喷水灭火氯化聚氯乙烯管道的压力设计基础及国内外标准比较

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.09.018

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (9): 131-139.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.09.018

喷水灭火氯化聚氯乙烯管道的压力设计基础及国内外标准比较

何安淇¹(), 黄剑²(), 张莹³, 孙华丽², 项爱民³, 徐海云³

^1.中国消防救援学院，北京 102202
^2.公元股份有限公司，浙江台州，318020
^3.北京工商大学化学与材料工程学院，塑料卫生安全质量评价技术重点实验室，北京 100048

收稿日期:2022-05-31 出版日期:2022-09-26 发布日期:2022-09-26
通讯作者: 黄剑（1979—），男，高级工程师，主要从事塑料管道及相关制品新产品研发工作，huangjian@era.com.cn
E-mail:heanqi09@163.com;huangjian@era.com.cn
作者简介:何安淇（1989—），女，博士研究生，讲师，主要从事消防技术装备管理与研发工作，heanqi09@163.com

Pressure design of chlorinated poly（vinyl chloride） pipelines in sprinkler systems and comparative analysis of domestic and foreign standards

HE Anqi¹(), HUANG Jian²(), ZHANG Ying³, SUN Huali², XIANG Aimin³, XU Haiyun³

^1.China Fire and Rescue Institute，Beijing 102202，China
^2.ERA Co，Ltd，Taizhou 318020，China
^3.Beijing Key Laboratory of Quality Evaluation Technology for Hygiene and Safety of Plastics，College of Chemistry and Materials Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China

Received:2022-05-31 Online:2022-09-26 Published:2022-09-26
Contact: HUANG Jian E-mail:heanqi09@163.com;huangjian@era.com.cn

摘要/Abstract

摘要：

分析了中美及ISO（欧洲）塑料压力管道标准体系及定级要求的差异，其中国标（GB）标准体系与欧洲（ISO）标准体系要求一致，与美国（ASTM）标准体系有一定区别，但其聚合物管道长期性能评价的原理一致。分别介绍了ASTM D2837、ISO 9080和GB 182525等标准提出的PVC⁃C管道的压力设计基础以及管材混配料的定级曲线，阐明了依据GB/T 39380.1—2021如何判定喷水灭火用PVC⁃C管道混配料的定级曲线是否合格。通过对国内外氯化聚氯乙烯（PVC⁃C）消防管材标准进行了对比，结果标明，国标与美标规格尺寸、管材壁厚等性能要求上基本一致；我国GB/T 39380要求的管道系统可以保证在我国的消防压力设计条件下（20 ℃）50年的安全使用期。

关键词: 氯化聚氯乙烯, 管材, 消防, 标准, 定级曲线

Abstract:

This paper analyzed the differences between the standard systems and grading requirements of plastic pressure pipes in China （GB）， America （ASTM） and Europe （ISO）. The GB standard system of China has the same requirements with ISO （Europe） standard system， but there are some differences with the ASTM standard system of America. However， the principle of long⁃term performance evaluation of polymer pipes is the same for three parts. This paper introduced the pressure design basis of PVC⁃pipe and grading curve of mixed materials of the pipes according to the ASTM D2837， ISO 9080， and GB 182525 standards. According to the GB/T 39380.1—2021 standard， the determination of qualification for the grading curve of PVC⁃C pipe mixture for fire sprinkling was clarified. The standards of PVC⁃C fire pipe at home and abroad were compared. The specifications， dimensions， pipe wall thickness， and other performance requirements were almost same for the Chinese national and American standards. The piping system in accordance with the national standard GB/T 39380 can guarantee the safe use at 20 ºC for 50 years under the fire pressure design conditions in China.

Key words: chlorinated poly（vinyl chloride）, pipe, fire protection, standard, reference curve

中图分类号:

TQ320.72⁺4

何安淇, 黄剑, 张莹, 孙华丽, 项爱民, 徐海云. 喷水灭火氯化聚氯乙烯管道的压力设计基础及国内外标准比较[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 131-139.

HE Anqi, HUANG Jian, ZHANG Ying, SUN Huali, XIANG Aimin, XU Haiyun. Pressure design of chlorinated poly（vinyl chloride） pipelines in sprinkler systems and comparative analysis of domestic and foreign standards[J]. China Plastics, 2022, 36(9): 131-139.

