氯化聚氯乙烯管材及管件 (以下简称“PVC-C管”) 是聚氯乙烯的氯化改性, 于1958年在美国发明, 并于1961年投入商业使用。改性后的PVC-C管除具有优越的耐高温和防腐性能外, 还具有表面光滑、质量小、安装简便、抗腐蚀性以及节省人工成本且维护低廉等优点。

　　 　　 但是, 当用于消防系统时, PVC-C管存在比金属管道耐火性能低、刚性差等缺点。因此, 合理确定PVC-C管的适用范围和设置要求, 对于保证自动喷水灭火系统的可靠性, 提高系统的控、灭火性能具有很大的必要性。

　　 　　 美国消防协会标准《自动喷水灭火系统安装标准》 (NFPA 13) 规定, 自动喷水灭火系统采用PVC-C管时, 应符合《PVC-C管特殊认证要求》 (ASTM F442) 标准的认证要求。在设置要求上, NFPA 13的主要规定有:

　　 　　 (1) 可用于轻危险级和房间面积不超过37 m²的中危险级场所。

　　 　　 (2) 采用的PVC-C管应符合ASTM相关标准和经过专门机构的特别认证许可。

　　 　　 (3) 对于轻危险级场所, PVC-C管可直接设置在被保护的房间内;对于中危险级场所, PVC-C管必须有绝缘体保护, 或者敷设于墙里, 或者是墙的另一侧等。

　　 　　 英国标准《建筑物灭火装置和设备-自动喷水灭火系统》 (BS 5306-2:1990) 规定, PVC-C管用于自动喷水灭火系统时, 适用于其规定的轻危险级和中危险级, 如办公楼、零售商店、百货公司等, 不能应用于严重危险级, 并规定只能用于湿式系统。另外还规定, 当系统采用快速响应喷头时, 允许暴露安装, 但管道应紧贴水平结构楼板, 并且规定禁止在室外暴露安装等。

　　 　　 同时, 英国Technical bulletin《PVC-C plastic pipe》 (TB 211:2004:1) 中规定, 采用PVC-C管的自动喷水灭火系统应为湿式系统, 且仅应安装在报警阀的下游, 用于配水管时, 管径尺寸不大于80mm;用于配水支管时, 管径尺寸不大于65mm。当采用隐蔽安装时, 应采用1层10 mm厚的石膏板或12mm厚的胶合木板, 或耐火极限不低于30min的其他材质;当采用暴露安装时, 系统应采用快速响应喷头, 系统管网应安装在平面、光滑的吊顶下方, 且下垂型喷头溅水盘与吊顶的距离不超过150 mm, 直立型喷头溅水盘与吊顶的距离不超过100 mm, 间距不超过4m。

　　 　　 加拿大《国家建筑规范》规定, 只能将可燃的自动喷水灭火系统管道用于住宅建筑和其他低火险建筑类型中的湿式系统, 且可燃自动喷水灭火系统管道应满足ULC/ORD-C199P“自动喷水灭火系统的可燃管道”的要求。在敷设方式上, 该规范规定只有满足认证的情况下才允许暴露安装, 否则, 可燃自动喷水灭火系统管道应与该自动喷水灭火系统所适用的区域及任何其他防火隔间隔开, 隔开的方式是通过以下材料构成 (最低要求) 的天花板、墙或拱腹等: (1) 板条灰泥; (2) 厚度不小于9.5 mm的石膏板或厚度不小于13mm的胶合板等。

　　 　　 新西兰标准《自动喷水灭火系统》 (NZS 4541:2013) 中规定, PVC-C管和粘接剂仅用于轻危险级和中危险级Ⅰ级场所, 且管网内应充满水, 系统应采用快速响应喷头, 且保护挡板 (隐蔽安装, 吊顶) 的密度不小于1.6kg/m²;PVC-C管应仅用于没有可燃材料的吊顶空间内, 或者设有快速响应喷头的吊顶空间内。

