ข้อแตกต่างของ ASME Code section 8 div 1 กับ div 2

Division 1
  1. up to 3,000 psi (20 MPa)

  2. simple stress calculation formula (base on design by rule)

  3. Base on Maximum normal stress theory, no stress analysis required

  4. Allowable stress = Ultimate tensile strength/3.5
       หรือ                   = Yield/1.5
    *** ค่าที่ต่ำกว่า

  5. Test pressure
    กรณี Hydrostatic test = 1.3 x stress ratio
     กรณี Pneumatic test = 1.1 x stress ratio
Division 2
  1. up to 10,000 psi (70 MPa)

  2. higher design stress level (base on design by analyze)

  3. Base on Maximum shear stress theory, provision for stress analysis , fatigue, creep, experimental analysis

  4. Allowable stress = Ultimate tensile strength/2.4
       หรือ                   = Yield/1.5
    *** ค่าที่ต่ำกว่า

  5. Test pressure
    กรณี Hydrostatic test = 1.25 x stress ratio
     กรณี Pneumatic test = 1.15 x stress ratio

    ส่วนเพิ่มเติม
  6. User’s design specification-UDS

  7. UDS shall be certify by a registered professional engineer (RPE)

  8. A registered professional engineer shall certify design report
          ข้อ 1. เป็นเรื่องที่ พวกเราผ่านตากันมาอย่างแน่นอน ASME จัดข้อแตกต่าง ทางด้าน pressure limit เพื่อให้ง่าย ต่อการเลือกใช้งานนั่นเอง สำหรับ ความแตกต่างเรื่องแรก นั่นคือ เรื่องของ pressure limit ในการออกแบบนั้น Division 1 จะมีค่า max ที่ 3,000 psi หรือ ประมาณ  206.84 bar, ส่วน Division 2 จะมีค่า max ที่ 10,000 psi หรือ ประมาณ 689.47 bar(ค่อนข้างเยอะนะ ความคิดเห็นส่วนตัว ระเบิดที ค่อนข้างแรงพอสมควร)

          คำถามข้อ 1. ถ้าเราจะออกแบบ vessel สักลูกหนึ่งครับ เงื่อนไขในการออกแบบ ที่ design pressure 20 bar แน่นอนว่ามันเข้าข่าย Division 1 แน่นอนแล้ว คำถามคือ vessel ลูกนี้ เราสามารถใช้ Division 2 ในการออกแบบได้หรือไม่? จำเป็นหรือไม่ ที่ต้องใช้ Division 1 ออกแบบอย่างเดียวครับ?

          ข้อ 2,3,4 และ 5 จริงๆมันคือ เรื่องเดียวกัน แต่คนละตอน เหมือนดูหนัง series แต่คนละตอน ประมาณนั้น โดย series เรื่องนี้ มีชื่อว่า stress series นั่นเอง พิจารณาจาก stress-strain curve ครับ มาเริ่มกันที่ตรงจุดนี้ ง่ายกว่า

           จากความรู้ขั้นพื้นฐาน mechanic of material พวกเราทราบกันดีกว่า

  1. Yield point 0.2% strain plastic deformation stress elastic deformation (, 0.2% strain)collapse
  2. Ultimate tensile strength UTS fracture ductile fracture
  3. Ductility = Yield/UTS
    ต้องมีค่า น้อยกว่า 1.0
          ***พิจารณา A516-70 ก่อน (basic สุด) พวกเราหยิบเครื่องคิดเลข กดตามไปพร้อมๆกัน
          A516 gr70 จะมีค่า UTS อยู่ที่ 70,000 psi หรือ 482 MPa และ Yield อยู่ที่ 38,000 psi หรือ 262 MPa
พิจารณาค่า allowable stress จะได้
 Picture
i

Division 1

Allowable stress = UTS/3.5

จะได้ = 20,000 psi ***
(หรือ) allowable stress = Yield/1.5
จะได้ = 25,333 psi

***เลือกค่าที่ต่ำกว่า

Allowable stress กรณี Div 1. มีค่า 20,000 psi

Division 2

Allowable stress = UTS/2.4

จะได้ = 29,166 psi
(หรือ) allowable stress = Yield/1.5
จะได้ = 25,333 psi ***

***เลือกค่าที่ต่ำกว่า

Allowable stress กรณี Div 2. มีค่า 25,333 psi
Fig.1   Stress-Strain Curve เปรียบเทียบให้มองกันง่ายๆ
        
