ความรู้เรื่องท่อ

เหล็กผสมสำหรับใช้ทำท่อ (Alloy steel for pipes and tubes)

     ท่อที่ใช้งานทนความดันและอุณหภูมิ จะต้องมีคุณสมบัติพิเศษ สำหรับท่อเหล็กจะต้องผสมโลหะอื่นๆ เข้าไปด้วย เช่น โครเมียม (Cr) นิเกิล (Ni) โมลิบดินัม (Mo) และซิลิคอน (Si) พวกโลหะต่างๆ เหล่านี้เป็นส่วนประกอบสำคัญที่ช่วยให้ท่อทนการเสียดสี, ทนการกัดกร่อน และปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง ทนต่อสภาพธรรมชาติ และมีความแข็งแรงแตกต่างกันไป 

หมายเหตุ : THE AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIAL (สมาคมการทดสอบวัสดุความเป็นมาตรฐานของอเมริกา ชื่อย่อว่า ASTM)

ตัวอย่าง

ASTM A 120

          เป็นท่อเหล็กที่ใช้งานกันทั่วไป เช่น ใช้กับน้ำ แก๊ซ และท่อลม ฯลฯ มีทั้งแบบมีตะเข็บ (Seam) และไม่มีตะเข็บ (Seamless) และมีทั้งท่ออาบสังกระสี (Galvanized) และท่อเหล็กดำ ท่อประเภทนี้ไม่เหมาะนำมาใช้ในการขดเป็นวง ดัดโค้งงอ หรือใช้งานที่อุณหภูมิสูง

          ตามมาตฐานไม่ต้องตรวจสอบคุณภาพเชิงกล เพียงแต่ทำการอัดน้ำก็พอ (hydrostatic test) การผลิตสามารถทำได้จากเตาหลอมโลหะชนิด open hearth, electric furnace หรือ acid bessemer ก็นับว่าถูกต้องตามมาตรฐานทั้งสิ้น

ASTM A 53

          มีทั้งแบบที่มีตะเข็บและไม่มีตะเข็บ และสามารถเลือกท่อดำหรือท่อสังกระสีก็ได้ ใช้งานพิเศษต่างๆ มีคุณสมบัติทางเคมีและการดึงตามต้องการ ใช้สำหรับการอัด การดัดโค้ง การขึ้นรูป และรับแรงดึงได้ผ่านการ test ความดันมาเหมือนกับท่อ A-120 ท่อมาตรฐาน A 53 แบบมีตะเข็บและไม่มีตะเข็บราคาเท่ากัน ปกติท่อเหล็กชนิดนี้ได้จากเตา open hearth, electric furnace หรือ acid bessemer ก็ได้

ASTM A 106

          เป็นท่อเหล็กดำไม่มีตะเข็บ สำหรับใช้งานที่อุณหภูมิสูง มีคุณสมบัติทางเคมีและทางกล ใช้ขั้นรูปดัดโค้ง และรับแรงดึงได้ การ test ความดันเหมือนกับท่อ A 120

ASTM A 135

         หมายถึง ท่อที่เชื่อมต่อตะเข็บด้วยไฟฟ้า มีขนาดเล็กสุดจนถึง 30 นิ้ว เป็นท่อสำหรับของเหลว แก๊ส ได้ผ่านการ test เช่นเดียวกับท่อ A 120 เหล็กทำมาจากเตา open hearth หรือ electric furnace

ขนาดท่อ (pipe and tubing size)

        Pipe ที่บอกขนาดเป็น norminal inside diameter มีขนาดตั้งแต่ 1/8 นิ้ว – 12 นิ้ว ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางด้านนอกของ pipe ขนาดต่างๆ ก็เหมือนกับน้ำหนัก pipe เช่น pipe ขนาด 1 นิ้ว จะมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางนอกคงที่ค่าหนึ่ง แต่ความหนาของท่อจะเปลี่ยนไป คือ เปลี่ยนเส้นผ่าศูนย์กลางภายในอย่างเดียว นั่นหมายถึงน้ำหนักของท่อก็เปลี่ยนไปด้วย

