氯化聚氯乙烯管道在自動噴水滅火系統(tǒng)中的應(yīng)用

禹鈞耀

（山西建筑工程集團(tuán)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(chǎn)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(hù)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(dāng)確定PVC-C 管的適用范圍和設(shè)置要求，以確保自動噴水滅火系統(tǒng)的可靠性，提高設(shè)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(nèi)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(dá)50 年。管道內(nèi)外都具有永久的耐腐蝕性，不需要對金屬管道進(jìn)行定期目視檢查，降低了相應(yīng)的維護(hù)和檢查成本。易于安裝，只需要簡單的安裝工具或設(shè)備，不需要在現(xiàn)場以外進(jìn)行加工和預(yù)生產(chǎn)，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(dá)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(qiáng)度，與PP-R和PE-X 相比PVC－C 更強(qiáng)。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(jìn)入供水系統(tǒng)，導(dǎo)致產(chǎn)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(dǎo)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(biāo)，所以不會在空氣中燃燒。它具有無火災(zāi)負(fù)荷增加、無火焰滴、火焰擴(kuò)散有限、煙霧較少等特點；對強(qiáng)酸和堿液具有優(yōu)良的耐化學(xué)性，經(jīng)常被用來代替金屬來處理一些具有侵略性的物質(zhì)，如水質(zhì)差的水、酸性物質(zhì)、堿性物質(zhì)等水溶液；導(dǎo)熱系數(shù)低，PVC-C 的導(dǎo)熱系數(shù)僅為1.05，因此熱量不易從管線中導(dǎo)出，管線的熱量損失較小；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(dǎo)致形狀變得不美觀，有潛在的安全風(fēng)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(chǎn)指標(biāo)不同。尤其是在低容量企業(yè)中，由于響應(yīng)度低，產(chǎn)品批量較小，參數(shù)也不同。因此，在擠出生產(chǎn)中，同一配方的混合成分和生產(chǎn)工藝各不相同。如果設(shè)備形狀和工藝溫度有缺陷，就會給生產(chǎn)質(zhì)量帶來各種問題。與PVC－U 管線的正常生產(chǎn)不同，氯化PVC 管線的生產(chǎn)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(shè)計中的塑化時間、材料黏度、摩擦熱和金屬可擴(kuò)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(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑、復(fù)合鈣鋅穩(wěn)定劑、有機(jī)穩(wěn)定劑等，一般選擇有機(jī)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(nèi)外潤滑油在配方中的差異，可能塑化質(zhì)量不好、產(chǎn)品的物理力學(xué)性能不滿足要求、產(chǎn)品外觀質(zhì)量不合格、室內(nèi)粗糙，外墻粗糙鈍等問題。公式設(shè)計不一致也會導(dǎo)致擠出機(jī)偏高、擠出機(jī)偏高、擠出效率低、材料在基體中停留時間長、粘結(jié)劑和懸掛材料的風(fēng)險增大、生產(chǎn)失敗率提高。

3 我國應(yīng)用研究情況

關(guān)于PVC-C 管在自動噴水滅火系統(tǒng)中的應(yīng)用，2004 年以來我國進(jìn)行了一系列實驗研究，先后制定了國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《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(shè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《CPVC 自動噴水滅火系統(tǒng)管道工程技術(shù)規(guī)范》（CEC 234：234）。關(guān)于安裝要求，考慮到 PVC-C 管道在中國消防領(lǐng)域的應(yīng)用，尚無成熟的技術(shù)應(yīng)用經(jīng)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(chǎn)品形式之前，我國的研究主要基于美國承建商實驗室標(biāo)準(zhǔn)《消防灑水裝置中使用的熱塑性管道和配件標(biāo)準(zhǔn)》（UL 1821—2003）。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(shù)要求。本測試中使用的測試圖案是標(biāo)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(nèi)螺紋管連接、連接接頭等，共進(jìn)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(chǎn)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(jié)果進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(yīng)用條件下，必須確保系統(tǒng)正常工作，管道在火災(zāi)發(fā)生時才能夠連續(xù)噴水。

3.2 工程應(yīng)用情況

塑料管道和閥廣泛應(yīng)用于家庭供水、化學(xué)系統(tǒng)和能量傳輸。《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50015—2003）（2009 年版）規(guī)定室內(nèi)供水管道應(yīng)由安裝和連接方便的耐腐蝕管道組成，使用經(jīng)過可靠防腐處理的塑料供水管道、塑料和金屬復(fù)合管、銅管、不銹鋼管道和鋼管。關(guān)于防火問題，由于目前的國家標(biāo)準(zhǔn)“自動噴水裝置系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范”尚未確定PVC-C 管道的應(yīng)用要求，2008 年以后，PVC-C 管道在天津、遼寧和內(nèi)蒙古部分地區(qū)被使用。

4 應(yīng)用分析

按照目前國內(nèi)外的應(yīng)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(zāi)危險等級一類的住宅。這一類建筑場地復(fù)蓋面廣，火災(zāi)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(hù)成本低，具有廣泛的應(yīng)用范圍。筆者認(rèn)為隨著國家標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實施，其應(yīng)用能夠更好地促進(jìn)噴水滅火系統(tǒng)管道的技術(shù)創(chuàng)新，有效地促進(jìn)中國塑料工業(yè)的發(fā)展。但根據(jù)國外應(yīng)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(chǎn)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(yīng)得到保證。一些輔助材料用于PVC-C 管材的施工，當(dāng)輔料與PVC-C 管材的化學(xué)性能不兼容時，會發(fā)生環(huán)境影響，導(dǎo)致管材裂紋。當(dāng)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(yīng)使用與之兼容的黏合劑。建議制造商在安裝管道之前進(jìn)行咨詢，并確認(rèn)化學(xué)兼容性。

4.2 管道漏水情況分析

根據(jù)目前的應(yīng)用現(xiàn)狀，PVC-C 型管道壓路機(jī)引起了整個行業(yè)的極大關(guān)注。調(diào)查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致系統(tǒng)故障的主要原因有：①PVC－C型管道質(zhì)量差，達(dá)不到管道類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的最低要求，嚴(yán)重影響了管道的性能和壽命；②使用化學(xué)性質(zhì)不相容的產(chǎn)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(dāng)。連接配管時，如果配管的中心不在直線上，負(fù)載會增加。管道支撐和懸掛裝置使用不當(dāng)以及管道支撐和懸掛裝置安裝不當(dāng)也會導(dǎo)致管道故障，因此應(yīng)對PVC-C 管道的支撐和懸掛裝置提出特殊要求。

5 結(jié)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(chǎn)要素時，必須進(jìn)行準(zhǔn)備和檢查，以防止某一特定因素不符合導(dǎo)致生產(chǎn)不可持續(xù)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。