Standar Material-Manufacturing(Ada ASTM)

Bab 2 & 3 Materials, Manufacturing, Welding

Piping system Integrity

1

BAB 2 & 3

PIPE MATERIALS,

MANUFACTURING AND

WELDING

PENDAHULUAN

BAGIAN I

1. UMUM

BERDASARKAN DATA YANG ADA, 30% DARI MODAL YANG DIALOKASIKAN UNTUK INDUSTRI KIMIA PROSES, DITUJUKAN UNTUK: KATUP, FITTINGS DAN KOMPONEN2 LAIN YANG BERHUBUNGAN DENGAN PEMIPAAN

2. FUNGSI - KONSTRUKSI - MENYALURKAN/MENGALIRKAN FLUIDA PARAMETER: T, P DAN v - MENERUSKAN DAYA PARAMETER: M_tdan μ - MENTRANSFER/MEMINDAHKAN PANAS

2 3

3. STANDAR:

BAIK UNTUK PIPA, KOMPONEN-KOMPONENNYA MAUPUN MATERIAL DAN PENGENDALIAN KOROSI; - ASME - API - ASTM - ANSI/AWWA - TEMA - HEI - NACE CATATAN:

A. STANDAR: MERUPAKAN DOKUMEN YANG

BERFUNGSI SBG MODEL DALAM PENGUKURAN SIFAT ATAU PENETAPAN PROSEDUR. TERDIRI DARI: SPESIFIKASI, METODA UJI DAN REC.PRACTICE

4

B. SPESIFIKASI

PERNYATAAN PERSYARATAN TEKNIK DAN KOMERSIL YG HARUS DIPENUHI OLEH SUATU PRODUK

C. METODA UJI

KUMPULAN INSTRUKSI UNTUK MENGIDENTIFIKASI MENGUKUR ATAU MENGEVALUASI SIFAT2 MATERIAL

D. RECOMMENDED PRACTICE

KUMPULAN INSTRUKSI UTK MELAKSANAKAN SATU ATAU LEBIH OPERASI ATAU FUNGSI SELAIN

MENGIDENTIFIKASI, MENGUKUR ATAU MENGEVALUASI.

5

E. KODE

SUATU STANDAR ATAU KUMPULAN PERATURAN YANG HARUS DIADOPSI.

CONTOH SPESIFIKASI MATERIAL MENURUT ASTM:

4 7

ASTM SPEC FOR METALLIC PIPE:

-C-STEEL………...A53 (welded and seamless) A106 (seamless pipe)

A105 (FORGINGS)

A181 (FORGED FLANGES) A234 (FITTINGS)

-INCONEL 600 B167 (SEAMLESS PIPE) -ALUMINUM B241 (SEAMLESS PIPE) -COPPER B43 (SEAMLESS PIPE) -TITANIUM B337 (SEAMLESS PIPE)

8

CHEMICAL COMPOSITION OF METALLIC

PIPING MATERIALS

9

6 11

SISTEM YANG DIKEMBANGKAN OLEH DIN DAN

AFNOR:

• BAJA KARBON:

- St.37; kadang2 ditulis St.370. Namun saat ini ditulis St.285

- St.42.11 - St.OO

• BAJA UNTUK PERLAKUAN PANAS

- C45 (BANDINGKAN DENGAN S45C PADA JIS) - Ck 45

• BAJA PADUAN RENDAH (U.P KURANG DARI 5%) - UNTUK UNSUR2: Cr, Co, Mn, Ni, Si; ANGKA YANG

ADA HARUS DIBAGI 4; UNTUK Mo, W DAN V 100 CONTOH: 100Cr6; 16MnCr5

12

• BAJA PADUAN TINGGI DINYATAKAN DENGAN ADANYA HURUF X DIDEPAN DESIGNASI. ANGKA YANG TERAKHIR TIDAK PERLU DIBAGI 4 ATAU 100 CONTOH: X30Cr12

BEBERAPA PENGERTIAN DARI SPESIFIKASI

PIPA:

1. SPESIFIKASI PIPA YANG UTAMA ADALAH API 5L; MERUPAKAN KOMBINASI DARI API 5L, 5LX DAN

5LS. PEMILIHAN “GRADE”NYA TERGANTUNG PADA

RASIO KEKUATAN TERHADAP BERAT (STRENGTH

TO WEIGHT)

2. GRADE “LOW STERNGTH” ADALAH GRADE A DAN

13

3. GRADE “EXTRA STRENGTH (X)” ADALAH X42 S/D X70

X42 BERARTI: PIPA DGN MIN YS 42 KSI. YANG PALING

UMUM DIGUNAKAN ADALAH X52

KEKUATAN MAKSYANG DAPAT DICAPAI MELALUI

COLD EXPANSION TANPA PENAMBAHAN UNSUR PADUAN.

