防火阀及排烟防火阀常见质量问题分析及解决措施

王傲 祝贵军 杨国成

摘要：本文分析了防火閥和排烟防火阀常见检验项目环境温度下的漏风量、耐火性能的质量问题，分析了产生质量问题的原因，并给出一些解决措施。文章结尾提出了GB15930-2007《建筑通风和排烟系统用防火阀门》新版标准的修改建议。

关键词：防火阀门;质量;原因分析;解决措施

建筑通风和排烟用防火阀门是指设置在各类建筑的防排烟系统中，起阻止烟气蔓延及引导烟气排除的阀门。按使用功能划分通常包括防火阀、排烟防火阀、排烟阀。GB15930-2007《建筑通风和排烟系统用防火阀门》标准将建筑通风和排烟用防火阀门分为3类：防火阀、排烟防火阀、排烟阀。

一、常见质量问题分析

（一）环境温度下的漏风量

GB15930-2007标准6.11.1条规定：在环境温度下，使防火阀或排烟防火阀叶片两侧保持300Pa±15Pa的气体静压差，其单位面积上的漏风量（标准状态）应不大于500m3/（m2·h）。

环境温度下的漏风量不合格的表现为漏风量超标。主要原因有以下几方面：

1.手动或电动关闭后阀门未关闭或关闭不严（不到位）。主要原因有：①弹簧驱动机构产生的驱动转矩偏小，造成叶片与叶片贴合不紧密或叶片未关闭到位。②设计不合理，阀体内侧的弹性密封片过紧或阀体变形等缺陷阻碍叶片的关闭。

2.叶片完全关闭后阀门缝隙过大。主要原因有：①叶片与阀体之间间隙过大;②叶片与叶片之间贴合不紧密、叶片弯曲、翘曲变形引起的间隙过大;③阀体上焊接的档条与阀体之间的焊缝过大。

（二）耐火性能

GB15930-2007标准6.12节规定：耐火试验开始后1min内，防火阀的温感器应动作，阀门关闭;耐火试验开始后3min内，排烟防火阀的温感器应动作，阀门关闭;在规定的耐火时间内，使防火阀或排烟防火阀叶片两侧保持300Pa±15Pa的气体静压差，其单位面积上的漏烟量（标准状态）应不大于700m?/（m?·h）;在规定的耐火时间内，防火阀或排烟防火阀表面不应出现连续10s以上的火焰;防火阀或排烟防火阀的耐火时间应不小于1.50h。

耐火性能不合格的原因有：

1.在规定的时间内温感器未动作，阀门未关闭。原因有：执行机构故障，在规定受火时间内防火阀或排烟防火阀易容原件熔断，温感器外筒内壁粗糙、毛刺凸起多，或芯杆与外筒的间隙过小;外筒或芯杆变形;外筒和芯杆锈蚀粘连导致温感器芯杆卡阻卡滞，阀门无法关闭。

2.在规定的时间内温感器动作，但阀门未关闭或未完全关闭。原因有：①弹簧驱动机构产生的驱动转矩偏小，造成叶片与叶片贴合不紧密或叶片未关闭到位。②设计不合理，阀体内侧的弹性密封片过紧或阀体变形等缺陷阻碍叶片的关闭。③阀体和阀门材料的热膨胀系数差异大，阀体材料的热膨胀系数小，叶片材料热膨胀系数大，受火后叶片膨胀量大于叶片与阀体之间的间隙，导致叶片关闭受阻，叶片不能完全关闭到位。

3.阀门完全关闭后漏风量超标。原因有：①叶片与阀体之间间隙过大;叶片与叶片之间贴合不紧密、叶片弯曲、翘曲变形引起的间隙过大;②阀体上焊接的档条与阀体之间的焊缝过大。③耐火试验过程中叶片受热弯曲翘曲变形严重，叶片受火后高温下会产生向非受火面凹陷的变形，造成缝隙越来越大;④耐火试验过程中阀体和叶片材质不同，由于叶片材质膨胀系数小而阀体膨胀系数大，受热膨胀后阀体和叶片之间的缝隙越来越大。

4.阀体表面出现持续10s以上的火焰。原因有：①温感器穿过阀体的开孔过大，造成火焰从开孔缝隙串出。②控制机构内部有可燃易燃的防锈油脂、电路板及电线塑料绝缘层，随着温度的升高，到达燃点后起火燃烧。

二、解决措施

（一）环境温度下的漏风量

1.手动或电动关闭后阀门未关闭或关闭不严（不到位）。主要措施有：①弹簧驱动机构应设计合理的驱动转矩。标准要求驱动转矩应大于叶片关闭时主轴上所需转矩的2.5倍。根据本公司多年的检测经验，倍数在5.0倍左右较为适宜，既满足了叶片完全关闭的需求，在关闭时也不会产生过大撞击和噪声，从而避免对阀体叶片造成变形、松动等损伤。②阀体内侧的弹性密封片力度不应太大;阀体材料应采用厚度适宜的钢板，合理设计阀体的形状，保证阀体惯性矩足够大，增强阀体强度和刚度。

