Article Ensure Fire Pump Meet Standards

ระบบปั๊มน้ำดับเพลิงต้องออกแบบและติดตั้งให้ได้มาตรฐาน 5 ด้าน คือ

1. ด้านการออกแบบ ติดตั้ง และการบำรุงรักษา
2. ด้านสมรรถนะของปั๊ม
3. ความเพียงพอของน้ำในการดับเพลิง
4. ด้านระบบการควบคุม การตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการเกิดเพลิงไหม้
5. ความปลอดภัยของระบบ ความสามารถใช้การได้ ไม่ถูกกีดกันหรือขัดขวางขณะการเกิดเพลิงไหม้ ต้องทำให้สามารถใช้การได้อย่างต่อเนื่องตลอดเวลาที่มีเพลิงไหม้

น้ำใช้ในการดับเพลิงเป็นที่แพร่หลาย เพราะระบบน้ำติดตั้งง่าย ใช้งานง่าย ปลอดภัย และราคาถูก ระบบดับเพลิงด้วยน้ำ เช่นระบบสปริงเคอร์ (Fire sprinkler) และระบบหัวฉีดน้ำ (Fire hose, Nozzle, Monitor,..etc.) เป็นต้น

นอกจากการออกแบบระบบให้แน่ใจในการนี้ทำงานได้แล้ว จะต้องมีความมั่นใจว่าน้ำที่จะใช้ในการดับเพลิงจะมีปริมาณเพียงพอ และการใหลต่อเนื่องไม่ถูกรบกวน แหล่งของน้ำ (Water supply source) ที่ใช้ไม่ถูกรบกวนจากเปลวเพลิง เข้าถึงได้ตลอดเวลา

ระบบไฟฟ้าที่ใช้ในการหมุนมอเตอร์ขับปั๊ม และใช้ในระบบควบคุมการทำงานของระบบ ต้องนำมาจากแหล่ง(Supply source) ที่ไม่ถูกรบกวนเมื่อเกิดเพลิงไหม้ ต้องให้แน่ใจว่ามีไฟฟ้าจ่ายให้ระบบดับเพลิงใช้ตลอดเวลาที่มีเพลิงไหม้

เพื่อให้เกิดระบบที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้จริงๆ ผู้ออกแบบและติดตั้งระบบจะต้องมีความเข้าใจความต้องการ (Fire safety requirements) และมาตรฐานการออกแบบ (Design code and standard) ต่างๆที่เกี่ยวข้องทั้งหมด

เนื่องจากปั๊มน้ำดับเพลิงเป็นปั๊มที่สำคัญมาก (Critical) ในการป้องกันความหายนะต่อบุคคลและทรัพย์สิน จึงต้องลงทุนซื้อปั๊มที่ดี และเชื่อถือได้ ต้องออกแบบและติดตั้งระบบปั๊มและอุปกรณ์ควบคุมให้มีความมั่นใจว่าจะสามารถใช้งานได้ตลอดเวลาที่ต้องการ เพราะอุบัติเหตุเพลิงไหม้จะเกิดเมื่อไหร่ เวลาใหนก็ได้ ระบบปั๊มน้ำจึงต้องมีความพร้อมและมีความเชื่อถือได้สูง มิฉะนั้นแล้ว อาจจะเกิดเพลิงใหม้ ลุกลามใหญ่โต จนเกิดความเสียหายต่อบุคคลและทรัพย์สินมาก อย่างยากจะคาดเดามูลค่าของการสูญเสีย

โดยทั่วๆไปการออกแบบ ผลิต และติดตั้งจะทำตามกฎระเบียบและมาตรฐานด้านความปลอดภัย คือมาตรฐานของ NFPA 20 (National Fire Protection Association. ของประเทศสหรัฐอเมริกา) ซึ่งทั่วโลกให้การยอมรับและอ้างอิงถึง

เพื่อให้แน่ใจว่าปั๊มที่ผลิตจากโรงงานใด้ออกแบบและผลิต ได้ตามมาตรฐานของ NFPA 20 จริงๆ จึงต้องมีการตรวจสอบและทดสอบโดยองค์กร หรือสถาบันตรวจสอบที่เป็นอิสระ (Independent third party) ทำการตวจสอบ ทดสอบ และให้การรับรอง (Certified) ว่าผู้ผลิตปั๊มดับเพลิงนั้นๆ รุ่นนั้นๆ ได้ทำการออกแบบ ผลิต และทดสอบสมรรรถนะ (Performance) ได้ตามมาตรฐานความต้องการขั้นต่ำของ NFPA 20 จริงๆ และทำได้ตามข้อกำหนดเพิ่มเติมของ UL และ FM.