PENAMBAHAN UNSUR PADUAN DIMAKSUDKAN

UNTUK:

• MENGONTROL KEKUATAN

• MEMPERBAIKI MAMPU LAS

• MEMPERBAIKI NOTCH TOGHNESS.

FUNGSI UNSUR PADUAN DAN BATAS2NYA:

1. KARBON:

0.20% UTK API X60-X72; 0.26% UTK X52 0.08% UTK MENGHINDARI PWHT.

2. SILIKON: 0.13 – 0.33% 3. MANGAN: 0.8 – 1.6%

RASIO Mn/C = 4/1; UTK NOTCH TOUGHNESS YANG BAIK.

RASIO Mn/Si= 3/1 UTK MENINGKATKAN MAMPU LAS MAKIN TINGGI Mn; MAMPU LAS SEMAKIN RENDAH.

4. V DAN Nb (Cb); PENGHALUS BUTIR (X60) 5. Ti DAN Zr SEBAGAI PENGHALUS BUTIR 6. Mo < 0.2% UNTUK MEMINIMIZE M DAN UB.

8 15

KLASIFIKASI PIPA DIDASARKAN PADA

PENGGUNAANNYA:

1. STANDARD PIPE:

A. Standard weight pipe (black & galvanized) B. Extra strong pipe

C. Double extra strong pipe

8. LINE PIPE:

A. Gas Line B. Oil lines

C. Water transmission lines D. Slurry lines.

13. PRESSURE PIPING:

A. High Pressure steam/chemical lines B. Hot oil lines.

16

17. OIL COUNTRY TUBULAR PRODUCT/GOODS

(OCTP/OCTG);

A. Oil Well Casing B. Oil Well Tubing C. Drill Pipe D. Drive Pipe

18. PRESSURE TUBES

19. OIL STILL TUBE

20. HEAT EXCHANGER AND CONDENSER

TUBES

21. MECHANICAL TUBES

17

CATATAN UNTUK OCTG: 1. METODA MANUFAKTUR:

- Seamless - ERW

Umumnya disambungkan dengan “coupling” (bukan pengelasan); jadi material yang digunakan lazimnya adalah:

- Baja C-tinggi

- Low alloy steel for SSC resistance

- Cr and high alloy steels for CO₂resistance and CO₂/SSC resistance (AISI 420)

- Jika ada H₂S dan CO₂; 13%Cr menjadi sensitif thd SSC----22-25%Cr duplex SS atau High Ni base alloy

2. LINE PIPE:

A. TIPE DAN METODA PRODUKSI:

- Gathering lines: mengalirkan crude oil dan natural gas hasil well

` - Flow lines: mengalirkan crude oil dan natural gas ke dehydration/gas treatment/refining plants atau platforms. Pipa FL diexpose pada lingkungan yang korosif; diameter kecil dan heavy wall seamless. - Trunk lines: mengalirkan dehydrated oil & gas ke

consuming centers. Diameternya besar, UOE dan longitudinal seam welding pipe.

10 19

B. MATERIAL:

KARENA LINE PIPE DISAMBUNGKAN DENGAN CARA DILAS; MAKA DIPERLUKAN MATERIAL YANG

“WELDABLE”, HIGH STRENGTH DAN CORROSION RESISTANCE

- C-STEEL DENGAN TOUGHNESS YANG TINGGI (DARI BAHAN PELAT BAJA HASIL TMCP)

- Cr AND HIGH ALLOY STEELS FOR CO₂AND CO₂/SSC RESISTANCE

- HIGH GRADE OCTG

20

BAGIAN II

PROSES PEMBUATAN PIPA

A. WELDING PROCESS:

1. BUTT WELD PROCESSES

12 23

II. ELECTRIC WELD PROCESSES:

A. ELECTRIC RESISTANCE WELD (ERW)

B. ARC WELDING PROCESSES (SMAW/MMA; SAW; FCAW).

TO PRODUCE THE ENTIRE SIZE RANGE OF PIPE, TUBE AND LINE PIPE.

