สมมุติว่าเรามี Fire Pump ขนาด 1000 GPM ที่แรงดัน 150 psi และใช้ท่อ Main Riser เดินรอบโรงงานขนาด 6 นิ้ว ซึ่งตารางมาตรฐานของ NFPA20 กำหนดให้ใช้ท่อขนาดเท่านี้ เราได้ทำการเปลี่ยน Fire Pump เป็นขนาดใหม่โดยมีขนาดใหญ่ขึ้นกว่าเดิมกลายเป็น 2000 GPM ที่แรงดัน 150psi เท่าเดิม และขนาดท่อ Main Riser ก็เท่าเดิมคือ 6 นิ้ว จะเกิดเหตุการณ์ใดกับเรื่องนี้บ้าง ?
...
การเปลี่ยนขนาด Fire Pump จาก 1000 GPM เป็น 2000 GPM โดยใช้ท่อ Main Riser ขนาดเดิม 6 นิ้ว จะก่อให้เกิดผลกระทบหลายประการ:
...
1. ผลกระทบด้าน Velocity และ Velocity Pressure:
...
1.1 การเพิ่มขึ้นของความเร็วน้ำ:
- ท่อ 6 นิ้วกับ 1000 GPM: ความเร็วประมาณ 11.3 ft/s
- ท่อ 6 นิ้วกับ 2000 GPM: ความเร็วเพิ่มเป็น 22.6 ft/s
- ได้ค่าสูงกว่าค่าสูงสุดที่ NFPA กำหนด (15 ft/s) และถือว่าสูงมาก
...
1.2 ผลเสียที่เกิดขึ้น:
- แรงดันสูญเสียในท่อเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ
- เกิดเสียงดังจากการไหล
- เกิดการสั่นสะเทือนในระบบท่อ
...
2. ผลกระทบด้านแรงดัน (Pressure):
...
2.1 การสูญเสียแรงดัน:
- Friction Loss เพิ่มขึ้นประมาณ 4 เท่า
- แรงดันที่ปลายท่อจะลดลงมาก
- อาจไม่เพียงพอสำหรับหัวสปริงเกลอร์ที่อยู่ไกล
...
2.2 ปัญหาที่ตามมา:
- ระบบอาจไม่ได้แรงดันตามที่ออกแบบ
- ประสิทธิภาพการทำงานของหัวสปริงเกลอร์ลดลง
- อาจไม่ผ่านการทดสอบระบบ
...
3. ผลกระทบทางกายภาพต่อระบบท่อ:
...
3.1 การสึกหรอ:
- การกัดกร่อนเพิ่มขึ้น
- อายุการใช้งานของท่อสั้นลง
- เกิดการสึกหรอที่ข้อต่อและวาล์ว
...
3.2 ความเสียหายที่อาจเกิดขึ้น:
- ท่อแตกหรือรั่ว
- ข้อต่อหลวม
- การสั่นสะเทือนทำให้จุดยึดเสียหาย
...
4. ผลกระทบต่อการทำงานของระบบ:
...
4.1 ประสิทธิภาพการดับเพลิง:
- การกระจายน้ำไม่สม่ำเสมอ
- พื้นที่ครอบคลุมลดลง
- เวลาในการควบคุมเพลิงอาจนานขึ้น
...
4.2 ความน่าเชื่อถือ:
- ระบบมีโอกาสล้มเหลวสูงขึ้น
- การบำรุงรักษายากขึ้น
- อายุการใช้งานสั้นลง
...
5. การแก้ไขที่จำเป็น:
...
5.1 การปรับปรุงระบบท่อ:
- ควรเพิ่มขนาดท่อเป็น 8 นิ้ว
- เปลี่ยนจุดยึดท่อให้แข็งแรงขึ้น
- ติดตั้งอุปกรณ์ลดแรงสั่นสะเทือน
...
5.2 การปรับปรุงอุปกรณ์:
- เพิ่ม Pressure Reducing Valve
- ติดตั้ง Flow Control Valve
- เพิ่มจุดระบายอากาศ
...
6. ผลกระทบด้านการปฏิบัติตามมาตรฐาน:
...
6.1 มาตรฐาน NFPA:
- อาจไม่ผ่านการตรวจสอบ
- ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด
- ต้องได้รับการแก้ไข
...
6.2 การประกันภัย:
- เบี้ยประกันอาจสูงขึ้น
- อาจถูกปฏิเสธความคุ้มครอง
- ต้องมีการปรับปรุงแก้ไข
...
7. ข้อเสนอแนะ:
...