　　 　　 在固化时间方面, 该规范要求在系统压力试验前, 固化时间在15.5℃下不超过6h, 且喷头应在粘接剂固化后才能安装到PVC-C管网中, 以避免溶剂流进喷头内。

　　 　　 通过上述标准对比可知, 国外标准中均提到了自动喷水灭火系统的配水管网可采用塑料管。其中, 新西兰标准中除未限制管道的规格外, 其余的规定均较为严格, 如必须采用隐蔽安装, 且应采用快速响应喷头等;而加拿大规范则规定当通过试验允许时可进行暴露安装, 否则均应隐蔽安装;英国标准中则给出了隐蔽安装和暴露安装2种形式, 并对喷头的选型提出了要求;而美国标准明确规定隐蔽安装和暴露安装与该场所的火灾危险等级有关, 并规定了采用PVC-C管时的系统设置要求, 如设置场所、管道支吊架以及水力计算等。不同国家标准关于PVC-C管的要求对比见表1。

　　 　　 国外在PVC-C管的产品研发和应用方面较为成熟, 据不完全统计, 目前已有至少9家生产厂商通过UL检测并取得认证, 涉及的产品类型有公称直径DN20~80的管材和管件。

　　 　　 在应用方面, 20世纪80年代起, 国外的一些住宅和公共建筑的自动喷水灭火系统开始采用该管道, 目前主要用于酒店、住宅、公寓、宿舍、综合楼等场所。根据2010年的统计数据, 全球已有超过60个国家使用, 有超过25年的工程应用经验, 在全球使用量已超过3亿m。并且, PVC-C管是NFPA 13标准中唯一“指名”的可用于自动喷水灭火系统中的非金属管道。

　　 　　 我国从2004年起开始针对PVC-C管在自动喷水灭火系统中的应用, 开展了不同管径PVC-C管的系列试验研究, 先后制定了国家产品标准《自动喷水灭火系统第19部分塑料管道及管件》 (GB/T5135.19-2010) 和中国工程建设协会标准《自动喷水灭火系统CPVC管管道工程技术规程》 (CECS234:2008) , 对促进PVC-C管在我国的应用起到了积极的推广作用。

　　 　　 其中, 在设置要求方面, 考虑到PVC-C管在我国消防领域的应用处于起步阶段, 尚缺乏成熟的工程应用经验, 因此该规程 (CECS 234:2008) 在适用场所及设置位置等方面都进行了限制, 包括适用范围为轻危险级或中危险级Ⅰ级, 仅用于湿式系统的配水管和配水支管, 以及管道的公称直径不大于DN50等。

　　 　　 在国家产品标准未制定前, 我国的研究主要依据美国保险商实验室标准“热塑性管材及管件用于消防喷淋装置标准” (UL 1821-2003) , 根据该标准的规定, 用于自动喷水灭火系统中的热塑性管材及管件, 必须进行检测试验考核, 验证PVC-C管的性能, 以确定能否满足自动喷水灭火系统对管道材料的技术要求。

　　 　　 本项试验采用的试验样品为公称直径DN25~50管道, 涉及的管件类型为直管、直通、三通、弯头、内螺纹管接头、活接头等。试验共进行18项, 主要包括环境试验、低温试验、水压强度试验、管材及管件粘接组合件水压强度试验、温度循环试验、产品标志耐久性试验、灭火试验等, 并对每项试验都有试验条件和试验结果的判定要求。

　　 　　 本项试验旨在考查PVC-C管在明敷情况下的对火反应性能, 试验采用工字型管道 (见图1a) , 配水管和配水支管管径分别为DN50和DN25, 试验前整个管网排气并充满水。试验中共布置4只快速响应喷头, 喷头间距3 m, 试验采用木垛为火源, 并用正庚烷引燃, 试验中吊顶距木垛顶部的距离为2.5m。

　　 　　 点火后7.36s, 闭式喷头均开启并洒水 (见图1b) 。系统试验流量为245L/min, 油炬持续燃烧30min后停止试验。燃烧试验后整个管网进行水压试验, 加压至1.2MPa, 保持5min试件无破裂漏水现象;继续升压至7.71 MPa, DN50直管破裂 (见图1c、d) 。

　　 　　 本项试验国内外标准中均无此项要求, 开展本项试验主要是研究自动喷水灭火系统在延迟喷水或无法正常启动这一极端情况下管道的抗火能力。试验采用3m长的DN25和DN50的直管各2根 (各1根充满水) , 将4根管置于吊顶下, 管中心距吊顶150mm, 试验火源与3.1.1节灭火试验相同, 燃油火炬点燃1min后, 停止喷正庚烷使木垛自由燃烧。

