แกนหลักของการออกแบบท่อเหล็กคาร์บอนคือการรับประกันแรงดัน-ความสามารถในการรับน้ำหนักภายใต้แรงดันใช้งาน ความหนาของผนังท่อต้องได้รับการคำนวณและพิจารณาจากแรงดันปานกลาง เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ อุณหภูมิในการทำงาน และความแข็งแรงของวัสดุ สูตรที่ใช้กันทั่วไปประกอบด้วยสูตรการออกแบบจากมาตรฐาน ASME หรือ GB เพื่อให้แน่ใจว่าไปป์ไลน์จะไม่เกิดการเสียรูปหรือการแตกหักแบบพลาสติกในระหว่างการดำเนินงานระยะยาว- ในขณะเดียวกันก็คำนึงถึงความประหยัดและการใช้วัสดุด้วย
การออกแบบท่อเหล็กคาร์บอนยังต้องคำนึงถึงวิธีการเชื่อมต่อและประสิทธิภาพการปิดผนึกด้วย การเลือกวิธีการเชื่อมต่อ เช่น การเชื่อม หน้าแปลน และเกลียวควรขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการทำงานของท่อและข้อกำหนดในการบำรุงรักษา ขณะเดียวกันก็รับประกันการปิดผนึกที่เชื่อถือได้ ความแม่นยำในการตัดเฉือนปลายท่อ คุณภาพการเชื่อม และการเลือกปะเก็นซีล ล้วนเป็นปัจจัยสำคัญในการรับประกันว่าระบบท่อจะไม่รั่วไหล
เมื่อออกแบบท่อเหล็กคาร์บอนต้องประเมินคุณสมบัติของตัวกลางและสภาพแวดล้อม หากจำเป็น ควรเพิ่ม-มาตรการป้องกันการกัดกร่อนหรือควรใช้การบุ/การเคลือบภายในเพื่อยืดอายุการใช้งาน ในเวลาเดียวกัน โดยปกติจะใช้ปัจจัยด้านความปลอดภัยในการออกแบบเพื่อพิจารณาถึงแรงดันเกินที่ไม่คาดคิด ความผันผวนของอุณหภูมิ และปัจจัยด้านอายุ เพื่อให้มั่นใจว่าระบบท่อยังคงสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยภายใต้สภาวะที่รุนแรง