ข้อมูลอ้างอิงท่อ

ขนาดท่อและ Schedule ถูกกำหนดอย่างไร?

การกำหนดขนาดท่อเป็นไปตามมาตรฐาน ASME B36.10M (เหล็กกล้าคาร์บอน/เหล็กกล้าผสม) และ B36.19M (เหล็กกล้าไร้สนิม) ขนาดท่อระบุ (Nominal Pipe Size, NPS) เป็นเพียงตัวกำหนดที่ไม่มีหน่วย — ไม่ได้ตรงกับขนาดทางกายภาพใด ๆ โดยตรง สำหรับ NPS ≥ 14 ค่า NPS จะเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกจริงในหน่วยนิ้ว สำหรับขนาดเล็กกว่านั้นเป็นเพียงรหัสที่สืบทอดมาในอดีต

หมายเลข Schedule กำหนดความหนาผนัง ไม่ใช่พิกัดความดัน Schedule ที่พบบ่อย: Sch 5 (ผนังบาง), Sch 10, Sch 40 (มาตรฐาน), Sch 80 (หนาพิเศษ), Sch 160 และ XXS (หนาพิเศษสองเท่า) หมายเลข Schedule เดียวกันบนท่อขนาดต่างกันให้ความหนาผนังต่างกัน พิกัดความดันขึ้นอยู่กับความหนาผนัง ความแข็งแรงวัสดุ อุณหภูมิ และโค้ดที่ใช้บังคับ (ASME B31.1 หรือ B31.3)

เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกคงที่สำหรับ NPS หนึ่ง ๆ ไม่ว่า Schedule ใด — มีเพียงความหนาผนัง (และเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน) เท่านั้นที่เปลี่ยน สิ่งนี้รับประกันว่าข้อต่อ หน้าแปลน และมาตรฐานเกลียวเข้ากันได้ทุก Schedule ตัวอย่างเช่น NPS 4 มี OD = 114.3 mm (4.500") เสมอ โดย ID แปรผันจาก 108.2 mm (Sch 5) ถึง 92.0 mm (Sch 160)

Formula: ID = OD − 2 × ความหนาผนัง พื้นที่หน้าตัดโลหะ = π/4 × (OD² − ID²) พื้นที่การไหลภายใน = π/4 × ID² น้ำหนัก/เมตร = (OD − t) × t × 0.02466 [kg/m สำหรับเหล็กกล้า]

ตัวอย่างการคำนวณ

ท่อ NPS 4 Sch 40: OD = 114.3 mm, ผนัง = 6.02 mm ID = 114.3 − 2 × 6.02 = 102.26 mm พื้นที่โลหะ = π/4 × (114.3² − 102.26²) = 2047.8 mm² พื้นที่ภายใน = π/4 × 102.26² = 8213 mm² น้ำหนัก = (114.3 − 6.02) × 6.02 × 0.02466 = 16.07 kg/m

เมื่อใดควรใช้เครื่องคำนวณนี้

• ออกแบบระบบท่อและต้องการความหนาผนังกับเส้นผ่านศูนย์กลางภายในสำหรับการคำนวณการไหลและพิกัดความดัน
• ประมาณน้ำหนักของท่อสำหรับการออกแบบโครงสร้างรองรับหรือคำนวณค่าขนส่ง
• เลือก Schedule ท่อที่ถูกต้องสำหรับความดันและอุณหภูมิออกแบบที่กำหนดตาม ASME B31.3
• ตรวจสอบขนาดท่อเทียบกับข้อกำหนดการจัดซื้อหรือใบรับรองวัสดุ

ข้อผิดพลาดที่ควรหลีกเลี่ยง

• สมมติว่า NPS เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกจริง — สำหรับขนาดต่ำกว่า NPS 14 ค่า NPS เป็นรหัสสืบทอดที่ไม่ตรงกับขนาดทางกายภาพใด ๆ
• สับสนระหว่าง Schedule ของท่อกับพิกัดความดัน — Schedule 40 ไม่ได้หมายถึงพิกัดความดันเดียวกันสำหรับทุกขนาด พิกัดความดันขึ้นอยู่กับขนาด วัสดุ และอุณหภูมิ
• ลืมพิกัดความเผื่อการผลิตของความหนาผนัง — ท่อไร้ตะเข็บมีพิกัดความเผื่อความหนาผนัง -12.5% ตาม ASTM ซึ่งต้องหักออกในการคำนวณความดัน
• ปะปน Schedule ของ ASME B36.10M (เหล็กกล้าคาร์บอน) กับ B36.19M (เหล็กกล้าไร้สนิม) — หมายเลข Schedule เดียวกันอาจหมายถึงความหนาผนังที่ต่างกันระหว่างสองมาตรฐานนี้

