ออกแบบระบบดับเพลิงในพื้นที่ไวไฟ : เมืองไฟฟ้าวิศวกรรม

จะดับเพลิงในสถานที่เก็บของเหลวไวไฟได้อย่างไร ?

...

วันนี้เราจะมาดูของเหลวไวไฟชนิดหนึ่ง เลข UN คือ UN1219 เป็นรหัสการขนส่งสินค้าอันตรายของสหประชาชาติ (UN Number) สำหรับไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ (Isopropyl alcohol หรือ IPA)

...

ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์เป็นของเหลวไวไฟที่ต้องระมัดระวังในการขนส่งและจัดเก็บเป็นพิเศษ เพราะ:

...

1. ติดไฟง่าย (Flammable)

2. ระเหยได้ที่อุณหภูมิห้อง

3. ไอระเหยสามารถรวมตัวกับอากาศเกิดการระเบิดได้

...

การขนส่งต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดการขนส่งสินค้าอันตราย เช่น:

- ติดฉลากสัญลักษณ์ของเหลวไวไฟ

- บรรจุในภาชนะที่ได้มาตรฐาน

- จัดเก็บในที่เย็นและมีการระบายอากาศดี

- แยกเก็บจากวัสดุที่ติดไฟง่าย

...

ตามมาตรฐาน NFPA 30 (Flammable and Combustible Liquids Code), ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์จัดอยู่ใน Class IB Flammable Liquid

...

เหตุผลที่จัดอยู่ใน Class IB เพราะมีคุณสมบัติดังนี้:

1. จุดวาบไฟ (Flash Point) ต่ำกว่า 73°F (22.8°C)

2. จุดเดือด (Boiling Point) สูงกว่า 100°F (37.8°C)

...

โดยไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์มี:

- จุดวาบไฟ: 11.7°C (53°F)

- จุดเดือด: 82.5°C (180.5°F)

...

การจัดเก็บตามมาตรฐาน NFPA 30 สำหรับ Class IB ต้อง:

- เก็บในภาชนะที่ได้รับการรับรอง

- มีระบบระบายอากาศที่เหมาะสม

- จำกัดปริมาณการจัดเก็บในแต่ละพื้นที่

- มีระบบป้องกันและระงับอัคคีภัยที่เหมาะสม

...

สำหรับพื้นที่จัดเก็บไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ซึ่งเป็นของเหลวไวไฟ Class IB สามารถเลือกติดตั้งระบบดับเพลิงได้ดังนี้:

...

1. ระบบโฟมดับเพลิง (Foam Fire Suppression):

- AFFF (Aqueous Film Forming Foam)

- AR-AFFF (Alcohol Resistant AFFF) - แนะนำที่สุดสำหรับ IPA

- ข้อดี:

* เหมาะกับเพลิงไหม้ของเหลวไวไฟ

* สร้างฟิล์มคลุมผิวป้องกันการระเหย

* ดับไฟได้เร็ว

- มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง: NFPA 11

...

2. ระบบก๊าซดับเพลิง:

- FM-200 (HFC-227ea)

- NOVEC 1230

- ข้อดี:

* ไม่ทิ้งคราบ

* ไม่ทำลายอุปกรณ์

* ดับไฟได้เร็ว

- มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง: NFPA 2001

...

3. ระบบ Water Spray:

- Sprinkler แบบ Early Suppression Fast Response (ESFR)

- Water Mist System

- ข้อดี:

* ช่วยลดอุณหภูมิ

* ต้นทุนบำรุงรักษาต่ำ

- มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง: NFPA 15, NFPA 750

...

4. ระบบผสมผสาน:

- Water Spray + Foam

- ข้อดี:

* เพิ่มประสิทธิภาพการดับเพลิง

* ครอบคลุมหลายสถานการณ์

...

ข้อควรพิจารณาในการเลือกระบบ:

1. ขนาดพื้นที่และปริมาณสารเคมี

2. มูลค่าทรัพย์สินที่ต้องป้องกัน

3. ความเร็วในการตอบสนอง

4. ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

5. ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งและบำรุงรักษา

...