สถาบัน หรือองค์กรที่ตรวจสอบ และทดสอบอิสระที่ทำการรับรอง (Certified body) การออกแบบ ผลิต และติดตั้งปั๊มดับเพลิง ว่าเป็นไปตามมาตรฐาน NFPA 20 เป็นองค์กรที่มีผู้ยอมรับกันอย่างแพร่หลายทั่วโลก คือบริษัท UL (Underwriters Laboratories) Listing และบริษัท FM (Factory Mutual) บริษัททั้งสองจะทำการตรวจสอบ ทดสอบ ให้การรับรอง (Approved) และให้ประกาศนียบัตร (Certificate) ประจำตัวปั๊มของบริษัทผู้ผลิตนั้นๆ

การตรวจสอบจะเน้นที่มาตรฐานด้านความปลอดภัย (Safety) และสมรรถนะ (Performance) ของปั๊มเอง ว่าตรงกับข้อกำหนดขั้นต่ำของ NFPA 20 ในเรื่องมาตรฐานการออกแบบและติดตั้งปั๊มดับเพลิงแบบตั้งอยู่กับที่ (Standard for installation of stationary fire pump)

รูปแสดงปั๊ม NFPA 20 จะมีขนาดปริมาณการใหลตามตารางข้างบนนี้

การติดตั้งตัวปั๊มแล้วยังมีส่วนประกอบอีกหลายอย่าง รวมทั้งระบบท่อ เพื่อให้ระบบใช้การได้ตรงตามต้องการและมีความเชื่อถือได้ ต้องใช้ผู้มีความรู้และมีทักษะจริงๆมาดำเนินการ

สมรรถนะที่ต้องการ (Performance requirements)

ปั๊มน้ำดับเพลิงจะต้องออกแบบให้สมรรถภาพใช้งานเป็นที่เชื่อถือได้ตลอดเวลา (Reliable performance) ปั๊มจะให้ปริมาณการใหลที่กว้าง (Board range of capacity) ที่ความดันสุทธิ (Net pressure) ที่ค่อนข้างคงที่
นั่นคือปั๊มดับเพลิงจะออกแบบเป็นพิเศษ ให้มี Flat pressure curve คือจะให้ความดันน้ำในระบบ หรือที่หัวฉีดเกือบคงที่ แม้ว่าเปิดใช้น้ำมากๆหลายๆจุด (Flow มาก)

รูปแสดงลักษณะสัมพันธ์ของความดันกับปริมาณการใหลแบบต่างๆ

NFPA 20 อนุญาตให้ปั๊มระบุขนาด (Rating) ที่ค่าความดันสูงสุดและต่ำสุด (Pressure range) ที่ปริมาณการใหลที่ระบุว่าทำได้ (Particular capacity) คือระบุค่าความดันสุทธิที่ปั๊มสามารถทำได้เมื่อใช้งานที่ 100% ของปริมาณการใหลที่ระบุ (Rating)

NFPA 20 ได้กำหนดคุณสมบัติทางไฮดรอบลิกที่ต้องการ เช่น Shut off pressure หรือ Churn pressure ต้องอยู่ระหว่าง 101-140% ของความดันที่ระบุ (Rating) และ FM ไดักำหนดความดันต้องไม่น้อยกว่า 99% ของความดันที่ปั๊มทำได้สูงสุด (Maximum pressure)

รูปแสดงลักษณะของความดันและปริมาณการใหลตามความต้องการของ NFPA 20

NFPA ได้กำหนดคุณสมบัติทางไฮดรอลิก เพราะเพื่อให้ความมั่นใจได้ว่าปั๊มจะสามารถรักษาความดัน (Maintain pressure) ไว้ได้เมื่อไม่มีการใหล (Flow) ของน้ำเพื่อใช้งานมากๆ