       ประมาณปี 1862 Robert Briggs ได้กำหนดขนาดท่อ และเกลียวท่อ ซึ่งเรียกว่า “Briggs standards” ซึ่งกำหนดเป็น Standard, extra strong และ double extra strong และได้ทำการแก้ไขเล็กน้อยในปี 1919 ซึ่งได้นำมาใช้เป็นมาตรฐานในงานอุตสาหกรรม pipe ที่มีขนาดใหญ่กว่า 12 นิ้ว จะรูโดยเส้นผ่าศูนย์กลางนอกลความหนาของ pipe ที่ผนังท่อด้านนอกของ standard และ extra strong pipe จะไม่ไดบอกสัญลักษณ์ให้ไว้ โดยทั่วไป pipe ที่มีความหนาของผนังท่อ 3/8 นิ้ว ก็จะพิจารณาเป็น standard weight และขนาด ½ นิ้ว ก็พิจารณาเป็น extra strong weight

      ส่วนค่าพิกัดความเผื่อในการผลิตท่อ หรือ pipe ความหนาของผนังท่อที่จุดใดๆ จะต้องไม่น้อยกว่า 87.5% ของความหนามาตรฐาน เช่น ท่อ 6 นิ้ว มีความหนามาตรฐาน 0.280 นิ้ว ถ้าท่อมีขนาดความหนาน้อยกว่า 0.245 นิ้ว จะจุดใดจุดหนึ่งก็ตามแสดงว่าท่อนั้นใช้ไม่ได้

      บางครั้งจะเห็นว่า กำหนดมาตรฐานเป็นความหนาน้อยสุดของ pipe เช่น pipe 6 นิ้ว จะมีค่าความหนาไม่น้อยกว่า 0.280 นิ้ว ทุกๆ จุด เช่น ท่อที่ใช้กับ boiler จะกำหนดความหนาน้อยสุดเป็นหลัก โดยทั่วไปโรงงานผลิต pipe จะบอกความหนาของผนังท่อเป็น nominal wall thickness เช่น pipe 6 นิ้ว กำหนดให้มีความหนาผนังท่อ 0.280 นิ้ว ดังนั้น nominal wall thickness เท่ากับ [0.280 นิ้ว / 0.875 นิ้ว] = 0.329 นิ้ว เป็นต้น

      Pipe จะบอกความหนาบางโดยที่ OD (ขนาดโตนอก) คงเดิม แต่ ID (ขนาดโตใน) เปลี่ยนไป ดังนั้น เกลียวท่อก็ยังคงเหมือนกันโดยใช้ OD เป็นหลัก ถึงแม้ ID จะเปลี่ยนไปก็ตาม

      จะเห็นว่าเวลาบอกขนาด pipe 2 ขนาดที่จำเป็น คือ ขนาด nominal size และ schedule ตารางที่ 2 แสดงขนาด ID และความดันสูงสุดที่ pipe จะทนได้ เมื่อใช้กับของเหลว (hydraulic) ขนาดของ pipe ที่จะใช้ในงาน hydraulic แต่ละประเภทนั้นถูกกำหนดด้วยความดันที่จะรับได้และอัตราการไหลของของเหลวที่ต้องการ

น้ำหนักต่อฟุต (Weights per foot)

      สารมารถจำแนกน้ำหนักออกเป็น 2 แบบ คือ น้ำหนักตามทฤษฎี และน้ำหนักตามกรรมวิธีผลิตน้ำหนักตามทฤษฎีคำนวณโดยใช้สูตร ซึ่งใช้ได้กับขนาดท่อทุกขนาด

น้ำหนักต่อฟุต = (OD - ความหนาท่อ) x ความหนาท่อ x  10.68 lbs.

