Ring Main Hydrant Design

စင်ကာပူကုဒ် SS 575 မှာ Fire Hydrant Design လုပ်ရင် ဖြစ်နိုင်ပါက (မဖြစ်မနေလုပ်ရမည်လိုတော့ဆိုမထားပါ) Ring Circuit Design လုပ်ပေးရမည်လိုဆိုထားပါတယ် SS 575 ရဲ့ စာမျက်နှာ 15 2.1.1.3 မှာ တွေ့ရပါမယ်။ Ring Main Design လုပ်ရင် Designer အများစုမှာ Hydraulic Calculation လုပ်ဖိုရာမှာ အခက်အခဲလေးတွေရှိတတ်ကြပါတယ်။

ပထမဆုံးအခက်အခဲက Fire Hydrant Pillar ရဲ့ K Factor ကိုဘယ်လောက်ယူတွက်ကြမလဲဆိုတာဖြစ်ပါတယ်၊ အများစုကတော့ FHC မှာပဲဖြစ်ဖြစ် လက်တွက်တွက်ကြရာမှာပဲဖြစ်ဖြစ် 27 l/sec @2 bar, 38 l/sec @2 bar, 57 l/sec @2 bar အစရှိသည်ဖြင့်ကုဒ်မှသတ်မှတ်ချက်အတိုင်းယူပြီး K Factor ကိုအရှင်ထား တွက်ချက်ကြပါတယ်၊ ဒီနေရာ Hydrant Pillar ရဲ့ Diameter ကပုံသေဖြစ်လို K Factor က ကိန်းသေဖြစ်ရမှာပါ။

NFPA 24/291 တိုမှာ Fire Hydrant Test လုပ်ရာမှာသုံးဖို pitot pressure ကိုဖမ်းပြီး flow rate ကိုဖတ်ဖိုအတွက် အောက်ပါ Formula ကိုသုံးတာတွေ့ကြသတိထားမိကြမှာပါ။

Q = 29.84 * c * d² * P^0.5

ဒါအပြင် Q = K * P^0.5 ကို Sprinkler Head တွေ Nozzle တွေရဲ့ Flow Rate ကိုတွက်ဖိုသုံးတာလည်းရှိပါတယ်။

တကယ်တော့ အထက်ပါ formula တွေက Hydraulic မှာ အခြေခံ Continuity Equation ဖြစ်တဲ့ Q = AV ကနေခွဲထွက်လာတဲ့ unit conversion formula တွေမျှသာဖြစ်ကြပါတယ်။

Q = AV ကနေ pipe ရဲ့ cross sectional area, A = (PI * d²)/4 ကို ft ကနေ in conversion လုပ်တော့ A = (PI * d²)/576 ဆိုပြီးရပါတယ်။ psi / head (ft) conversion unit က 2.3066P ဖြစ်ပါတယ်။ V = (2 * g * h)^0.5 ဖြစ်လို g = 32.2 ကိုအစားသွင်း ft3/sec ကနေ gpm conversion အတွက် sec to min conversion အတွက် 60 နဲ့မြှောက် အလားတူ ft3 to gallon (US) conversion 7.48 နဲ့မြှောက်တွက်လိုက်ရင် Q = 29.84 * d2 * P^0.5 ရယ်လိုရလာပါတယ်။ ဒါကိုမှ Outlet discharge coefficient (c) တန်ဖိုး (0.7 for outlet square and projecting into barrel, 0.8 for outlet square and sharp, 0.9 for outlet smooth and rounded, Ref: NFPA 291 Fig. 4.7.1 သို NFPA 24 Fig. C.4.7.1 ပုံ (1) ပါတွဲတင်ပေးထား) ထည့်လိုက်ရင် Q = 29.84 * c * d² * P^0.5 ဆိုတဲ့ formula ရလာပါတယ်။ SI အတွက် formula ဆိုရင်တော့ Q = 0.6407 * c * d² * P^0.5 ရယ်လိုရပါတယ် (NFPA 291 က Table 4.10.1(b) မှာတော့ Q = 0.666 * c * d² * P^0.5 ဆိုပြီးယူတွက်ထားတာတွေ့ရပါတယ်)။ ဒီနေရာမှာ 29.84 * c * d² သို 0.6407 * c * d² တန်ဖိုးသည် Fire Hydrant ရဲ့ K တန်ဖိုးလိုယူရမှာဖြစ်ပြီး Q = K * P^0.5 ဆိုတဲ့ formula ဖြစ်လာပါတယ်၊ K တန်ဖိုးသည် Hydrant ရဲ့ outlet အနေအထားအရ discharge coefficient အရ အနဲငယ်ကွဲလွဲသွားနိုင်ပါတယ် (ဥပမာ Metric Calculation အတွက် “c” တန်ဖိုး “0.7” နဲ့ယူတွက်ရင် K တန်ဖိုးသည် 1895 ဖြစ်ပြီး “c” တန်ဖိုး “0.8” နဲ့ယူတွက်ရင် K တန်ဖိုး 2165 ရမှာဖြစ်ပါတယ်၊ “c” တန်ဖိုး “0.9” နဲ့ယူတွက်ရင် K တန်ဖိုး 2435 ရပါတယ်။ စာရေးသူရဲ့လက်တွေ့အတွေ့အကြုံ စမ်းခဲ့သမျှဖူးသော Hydrant Testing တွေအရတော့ K တန်ဖိုးက 1900 နဲ့ 2100 ဝန်းကျင်လောက်တွေ့ရပြီး 1900 နဲ့ယူတွက်တာက လုံလောက်မှုရှိတယ်လိုယူဆပါတယ်။