คำแนะนำ:

- แนะนำให้ใช้ระบบ AR-AFFF เป็นหลัก

- ควรมีระบบสำรองอย่างน้อย 1 ระบบ

- ต้องมีระบบตรวจจับเพลิงไหม้อัตโนมัติ

- ต้องมีระบบระบายอากาศฉุกเฉิน

...

ของเหลวไวไฟแบบนี้หากถูกดับเพลิงด้วยน้ำจะเกิดปฏิกิริยาที่รุนแรงหรือไม่ ทำไมเราถึงแนะนำให้ใช้ระบบ Water Spray ?

...

ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ (IPA) ไม่ทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ เนื่องจาก:

...

1. คุณสมบัติทางเคมี:

- IPA ผสมเข้ากับน้ำได้ดี (Miscible with water)

- ไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีที่รุนแรง

- ไม่สร้างความร้อนหรือก๊าซพิษเมื่อผสมกับน้ำ

...

2. เหตุผลที่แนะนำ Water Spray:

- ช่วยเจือจางความเข้มข้นของ IPA

- ลดอุณหภูมิและการระเหย

- ป้องกันการลุกลามของเพลิง

- ลดโอกาสการระเบิด

...

แต่การใช้น้ำอย่างเดียวมีข้อจำกัด:

1. IPA ลอยบนผิวน้ำเมื่อความเข้มข้นสูง

2. น้ำอย่างเดียวอาจทำให้ไฟดับช้า

3. อาจต้องใช้น้ำปริมาณมาก

...

จึงแนะนำให้ใช้ร่วมกับระบบอื่น โดยเฉพาะ AR-AFFF เพื่อประสิทธิภาพสูงสุดในการดับเพลิง

...

ถ้าสมมุติว่าเรามีของเหลวไวไฟ IPA แบบนี้จำนวน 20 ถัง แต่ละถังมีขนาด ถังละ 200 ลิตร จัดเก็บในสถานที่ซึ่งมีพื้นที่ 50 ตารางเมตร เราต้องการจะออกแบบระบบ Water Spray จะต้องคำนวณหาขนาดปริมาณน้ำและแรงดัน (Flow and Pressure )และชนิดของหัวสปริงเกอร์ได้อย่างไรบ้าง ?

...

เราจะทำการคำนวณโดยใช้มาตรฐาน NFPA ฉบับล่าสุด (2023) แต่ก่อนจะเริ่มคำนวณ เราต้องระบุข้อกำหนดเบื้องต้นจากโจทย์:

...

1. ข้อมูลพื้นที่: 50 ตารางเมตร

2. จำนวนถัง IPA: 20 ถัง × 200 ลิตร = 4,000 ลิตร

3. IPA เป็นของเหลวไวไฟ Class IB (ตาม NFPA 30)

...

อ้างอิงมาตรฐาน NFPA ที่เกี่ยวข้องทั้งหมด เพื่อให้การคำนวณถูกต้องและมีที่มาที่ชัดเจน โดยจะอ้างอิงมาตรฐานหลักดังนี้:

...

1. NFPA 15: Standard for Water Spray Fixed Systems

2. NFPA 30: Flammable and Combustible Liquids Code

3. NFPA 13: Standard for Installation of Sprinkler Systems

4. NFPA 20: Standard for Installation of Stationary Fire Pumps

5. NFPA 72: National Fire Alarm and Signaling Code

...

เริ่มการคำนวณ โดยอ้างอิงมาตรฐาน NFPA ฉบับล่าสุด:

...

1. การวิเคราะห์พื้นที่และการจัดเก็บ:

ข้อมูลพื้นฐาน:

- พื้นที่: 50 m² (538 ft²)

- ปริมาตร IPA: 4,000 ลิตร (1,057 gallons)

- ความหนาแน่น IPA: 0.786 g/cm³ ที่ 20°C

...

การจัดประเภทตาม NFPA 30 (2024):

- Class IB Flammable Liquid (Flash point < 22.8°C, Boiling point ≥ 37.8°C)

- จุดวาบไฟ IPA: 11.7°C

- จุดเดือด IPA: 82.5°C

...

การจัดประเภทพื้นที่:

- Protected Storage Area ตาม NFPA 30 Chapter 9

- Indoor Liquid Storage Area

- Ground-Level Storage

...