เช่น ท่อขนาดมาตรฐาน 6 นิ้ว มี OD = 6.625 นิ้ว ความหนา = 0.280

น้ำหนักต่อฟุต = (6.625 – 0.280) x 0.280 x 10.68

                  = 18.97 lbs/foot

      แต่เนื่องจากวิธีการทำจริงๆ นั้นมี factor หลายอย่างที่ทำให้น้ำหนักไม่เป็นไปตามทฤษฎี เช่น แม่แบบอาจจะเก่า การตั้งระยะต่างๆ ซึ่ง factor เหล่านี้ทำให้น้ำหนักท่อเปลี่ยนไป ซึ่งถ้าเป็นท่อ standard หรือ extra strong ยอมให้เปลี่ยนแปลงไปจากค่าทางทฤษฎีได้ ± 5% และ double extra strong และท่อขนาดใหญ่ยอมให้เบา หรือหนักกว่าทฤษฎีได้ ± 10% และจะเห็นว่าท่ออาบสังกะสีจะหนักกว่าท่อผิวดำเนื่องจากน้ำหนักของสังกะสีที่เคลือบท่อ อยู่ ความแตกต่างที่เกิดขึ้นนี้เป็นสิ่งสำคัญมากที่เราต้องยอมรับท่อ ขนาด 8 นิ้ว, 10 นิ้ว, และ 12 นิ้ว จะแสดงน้ำหนักแต่ละขนาดแตกต่างกันไป ดังนั้น ในการเลือกใช้เราจำเป็นจะต้องบ่งบอกให้ทราบถึงน้ำหนักที่เราต้องการด้วยเสมอ

ASA Schedule Numbers

     ASA ได้ร่วมมือกับโรงงานทำท่อ เพื่อให้ได้ท่อที่เป็นมาตรฐานเหมาะสมกับงานอุตสาหกรรม เช่น กำหนดท่อเป็น SCH 40, SCH 80 ซึ่งมีความหนาท่อเท่ากับ Standard และ extra strong จะมีความหนามากกว่าท่อ SCH 160 จึงต้องจำไว้ว่าถ้าต้องการความหนา SCH 160 ก็เลือกท่อระหว่าง extra strong กับ double extra strong และท่อที่ขนาดโตกว่า 8 นิ้ว ต้องระวังในการสั่งเพราะมาตรฐานเริ่มแตกต่างกันไป 

 

เกลียวท่อ (pipe thread)

     มีมาตรฐานเกลียวท่ออยู่ 2 แบบในอเมริกา คือ nation standard tapered thread (NPT) และ national taper  pipe thread (NPTF) มาตรฐานเกลียวท่อของที่ใช้งาน hydraulic จะเป็นมาตรฐาน NPTF

      เกลียวแบบ NPT เวลาประกอบจำเป็นต้องมีพวก sealing compound หรือ tape ระหว่างเกลียวตัวผู้และตัวเมีย เพื่อป้องกันการรั่วของของเหลวที่อยู่ภายในออกมาตามเกลียว ส่วนเกลียวแบบ NPTF ไม่ต้องการพวก sealing compound  หรือ TAPE พันด้วยก็ยิ่งดี เป็นการเพิ่มความมั่นใจ แม้ว่าเกลียวแบบ NPT และ NPTF สามารถใช้สับเปลี่ยนกันได้ แต่ก็ควรขันให้เกลียวตัวผู้และเกลียวตัวเมียติดกันแน่นเพื่อผลทางการ sealing  ด้วย seal ที่ใช้กับเกลียวท่อมีทั้งแบบของเหลว หรือแบบแผ่นเทป (taps or paste) นอกจากนี้การ seal เกลียวท่ออาจจะใช้ fitting และ pipe nut ได้อีกด้วย โดยที่ fitting นี้จะ มี nut อิสระตัวหนึ่งภายในจะมี Teflon seal ring ด้วย เมื่อขัน nut นี้เข้ากับเกลียวท่อจนแน่น nut ตัวนี้จะทำหน้าที่ seal ไปในตัวด้วย

