ความหนาผนังท่อขั้นต่ำและ MAWP (ASME B31.3)

สมการความหนาท่อ B31.3 (Eq. 3a)

สำหรับท่อตรงที่รับความดันภายในและเป็นผนังบาง ($t<D/6$) ASME B31.3 §304.1.2 กำหนดความหนาตามความดัน (pressure design thickness) เป็น:

สมการนี้มาจากความเค้นแนวเส้นรอบวงของผนังบาง (${\sigma }_h=PD/2t$) ปรับด้วยตัวประกอบ E, W และค่า Y ที่แก้สำหรับผนังที่หนาขึ้น — ถ้า D กับ t ใช้หน่วยยาวเดียวกัน และ P กับ S ใช้หน่วยความดันเดียวกัน ผลจะออกในหน่วยยาวนั้น (โมดูลนี้ใช้ mm + MPa ภายใน)

$t$

ความหนาตามความดัน, mm

$P$

ความดันออกแบบภายใน (เกจ), MPa

$D$

เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก, mm

$S$

ความเค้นที่ยอมให้ที่อุณหภูมิออกแบบ, MPa (Table A-1)

ความหมายของ S, E, W, Y

$S$

ความเค้นที่ยอมให้ (Table A-1) — ลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เช่น A106-B: 138 MPa ที่ ≤ 150 °C → 124 ที่ 260 °C → ~110 ที่ 400 °C

$E$

ตัวประกอบคุณภาพ / ประสิทธิภาพรอยเชื่อม (Table A-1B) — ไร้ตะเข็บ 1.0, ERW 0.85, furnace-butt-weld 0.60

$W$

ตัวลดกำลังรอยเชื่อม (Table 302.3.5) — 1.0 สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนที่ T ≤ 510 °C

$Y$

สัมประสิทธิ์ (Table 304.1.1) — เฟอร์ริติกและออสเทนนิติก Y = 0.4 ที่ T ≤ 482 °C สำหรับ $t\ge D/6$ คำนวณจากเรขาคณิต $Y=(d+2c)/(D+d+2c)$

ค่าเผื่อการกัดกร่อน + mill tolerance

ความหนาตามความดัน $t$ ยังไม่ใช่ผนังที่สั่งจริง ต้องบวกค่าเผื่อและเผื่อ mill under-tolerance ตาม §304.1.1:

$c$

ผลรวมค่าเผื่อการกัดกร่อน + การกัดเซาะ + เผื่อเชิงกล, mm

$mill$

mill under-tolerance (เศษส่วน) — ท่อไร้ตะเข็บ B36.10M = 0.125 (12.5 %)

MAWP คืออะไร?

MAWP (Maximum Allowable Working Pressure) คือความดันสูงสุดที่ท่อจริงรับได้ ได้จากการแก้ Eq. 3a หา P ที่ผนังต่ำสุดหลังหัก mill tolerance และค่าเผื่อการกัดกร่อน $t_a=t_{nom}(1-m)-c$:

ความดันออกแบบ (เช่น 6.0 MPa) ต่างจาก MAWP (เช่น ~6.54 MPa สำหรับ 8″ Sch 40) — ส่วนต่างคือ headroom ที่ Schedule นั้นเหลือ · หัก mill tolerance แล้ว เพราะท่อที่ส่งมาอาจบางกว่าผนังระบุได้ถึงค่านั้น (ASME B31.3 §304.1.1) — ผ่านเกณฑ์จึงตรงกับ MAWP ≥ P เสมอ

ตัวอย่างคำนวณ (ค่าเริ่มต้นของเครื่องมือ)

A106-B (S = 124 MPa ที่ 260 °C) ไร้ตะเข็บ (E = 1.0) ท่อ 8″ Sch 40 (OD = 219.1 mm), P = 6.0 MPa, c = 1.5 mm, mill 12.5 %, W = 1.0, Y = 0.4:

ผนัง Sch 40 ≈ 8.2 mm ≥ 7.657 mm → ผ่าน ด้วยส่วนเผื่อบวกเล็กน้อย — margin บางพอให้เห็นว่าทำไมต้องตรวจ ไม่ใช่เดา

ขอบเขตและข้อจำกัด

• ใช้ได้เฉพาะ $t<D/6$ (ผนังบาง) — ถ้าหนากว่านั้นต้องใช้สมการผนังหนา (Lamé) ซึ่งเครื่องมือนี้ไม่ครอบคลุม
• ความดันภายในเท่านั้น — ไม่รวมความดันภายนอก / สุญญากาศ
• ท่อตรงเท่านั้น — ไม่รวมท่อโค้ง การต่อแยก (§304.2–304.3), miter, blanks
• ไม่รวมการตรวจข้ามกับ B31.1 และการวิเคราะห์ภาระต่อเนื่อง/ชั่วคราวหรือความยืดหยุ่นของระบบท่อ
• ตาราง S(T) ตรวจสอบแล้วเฉพาะ A106-B — วัสดุอื่นยังไม่ตรวจกับ Table A-1 ฉบับลิขสิทธิ์ จึงต้องกรอกค่า S เอง