          พวกเราเห็นอะไร หรือไม่ อย่างไรครับ allowable stress ของ Div 1 และ Div 2 ที่วัสดุตัวเดียวกัน ผมอยากให้พวกเรา ย้อนขึ้นไปดูเปรียบเทียบใน curve ของ stress-strain diagram ด้านบน พวกเราจะพบว่า allowable stress ของ Div 2 จะอยู่บน allowable stress ของ Div 1

           หรือ สามารถกล่าวได้ว่า allowable stress ของ Div 2 หากพิจารณาจาก curve ของ material แล้วนั้น จะอยู่ จะเข้าใกล้ ฝั่งของ 0.2% Yield strain ดี หรือ ไม่ดี ? นั่นหมายความว่าอย่างไรครับพวกเรา ? ตรงนี้เรามองได้หลายมุมมาก

  • Section 8 Div 1, pressure part safety factor
  • Section 8 Div 2, allowable stress yield point NDT vessel Div 2
              

           ส่วนเพิ่มเติม นั่นหมายถึง ในรายการคำนวณต่างๆ ของ Division 2 นั้น จะต้อง certified by Registered Professional Engineer โดยในส่วนของ Division 1 จะไม่มี requirement ตรงจุดนี้ ดังนั้นพวกเราสามารถสรุปหลักๆ ได้แล้วนะครับว่า ASME section 8 Div 2 มีความเคี่ยวกว่า ในการออกแบบ เพราะอะไร เพราะ stress ที่มันเข้าใกล้ yield point มากกว่า Div 1 นั่นเอง จึงเป็นเหตุผลหลัก ทำไมต้องเคี่ยวกว่า อาจจะกล่าวได้ว่า แพงตรงค่าออกแบบ ก็ไม่ผิดนักครับ ค่า Design แพง, ต้องมี Registered Professional Engineer มา certified และ ก็ต้องมี ดีกรีการทำ NDT ที่เข้มข้น หรือเคี่ยวขึ้น ซึ่งจะขอกล่าวในโอกาสถัดไป
มีแต่ข้อเสีย โน่นก็แพง นี่ก็แพง นั่นก็แพง ไม่มีข้อดีเลยหรือไง นายช่าง ? เจ้าของงานถามผมมา

          มีสิครับพวกเรา ประเด็นหลักๆเลยอย่างที่พวกเรา พิสูจน์ได้ชัดเจนนั่นคือ Thickness หรือ ความหนาในส่วน pressure part ที่ถูกกำกับ ภายใต้ Division 2 จะมีความหนาที่บางกว่า Division 1นั่นเอง เห็นผลตอนไหน….เห็นผล ตอนที่ เราจะออกแบบ vessel ที่มีขนาด ปริมาตรใหญ่ๆ หรือ volume ใหญ่ๆ อย่างเช่น Spherical storage vessel ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางสัก 15 เมตร (Volume ประมาณ 14 ล้านลิตร) เป็นต้นนี่ล่ะครับ หากเรา Design ตาม division 2 ความหนาที่แตกต่าง หรือ ความหนาที่ลดลงไป สามารถที่จะลดค่า วัสดุ ไปได้ อาจจะถึง 20% ของ material cost ทั้งหมด หากเทียบเป็นเงินก็ มากมาย มหาศาลพอสมควร อย่าลืมว่า เหล็กที่ขาย ความหนาที่ผลิต มันเป็น step, ไหนจะค่า cold working, ค่า hot working, ค่า heat treatment อีก ความหนาที่ต่างกัน ปริมาณลวดเชื่อม ที่ใช้อีก นี่แค่ยกตัวอย่างสั้นๆ และอีก blab la bla
 
          ยกตัวอย่าง ค่า material 100 ล้านบาท ในการออกแบบตาม Div 1 อาจจะเหลือ 80-85 ล้านบาท ในการออกแบบตาม Div 2 เป็นต้น ประหยัดได้หรือไม่ครับ แบบนี้ หากเทียบรวมค่า โสหุ้ย จิปาถะอื่นๆ  ส่วนต่างมีแน่ๆ 20 ล้านบาทแน่นอน มีเงินเหลือๆ 20 ล้าน คุ้มมั้ยครับกับการที่ต้องจ่าย NDT เพิ่ม, มีค่า stress analysis เพิ่ม, มีค่า engineer license เพิ่ม แต่ meet requirement ตาม ASME code แน่นอน แบบนี้ พี่ชอบสิครับ ปรึกษา engineer ครับ คำตอบสุดท้าย!!!




ณัฐพงศ์   ไชยสิทธิ์
วุฒิวิศวกรเครื่องกล
วก.958