2. การกำหนด Design Density:

ตาม NFPA 15 (2023) Section 7.4:

- Extra High Hazard ตาม Section 7.4.4.1.2

- Minimum Density: 0.5 gpm/ft² (20.4 L/min/m²)

เหตุผล:

- เป็นของเหลวไวไฟ Class IB

- มีปริมาณการจัดเก็บมากกว่า 1,000 gallons

- เป็นพื้นที่ปิด

...

3. การคำนวณอัตราการไหลรวม:

ตาม NFPA 15 (2023) Section 7.4:

- พื้นที่ × Design Density

- 538 ft² × 0.5 gpm/ft² = 269 gpm

- หรือ 50 m² × 20.4 L/min/m² = 1,020 L/min

...

4. การกำหนดตำแหน่งและจำนวนหัวกระจายน้ำ:

ตาม NFPA 15 (2023) Section 7.3:

...

a) ระยะห่างระหว่างหัว:

- ระยะห่างสูงสุด: 2.4 m (8 ft) ตาม Section 7.3.3.1

- พื้นที่ครอบคลุมต่อหัว: 5.76 m² (62 ft²)

...

b) จำนวนหัวขั้นต่ำ:

- จำนวนหัว = พื้นที่ทั้งหมด ÷ พื้นที่ครอบคลุมต่อหัว

- จำนวนหัว = 50 m² ÷ 5.76 m² = 8.68 หัว

- ปัดขึ้นเป็น 9 หัว เพื่อความปลอดภัย

...

c) อัตราการไหลต่อหัว:

- Flow per nozzle = Total flow ÷ จำนวนหัว

- Flow per nozzle = 1,020 L/min ÷ 9 = 113.33 L/min

- หรือ 269 gpm ÷ 9 = 29.89 gpm ต่อหัว

...

5. การคำนวณแรงดัน:

ตาม NFPA 15 (2023):

...

a) แรงดันขั้นต่ำที่หัว:

- Minimum nozzle pressure = 20 psi (1.38 bar) ตาม Section 7.2.4

...

b) การคำนวณแรงดันสูญเสียในท่อ (Hazen-Williams):

- ค่า C = 120 (ท่อเหล็กทาสี)

- สูตร: P₁-P₂ = (4.52Q^1.85)/(C^1.85d^4.87)

...

c) การสูญเสียแรงดันสำหรับท่อขนาด 3" และ 2" (จากการคำนวณในข้อ 7):

- ท่อหลัก 3": 15.2 psi/100 ft

- ท่อย่อย 2": 13.4 psi/100 ft

- ระยะท่อรวมโดยประมาณ: 100 ft

- การสูญเสียรวมในท่อ: ≈ 28.6 psi

...

d) แรงดันที่ต้องการที่ปั๊ม:

- แรงดันที่หัว: 20 psi

- การสูญเสียในท่อ: 28.6 psi

- การสูญเสียที่ Fittings (15%): 4.3 psi

- Safety factor: 10 psi

- รวม: 62.9 psi (ปัดเป็น 65 psi)

...

6. ระยะเวลาการทำงานและปริมาณน้ำสำรอง:

ตาม NFPA 15 (2023) Section 7.5:

...

a) ระยะเวลาขั้นต่ำ:

- High hazard occupancies: 60 นาที

...

b) ปริมาณน้ำสำรองขั้นต่ำ:

- 269 gpm × 60 mins = 16,140 gallons

- หรือ 1,020 L/min × 60 = 61,200 ลิตร

...

7. การคำนวณขนาดท่อ:

ตาม NFPA 13 (2023):

...

a) ความเร็วน้ำสูงสุดที่ยอมรับได้:

- Maximum velocity: 32 ft/sec (9.8 m/sec) ตาม Section 29.5.3

...

b) คำนวณขนาดท่อหลัก (Supply Main):

- Flow: 269 gpm

- สูตร: V = 0.4085 × Q/d²

ตรวจสอบท่อ 3" Schedule 40:

- ID = 3.068 inches

- V = 0.4085 × 269/(3.068)² = 11.7 ft/s

- แรงดันสูญเสีย = 15.2 psi/100 ft (Hazen-Williams, C=120)

...

c) คำนวณขนาดท่อย่อย (Branch Lines):

- Flow per branch: 90 gpm

ตรวจสอบท่อ 2" Schedule 40:

- ID = 2.067 inches

- V = 0.4085 × 90/(2.067)² = 8.6 ft/s

- แรงดันสูญเสีย = 13.4 psi/100 ft

...

