在喷水灭火系统可能延迟或启动不正常的极端情况下，研究管线的耐火性能。测试中采用了长度为3m 的DN25 和DN502 条直管（每条直管1 条充水），天花板下放置了4 条管，管的中心距天花板150mm。试验火源与灭火试验相同。燃烧器点火1min 后，停止了n-hetan 的注射。

比较：在喷嘴正常运行时，PVC－C 管在燃烧器连续燃烧30min 后，可在1.2MPa 压力下保持5min 而不变形。但是，如果系统运行不正常，即使管道充满水，也只需2min 30s 就会中断。因此，在管道暴露的应用条件下，必须确保系统正常工作，管道在火灾发生时才能够连续喷水。

3.2 工程应用情况

塑料管道和阀广泛应用于家庭供水、化学系统和能量传输。《建筑给水排水设计规范》（GB 50015—2003）（2009 年版）规定室内供水管道应由安装和连接方便的耐腐蚀管道组成，使用经过可靠防腐处理的塑料供水管道、塑料和金属复合管、铜管、不锈钢管道和钢管。关于防火问题，由于目前的国家标准“自动喷水装置系统设计规范”尚未确定PVC-C 管道的应用要求，2008 年以后，PVC-C 管道在天津、辽宁和内蒙古部分地区被使用。

4 应用分析

按照目前国内外的应用年限，PVC-C 管道的使用地点主要包括酒店、公寓、综合楼和属于火灾危险等级一类的住宅。这一类建筑场地复盖面广，火灾危险性较低。PVC－C 管本身具有良好的耐火性能，与金属管相比具有无可比拟的优势，如耐腐蚀、安装方便、连接快捷、维护成本低，具有广泛的应用范围。笔者认为随着国家标准的颁布和实施，其应用能够更好地促进喷水灭火系统管道的技术创新，有效地促进中国塑料工业的发展。但根据国外应用现状，PVC－C 管的使用有很大的局限性，尤其是在以下两个方面。

4.1 PVC－C 管兼容性分析

各建筑材料和产品均存在兼容性问题，消防系统中使用的PVC－C 管材的可靠性应得到保证。一些辅助材料用于PVC-C 管材的施工，当辅料与PVC-C 管材的化学性能不兼容时，会发生环境影响，导致管材裂纹。当管道和管道接头的表面过度接触不兼容的辅助材料时，管线性能会降低，管道系统中会长时间出现裂缝。因此，在连接PVC－C 管时应使用与之兼容的黏合剂。建议制造商在安装管道之前进行咨询，并确认化学兼容性。

4.2 管道漏水情况分析

根据目前的应用现状，PVC-C 型管道压路机引起了整个行业的极大关注。调查发现导致系统故障的主要原因有：①PVC－C型管道质量差，达不到管道类产品标准的最低要求，严重影响了管道的性能和寿命；②使用化学性质不相容的产品，如涂在自动喷水灭火系统金属管上的耐火材料或防腐漆；③支柱和悬架使用不当。连接配管时，如果配管的中心不在直线上，负载会增加。管道支撑和悬挂装置使用不当以及管道支撑和悬挂装置安装不当也会导致管道故障，因此应对PVC-C 管道的支撑和悬挂装置提出特殊要求。

5 结语

氯化PVC 管道的挤出加工受到各种因素的影响。在控制各种生产要素时，必须进行准备和检查，以防止某一特定因素不符合导致生产不可持续，产品质量达不到标准要求。