วิธีตีความผลลัพธ์

• เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกคงที่สำหรับ NPS หนึ่ง ๆ — มีเพียงความหนาผนังและเส้นผ่านศูนย์กลางภายในที่เปลี่ยนตาม schedule นี่คือเหตุที่หน้าแปลนและฟิตติงสวมได้กับทุก schedule ของขนาดเดียวกัน
• ความหนาผนังที่แสดงเป็นค่าระบุ — สำหรับการออกแบบรับความดัน ให้หักพิกัดต่ำกว่าเกณฑ์ของโรงงาน 12.5% (ท่อไร้ตะเข็บ) และค่าเผื่อการกัดกร่อนก่อนใช้สูตรตามโค้ด
• ใช้พื้นที่ภายในสำหรับการคำนวณการไหล (ความเร็ว = อัตราการไหล ÷ พื้นที่) — ความเร็วท่อของเหลวทั่วไปคือ 1-3 m/s ผลที่ออกนอกช่วงนี้มากบ่งชี้ว่าเลือกขนาดท่อผิด
• น้ำหนักต่อเมตรเป็นของท่อเปล่า — บวกน้ำหนักของไหล (พื้นที่ภายใน × ความหนาแน่นของไหล) เมื่อออกแบบซัพพอร์ตและแฮงเกอร์สำหรับสภาวะใช้งาน
• Schedule ไม่ใช่พิกัดความดัน — ท่อ schedule เดียวกันแต่คนละขนาดรับความดันได้ต่างกัน ให้ตรวจสอบกับการคำนวณตาม ASME B31.1/B31.3 เสมอ

มาตรฐานและเอกสารอ้างอิง

• ASME B36.10M — ท่อเหล็กกล้าขึ้นรูปแบบเชื่อมและไร้ตะเข็บ
• ASME B36.19M — Stainless steel pipe
• ASME B31.3 — ระบบท่อกระบวนการ (การออกแบบรับความดันและความเค้นที่ยอมให้)
• ASME B31.1 — Power piping
• ASTM A106 — ข้อกำหนดมาตรฐานสำหรับท่อเหล็กกล้าคาร์บอนไร้ตะเข็บสำหรับงานอุณหภูมิสูง

คำถามที่พบบ่อย

การกำหนดขนาดของท่อ (pipe) กับทิวบ์ (tube) ต่างกันอย่างไร?

ท่อ (pipe) กำหนดขนาดด้วย NPS (ขนาดรูระบุ) โดยมี OD มาตรฐานตาม ASME B36.10M — ค่า OD ไม่ตรงกับ NPS สำหรับขนาดต่ำกว่า 14" ส่วนทิวบ์ (tube) กำหนดขนาดด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกจริงและความหนาผนัง (เช่น OD 25.4 mm × ผนัง 1.65 mm) ท่อใช้ระบบ schedule ส่วนทิวบ์ใช้เลขเกจหรือความหนาผนังจริง มาตรฐานท่อเน้นการกักเก็บความดัน ส่วนมาตรฐานทิวบ์เน้นความเที่ยงตรงของมิติ

จะหาความดันสูงสุดที่ยอมให้สำหรับท่อได้อย่างไร?

ใช้สูตร Barlow: P = 2St/OD โดย S คือความเค้นที่ยอมให้ (จากตาราง A-1 ของ ASME B31.3 ที่อุณหภูมิออกแบบ) t คือความหนาผนังหักค่าเผื่อการกัดกร่อนและพิกัดความเผื่อการผลิต (12.5% สำหรับท่อไร้ตะเข็บ) และ OD คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ตัวอย่างเช่น ท่อเหล็กกล้าคาร์บอน NPS 4 Sch 40 ที่ 200°C: P = 2 × 115 × (6.02 × 0.875) / 114.3 ≈ 10.6 MPa