图/表 13

参考文献 35

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14	. Plastics piping systems for the supply of gaseous fuels⁃Polyethylene （PE）⁃Part 1： General ［S］. ISO，2014.
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16	Plastics piping systems for hot and cold water installations⁃Polypropylene （PP）⁃Part 1： General ［S］. ISO，2013.
17	Plastics piping systems for hot and cold water installations⁃Polybutene （PB）⁃Part 1： General ［S］. ISO，2017.
18	Plastics piping systems for hot and cold water installations⁃Polyethylene of raised temperature resistance （PE⁃RT）⁃Part 1： General ［S］. ISO，2009.
19	Plastics piping systems for water supply and for buried and above⁃ground drainage and sewerage under pressure⁃Unplasticized poly（vinyl chloride）（PVC⁃U）⁃Part 1： General ［S］. ISO，2009.
20	Plastics piping systems for hot and cold water installations⁃Chlorinated poly（vinyl chloride）（PVC⁃C）⁃Part 1： General ［S］. ISO，2009.
21	Plastics piping systems for industrial applications⁃Acrylonitrile⁃butadiene⁃styrene （ABS）， unplasticized poly（vinyl chloride）（PVC⁃U） and chlorinated poly（vinyl chloride）（PVC⁃C）⁃Specifications for components and the system⁃Metric series ［S］. ISO，2003.
22	Plastics piping systems for industrial applications⁃Acrylonitrile⁃butadiene⁃styrene （ABS）， unplasticized poly（vinyl chloride）（PVC⁃U） and chlorinated poly（vinyl chloride）（PVC⁃C）⁃Specifications for components and the system⁃Metric series⁃Amendment 1 ［S］. ISO，2003.
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35	流体输送用热塑性塑料管道系统耐内压性能的测定 . ［S］. 北京：中国标准出版社，2018.

序号	项目	ISO规定	GB规定	ASTM规定
1	定级标准	ISO 9080：2012	GB/T 18252-2020（等同ISO 9080）	ASTM D2837⁃2013^e1
2	外推长期静液压条件	20 ℃、50年、置信度为97.5 %	20 ℃、50年、置信度为97.5 %	20 ℃、100 000 h、平均静液压强
3	静液压强度取值	σ_LPL	σ_LPL	σ_LTHS
4	分级依据	MRS	MRS	HDB

序号	项目	ISO规定	GB规定	ASTM规定
1	定级标准	ISO 9080：2012	GB/T 18252-2020（等同ISO 9080）	ASTM D2837⁃2013^e1
2	外推长期静液压条件	20 ℃、50年、置信度为97.5 %	20 ℃、50年、置信度为97.5 %	20 ℃、100 000 h、平均静液压强
3	静液压强度取值	σ_LPL	σ_LPL	σ_LTHS
4	分级依据	MRS	MRS	HDB

σ_LPL（20 ℃，50年置信度97.5 %）/MPa	MRS/MPa	命名
6.3≤σ_LPL≤7.99	6.3	63，如PE 63
8.0≤σ_LPL≤9.99	8.0	80，如PPR 80
10.0≤σ_LPL≤11.2	10.0	100，如PE 100
20.0≤σ_LPL≤22.39	20.0	200，如PVC⁃U 200
25.0≤σ_LPL≤27.99	25.0	250，如PVC⁃U 250

σ_LPL（20 ℃，50年置信度97.5 %）/MPa	MRS/MPa	命名
6.3≤σ_LPL≤7.99	6.3	63，如PE 63
8.0≤σ_LPL≤9.99	8.0	80，如PPR 80
10.0≤σ_LPL≤11.2	10.0	100，如PE 100
20.0≤σ_LPL≤22.39	20.0	200，如PVC⁃U 200
25.0≤σ_LPL≤27.99	25.0	250，如PVC⁃U 250

LTHS计算值范围		HDB分级
psi	MPa	psi	MPa
1 530≤LTHS<1 920	10.55≤σ_LTHS<13.24	1 600，如PE 4710	11.03
1 920≤LTHS<2 400	13.24≤σ_LTHS<16.55	2 000	13.79
2 400≤LTHS<3 020	16.55≤σ_LTHS<20.82	2 500	17.24
3 020≤LTHS<3 830	20.82≤σ_LTHS<26.41	3 150，如 PVC 2116	21.72
3 830≤LTHS<4 800	26.41≤σ_LTHS<33.09	4 000，如CPVC 4120	27.58

喷水灭火氯化聚氯乙烯管道的压力设计基础及国内外标准比较

Pressure design of chlorinated poly（vinyl chloride） pipelines in sprinkler systems and comparative analysis of domestic and foreign standards

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序号	项目	ISO规定	GB规定	ASTM规定
1	定级标准	ISO 9080：2012	GB/T 18252—2020（等同ISO 9080）	ASTM D1784⁃20
2	外推长期静液压条件	20 ℃、50年、置信度为97.5 %	20 ℃、50年、置信度为97.5 %	20 ℃、100 000 h、平均静液压强
3	静液压强度取值	σ_LPL	σ_LPL	σ_LTHS
4	分级依据	MRS及定级曲线	MRS及定级曲线	5个不同物理性能指标及HDB
5	分级要求	定级曲线在参照曲线之上	定级曲线在参照曲线之上	-