မှတ်ချက်။ Imperial Unit calculation တွေမှာ P တန်ဖိုးကို psi, hydrant outlet diameter ကို inches (2.5 in) တိုကိုထည့်တွက်ရပါမယ်၊ Metric Unit calculation တွေအတွက်တော့ P တန်ဖိုးကို bar, hydrant outlet diameter ကို milimeter (65mm) တိုကိုထည့်တွက်ရပါမယ်။

ပုံ (1)

စာရေးသူအနေနဲ့ကတော့ Hydrant Design လုပ်ရင် Hydraulic Calculation မှာ Hydrant Pillar ရဲ့ K Factor ကို discharge coefficient ကို 0.7 အဆိုးဆုံးအနေအထားနဲ့ယူပြီးပဲ (1900) နဲ့ပဲတွက်လေ့ရှိပါတယ်။ K Factor 1900 ဆိုပြီးယူတွက်ရာမှာ 57 l/sec (3420 l/min) ကိုရဖို Pressure 3.24 bar လိုအပ်ပါတယ်၊ FHC သမားကတော့ 3420 l/min နဲ့ 3.24 bar လို Data ဖြစ်ပေးရမှာဖြစ်သလို လက်တွက်သမားကလည်း 3.24 bar Pressure ရှိမှ 3420 l/min ကိုရမှာဖြစ်လို 3.24 bar နဲ့ယူတွက်ရပါမယ်။ FHC report ပုံ (5) မှာပြပေးထားပါတယ်။ Fire Code ထဲက 57 l/sec နဲ့ Running Pressure 2 bar ဆိုထားသလို 2 bar နဲ့ယူတွက်ရင် မှားလိုအထူးသတိပြုရပါမယ်။ စင်ကာပူက Fire Specialist Contactor တွေလည်း ဒီနေရာမှာအထူးသဖြင့်မှားယူတွက်ကြတာကိုတွေ့ရပါတယ်။

Fire Hydrant Ring Main Design လုပ်ရင် နောက်တချက်အရေးကြီးတာက Most Remote Pillar ကိုရှာတွက်တတ်ဖိုဖြစ်ပါတယ်။ Most Remote (Unfavorable Point) ကိုရရင် FHC သို Hardy Cross Method အစရှိသည်တိုနဲ့တွက်ချက်နိုင်သလို Hazen Williams နဲ့လည်း Clockwise Flow Counter Clockwise Flow နှစ်ခုကို Equivalent Length Ratio ကနေရှာပြီးလည်း တွက်လိုရပါတယ်။ ပုံ (2) ကိုကြည့်ရင် Pump ကနေ စထွက်ပြီး Clockwise Direction အရကြည့်လိုက်ရင် FH 3-6 (275m) length နဲ့ Counter Clockwise Direction အရကြည့်ရင် FH 4-6 (225m) ရယ်လိုတွေ့ရမှာဖြစ်ပြီး Source နဲ့ ပိုဝေးတဲ့ FH 3-6 က Hydraulically Most Remote (Unfavorable) ဖြစ်တယ်ပါတယ်။

ပုံ (2)