ค่าสมรรถนะทางไฮดรอลิกต้องมากกว่า 150% ที่ปริมาณการใหลที่ระบุ (Rating) ที่ความดัน 65% ของความดันที่ระบุ (Rating) เพื่อให้มั่นใจว่าปั๊มจะสามารถรับปริมาณการใหลส่วนเกิน (Overload capacity) อันเนื่องจากการเกิดปริมาณ Surge flow หรือความดันเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากเกิดสถานการณ์ฉุกเฉิน (Emergency) มีการเปิดปิดวาล์วกระทันหัน

สมรรถนะทางไฮดรอลิการจะต้องทำให้เกิดขึ้น ด้วยการทำให้เกิดความดันขาเข้าปั๊มสูงเพียบพอ คือความดันยกขาเข้า (Suction lift) ต้องไม่น้อยกว่า 4.6 เมตร

รูปแสดงสมรรถนะของปั๊มที่ใช้งานที่ความดันขาเข้าเพียงพอ (Adequate suction pressure) และเดินเครื่องที่ความดันยกขาเข้า (Suction lift) 4.5 เมตร

ความต้องการในการออกแบบด้านเครื่องกล (Mechanical design requirements)

การออกแบบที่ UL และ FM ให้การรับรองต้องเป็นไปตามแนวทางการออกแบบของ NFPA 20 และข้อบังคับจำเพาะใน UL 448 - Centrifugal stationary pumps for fire protection services และข้อกำหนดของตามมาตรฐานความดันไฮดรอลิกของ FM.

ข้อกำหนดของโบลท์ยึดตัวปั๊มและระบบท่อ จะต้องมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางอย่างต่ำ 9.5 มม.และต้องรับแรงเค้น (Stress) ไม่เกินหนึ่งในสี่ของค่าแรงเค้น Elastic stress limit ของค่าการยืดตัวของวัสดุที่ใช้ทำโบลท์

การออกแบบชาฟท์ (เพลา) ของปั๊ม จะต้องเลือกวัสดุอย่างระมัดระวัง ให้ทนทานแรงเฉือน และแรงบิดที่เกิดจากการช๊อค แรงกระแทกอย่างรุนแรงจากตัวขับเอง และเนื่องจากแรงไฮดรอลึก

UL และ FM ให้คำแนะนำว่าค่าแรงเฉือน (Maximum shear stress) และแรงบิดเฉือนสูงสุด (Maximum torsion shear stress) ที่เกิดต่อชาฟท์ต้อง ไม่เกิน 30% ของความเค้นแรงดึง (Tensile yield strength) และ ไม่เกิน 18% ของแรงเค้นสูงสุด (Ultimate tensile strength) ของวัสดุทำชาฟท์ ถ้ามีการใช้ร่องลิ่ม (Keys) จะต้องลดลง 25% ของค่าความเค้นที่ยินยอม

ค่าการคดงอของชาฟท์ขณะใช้งาน (Dynamic shaft deflection) เทียบกับผิวหน้าของชุดซีล (Stuffing box face) จะต้องไม่มีการคดงอมากกว่า 0.002 นิ้ว (0.05 มม.) ใบพัดและอุปกรณ์ที่หมุนได้ต้องผ่านการถ่วงน้ำหนักให้เกิดการสมดุลย์ (บาลานซ์) ให้ได้ตามระดับ G6.3 ตามมาตรฐาน ISO 1940

ขนาดความกว้างของใบพัดตรงช่องออก จะต้องกำหนด เป็นดังนี้

• ใหญ่กว่า 7.9 มม สำหรับขนาด 25-100 GPM
• ใหญ่กว่า 9.5 มม สำหรับขนาด 100-500 GPM
• ใหญ่กว่า 12.7 มม สำหรับขนาด 500-750 GPM
• ใหญ่กว่า 15.9 มม สำหรับขนาดใหญ่กว่า 750 GPM

การป้องกันการเคลื่อนที่ในแนวแกน (Axial movement) ใบพัดจะต้องยึดติดด้วยลิ่ม (Keys), ปลอก (Sleeve) และนัทล๊อก (Sleeve nut) ค่าระยะห่างในแนวเส้นผ่าศูนย์กลาง (Radial clearance) ระหว่างใบพัดกับปลอก (Impeller and wear ring) ต้องรักษาใว้ไม่ให้เกิน 0.191 มม.