性能和单元		单元范围
性能和单元		0	1	2	3	4	5	6	7	8
混配料树脂种类		不规定	PVC	CPVC	CVC
最小冲击强度	J/m ［ft·lbf/in］	不规定	<40.0 ［<0.65］	40 ［0.65］	80.1 ［1.50］	266.9 ［5.00］
最小拉伸强度	MPa ［psi］	不规定	<34 ［<5 000］	34 ［5 000］	41.0 ［6 000］	48.0 ［7 000］	55.0 ［8 000］
最小抗拉弹性模量	MPa ［psi］	不规定	<1 930 ［280 000］	1930 ［280 000］	2210 ［320 000］	2480 ［360 000］	2 760 ［400 000］	3 310 ［480 000］	860 ［560 000］
最小负载（1.82 MPa）变形温度	℃ ［℉］	不规定	60 ［140］	70 ［158］	80 ［176］	100 ［212］	110 ［230］	120 ［248］	130 ［266］	140 ［284］
最小静液压强度	MPa ［psi］	不规定	13.8 ［13.25~16.5］［2 000］［1 920~2 390］	17.25 ［16.55~20.75］［2 500］［2 400~3 010］	21.70 ［20.80~26.35］［3 150］［3 020~3 820］	27.60 ［20.40~33.05］［4 000］［3 830~490］

试验温度/℃	总管材	失效管材	破坏时间分布		压力等级
试验温度/℃	总管材	失效管材	>7 000 h	>9 000 h	压力等级
20	33	22	12	11	7
70	30	25	7	6	7
95	32	25	6	4	6
110	39	35	5	5	7

项目	GB/T 39380.1要求	ASTM D1784及F442规定
密度	1 450~1 650 kg/m³	-
拉伸屈服应力	≥55 MPa	拉伸强度≥48.3 MPa
拉伸弹性模量	≥2 500 MPa	≥2 482 MPa
悬臂梁缺口冲击	≥8.0 kJ/m²	80.1 J/m，等同于≥8.01 kJ/m²
维卡软化温度	≥110 ℃	热变形温度≥100 ℃
氯含量（质量分数）	≥60 %	-
线膨胀系数/（ｍ/ｍ℃）	≤6.7×10^⁃5	-

公称尺寸（DN）/mm	平均外径（d_m）/mm	管材壁厚（e_n）/mm
公称尺寸（DN）/mm	平均外径（d_m）/mm	GB/T39380.1（SDR13.5）	ASTM F442（SDR13.5）
20	26.7	2.0	1.98
25	33.1	2.5	2.46
32	42.2	3.2	3.12
40	48.2	3.6	3.58
50	60.3	4.5	4.47
65	73.0	5.5	5.41
80	88.9	6.6	6.58

[1]	李岩, 唐晓旭, 张伟杰, 黄瑞鹏, 张杉. 基于应变硬化模量方法评价聚乙烯管材耐慢速裂纹增长性能研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 148-159.
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项目	要求	ASTM F442及UL1821部分规定
密度	1 450~1 650 kg/m³	—
拉伸屈服应力	≥55 MPa	拉伸强度≥48.3 MPa
维卡软化温度	≥110 ℃	—
氯含量（质量分数）	≥60 %	—
纵向回缩率	≤5.0 %	—
耐落锤冲击，TIR	≤5 %	—
液压强度（冲击后）	无渗漏、无破裂	无渗漏、无破裂
抗挠性	无破裂、无损伤或无渗漏	无破裂、无损伤或无渗漏
扁平试验	无破裂、无损伤	无破裂、无损伤
低温滑落	无破裂、无损伤	无破裂、无损伤
爆破试验	爆破环向应力≥44.1 MPa	爆破环向应力≥44.1 MPa
静液压试验	23 ℃/1 000 h无渗漏、无破裂 49 ℃/1 000 h，无渗漏、无破裂	23 ℃/1 000 h无渗漏、无破裂
耐环境性	耐空气老化：老化后液压无渗漏、无破裂耐温水老化：老化后液压无渗漏、无破裂耐光水暴露：拉伸屈服应力保留率≥90 %	耐空气老化：老化后液压无渗漏、无破裂耐温水老化：老化后液压无渗漏、无破裂耐光水暴露：拉伸屈服应力保留率≥90 %
耐火性	管材无破裂、无损坏	管材无破裂、无损坏

项目	要求	ASTM F442及UL1821部分规定
密度	1 450~1 650 kg/m³	—
拉伸屈服应力	≥55 MPa	拉伸强度≥48.3 MPa
维卡软化温度	≥110 ℃	—
氯含量（质量分数）	≥60 %	—
纵向回缩率	≤5.0 %	—
耐落锤冲击，TIR	≤5 %	—
液压强度（冲击后）	无渗漏、无破裂	无渗漏、无破裂
抗挠性	无破裂、无损伤或无渗漏	无破裂、无损伤或无渗漏
扁平试验	无破裂、无损伤	无破裂、无损伤
低温滑落	无破裂、无损伤	无破裂、无损伤
爆破试验	爆破环向应力≥44.1 MPa	爆破环向应力≥44.1 MPa
静液压试验	23 ℃/1 000 h无渗漏、无破裂 49 ℃/1 000 h，无渗漏、无破裂	23 ℃/1 000 h无渗漏、无破裂
耐环境性	耐空气老化：老化后液压无渗漏、无破裂耐温水老化：老化后液压无渗漏、无破裂耐光水暴露：拉伸屈服应力保留率≥90 %	耐空气老化：老化后液压无渗漏、无破裂耐温水老化：老化后液压无渗漏、无破裂耐光水暴露：拉伸屈服应力保留率≥90 %
耐火性	管材无破裂、无损坏	管材无破裂、无损坏