25

B. SEAMLESS PROCESS

I. PIERCING PROCESSES: ROLL AND DISC PIERCING ARE USED TO MAKE PIPES AND TUBES UP TO 26 INCHES IN DIAMETER.

A. HOT FINISHED (TO 26” OD)

B. COLD DRAWN (ANY SIZE UP TO 10 ¾” OD) C. COLD EXPANDING (SIZES 16” TO 26” OD) II. VERTICAL PIERCING PROCESS

TO MAKE TUBES AND CYLINDERS, 3 TO 20” OD HOT DRAWN (FINISH).

14 27

16 31

32

PENGENDALIAN KUALITAS YANG DILAKUKAN:

1. PEMERIKSAAN PELAT BAHAN PIPA DENGAN METODA ULTRASONIK

33

2. PEMERIKSAAN LAS-LASAN PADA PIPA UOE DAN ERW. METODA PEMERIKSAAN: UT DAN X-RAY

18 35

3. PEMERIKSAAN KUALITAS PIPA SEAMLESS DENGAN METODA EDDY CURRENT, ELECTROMAGNETIC; MAGNETIC DAN UT

37

PENERAPAN COATING;

1. EXTERNAL COATING:

BAHAN: POLYETHYLENE UNTUK PIPA DENGAN DIAMETER YANG KECIL DAN MEDIUM

* GENERAL UNDERGROUND SERVICE * HIGHLY CORROSIVE SOIL SERVICE * UNDERWATER SERVICE

NOMINAL DIAMETER: ½ - 24 IN. PIPE LENGTH: 20 – 40 FT

20 39

UNTUK DIAMETER PIPA YANG BESAR COATING DILAKUKAN DENGAN CARA: HELICALLY WRAPPED. NOMINAL DIAMETER: 16 – 64 IN.

PIPE LENGTH: 20-62 FT

STANDARD COATING THICKNESS: 0.1 – 0.12 IN BAHAN PELAPIS LAIN YANG DIGUNAKAN ADALAH:

FUSION BONDED EPOXY POWDER. LAZIM DITERAPKAN PADA PIPA DENGAN DIAMETER YANG BESAR.

STANDARD COATING THICKNESS: 14 MIL (350 MIKRON)

41

UNTUK MEMELIHARA UJUNG PIPA (PIPE END); TERUTAMA UNTUK DIAMETER PIPA YANG BESAR, DILAKUKAN

PEMASANGAN “BEVEL PROTECTOR”

UNTUK PIPA YANG KECIL DIPASANG VINYL SHEET COVER

2. INTERNAL COATING:

LAZIMNYA DITUJUKAN UNTUK MENURUNKAN GESEKAN ANTARA FLUIDA DAN DINDING PIPA BAGIAN DALAM

BAHAN YANG DIGUNAKAN: EPOXY RESIN, PHENOLIC DAN ATAU BAKED URETHANE

DIAMETER NOMINAL YANG LAZIM ADALAH: ½ - 56 IN. PANJANG PIPA: 20-45 FT.

22 43

C. CENTRIFUGAL CASTING:

44

D. PROSES PEMBUATAN PIPA YANG LAIN:

I. UOE PIPE (U-ING; O-ING AND EXPAND-ING) II. ERW PIPE

III. SPIRAL WELD (SP) PIPE

24 47

49

BAGIAN III MATERIAL PIPA PENDAHULUAN:

KLASIFIKASI/PENGELOMPOKAN MATERIAL:

SECARA UMUM; MATERIAL DIMANFAATKAN ATAS DASAR SIFAT-SIFATNYA.