ท่ออื่นๆ ที่ไม่ใช่เหล็ก (pipe non-ferrous)

ท่อทองแดง (copper pipe)

     เส้นผ่าศูนย์กลางนอกของท่อทองแดงมีขนาดเหมือนกับท่อเหล็ก แต่ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายในจะไม่เหมือนกับท่อเหล็ก ซึ่งขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางในบริษัทผู้ผลิต จะบอกให้ ทองแดงที่ใช้ทำท่อซึ่งทำจากทองแดงบริสุทธิ์ไม่ค่อยมี ปกติจะเติมโลหะอื่นๆ เข้าไปเพื่อให้คุณสมบัติของท่อทองแดงดีขึ้นตามความต้องการใช้งาน โดยปกติจะเติมสังกระสี (Zn) ดีบุก (TIN)

ท่ออลูมิเนียม (Aluminum pipe)

     ท่ออลูมิเนียมเพิ่งจะมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายเมื่อไม่กี่ปีมานี้ ท่ออลูมิเนียมจะทนการกัดกร่อนในทุกสภาวะอากาศ และการนำความร้อนของท่อเหล็กทุกประการ เวลาใช้ท่ออลูมิเนียมต้องระวังเพราะท่ออลูมิเนียมมีผิวอ่อน ท่ออาจจะมีรอยขูดขีด หรือชำรุดได้ง่ายมาก

ท่อตะกั่ว (Lead pipe)

     ท่อตะกั่วจะมีราคาแพง จะใช้งานเฉพาะอย่างที่เป็นลักษณะพิเศษ ซึ่งท่อทำด้วยโลหะอื่นใช้งานไม่ดี จึงจำเป็นต้องใช้ท่อตะกั่ว

ท่อคอนกรีต (Concrete pipe)

     ท่อคอนกรีตใช้งานกว้างมาก ใช้มากสำหรับท่อระบายทั่วๆ ไป มีความคงทนต่อสภาวะต่างๆ ได้ดีเป็นพิเศษ ใช้ฝังดินได้ และมีความแข็งแรง

ท่อพลาสติก (Plastic pipe)

     ท่อพลาสติกเป็นที่นิยมมากในปัจจุบัน มีคุณสมบัติต่างๆ กว้างขวาง ท่อพลาสติกมีทั้งเป็นท่ออ่อนและท่อแข็ง มาตรฐานท่อบอกตาม Schedule เช่นเดียวกับท่อเหล็ก

Tubing

     Pipe และ Tubing จะมีความแตกต่างกันที่การบอกขนาด แต่วิธีการใช้งานของ pipe และ tubing เหมือนกับ tubing จะบอกขนาดแตกต่างไปจากมาตรฐาน ASA ซึ่งบอกเป็น schedule

การบอกขนาด pipe : ø 1 นิ้ว SCH 40 คือท่อทีมี ID = 1.049 นิ้ว และมีความหนา 0.133 นิ้ว

การบอกขนาด Tubing : ø 1 นิ้ว x 0.25 นิ้ว คือท่อที่มี OD = 1 นิ้ว และ มีความหนาขนาดต่างๆ กัน ตั้งแต่ 0.035 นิ้ว จนถึง ¼ นิ้ว

        ปกติแล้วขนาดของ Tubing จะมีให้เลือกมากกว่า Pipe และราคาแพงกว่าด้วย ในการเลือก pipe หรือ tube มาใช้งานนั้น ถ้าลักษณะงานจำเป็นต้องคำนึงถึงน้ำหนัก และความสามารถในการดัดแล้วควรจะเลือกใช้ tubing ดีกว่า แต่ถ้าลักษณะงานไม่จำเป็นต้องคำนึงถึงสิ่งเหล่านี้ การเลือกใช้ pipe ก็หน้าจะเหมาะสมกว่าด้านราคา