8. ระบบควบคุม:

ตาม NFPA 15 (2023) Chapter 8:

...

a) Deluge Valve:

- ขนาดตามท่อหลัก: 3 inches

- Listed for fire protection service

- Pressure rating: ไม่น้อยกว่า 175 psi ตาม NFPA 15

...

b) ระบบตรวจจับ (ตาม NFPA 72):

- Heat detectors:

* Rate-of-Rise: 15°F/min

* Fixed Temperature: 135°F

- ระยะห่างตาม NFPA 72 Table 17.6.3.5.1:

* พื้นที่ครอบคลุมต่อตัว: 900 ft²

* ระยะห่างสูงสุด: 30 ft

- จำนวน detectors ขั้นต่ำ:

* พื้นที่ 538 ft² ÷ 900 ft² = 0.6

* ใช้อย่างน้อย 2 ตัวเพื่อ cross-zoning

...

c) Control Panel Requirements:

- Listed for releasing service

- Battery backup: 24 ชั่วโมง

- Supervisory circuits:

* Valve supervision

* Water flow switches

* Pressure switches

* Power monitoring

...

9. ระบบระบายน้ำและ Containment:

ตาม NFPA 30 (2023) Chapter 9:

...

a) ปริมาตร Containment ขั้นต่ำ:

- ปริมาตรของเหลวไวไฟ: 4,000 ลิตร (1,057 gallons)

- ปริมาณน้ำดับเพลิง (15 นาที):

* 1,020 L/min × 15 = 15,300 ลิตร

- รวมปริมาตรขั้นต่ำ: 19,300 ลิตร

- Safety Factor 10%: 21,230 ลิตร

...

b) ระบบระบายน้ำ:

ตาม NFPA 30 Section 9.13:

- อัตราการระบาย: 1,020 L/min

- ขนาดท่อระบายคำนวณจากสูตร Manning:

* Q = (1.49/n)AR^(2/3)S^(1/2)

* n = 0.013 (ท่อเหล็กหล่อ)

* S = 0.01 (ความลาดเอียง 1%)

* ขนาดท่อที่ต้องการ = 6 นิ้ว

...

10. การคำนวณปั๊มน้ำดับเพลิง:

ตาม NFPA 20 (2023):

...

a) อัตราการไหลที่ต้องการ:

- Design Flow: 269 gpm

- 150% ตาม NFPA 20: 404 gpm

- Rated Flow: 500 gpm (ขนาดมาตรฐานที่ใกล้เคียง)

...

b) แรงดันที่ต้องการ:

- Design Pressure: 65 psi (จากข้อ 5)

- 150% flow pressure: 95 psi

- Net Pressure Rating: 100 psi (ขนาดมาตรฐาน)

...

c) การคำนวณกำลังเครื่องยนต์ที่จะใช้ขับ Fire Pump ตัวนี้:

1. ข้อมูลพื้นฐานของปั๊มยังคงเดิม:

- Rated Flow: 500 GPM

- Rated Head: 100 PSI (231 feet)

- Speed: 2900 RPM

...

2. การคำนวณ Brake Horsepower ที่ Rated Flow:

BHP = (500 × 231 × 1.0)/(3960 × 0.75) = 38.9 HP

...

3. การคำนวณที่ 150% Rated Flow:

- Flow = 750 GPM

- Head = 196 feet (85% ของ rated head)

BHP at 150% = (750 × 196 × 1.0)/(3960 × 0.70) = 52.5 HP

...

4. Service Factors:

a) Altitude Derating:

- ที่ระดับน้ำทะเล (0 เมตร) = 0%

...

b) Temperature Derating:

- ที่ 100°F = +3%

...

c) Aging Factor:

- เพิ่ม 5%

...

d) Safety Factor:

- เพิ่ม 10%

...

5. การคำนวณขนาดเครื่องยนต์สุดท้าย:

- Base HP = 52.5

- Temperature Derating: 52.5 × 1.03 = 54.1

- Aging Factor: 54.1 × 1.05 = 56.8

- Safety Factor: 56.8 × 1.10 = 62.5 HP

...