P0LIMER

LOGAM

KERAMIK

KOMPOSIT

MATERIAL METALIK MASIH MERUPAKAN MATERIALYANG DOMINAN, KARENA:

• DAPAT DIUBAH SIFATNYA SECARA TERMAL • DAPAT DIDEFORMASI DAN DIFABRIKASI MATERIAL METALIK TERDIRI DARI:

• MATERIAL FERRO: BAJA, BESI COR • MATERIAL NON-FERRO:

- ALUMINUM DAN PADUANNYA - TEMBAGA DAN PADUANNYA - NIKEL, DSB

26 51

KLASIFIKASI, DESIGNASI DAN SPESIFIKASI BAJA:

BAJA DIKELOMPOKAN BERDASARKAN: • KOMPOSISI

• KEKUATAN

• BENTUK PRODUK

PADA DOKUMEN “PROCUREMENT” HARUS TERCANTUM: • SCOPE: MELIPUTI KLASIFIKASI PRODUK, UKURAN DAN

KONDISI • KOMPOSISI KIMIA • KUALITAS • PERSYARATAN KUANTITATIF • PERSYARATAN LAINNYA 52 SIFAT BAJA: 1. SIFAT MEKANIK: - KUAT - KERAS - ULET/LIAT - TANGGUH - TAHAN BENTUR, DSB 2. SIFAT FISIK: - TAHAN KOROSI - MASA JENIS

- KONDUKTIFITAS PANAS DAN LISTRIK - DSB

3. SIFAT TEKNOLOGI:

53

MUNGKINKAH SIFAT-SIFAT TSB DAPAT

DIUBAH?

BEBERAPA CARA MENGUBAH SIFAT BAJA:

• PEMADUAN

• PENGERJAAN MEKANIK

• PENERAPAN PERLAKUAN PERMUKAAN • PENERAPAN PERLAKUAN PANAS

• PENGUBAHAN UKURAN BUTIR

STRUKTUR MIKRO BAJA KARBON:

• DEFINISI

28 55

DIAGRAM FASA INI MENAMPILKAN:

1. LARUTAN PADAT (SOLID SOLUTION) SEPERTI: - FERIT (α)

- AUSTENIT (γ) - DELTA (δ)

SIFAT LP ADALAH “LUNAK” 2. SENYAWA (COMPOUND):

- SEMENTIT (KARBIDA BESI/Fe₃C) SIFAT SENYAWA ADALAH “KERAS”

JADI: DENGAN MENINGKATKAN KADAR C; KEKERASAN BAJA MENINGKAT TETAPI MAMPU LAS TURUN.

56

STRUKTUR KRISTAL DAN KLASIFIKASI BAJA KARBON:

• STRUKTUR KRISTAL

• KLASIFIKASI BAJA KARBON: - BAJA KARBON RENDAH - BAJA KARBON MEDIUM - BAJA KARBON TINGGI

57

• STRUKTUR MIKRO BAJA KARBON PADA BERBAGAI KADAR KARBON:

30 59

• STRUKTUR TIDAK SEIMBANG; SEBAGAI AKIBAT PENERAPAN PROSES PERLAKUAN PANAS. RUJUKAN: DIAGRAM CCT

- MARTENSIT

- BAINIT (LOWER BAINIT) - TROSTIT (UPPER BAINIT) - PERLIT

61

PROSES TEMPER:

• DEFINISI

• DIAGRAM TEMPER

• FENOMENA TEMPER: TEMPER EMBRITTLEMENT DAN SECONDARY HARDENING

32 63 64 MATERIAL PIPA: 1. BAJA KARBON: A. DEFINISI

B. SIFAT-SIFAT YANG DIKEHENDAKI: - Sifat teknologi: weldability, Forgedability - Sifat mekanik

- Sifat fisik

BAJA KARBON SECARA UMUM; CAPITAL COST RENDAH, TETAPI LIFE CYCLE COST TINGGI KARENA BIAYA OPERASI, MAINTENANCE, INSPECTION DAN SERVICE

65

Baja karbon sering juga digunakan sebagai BACKING PIPE Pada PIPA BAJA KOMPOSIT; YAITU BAJA KARBON YANG DICLAD (DILAPISI) DENGAN 316, 316L; ALLOY 625 ATAU ALLOY 825. Pipa seperti ini termasuk kedalam katagori: PIPA CRA (CORROSION RESISTANCE ALLOYS).

