การคำนวณและเลือกขนาดถังแรงดันปั๊มรักษาแรงดัน (Jockey Pump Pressure Tank) ตามมาตรฐาน NFPA 20
ภาพที่ 1: โครงสร้างถังแรงดันไดอะแฟรม (Hydro-Pneumatic Diaphragm Tank), ปั๊มรักษาแรงดันแนวตั้ง (Vertical Jockey Pump), สวิตช์แรงดัน และเส้นท่อตรวจจับแรงดัน (Sensing Line) ตามมาตรฐาน NFPA 20 (คลิกที่ภาพเพื่อขยาย)
ในห้องปั๊มน้ำดับเพลิง (Fire Pump Room) ของโรงงานอุตสาหกรรมและอาคารสูง ปัญหาน่าปวดหัวที่วิศวกรผู้ดูแลอาคารพบได้บ่อยที่สุด คือ "ปั๊มรักษาแรงดัน (Jockey Pump) สตาร์ตและตัดการทำงานอยู่ตลอดเวลา" (Rapid Cycling หรือ Pump Hunting) สตาร์ตติด-ดับวันละหลายสิบถึงหลายร้อยครั้ง
ผลกระทบจากภาวะ Pump Hunting ไม่เพียงสร้างเสียงรำคาญรบกวน แต่ยังทำให้ คอนแทกเตอร์แมกเนติกสวิตช์ในตู้ควบคุมไหม้ ขดลวดมอเตอร์ร้อนจัดจนไหม้ชำรุด และทำให้ปั๊มดับเพลิงหลัก (Main Fire Pump) สตาร์ตทำงานขึ้นมาโดยไม่จำเป็น ทางออกทางวิศวกรรมที่ถูกต้องตามมาตรฐาน NFPA 20 คือการติดตั้ง "ถังแรงดันไดอะแฟรม" (Hydro-Pneumatic Diaphragm Pressure Tank) พร้อมคำนวณขนาดถังและการตั้งค่าแรงดันสวิตช์อย่างถูกวิธี
ข้อกำหนดมาตรฐาน NFPA 20: ปั๊มรักษาแรงดัน (Jockey Pump) ต้องได้รับการออกแบบให้มีระยะเวลาทำงานต่อรอบ (Minimum Run Time) หรือมีถังแรงดันที่มีขนาดความจุเพียงพอ เพื่อป้องกันมอเตอร์สตาร์ตถี่เกินพิกัดการทำงานของมอเตอร์ตามมาตรฐาน NEMA
1. ทำไมระบบท่อดับเพลิงจึงเกิดอาการ Pump Hunting?
ตามธรรมชาติของระบบท่อส่งน้ำดับเพลิงขนาดใหญ่ น้ำเป็นของเหลวที่ไม่สามารถอัดตัวได้ (Incompressible Fluid) เมื่อเกิดการรั่วซึมเล็กน้อยตามข้อต่อ วาล์ว หรือซีลปั๊มเพียงไม่กี่หยด แรงดันน้ำในท่อจะดร็อปลดลงอย่างกะทันหันทันที สวิตช์แรงดัน (Pressure Switch) จะสั่งให้ Jockey Pump สตาร์ทเพื่อเติมแรงดัน แต่เนื่องจากไม่มีตัวกักเก็บพลังงาน พอลมดันน้ำขึ้นไปแตะจุด Cut-out ในเวลาเพียง 2-3 วินาที ปั๊มก็ตัดการทำงาน แล้วก็ดร็อปลงมาสตาร์ตใหม่วนลูปไม่สิ้นสุด
2. บทบาทของถังแรงดันไดอะแฟรม (Hydro-Pneumatic Tank)
ถังแรงดันไดอะแฟรมทำหน้าที่เป็น "หม้อสะสมพลังงานแรงดันและชะลอระยะเวลาตัด-ต่อ" (Pressure Buffer & Reservoir):
- ภายในถังแบ่งเป็น 2 ฝั่ง: ฝั่งด้านบนเป็นก๊าซอัดความดัน (Air หรือ Dry Nitrogen Pre-charge) ฝั่งด้านล่างเป็นน้ำดับเพลิง คั่นกลางด้วยแผ่นยางไดอะแฟรม (Butyl Rubber Diaphragm)
- ขณะน้ำรั่วซึม: แรงดันก๊าซในถังจะช่วยยืดแผ่นยางดันน้ำสำรองในถังออกไปจ่ายในท่อแทน ป้องกันไม่ให้แรงดันในท่อดร็อปลงทันที ทำให้ Jockey Pump ไม่ต้องสตาร์ตบ่อย
- ขณะ Jockey Pump ทำงาน: ปั๊มจะสูบน้ำอัดกลับเข้าไปสะสมในถังไดอะแฟรมจนเต็มความจุ ก่อนจะตัดการทำงาน ทำให้ปั๊มได้ทำงานต่อเนื่องอย่างน้อย 1-2 นาทีต่อรอบ ยืดอายุการใช้งานตู้คอนโทรลได้หลายเท่าตัว
3. การตั้งค่าสวิตช์แรงดัน (Pressure Switch Settings) ตามมาตรฐาน NFPA 20
การตั้งค่าจุดสตาร์ต (Cut-in) และจุดหยุด (Cut-out) สำหรับ Jockey Pump และ Main Fire Pump ต้องเรียงลำดับซอยระดับแรงดันอย่างแม่นยำ:
