Post on 09-May-2019
Jurnal Tugas Akhir
1
ANALISA KEKUATAN SISA PIPELINE AKIBAT INTERNAL CORROSION BERBASIS
KEANDALAN
Ryan Hangga S (1)
, Daniel M.Rosyid (2)
, Rudi Walujo (3)
1Mahasiswa Teknik Kelautan,
2,3Staf Pengajar Teknik Kelautan
Abstrak
Dalam beberapa tahun terakhir perkembangan pipeline sangat berkembang pesat. Namun dengan bertambahnya
operasi pipelines, menyebabkan meningkatnya jumlah kecelakaan pada saat pipeline beroperasi. Kecelakaan yang
terjadi banyak disebabkan oleh adanya internal dan external corrosion. Dengan adanya korosi internal
mengakibatkan berkurangnya kekuatan dan keandalan pipa. Pemodelan korosi internal dilakukan dengan
menggunakan ANSYS 11. Pemodelan dilakukan dengan variasi beban pressure, temperature, dan kedalaman korosi
yang sesuai dengan data inspeksi. Berdasarkan hasil analisa tegangan terbesar terjadi pada saat pressure 800 psi,
temperature 180 oF, dan kedalaman korosi 0,122 in, yaitu 37969 psi. Dengan tegangan 37969 psi, pipa mengalami
yielding karena telah melebihi maximum allowable stress dari pipa yaitu 31500 psi. Ovalitas yang terjadi pada pipa
masih dalam batas yang diijinkan karena pipa masih dapat menahan beban yang bekerja dari luar (external
pressure). Keandalan pipa sebelum dan setelah mengalami korosi mengalami penurunan, hal ini dapat dilihat dari
indeks keandalannya. Indeks keandalan pipa terhadap local buckling dengan d = 0 adalah β = 2,67, d = 0,074 in ; β =
2,65, dan d = 0,122 in ; β = 2,62. Sedangkan untuk keandalan ovalitas pipa tidak mengalami perubahan akibat
adanya korosi. keandalannya tetap 1.
Kata kunci: Pipeline, kekuatan sisa, internal corrosion, monte carlo, keandalan
1. Pendahuluan
Korosi dapat menyebabkan menurunnya kekuatan
struktur dan kerusakan pada pipa (Teixeira, 2008).
Korosi external pada pipa disebabkan oleh faktor-
faktor lingkungan dan proses coating yang kurang
baik, sedangkan korosi internal pipa disebabkan oleh
jumlah kandungan unsur kimia yang bersifat korosif
yang terkandung dalam fluida yang mengalir di dalam
pipa, aliran fluida dan temperatur dalam. Pipeline
harus beroperasi dengan aman agar tidak
menimbulkan kerugian-kerugian yang
membahayakan manusia dan lingkungan. Dengan
adanya korosi, analisa kekuatan sisa dan keandalan
pada pipa sangat penting untuk dilakukan. Dengan
dilakukan analisa kekuatan sisa dan keandalan, dapat
diketahui seberapa handal pipa yang mengalami
korosi selama beroperasi. Bertambahnya keandalan
pipa dapat mengurangi resiko kecelakaan.
Gambar 1. 1 Penyebab kegagalan pipeline (PETROBRAS
R&D)
Pipeline yang mengalami degradasi atau penipisan
dinding pipa, akan mengalami penurunan kekuatan.
Jurnal Tugas Akhir
2
Walaupun dalam tahap desain penipisan dinding pipa
ini sudah dipertimbangkan dengan memberikan batas
umur operasi, namun akibat sulitnya mengontrol dan
tidak seragamnya laju korosi untuk setiap lokasi,
maka kegagalan pipeline yang diakibat oleh korosi
masih sering terjadi. Oleh karena itu dibutuhkan
analisis kekuatan sisa yang bersifat kuantitatif dengan
parameter utama adalah panjang dan kedalaman cacat
untuk mengetahui tekanan operasi yang diizinkan
serta memperoleh status apakah pipeline masih layak
beroperasi atau tidak.
2. Dasar Teori
2.1 Tegangan – tegangan yang Bekerja pada Pipa
Hoop Stress
Pertimbangan utama dalam pemilihan tebal dinding
pipa untuk menahan perbedaan tekanan dalam dan
luar adalah perhitungan hoops stress.
- (1)
dengan,
σh = hoop stress akibat internal pressure, psi
Pi = internal pressure pipa, psi
Po = external pressure pipa, psi
t = pipe walthickness, in
Longitudinal Stress
Longitudinal Stress pada pipa dipengaruhi oleh
beberapa tegangan, antara lain :
Bending stress (σlb)
Hoop stress (σlh)
Thermal stress (σlt)
End cap force induced stress (σle)
Tegangan longitudinal dapat dituliskan dalam
persamaan dibawah ini.