DARI BERBAGAI STANDAR DISYARATKAN BAHWA PIPA BAJA KARBON TIDAK BOLEH MENGANDUNG UNSUR-UNSUR DENGAN PROSENTASE LEBIH DARI:

Mn : 1.65% Si : 0.60% Cu : 0.60% FUNGSI UNSUR-UNSUR: • MANGAN: - SEBAGAI DEOKSIDAN - PENGIKAT S (Mn SE-KURANG2NYA 8X%S) - MENGHALUSKAN PERLIT

• SILIKON: SEBAGAI DEOKSIDAN

• ALUMINUM: SEBAGAI DEOKSIDAN DAN PENGHALUS BUTIR (PADA BAJA “KILLED”)

• TEMBAGA: MEMPERBAIKI KETAHANAN KOROSI • S, P DAN N HARUS SERENDAH MUNGKIN.

INGAT: FeS BERTITIK CAIR RENDAH; Fe₃P DAN N MENYEBABKAN PENGGETASAN

34 67

DALAM KAITANNYA DENGAN PENGELASAN:

PERSAMAAN MIYANO:

M = (%Si+%Mn)(%P+%Zn) x 104

= 200 (JIS) = 150 (ES) = 100 (API RBI 581)

PERSAMAAN INI DIADOPSI DALAM STANDAR API RBI 581 SEBAGAI FAKTOR J.

68

2. BAJA PADUAN:

a. UNSUR PADUAN: - Larut pada besi:

Untuk memperbaiki sifat fisik; yaitu meningkatkan ketahanan korosi

- Membentuk senyawa dengan besi:

Untuk memperbaiki sifat mekanik baik pada suhu tinggi maupun pada suhu rendah

69

b. PERSYARATAN YANG HARUS DIPENUHI:

- CE: %C+(1/6)%Mn+(1/5)(%Cr+%Mo+%V)+ (1/15)(%Si+%Ni+%Cu). ATAU: %C+(1/6)%Mn+(1/5)(%Cr+%Mo+%V)+(1/15)(%Ni+%Cu) - PREN %Cr+3.3%Mo+16%N

JENIS BAJA PADUAN YANG LAZIM DIGUNAKAN

SEBAGAI BAHAN PIPA:

1. BAJA TAHAN KARAT:

- TYPE 304, 304L - TYPE 316, 316L - TYPE 347

SPESIFIKASI ASTM:

- A312 (SEAMLESS AND WELDED) - A182 (FORGED FLANGES)

36 71

2. CORROSION RESISTANT ALLOY (CRA)

- CLAD PIPE - DUPLEX SS:

* 22% Cr (API 5L C65-2205) * 25% Cr (API 5L C65-2506) * PREN>40; SUPER DUPLEX

- 13% Cr (CENTRIFUGAL CASTINGS)

PENGGUNAAN DIAGRAM NKK UNTUK PEMILIHAN PIPA CRA:

73

3. BESI COR (CAST IRON):

A. DEFINISI

B. JENIS-JENIS BESI COR

C. CONTOH PIPA DARI BESI COR:

DUCTILE IRON PIPE, CENTRIFUGALLY CAST (ANSI A21.52)

3. JENIS MATERIAL PIPA YANG LAIN:

- HASTELOY B DAN C - NIKEL 200, 201 - MONEL 400

- INCONEL 600 DAN 750X

- ALUMINUM 3003, 6061 DAN 6063 - CUPPER AND RED BRASS

- TITANIUM - ZIRKONIUM - PLASTIK:

* ASTM D2513 THERMOPLASTIC PRESSURE PIPE AND FITTINGS

38 75 PIPELINE FAILURE: ____________________________________________ CAUSE NUMBER % _____________________________________________________ OUTSIDE FORCE 3144 53.5 MATERIAL FAILURE 990 16.9 CORROSION 972 16.6 OTHER 437 7.4 CONSTRUCTION DEFECT 284 4.8 CONSTRUCTION OR MATERIAL 45 0.8 ______________________________________________________ DATA: SERVICE FAILURE 1970-1984

76

CAUSES OF CORROSION INCIDENTS:

- EXTERNAL CORROSION 40% - INTERNAL CORROSION 27% - STRESS CORROSION CRACKING 17%

- OTHER 16%

CAUSES OF OUTSIDE FORCE INCIDENTS:

- EQP OPERATED BY OUTSIDE PTY 67.1% - EARTH MOVEMENT 13.3%

- WEATHER 10.8%

- EQP OPERATED BY, OR FOR,

PIPELINE OPERATOR 7.3%