| อุปกรณ์ปั๊ม | จุดควบคุมแรงดัน (Pressure Point) | หลักเกณฑ์การตั้งค่าแรงดันตามมาตรฐาน NFPA 20 | ตัวอย่างการตั้งค่า (ระบบแรงดัน 100 psi) |
|---|---|---|---|
| Jockey Pump | Cut-out (Stop Pressure) | ตั้งเท่ากับ แรงดันปั๊มดับเพลิงหลักขณะปิดวาล์ว (Main Fire Pump Churn Pressure) + Static Head | 110 psi (7.6 bar) |
| Jockey Pump | Cut-in (Start Pressure) | ตั้งไว้ต่ำกว่า Jockey Cut-out ประมาณ 10 psi (0.7 bar) | 100 psi (6.9 bar) |
| Main Fire Pump | Start Pressure | ตั้งไว้ต่ำกว่า Jockey Cut-in อีกประมาณ 5 - 10 psi เพื่อให้ Jockey ทำงานก่อน | 90 psi (6.2 bar) |
| Standby/Diesel Pump | Start Pressure | ตั้งไว้ต่ำกว่า Main Electric Pump อีก 10 psi กรณีปั๊มไฟฟ้าหลักไม่ทำงาน | 80 psi (5.5 bar) |
4. สมการคำนวณทางวิศวกรรม: การเลือกขนาดถังแรงดัน Jockey Pump
4.1 สมการคำนวณปริมาตรถังแรงดันไดอะแฟรมขั้นต่ำ (Minimum Tank Volume Formula)
การคำนวณขนาดความจุถังแรงดันไดอะแฟรม ($V_{tank}$) อ้างอิงตามกฎของบอยล์ (Boyle's Law) และอัตราการไหลของปั๊ม Jockey ($Q_{jockey}$):
โดยที่:
\( V_{tank} \) = ปริมาตรความจุรวมของถังแรงดัน (Gallons หรือ ลิตร)
\( Q_{jockey} \) = อัตราการไหลพิกัดของปั๊ม Jockey (GPM, เช่น 10-15 GPM)
\( t_{run} \) = ระยะเวลาที่ต้องการให้ปั๊มทำงานต่อเนื่องต่อรอบ (Minutes, เช่น 1 - 2 นาที)
\( P_{start} \) = แรงดัน Cut-in สั่งสตาร์ตปั๊ม Jockey (psig)
\( P_{stop} \) = แรงดัน Cut-out สั่งหยุดปั๊ม Jockey (psig)
14.7 = แรงดันบรรยากาศ (Atmospheric Pressure - psi)
4.2 สมการคำนวณแรงดันอัดอากาศล่วงหน้า (Pre-charge Pressure Formula)
แรงดันลมหรือไนโตรเจนที่ต้องอัดค้างไว้ในถังไดอะแฟรมขณะไม่มีน้ำ (Pre-charge Pressure) คำนวณได้จาก:
ข้อระวังวิศวกรรม: หากไม่ได้เติมลม Pre-charge หรือปล่อยให้ลมในถังรั่วออกจนหมด ถังแรงดันจะกลายเป็นถังที่มีแต่น้ำเต็มถัง (Waterlogged Tank) ซึ่งไร้ความยืดหยุ่น ส่งผลให้ปั๊ม Jockey กลับมาเกิดอาการ Pump Hunting ตัด-ต่อถี่เหมือนเดิมทันที
5. สรุป Checklist การตรวจเช็กและบำรุงรักษาถังแรงดัน Jockey Pump
- ตรวจสอบเกจวัดแรงดันลม Pre-charge ประจำปี โดยปิดวาล์วน้ำเข้าถังและเปิดระบายน้ำออกจากถังให้หมดก่อนวัดค่าลม
- เติมลมหรือก๊าซไนโตรเจนแห้งปรับค่า Pre-charge ให้ได้เท่ากับ $P_{start} - 5\ \text{psi}$
- ตรวจสอบเส้นท่อตรวจจับแรงดัน (Sensing Line) ต้องเป็นท่อทองเหลือง/สแตนเลสขนาด 1/2 นิ้ว พร้อมติดตั้ง Check Valve รูลดแรงดัน (Check Valve with 3/32" Orifice) 2 ตัวขนานกันตามมาตรฐาน NFPA 20
- สังเกตจำนวนครั้งการทำงานของ Jockey Pump บนตู้คุม (Counter) ไม่ควรเกิน 6 ครั้งต่อชั่วโมง
💬 สอบถามวิศวกร New Type Engineering
ปรึกษาการออกแบบ คำนวณมาตรฐาน และส่งทีมวิศวกรสำรวจหน้างานฟรี!
บริการออกแบบและตรวจวัดมาตรฐานวิศวกรรมครบวงจร
บริษัท นิวไทป์ เอ็นจิเนียริ่ง จำกัด ทุนจดทะเบียน 5 ล้านบาท ได้มาตรฐาน ISO 9001:2015 ยินดีให้คำปรึกษา สำรวจหน้างาน และประเมินราคาฟรีไม่มีค่าใช้จ่าย