ဒီတော့ Source ကနေ Counter Clockwise Direction အတိုင်း Pipe Length, Fitting တွေရဲ့ Equivalent Lengths တွေပေါင်းပြီး Q2 flow rate ကိုယူ Hazen Williams နဲ့တွက်ရင် ဒီ Ring Main Design အတွက်လိုအပ်တဲ့ Pump ရဲ့ Capacity ကိုတွက်ချက်နိုင်ပါမယ်။ Clockwise Direction အတိုင်း Total Equivalent Length ရှာရင် pipe အရှည် 275m + (4 nos. elbows X 4.3 = 17.2m) + ( 3 nos. Isolation valves X 1.13 = 3.39m) = 295.59m ရယ်လိုရပါမယ်၊ Counter Clockwise Direction အတိုင်း Total Equivalent Length ရှာရင် pipe အရှည် 325m + (2 nos. elbows X 4.3 = 8.6m) + ( 4 nos. Isolation valves X 1.13 = 4.52m) = 338.12m ရယ်လို (ပုံ (3) ကိုကြည့်ပါ) ရပါမယ်။ P = K * L * Q^1.85 (Ring တစ်ခုလုံးက Pipe Diameter အတူတူ အမျိုးအစားအတူတူမိုလို C တန်ဖိုး pipe diameter တန်ဖိုးတွေကို K အောက်မှာထည့်တွက် Hazen Williams ရဲ့အသွင်ပြောင်း Formula) နဲ့တွက်ရင် Q1 နဲ့ Q2 ရဲ့တန်ဖိုးကိုတွက်လိုရပါတယ်။ P1 = K * L1 * Q1^1.85 = P2 = K * L2 * Q2^1.85 ဒီလိုတွက်ရင် Q1/Q2 = (L2/L1)^0.54 ရယ်လိုရပါမယ်၊ ဒီကနေ Q1 + Q2 = ကိုယ်လိုချင်တဲ့ Design Flow ဥပမာ 57 l/sec (3420 l/min) ကနေ Q1 = 1648 l/min Q2 = 1772 l/min အနေအထားမှာ Hydraulically Balance ဖြစ်နိုင်တယ်လို (ဆုံမှတ် Pressure တူနိုင်တယ်၊ အဲ့ဒီတူတဲ့ Pressure ကို ပေးထားတဲ့ FHC report မှာလည်းတွေ့ရပါမယ် ပုံ (6) မှာ 4.133 bar မှာတူနေတာတွေ့ရပါမယ်၊ ဒီလိုမျိုး FHC နဲ့ Hazen Williams ယှဥ်တွက်ကြည့်ရာမှာ Q1 နဲ့ Q2 Flow Rate တွေ အတိအကျတော့မတူနိုင်ပါဘူး၊ အတိအကျလိုချင်ရင် FHC သုံးပါ Hazen Williams သုံးတွက်ရင် Safety Factor တွေပေါင်းထည့်ပေးပါ။)

စာရေးသူကတော့ FHC နဲ့ပဲတွက်တွက် Hazen Williams နဲ့ပဲတွက်တွက် Safety Factor 10% နဲ့ Pump Deterioration Factor 50kPa (SS 575 မှာတော့ Pump Deterioration Factor ပေါင်းထည့်ပေးရမယ်မဆိုထားပေးမယ့် Sprinkler Code CP 52 မှာတော့ထည့်ပေါင်းပေးထားရမယ်ပြောပါတယ်) ကိုထည့်ပေါင်းပေးပြီးမှ Pump Capacity ဘယ်လောက်ဖြစ်သင့်တယ်ဆုံးဖြတ်ပါတယ်။ တကယ်လိုသာ Pipe Route တွေ Fittings အရေအတွက်တွေပြောင်းခဲ့ရင် Pump Capacity ကိုပြန်တွက်ကြည့်ပြီးမှသာ ဆုံးဖြတ်ရပါမယ်။ ဒါ ကြောင့်မိုလို M&E Consultant တွေအနေနဲ့ Contractor ဘက်က Pump Proposal တင်ရင် တကယ်တပ်ဆင်မည့် Pipe Route အရ Pipe Length တွေ Fittings တွေအတိုင်း Hydraulic Calculation ပြန်တောင်းပြီးစစ်ကြရပါတယ်။ Pump တစ်စုံလုံးဝယ်ပြီးမှဆင်ပြီးမှ လိုအပ်တဲ့ Flow Rate နဲ့ Pressure မရရင် ရှင်းရခက်ပါတယ်။

ပုံ (3)