(2)
Tegangan akibat Temperature
Besar dan kecilnya temperatur yang bekerja di dalam
pipa akan menyebabkan terjadinya tegangan pada
pipa.
(3)
dengan,
A = luas permukaan pipa, in2
E = modulus elastic pipa, psi
α = expantion thermal coeffisien
ΔT = perbedaan tempeatur, F
T0 = temperatur operasi, F
T1 = temperatur lingkungan F
Tegangan Equivalent
Tegangan-tegangan yang bekerja pada arah yang
berbeda-beda pada pipa dapat dipandang secara
menyeluruh dengan menggunakan hubungan von
Mises sehingga diperoleh tegangan equivalent von
Mises sebagai berikut:
- (4)
dengan,
σe = equivalent stress, psi
σl = tegangan longitudinal (longitudinal stress),
psi
σh = hoop stress, psi
τlh = tangential shear stress, psi
2.2 Kriteria Collapse Sistem (System Collapse
Criteria)
Kriteria ini memastikan agar pipa tidak mengalami
fenomena collapse akibat tekanan eksternal. Pressure
collapse berfungsi untuk mengetahui daya tahan
elastis, plastis dan ovalitas dari pipa.
(5)
Jurnal Tugas Akhir
3
Pressure collapse (Pc) dihitung berdasarkan
persamaan berikut.
- - (6)
Nilai dari Pel, Pp, dan fo diperoleh dari persamaan
berikut.
- (7)
(8)
- (9)
dengan,
Pc = Tekanan collapse, N/mm2 (psi)
Pel = Tekanan collapse elastis, N/mm2 (psi)
Pp = Tekanan collapse plastis, N/mm2 (psi)
fo = Ovality
E = Modulus elastisitas, N/mm2 (psi)
υ = Poisson’s ratio
Dmax = Diameter maksimum potongan penampang
pipa, mm (in.)
Dmin = Diameter minimum potongan penampang
pipa, mm (in.)
αfab = Faktor fabrikasi (1)
γm = Faktor ketahanan material (1,15)
γSC = Faktor ketahanan safety class (1.138)
2.3 Simulasi Monte Carlo
Simulasi ini dilakukan dengan menghasilkan
sejumlah bilangan sebagai input untuk variable
random dalam suatu fungsi kegagalan atau limit state
function, berdasarkan jenis distribusi peluangnya dan
parameter-parameter dalam fungsi PDF maupun
CDF, misalnya rata-rata dan standar deviasi untuk
distribusi normal. Input variable random ini kemudian
digunakan untuk mengevaluasi model limit state dan
kemudian dicatat hasilnya, berupa peluang kegagalan
atau kehandalan struktur yang bersangkutan. Metode
ini dapat memberikan prediksi probability of failure
yang cukup akurat sesuai dengan limit state function
yang telah ditentukan sebelumnya, oleh karena
banyaknya trial yang dapat dilakukan sampai tak
hingga kali iterasi.
3. Metodologi
Langkah-langkah pengerjaan Tugas Akhir ini adalah
dengan mencari tegangan-tegangan yang terjadi pada
pipa sebelum dan sesudah mengalami korosi dan
kemudian mencari keandalan pipa sebelum dan
setelah mengalami korosi.
3.1 Analisa Kekuatan Sisa Pipeline
Mulai
Pemodelan Pipa dan TanahMasukan Data-data Pipa : OD,
wallthickness, dan material
Meshing model
PembebananInput internal
pressure, temperature,
dan beban tanah
Running Model
Error?
Analisa kekuatan sisa
(remaining strength)
Variasi tebal pipa
akibat korosi, internal
pressure dan
temperature?
Tidak
Tidak
Selesai
Data pipa
ya
ya
Gambar 3. 1 Diagram alir analisa kekuatan sisa
Jurnal Tugas Akhir
4
Penjelasan diagram alir pemodelan dengan ANSYS
11.
1. Data Pipa
Data pipa yang akan diinputkan kedalam ANSYS
11.
Tabel 3. 1 Data inputan pipa kedalam ANSYS 11
Multiphysics
Outside Diameter (OD) 10,75 inchi
Wallthickness 0,593 inchi
Kedalaman korosi (d)
d = 0
d = 0,074 in
d = 0,122 in
Length 91,5 inchi
Modulus Young 28,3 x 106 psi
Poisson’s ratio 0,303
Density 0,284 lbs/in3
Thermal Expansion 6,498 x 10-6
2. Pemodelan Pipa dan Tanah
Pemodelan cacat korosi pada pipa diasumsikan
berbentuk rectangular shape. Dengan dimensi
kedalaman, panjang, dan lebar yang telah ditentukan
berdasarkan data dan perhitungan. Element type yang
digunakan untuk pemodelan cacat korosi adalah
SOLID 95 node 20. Pemodelan tanah sebagai
tumpuan (spring) pipa menggunakan element type
COMBIN 14.