7.1 การแก้ไขระยะสั้น:
- ลดแรงดันปั๊มลง
- เพิ่มการตรวจสอบระบบ
- เพิ่มการบำรุงรักษา
...
7.2 การแก้ไขระยะยาว:
- เปลี่ยนขนาดท่อให้เหมาะสม
- ปรับปรุงระบบท่อทั้งหมด
- ออกแบบระบบใหม่
...
จากหัวข้อ 1.1 เราได้ความเร็วน้ำในเส้นท่อนี้มาอย่างไร
...
การคำนวณความเร็วน้ำในท่อ (Velocity) สามารถคำนวณได้จากสูตรดังนี้:
...
1. สูตรที่ใช้คำนวณ:
Velocity (ft/s) = Flow Rate (GPM) / (Area of pipe (ft²) × 448)
...
โดย:
- 448.8 คือค่าคงที่สำหรับแปลงหน่วย GPM เป็น ft³/s
- Area of pipe = π × (diameter/2)²
...
2. ขั้นตอนการคำนวณ:
...
ตัวอย่างที่ 1: ท่อ 6 นิ้ว กับ 1000 GPM
...
ขั้นตอนที่ 1: หาพื้นที่หน้าตัดท่อ
- ท่อ 6 นิ้ว = 0.5 ฟุต
- พื้นที่ = π × (0.5/2)²
- พื้นที่ = 0.1963 ft²
...
ขั้นตอนที่ 2: แทนค่าในสูตร
- V = 1000 / (0.1963 × 448)
- V = 1000 / 88.1
- V = 11.3 ft/s
...
ตัวอย่างที่ 2: ท่อ 6 นิ้ว กับ 2000 GPM
...
ใช้พื้นที่หน้าตัดท่อเดิม แต่เปลี่ยน Flow Rate
- V = 2000 / (0.1963 × 448)
- V = 2000 / 88.1
- V = 22.6 ft/s
...
3. สูตรแบบง่าย (Quick Formula):
สำหรับท่อกลม สามารถใช้สูตรลัดได้:
V = 0.408 × Q / d²
โดย:
- V = ความเร็ว (ft/s)
- Q = อัตราการไหล (GPM)
- d = เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ (inches)
...
ตัวอย่างการใช้สูตรลัด:
ท่อ 6 นิ้ว, 1000 GPM:
- V = 0.408 × 1000 / 6²
- V = 408 / 36
- V = 11.3 ft/s
...
4. ตารางสำเร็จรูป:
NFPA มีตารางสำเร็จรูปแสดงความเร็วน้ำในท่อขนาดต่างๆ:
...
ท่อ 6 นิ้ว:
- 500 GPM = 5.65 ft/s
- 1000 GPM = 11.3 ft/s
- 1500 GPM = 17.0 ft/s
- 2000 GPM = 22.6 ft/s
...
5. การเปรียบเทียบให้เข้าใจง่าย:
...
เมื่อ Flow Rate เพิ่มขึ้น 2 เท่า (1000 เป็น 2000):
- ความเร็วจะเพิ่มขึ้น 2 เท่าเช่นกัน
- เหมือนน้ำที่ไหลผ่านท่อเดิมแต่เร็วขึ้น 2 เท่า
- แรงดันสูญเสียจะเพิ่มขึ้น 4 เท่า (ตามกฎ Square Law)
...
6. ผลกระทบของความเร็วที่เพิ่มขึ้น:
- ที่ 11.3 ft/s: ปกติ ใช้งานได้
- ที่ 22.6 ft/s: สูงมาก อาจเกิดปัญหา
* เสียงดัง
* การสั่นสะเทือน
* การกัดกร่อนเพิ่มขึ้น
* Pressure Loss สูง
...
7. การแก้ปัญหา:
ถ้าต้องการลดความเร็วให้เท่าเดิม (11.3 ft/s) ที่ 2000 GPM:
- ต้องเพิ่มขนาดท่อเป็น 8 นิ้ว
- เพราะพื้นที่หน้าตัดเพิ่มขึ้นประมาณ 2 เท่า
- ทำให้ความเร็วลดลงครึ่งหนึ่ง
...
ดังนั้นการคำนวณความเร็วน้ำในท่อเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบระบบ ต้องพิจารณาทั้ง Flow Rate และขนาดท่อให้เหมาะสม เพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัย
...
แต่.........การเลือกขนาดท่อใหม่เป็น 8 นิ้วนั้นถูกต้องจริงหรือไม่ ?