2.叶片完全关闭后阀门缝隙过大。以双叶片400×400（mm）规格的矩形阀门为例，分析缝隙大小与阀门漏风量之间的关系。

用塞尺分别测量叶片与阀体上侧缝隙平均值、叶片与阀体下侧缝隙平均值、其他缝隙（叶片左侧、右侧与阀体之间缝隙、叶片之间贴合缝隙）。计算缝隙面积之和、阀门横截面积、缝隙面积之和与阀门横截面积的比值。用量值溯源合格的检测装置检测每个阀门对应的环境下漏风量。测量结果见表1。

表1 缝隙尺寸与环境温度下的漏风量的实测值

上表数据表明：当阀门的间隙面积占到总面积的0.6%以下时，防火阀/排烟防火阀的环境温度下的漏风量小于500m3/（m2·h），达到标准要求。

理论计算特定横街面积管道在特定差压下的流量。据伯努利方程，理论近似算法计算300Pa差压下一定有效面积（缝隙面积）下漏风量。

V=               ……………………公式（1）

V——风速 （m/s）

K——皮托管系数取1

P——通过皮托管测得的动压300Pa

ρ——流体密度（环境温度25℃下，1个标准大气压下空气密度）取1.186kg/m3

风量计算

Q= 3600×V×F ……………………公式（2）

Q——风量（m?/h）

V——平均速度（m/s）

F——狭窄管道截面积（缝隙总面积）

对于400×400mm阀门，单位面积的漏风量的临界值为500m?/（h·m2），临界流量为：

Q=0.16m2500m?/（h·m2）=80m?/h

由公式（1）和公式（2）推导出

0.001m2占防火阀总横截面积0.16m2的0.625%。

与实测值基本吻合。由此可得出缝隙总面积应控制在阀门横截面积的0.6%以下为宜，可采取减小缝隙或在较大缝隙处填充不燃性封堵材料的措施，并保证封堵材料在多次启闭过程中不会脱落。

（二）耐火性能

1.在规定的时间内温感器未动作，阀门未关闭。措施：温感控制器应购买合格供應商提供的产品，在原材料采购环节应作为关键件进行必要检测和验收措施。

2.在规定的时间内温感器动作，但阀门未关闭或未完全关闭。措施有：①弹簧驱动机构应设计合理的驱动转矩。标准要求驱动转矩应大于叶片关闭时主轴上所需转矩的2.5倍。根据本公司多年的检测经验，倍数在5.0倍左右较为适宜，既满足了叶片完全关闭的需求，在关闭时也不会产生过大撞击和噪声，从而避免对阀体叶片造成变形、松动等损伤。②阀体内侧的弹性密封片力度不应太大;阀体材料应采用厚度适宜的钢板，合理设计阀体的形状，保证阀体惯性矩足够大，增强阀体强度和刚度。③阀体和阀门材料选用同种材质或膨胀系数接近的材料。

3.阀门完全关闭后漏风量超标。措施有：①可采取减小缝隙或在较大缝隙处填充不燃性封堵材料的措施，并保证封堵材料在多次启闭过程中不会脱落。缝隙总面积应控制在阀门横截面积的0.6%以下。②阀体和叶片材料应采用厚度适宜的钢板，合理设计阀体的形状，叶片焊接加强筋，保证阀体和叶片在各维度惯性矩足够大。③阀体和阀门材料选用同种材质或膨胀系数接近的材料。

4.阀体表面出现持续10s以上的火焰。措施有：①温感器穿过阀体的开孔不宜过大。②控制机构与阀体之间的开口用防火封堵材料封堵，将易燃可燃材料燃烧性能提升为难燃性或不燃性。

三、结语

防火阀门产品看似粗糙，实则加工工艺较为精细。本公司在检测职能部门抽检的防火阀产品工作中，最初的一年环境温度下的漏风量不合格率达到70%。随着检测工作的不断进行，近年来合格率达95%以上。

现行的GB15930-2007《建筑通风和排烟系统用防火阀门》标准已使用接近11年。防火阀门产品的生产技术和产品质量都有显著提高，同时建筑对防火阀门产品的性能需求要有新的需求。建议GB15930新标准制定时考虑以下几方面：

（一）GB50016-2014（2018年版）《建筑设计防火规范》9.3.11条70℃防火阀的设置规定，防火阀应设置在多种防火分隔的防火墙、楼板、变形缝、水平管段等处。建议为了与以上分隔构件规定的耐火极限相匹配，按级别制定防火阀的耐火性能，设置1.5h、2.0h、2.5h等级别。

（二）GB50016-2014（2018年版）《建筑设计防火规范》9.3.12条规定：公共建筑内厨房的排油烟管道宜按防火分区设置，且在与竖向排风管连接的支管处应设置公称动作温度为150℃的防火阀。因此新标准应增加150℃防火阀的规格型号和技术要求等条款。

（三）GB50016-2014（2018年版）《建筑设计防火规范》中规定的设置防火阀、排烟防火阀的位置的防火分隔构件及通风管道等都有一定的耐火隔热性要求。建议新标准增加防火阀门隔热性的要求，隔热性可按级别进行划分成0.5h、1.0h、1.5h、2.0h等级别。

参考文献：

[1]GB15930-2007.建筑通风和排烟系统用防火阀门[S].

[2]陈玉明，覃况，蔡宇武，范有佳.防火阀门质量问题原因分析[J].消防技术与产品信息，2017（10）：5-8.

[3]GB50016-2014（2018年版）.建筑设计防火规范[S].