การเลือกบอล (Ball) และโรลเลอร์ (Roller) แบริ่ง (Bearing) มาใช้กับปั๊มดับเพลิง ต้องใช้ค่าอายุ L-10 ไม่น้อยกว่า 5,000 ชั่วโมง ที่ภาระการทำงานที่ Shut off head, ใบพัดที่เส้นผ่าศูนย์กลางมากสุด ความเร็วรอบสูงสุด และการใช้พลังงานสูงสุด

ต้องเลือกแบริงให้ถูกชนิด รับน้ำหนัก ภาระ (Load) และความเร็วรอบ (Rating speed) เพื่อให้รับ L-10 ได้ การออกแบบต้องให้มี Float ตอนประกอบ (Assembly) ตาม UL หรือ FM กำหนด

แบริงต้องให้มีจารบีหล่อลื่นอยู่เสมอ

NFPA 20 ได้จำกัดการแลือกปั๊มใว้ 2 ชนิดของปั๊มหอยโข่ง (Volute type centrifugal pump)

• Overhung impeller pump
• Impeller between bearing pump

 
ทั้งสองแบบจะเป็นแบบ End suction หรือ Vertical in line หรือ Split casing และอาจจะออกแบบเป็นใบพัดเดียว (Single stage) หรือหลายใบพัด (Multiple stage) ก็ได้

ส่วนที่สัมผัสกับน้ำของปั๊มจะต้องใช้วัสดุที่กันสนิม (Rust prevention) หรือกันการกัดกร่อน (Corrosion resistant) จากสารละลายในน้ำ

การออกแบบปั๊ม จะต้องง่ายต่อการใช้งานและการซ่อมบำรุง (Easy operate and maintenance) ต้องใช้งานได้ง่าย ถอดประกอบได้ง่าย ทำได้รวดเร็ว ไม่ยุ่งยาก การซ่อมต้องไม่กระทบต่อระบบท่อ

การออกแบบตัวปั๊มต้องให้แข็งแรง ทนทานต่อแรงช๊อก หรือแรงกระแทบของน้ำหรือแรงกระแทกไฮดรอลิก เนื่องจากการปิดของวาล์วอย่างกระทันหัน

ข้อต่อ (Flange) ของระบบท่อทั้งหมดต้องเป็นไปตามมาตรฐาน ANSI/ ASME B 16.1

ปั๊มจะต้องออกแบบให้มีช่องเอาน้ำออก (Drain) จากตัวปั๊ม ไม่ยินยอมให้น้ำขังอยู่ระหว่างตรวจสอบและซ่อมบำรุง

การออกแบบชุดซีล (Stuffing box) แบบแพคคิ้ง (Packing) ต้องให้ชุดซีลมีความลึกอย่างน้อย 5 เท่าของความกว้างของแพคคิ้ง รวมกับความหนาของแหวนระบายน้ำ (Lantern ring) ชุดซีล (Gland packing) ต้องให้แรงอัดที่แพคคิ้งอย่างสม่ำเสมอและเพียงพอ

ชุดซีลที่ติดตั้งด้านขาเข้าของปั๊ม จะต้องเป็นซีลด้วยน้ำที่ความดันสูงสุด 30 PSI (207 kPa).

FM อนุญาติให้ใช้ซีลแบบอื่นๆได้ แม้จะมีข้อจำกัดการใช้บ้าง.

การตรวจสอบ ทดสอบ และบำรุงรักษา

เนื่องจากปั๊มน้ำดับเพลิงเป็นปั๊มที่สำคัญมาก (Critical equipment) ในการรักษาความปลอดภัยของบุคคลและทรัพย์สิน เป็นอุปกรณ์ที่ต้องทำให้ใช้งานได้อยู่เสมอ NFPA จึงต้องมีการกำหนดให้มีการทดสอบของระบบทุกสัปดาห์ ทุกเดือน และทุกปี หากผิดพลาดจะได้แก้ไข