สำหรับวิศวกรผู้ออกแบบ (Design Engineer) โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ (Oil and Gas) หรือโรงงานกระบวนการผลิต (Process Piping) การกำหนดความหนาผนังท่อ (Wall Thickness) ที่เหมาะสมเป็นหัวใจสำคัญในการรับรองความปลอดภัยของระบบ การเลือกความหนาที่น้อยเกินไปอาจทำให้เกิดการแตกร้าวภายใต้แรงดันสูง ส่วนการเลือกความหนาที่มากเกินไปก็ส่งผลให้ต้นทุนโครงการสูงขึ้น 

มาตรฐานที่ใช้กำกับดูแลการคำนวณความหนาท่อตรง (Straight Pipe) ภายใต้แรงดันภายใน (Internal Pressure) คือ ASME B31 Code for Pressure Piping โดยเฉพาะ ASME B31.3 (Process Piping) ซึ่งเป็น Code ที่ใช้กันทั่วไปในโรงกลั่น (Refinery) 

เหตุผลที่ต้องใช้ ASME B31.3 ในการคำนวณท่อ ASTM A53 

เมื่อความต้องการของระบบขึ้นอยู่กับความสามารถในการต้านทานแรงดันภายในภายใต้สภาวะที่กำหนด ผู้ออกแบบจะต้องคำนวณหาค่าความหนาผนังท่อที่แน่นอนตามที่กำหนดใน ASME B31 Code for Pressure Piping 

ท่อเหล็กกล้าคาร์บอน (Carbon Steel Pipe) เช่น ASTM A53 Grade B เป็นวัสดุที่ระบุไว้ใน ASME B31.3 ซึ่งมักถูกเลือกใช้ในงานที่เน้นความแข็งแรงและความสามารถในการรับแรงดัน 

สูตรพื้นฐานในการคำนวณความหนาท่อ (General Thickness Calculation) ถูกพัฒนามาจากสมดุลระหว่างแรงดันและแรงเค้นในท่อ 

S=P×r/t 

(โดย S คือ Radial Stress, P คือ Internal Pressure, r คือ Radius, และ t คือ wall thickness)  

 เจาะลึกสูตรคำนวณความหนาขั้นต่ำ t=PD/2(SEW+PY) 

ตามมาตรฐาน ANSI B31.3 (หรือ ASME B31.3) ความหนาผนังท่อตรงขั้นต่ำ (minimum wall thickness) ภายใต้แรงดันและอุณหภูมิที่กำหนด ต้องไม่น้อยกว่าค่าที่กำหนดโดยสมการต่อไปนี้: 

t=2(SEW+PY)PD 

โดยตัวแปรแต่ละตัวมีความหมายสำคัญดังนี้: 

การเพิ่มค่าเผื่อความปลอดภัย: Corrosion Allowance (c) และ Mill Tolerance 

ความหนาผนังท่อที่คำนวณได้จากสูตรข้างต้น (t) คือความหนาที่ท่อต้องมีเพื่อต้านทานแรงดันเท่านั้น แต่ในทางปฏิบัติ วิศวกรต้องเพิ่มค่าเผื่อความปลอดภัยที่สำคัญอีก 2 ส่วน เพื่อให้ได้ความหนาขั้นต่ำที่จำเป็นต้องใช้ (Minimum Required Wall Thickness, tm​) และความหนาที่มีประสิทธิภาพ (Effective Thickness, tef​): 

1. ค่าเผื่อการกัดกร่อน (Corrosion Allowance, c) 

ความหนาขั้นต่ำที่ต้องการ (tm​) ต้องรวมค่าเผื่อการกัดกร่อน (c) t_m = t + c โดย c คือ ค่าเผื่อการกัดกร่อน (Corrosion Allowance) ซึ่งมักถูกกำหนดโดยลูกค้า (Client) หรือขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม เช่น ความใกล้เคียงกับชายฝั่ง (Proximity of the coast) สำหรับงานในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนสูง (เช่น Marine Environment) การกำหนดค่า c ที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญมาก. 

2. ค่าเผื่อความคลาดเคลื่อนจากการผลิต (Mill Tolerance) 

ท่อเหล็กทั่วไปมีค่าความคลาดเคลื่อนของความหนาที่ยอมให้ (Permissible Variations in Wall Thickness) โดยความหนาผนังขั้นต่ำที่จุดใดๆ จะต้องไม่ต่ำกว่าความหนาที่ระบุ (Nominal Wall Thickness) เกินกว่า 12.5%. 

ดังนั้น ความหนาที่ต้องการ (tm​) ควรถูกปรับเพิ่มขึ้นเพื่อรองรับค่าความคลาดเคลื่อน 12.5% นี้ โดยเรียกความหนาที่ปรับแล้วว่า Effective Thickness (tef​): t_{ef} = t_m \times \frac{1}{(1 - 0.125)} = t_m \times \frac{8}{7} หมายเหตุ: ค่าความคลาดเคลื่อน −12.5% นี้เป็นไปตามข้อกำหนดของท่อไร้ตะเข็บ (Seamless Pipe) 

หลังจากคำนวณ tef​ แล้ว วิศวกรจะเลือก Schedule Number (เช่น SCH 40 หรือ SCH 80) จากตารางขนาดท่อ (เช่น ASME B36.10M Table 1) ที่มีค่าความหนาผนัง (Nominal Wall Thickness) มากกว่าหรือเท่ากับ tef​. 

 การเลือก Schedule Number สำหรับท่อ ASTM A53 (SCH 40 vs SCH 80) 

Schedule Number เป็นระบบกำหนดความหนาผนังท่อที่สะดวกในการสั่งซื้อ โดย Schedule Number ที่เพิ่มขึ้นหมายถึงความหนาผนังที่เพิ่มขึ้นด้วย: 

• SCH 40 : เป็นความหนาที่ใช้กันทั่วไปในงานก่อสร้าง (Construction Work) โดยมีความหนาที่สมดุลระหว่างต้นทุน ความแข็งแรง และความง่ายในการติดตั้ง ท่อ ASTM A53 SCH 40 นิยมใช้ในงานระบบดับเพลิง (Fire Protection) และงานลำเลียงของเหลว/ก๊าซภายใต้แรงดันปานกลาง. 

• SCH 80 : มีความหนาผนังที่มากกว่า SCH 40 สำหรับ NPS เดียวกัน ทำให้มีประสิทธิภาพในการรับแรงดันที่สูงกว่า และทนทานต่อความเครียดทางกล (Mechanical Strains) ได้ดีกว่า.  

ข้อสำคัญสำหรับวิศวกร: Schedule Number นี้มีค่าประมาณเท่ากับ 1000 คูณด้วยอัตราส่วน P/S (แรงดันภายใน/ความเค้นที่ยอมให้) การคำนวณที่แม่นยำตามสูตร ASME B31.3 คือสิ่งจำเป็นในการกำหนด Schedule ที่ปลอดภัยที่สุดสำหรับท่อเหล็ก ASTM A53 ในโครงการของคุณ