6. ขนาดเครื่องยนต์มาตรฐานที่เลือก:

- เลือกขนาด 65 HP (ขนาดมาตรฐานที่ใกล้เคียงที่สุด)

...

7. ผู้ผลิตและรุ่นที่แนะนำ:

a) Clarke:

- JU4H-UF40 (65 HP)

- UL Listed/FM Approved

- Tier 3 Emission Compliant

...

b) Cummins:

- CFP5E-F40 (65 HP)

- UL Listed/FM Approved

- Tier 3 Emission Compliant

...

c) John Deere:

- JU4H-UF40 (65 HP)

- UL Listed/FM Approved

- Tier 3 Emission Compliant

...

8. ข้อกำหนดการติดตั้งตาม NFPA 20:

- ต้องมี Heat Exchanger Cooling

- Dual Starting Battery Systems

- Fuel Tank 1 gallon per HP

- Weekly Exercise Timer

- All Monitoring Devices

- Automatic Transfer Switch

...

9. Performance Requirements:

- สตาร์ทได้ภายใน 10 วินาที

- ทำงานที่ full load ได้ต่อเนื่อง 8 ชั่วโมง

- รองรับการทำงานที่ 150% load ได้

- ผ่านการทดสอบ full load 1.5 ชั่วโมง

...

10. ระบบควบคุม:

- Fire Pump Controller Listed

- Auto/Manual Operation

- Emergency Manual Starting

- Weekly Test Cycle

- All Monitoring Functions

...

d) ระบบเสริม:

- Jockey Pump: 5 gpm @ 105 psi

- Controller: Listed for fire pump

- Test Header: 500 gpm capacity

- Relief Valve: Set at 115 psi

e) ข้อกำหนดการติดตั้ง:

- ห้องปั๊มต้องมี Fire Rating 2 ชั่วโมง

- ระบบไฟฟ้าสำรอง

- การระบายอากาศห้องปั๊ม

- ระบบระบายน้ำในห้องปั๊ม

...

การทดสอบระบบ:

1. Hydrostatic Test:

- 200 psi เป็นเวลา 2 ชั่วโมง

- ยอมให้แรงดันลดไม่เกิน 5%

...

2. Acceptance Test:

- Full flow test ที่ 100% และ 150% rated flow

- Pump performance curve verification

- Controller function test

- Power transfer test

...

สรุปได้ว่า: หากเรากำลังจะออกแบบระบบดับเพลิงในสถานที่จัดเก็บของเหลวไวไฟก็ควรจะคำนึงถึงเรื่องต่างๆที่ได้กล่าวมานี้ และจากข้อมูลการออกแบบเราจะพบว่า Fire Pump ที่ติดตั้งหรือมีอยู่แล้วในโรงงานส่วนมากจะมีขนาดกำลังสูบน้ำ Flow Capacity และ TDH มากกว่าที่เราออกแบบได้อยู่แล้ว เนื่องจากอาจมีพื้นที่การจัดเก็บประเภทอื่นๆ เช่น High Pile Storage หรือ Rack Stoage ซึ่งต้องการปริมาณน้ำและแรงดันมากกว่าในพื้นที่ที่จัดเก็บของเหลวไวไฟนี้อยู่แล้ว

...

Note : รายการคำนวณนี้เป็นการประเมินเบื้องต้นโดยใช้สมมุติฐานที่กำหนดขึ้นมาอย่างง่าย โดยสภาพการทำงานจริงอาจจะมีปัจจัยแวดล้อมที่อาจทำให้ตัวเลขและรายการคำนวณเปลี่ยนแปลงไปจากนี้ได้หลากหลายตัวแปร ดังนั้นในการทำงานจริงอาจจำเป็นต้องมีข้อมูลพื้นฐานที่มากเพียงพอกว่านี้

...

>>>

สมเกียรติ์ ประทุมมินทร์

กลุ่มบริษัท เมืองไฟฟ้าวิศวกรรม

…

#เมืองไฟฟ้าวิศวกรรม

#ช่างรู้ใจใกล้โรงงาน

#15สาขาหน้านิคม

#AmerifloFirePump

#Eifel UL Listed Fire Pump

#TD Power UL Listed Engine

#RFP UL/FM Fire Pump