　　 　　 表2为4根管道的试验结果, 图2为试验前后的管道对比。通过与3.1.1节的对比可以看出, 在喷头正常动作时, PVC-C管在油炬持续燃烧30min后仍能够在1.2 MPa的压力下维持5 min不变形;但系统未正常动作时, 即使管道充满水, 也仅仅维持了2min 30s即出现断裂。因此, 在明敷情况下, 必须确保系统在发生火灾时能正常动作且持续喷水。

　　 　　 塑料管材及管件现已广泛应用于生活给水、化工系统以及为电力输送服务中, 我国《建筑给水排水设计规范》 (GB 50015-2003, 2009年版) 规定, 室内的给水管道, 应选用耐腐蚀和安装连接方便可靠的管材, 可采用塑料给水管、塑料和金属复合管、铜管、不锈钢管及经可靠防腐处理的钢管。

　　 　　 而在消防方面, 由于现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》尚未规定PVC-C管的应用要求, 使得目前该管道在我国的应用较少。2008年后, PVC-C管开始在我国天津、辽宁、内蒙古等地区的部分场所中有所应用。

　　 　　 根据目前国内外的应用现状, PVC-C管的应用场所主要有酒店、公寓、综合楼以及住宅等, 属火灾中危险级Ⅰ级, 该等级场所的涵盖范围广, 火灾危险性较小, 加之PVC-C管本身良好的耐火性能, 以及具有抗腐蚀性、安装方便、连接快速以及维护成本低等金属钢管不可比拟的优势, 因此其应具有广阔的应用空间。相信随着国家标准的发布实施, 他们的应用能够更好地推动自动喷水灭火系统管材的技术革新, 并且能有效带动我国塑料产业的发展。

　　 　　 但是, 任何事物均具有两面性, 根据国外应用现状, PVC-C管的使用也有很大的局限性, 主要有以下2方面。

　　 　　 每种建筑材料及产品都存在产品兼容性问题, 用于消防系统的PVC-C管更应该确保其可靠性, PVC-C管在施工中会用到一些辅助材料, 如果该辅助材料与PVC-C管的化学性质不兼容, 会产生环境应力, 从而使管道产生裂纹。

　　 　　 当管材、管件的表面与不兼容的辅助材料过度接触后, 会削弱管道的性能, 时间久了管道系统就会产生裂纹。因此, PVC-C管在连接时应采取与其相兼容的粘结剂, 建议在管道安装前应咨询生产厂商, 并通过生产商确认其化学兼容性。

　　 　　 根据目前的应用现状, 在国外已有PVC-C管自动喷水灭火系统漏水等情况发生, 并已引起了整个行业的广泛关注, 经调查, 已经查明有3个主要原因导致系统失效:

　　 　　 (1) PVC-C管的质量较差, 不符合产品标准的最低要求, 这些缺陷会严重影响管道的性能及使用寿命。

　　 　　 (2) 使用了化学性质不兼容的产品, 包括某种防火封堵材料, 或涂覆于自动喷水灭火系统金属管道上的防腐漆。

　　 　　 (3) 采用不合适的支吊架。连接管道时, 管道的中心如果不在一条直线上, 就会增加管道所受的应力;选用不适当的管道支吊架和不正确的安装管道支吊架, 也会导致管道出现故障, 因此应对用于PVC-C管的支吊架进行特殊要求。

　　 　　 为贯彻落实住房和城乡建设部“关于印发深化工程建设标准化工作改革的意见的通知” (建标[2016]166号) 要求, 积极吸收借鉴国外标准规定, 缩小中国标准与国外先进标准技术差距, 提高与国际标准或发达国家标准的一致性, 鉴于PVC-C管的诸多性能, 国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》在此次修订过程中, 在结合国外标准的规定、试验研究以及应用现状的基础上, 提出了适合我国国情的自动喷水灭火系统用PVC-C管的技术要求, 主要包括管道的适用范围及系统采用PVC-C管的设置要求等。同样, 针对PVC-C管在我国的应用应不断总结经验, 进一步提高自动喷水灭火系统的可靠性。