ความหนาผนังถังความดัน (ASME VIII Div.1 Shell & Head)

โค้ดถัง (Section VIII) ≠ โค้ดท่อ (B31.3)

คนมักสับสนระหว่าง vessel code (ASME BPVC Section VIII Division 1) กับ piping code (ASME B31.3) — ทั้งคู่หาความหนาจาก hoop stress ของผนังบาง แต่ใช้ คนละสมการ คนละตาราง allowable และคนละเรขาคณิต:

• ผนังทรงกระบอก — Section VIII UG-27 ใช้ $t=PR/(SE-0.6P)$ (พจน์แก้ −0.6·P); B31.3 ใช้ $t=PD/[2(SEW+PY)]$ (ตัวประกอบ Y) — รูปคนละแบบ
• หัวถัง — Section VIII UG-32 มีสมการเฉพาะ สำหรับหัว 2:1 ellipsoidal / torispherical / hemispherical ซึ่งโค้ดท่อไม่มี (ท่อไม่มีหัว)
• Allowable stress S — Section VIII อ่านจาก ASME Section II-D (margin 3.5:1 บน tensile หลังปี 1999) ส่วน B31.3 อ่านจาก Table A-1 ของมันเอง — ค่าต่างกัน ใช้ แทนกันไม่ได้

UG-27 — ความหนาผนังจาก hoop stress

สำหรับผนังบางที่รับความดันภายใน ASME VIII-1 UG-27 กำหนด:

พจน์ $-0.6P$ (ทรงกระบอก) และ $-0.2P$ (ทรงกลม) เป็นการแก้จาก thin-wall membrane ให้ใกล้ทฤษฎี thick-wall มากขึ้นเล็กน้อย ใช้ได้เมื่อ $t\le 0.5R$ (ทรงกระบอก) หรือ $P\le 0.385SE$; เกินกว่านั้นต้องใช้ thick- wall ตาม Appendix 1-2

$t$

ความหนาขั้นต่ำ (ก่อนเผื่อกัดกร่อน), m

$P$

ความดันออกแบบภายใน (gauge, UG-21), Pa

$R$

รัศมีภายใน (= D/2), m

$S$

basic allowable stress ที่อุณหภูมิออกแบบ, Pa (Section II-D)

$E$

joint efficiency (UW-12), 0 < E ≤ 1

UG-32 — หัวถัง และตัวประกอบ M ของ torispherical

หัวถังขึ้นรูปแต่ละชนิดมีสมการเฉพาะตาม ASME VIII-1 UG-32:

หัว torispherical (Flanged & Dished) มี รัศมี crown $L$ และรัศมี knuckle $r$; ตัวประกอบ $M$ (Appendix 1-4(d)) เพิ่มความหนาเพื่อชดเชย stress รวมที่ knuckle สำหรับ F&D มาตรฐาน $L=D,r=0.06D$ ได้ $L/r\approx 16.67$ → $M\approx 1.771$ หัวครึ่งทรงกลม (hemispherical) บางที่สุดเพราะรับ stress สองแกนเท่ากัน

Joint efficiency E (UW-12)

ASME VIII-1 ลดความแข็งแรงของรอยเชื่อมด้วย joint efficiency E ตาม Table UW-12 ขึ้นกับ ชนิดรอยต่อและระดับการตรวจสอบด้วยรังสี (radiography):

$E=1.0$

Type 1 butt joint + full radiography (RT-1)

$E=0.85$

Type 1 butt joint + spot radiography

$E=0.70$

Type 1 butt joint, ไม่ตรวจรังสี

$E=0.60$

single-welded / Type 2, ไม่ตรวจรังสี

E ยิ่งต่ำ ความหนาที่ต้องการยิ่งมาก — การลงทุน full RT จึง แลกกับผนังที่บางลงและน้ำหนักถังที่น้อยลง

MAWP และเผื่อกัดกร่อน (CA)

MAWP (Maximum Allowable Working Pressure) คือความดันสูงสุดที่ผนัง จริงรับได้ — แก้สมการ UG-27/UG-32 ย้อนกลับหา $P$ ที่ผนังหลังหักกัดกร่อน $t_a=t_{nom}-CA$ (ASME VIII-1 UG-25 — เผื่อกัดกร่อนถูกใช้หมดเมื่อสิ้นอายุ ผนังที่รับความดันคือ ผนังที่กัดกร่อนแล้ว):

สังเกตว่า ความดันออกแบบ ต่างจาก MAWP — ส่วนต่างคือ pressure headroom ที่ผนัง ที่เลือกมีเหลือ ความหนาขั้นต่ำที่คำนวณได้ต้องบวก CA ก่อนเป็น ผนังที่จัดหาจริง: $t_{provide}=t+CA$

ขอบเขต ข้อจำกัด และ thin-wall

เครื่องมือคำนวณนี้ครอบคลุม ผนัง/หัวถังบางที่รับความดันภายใน ตาม ASME VIII-1 UG-27 / UG-32 เท่านั้น:

• ใช้ได้เฉพาะ thin-wall — ทรงกระบอก $t\le 0.5R$ / $P\le 0.385SE$; ทรงกลม $t\le 0.356R$; เกินกว่านั้นต้องใช้ Appendix 1-2/1-3/1-4 (thick-wall) เครื่องจะเตือน
• ความดัน ภายใน เท่านั้น — ไม่รวม external pressure / vacuum (UG-28, ใช้ chart Section II-D)
• ไม่รวมแรงอื่น — wind/seismic, แรงจากท่อ, การเสริมรอบรู (UG-37 nozzle reinforcement), หรือ flange design
• torispherical คิดเฉพาะแบบ F&D มาตรฐาน (L=D, r=0.06D); แบบ 80:10 และ Appendix 1-4(c) อยู่นอกขอบเขต v1
• ตาราง S(T) เป็นค่าเชิงวิศวกรรมเพื่อการเรียน (อ้างอิง Section II-D) ไม่ใช่ สำเนาตารางลิขสิทธิ์ ต้องตรวจสอบกับ Section II-D ฉบับจริงก่อนใช้งานออกแบบ

อ้างอิง (References)

• ASME BPVC Section VIII Division 1 (2021) — UG-27(c)(1) (cyl shell), UG-27(d) (sphere), UG-32(d)/(e)/(f) (formed heads), Appendix 1-4 (head shape factor M), UG-21 (design pressure gauge), UG-25 (corrosion), UW-12 (joint efficiency)
• ASME BPVC Section II Part D — basic allowable stress S(T) (ตารางในเครื่องนี้เป็นค่าเชิงวิศวกรรมอ้างอิง II-D ไม่ใช่ สำเนาลิขสิทธิ์)
• Moss, D. R. — Pressure Vessel Design Manual (UG-27/UG-32 worked examples; ใช้ตรวจสอบเครื่องมือคำนวณ)
• Megyesy, E. F. — Pressure Vessel Handbook (ตัวอย่างคำนวณคู่ขนาน)