แล้วถ้าอย่างนั้นทำไม ตาราง NFPA ที่แนบมาให้นี้ถึงได้กำหนดให้เราเลือกใช้ท่อด้านดูดและด้านจ่ายที่ 10 นิ้ว สำหรับ Fire Pump ขนาด 2000 gpm อีกละ !!! 
...
จากตาราง NFPA 20 Table 4.28(a) สำหรับ Fire Pump ขนาด 2000 GPM กำหนดให้ใช้ท่อขนาด 10 นิ้วทั้งด้านดูดและด้านจ่าย เนื่องจาก:
1. การกำหนดความเร็วสูงสุด:
- ตามหมายเหตุ c ในตาราง ระบุว่า: "Suction pipe sizes are based on maximum velocity at 150 percent rated capacity to 15 ft/sec (4.6 m/sec)"
- นั่นหมายความว่า ท่อต้องรองรับ Flow Rate ที่ 150% ของพิกัด
- สำหรับ 2000 GPM = 3000 GPM ที่ 150%
- ดังนั้นจึงต้องใช้ท่อ 10 นิ้วเพื่อควบคุมความเร็วไม่ให้เกิน 15 ft/s
2. การคำนวณความเร็วที่ท่อขนาดต่างๆ ที่ 150% Flow:
...
ท่อ 8 นิ้ว ที่ 3000 GPM (150%):
- V = 0.408 × 3000 / 8²
- V = 19.1 ft/s (เกิน 15 ft/s)
...
ท่อ 10 นิ้ว ที่ 3000 GPM (150%):
- V = 0.408 × 3000 / 10²
- V = 12.2 ft/s (ต่ำกว่า 15 ft/s)
..
3. เหตุผลที่ต้องใช้ท่อ 10 นิ้ว:
...
3.1 ด้านความปลอดภัย:
- รองรับการทำงานที่ 150% ได้
- ป้องกัน Cavitation
- ลดการสูญเสียแรงดัน
- ควบคุมความเร็วให้ต่ำกว่า 15 ft/s
...
3.2 ด้านประสิทธิภาพ:
- มี NPSH ที่เพียงพอ
- ลด Friction Loss
- รักษาแรงดันที่หัวปั๊ม
- เพิ่มอายุการใช้งาน
...
4. ดังนั้นคำแนะนำก่อนหน้าที่ได้จากการคำนวณและแนะนำให้ใช้ท่อ 8 นิ้วจึงไม่ถูกต้องตามมาตรฐานกำหนดเนื่องจาก:
- การแนะนำท่อ 8 นิ้วไม่ถูกต้องตามมาตรฐาน NFPA 20
- ต้องใช้ท่อ 10 นิ้วเท่านั้นสำหรับ Fire Pump 2000 GPM
- เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความเร็วที่ 150% Flow Rate
...
5. ข้อควรระวัง:
- ห้ามลดขนาดท่อต่ำกว่า 10 นิ้ว
- ต้องคำนึงถึงการทำงานที่ 150% เสมอ
- การลดขนาดท่อจะทำให้ไม่ผ่านมาตรฐาน
- อาจมีผลต่อการรับประกันและการตรวจสอบ
...
ดังนั้นแทนที่เราจะใช้ท่อขนาด 8 นิ้วตามที่คำนวณได้ จึงต้องเปลี่ยนมาใช้ท่อขนาด 10 นิ้วตามมาตรฐาน NFPA 20 เท่านั้น เพราะเราต้องคำนึงถึง Flow Rate ที่ Fire Pump นั้นสามารถทำได้ที่ 150 % Rated ด้วย และเพื่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพในการทำงานของระบบ Fire Pump
...
ลองมาคำนวณใหม่อีกรอบ เมื่อเรารู้แล้วว่า Fire Pump ตัวนี้ต้องสามารถทำงานที่ 150 % Flow Rate ได้
...
เรามาคำนวณใหม่สำหรับ Fire Pump 2000 GPM ที่ต้องรองรับ 150% Flow Rate:
...
1. คำนวณ Flow Rate ที่ 150%:
- Rated Flow: 2000 GPM
- Flow at 150%: 2000 × 1.5 = 3000 GPM
...
2. คำนวณความเร็วในท่อขนาดต่างๆ (V = 0.408 × Q / d²):
...
ท่อ 6 นิ้ว ที่ 3000 GPM:
- V = 0.408 × 3000 / 6²
- V = 34.0 ft/s (เกินมาตรฐาน 15 ft/s มาก)
...
ท่อ 8 นิ้ว ที่ 3000 GPM:
- V = 0.408 × 3000 / 8²
- V = 19.1 ft/s (ยังเกินมาตรฐาน 15 ft/s)
...
ท่อ 10 นิ้ว ที่ 3000 GPM:
- V = 0.408 × 3000 / 10²
- V = 12.2 ft/s (ผ่านมาตรฐาน < 15 ft/s)
...
ท่อ 12 นิ้ว ที่ 3000 GPM:
- V = 0.408 × 3000 / 12²
- V = 8.5 ft/s (ต่ำเกินไป อาจเกิดการตกตะกอน)
...
3. สรุป:
- ท่อ 6 นิ้ว และ 8 นิ้ว: ความเร็วเกินมาตรฐาน NFPA 20
- ท่อ 10 นิ้ว: ความเร็วอยู่ในเกณฑ์ที่เหมาะสม
- ท่อ 12 นิ้ว: ความเร็วต่ำเกินไป
...
ดังนั้น คำแนะนำที่ถูกต้องคือต้องใช้ท่อขนาด 10 นิ้วตามมาตรฐาน NFPA 20 เท่านั้น
...
หากเราไม่ได้มองว่าอุปกรณ์ตัวนี้คือFire Pump ที่จะต้องทำงานที่พิกัด 150 % Flow Rate ได้ ก็จะเกิดความผิดพลาดได้ดังนี้ :
...
1. ข้อผิดพลาดในการวิเคราะห์:
- เราพิจารณาเพียงการไหลที่ 100% (2000 GPM)
- ไม่ได้คำนึงถึงเงื่อนไขพิเศษของ Fire Pump ที่ต้องรองรับ 150% Flow Rate
- มองเป็นท่อน้ำทั่วไป ไม่ได้ใช้มาตรฐาน NFPA 20 โดยเฉพาะ
...
2. สิ่งที่ควรพิจารณาสำหรับ Fire Pump:
- ต้องรองรับ Flow ที่ 150% = 3000 GPM
- ความเร็วต้องไม่เกิน 15 ft/s ที่ 150% Flow
- ต้องป้องกัน Cavitation
- ต้องมี NPSH ที่เพียงพอ
...
3. ผลกระทบของการให้ข้อมูลผิด:
- การใช้ท่อ 8 นิ้วจะทำให้ระบบไม่ปลอดภัย
- ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน NFPA 20
- อาจเกิดความเสียหายต่อระบบ
- อาจไม่ผ่านการตรวจสอบและรับรอง
...
บทเรียนที่ได้คือต้องพิจารณามาตรฐานเฉพาะสำหรับแต่ละระบบ และต้องคำนึงถึงเงื่อนไขพิเศษของ Fire Pump ที่ต้องรองรับ 150% Flow Rate ให้ได้ด้วย
...
สรุป: การเพิ่มขนาด Fire Pump โดยไม่เพิ่มขนาดท่อเป็นการกระทำที่ไม่เหมาะสมและอาจก่อให้เกิดอันตราย ควรมีการปรับปรุงระบบท่อให้เหมาะสมกับขนาดปั๊มใหม่เพื่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพในการทำงาน
...
References:
...
อ้างอิงตามตารางที่แสดงในภาพ ตาม Note c ระบุว่า:
"Suction pipe sizes in Table 4.28(a) are based on a maximum velocity at 150 percent rated capacity to 15 ft/sec (4.6 m/sec) in most cases."
...
โดยมาตรฐานนี้อยู่ใน NFPA 20: Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection
- Chapter 4: Requirements for Fire Pump Units
- Section 4.28: Pipe Sizes
- Table 4.28(a): Summary of Centrifugal Fire Pump Data (U.S. Customary)
...
ด้วยรักและปราถนาดี
>>>
สมเกียรติ์ ประทุมมินทร์
กลุ่มบริษัท เมืองไฟฟ้าวิศวกรรม
…
#Eifel UL Listed Fire Pump
#TD Power UL Listed Engine
#RFP UL/FM Fire Pump
#ให้บริการตรวจสอบพลังงานประจำปี
#ให้บริการตรวจสอบระบบดับเพลิงประจำปี
#ให้บริการตรวจสอบอาคารโรงงานประจำปี
Line Id : SomkiatSafety
Tel : 0866266375 คุณ สมเกียรติ์
Tel : 0632239339 คุณ ทิฟฟี่
Facebook Fanpage : เมืองไฟฟ้าวิศวกรรม
Youtube : เมืองไฟฟ้าวิศวกรรม
..
..