3. Meshing
Setelah dilakukan pemodelan, langkah selanjutnya
adalah melakukan diskritisasi geometris yaitu dengan
cara membagi struktur yang kontinu kedalam bagian-
bagian kecil atau disebut meshing serta memberikan
sifat karakteristik pada model tersebut.
4. Pembebanan dan syarat batas
Pada ujung-ujung pipa dikekang searah sumbu z agar
pipa tidak bergerak maju-mundur pada saat diberi
beban. Beban yang bekerja pada pipa adalah internal
pressure, temperature, dan beban-beban yang
diakibatkan oleh tanah (beban eksternal)
5. Variasi tebal pipa akibat korosi, internal pressure,
dan temperature
Pipa dimodelkan dengan berbagai macam variasi
kedalaman cacat korosi (d), internal pressure dan
temperature.
6. Analisa kekuatan Sisa
Hasil output yang didapat dari ANSYS 11 adalah
berupa tegangan von Mises dan deformasi pada setiap
node pipa yang terjadi pada pipa akibat cacat korosi,
internal pressure, internal temperatur, dan beban
tanah.
3.2 Analisa Keandalan Pipa
Mulai
Moda Kegagalan
Random variable: P, T, t, dan
fo
Menentukan distribusi data P, T, t
dan fo
Menentukan CDF
Menentukan Random
Number Generate (RNG)
Transformasi RNG menjadi
random variable
Uji perfoma sistem gagal atau tidak
Ulang?
Hitung probability failure dari pipa
yang terkorosi
Selesai
tidak
ya
Gambar 3. 2 Diagram alir analisa keandalan dengan monte
carlo
Jurnal Tugas Akhir
5
1. Menentukan Moda Kegagalan
Moda kegagalan dalam tugas akhir ini ada dua, yaitu
moda kegagalan akibat local buckling dan moda
kegagalan akibat ovalitas
Moda Kegagalan terhadap local buckling
-
…(10)
Moda Kegagalan terhadap ovalitas pipa
(11)
2. Variabel acak
Untuk moda kegagalan terhadap local buckling,
variable acaknya adalah pressure, temperature, dan
data ketebalan pipa berdasarkan hasil inspeksi,
sedangkan untuk moda kegagalan terhadap ovalitas
pipa, variable acaknya adalah data ketebalan pipa
berdasarkan hasil inspeksi dan ovalitas yang terjadi.
3. Menentukan distribusi data pressure, temperature,
data ketebalan pipa yang terkorosi dan ovalitas
kemudian menentukan CDF (Cumulative Distribution
Function). Dari MINITAB 14 dapat kita tentukan
jenis distribusi data pressure, temperature, data
ketebalan tebal pipa yang mengalami korosi, dan
ovalitas pipa.
4. Menentukan Random Number Generate (RNG),
selanjutnya akan di-generate angka sesuai dengan
parameter-parameter dari masing-masing distribusi
tersebut.
5. Transformasi RNG menjadi random variable
Masing-masing RNG ditransformasi menjadi random
variable menggunakan CDF distribusi dari data
pressure, temperature, data ketebalan pipa yang
terkorosi, dan ovalitas pipa.
6. Uji perfoma sistem gagal atau tidak
Masing-masing random variable dimasukkan
kedalam moda kegagalan (MK) dan catat berapa
banyak hasil yang gagal dan tidak. Biasanya
dilakukan sampai 5000 sampai 10000 kali iterasi.
7. Menghitung probability failure of system
Setelah dilakukan iterasi dan didapatkan jumlah hasil
yang gagal dan tidak, maka dapat diketahui keandalan
dari pipa yang sebelum terkorosi dan sesudah
terkorosi
4. Hasil dan Analisa
4.1 Analisa Tegangan pada Pipa sebelum
Terkorosi (d=0)
Beberapa variasi internal pressure dan temperature
dilakukan untuk mengetahui tegangan yang terjadi
pada pipa sebelum mengalami korosi internal. Untuk
kondisi awal pipa belum mengalami korosi sehingga
dalam model belum terdapat cacat.
Gambar 4. 1 Tegangan yang terjadi sebelum pipa terkorosi
Tegangan paling besar yang terjadi pada pipa
sebelum mengalami korosi adalah 23954 psi.
Tegangan-tegangan yang terjadi masih dibawah
Jurnal Tugas Akhir
6
maximum allowable stress (0,9 SMYS) pipa, hasil
selengkapnya bisa dilihat pada table 4.1.
Jika ditinjau dari kekuatan ultimate pipa, tegangan-
tegangan yang terjadi pada pipa masih berada jauh
dibawah kekuatan ultimate pipa.
Tabel 4. 1 Tegangan von Mises pada pipa sebelum terkorosi
(d = 0) terhadap maximum allowable stress pipa
d P T von
Mises
Maximum
allowable
stress
Status
in psi oF psi psi
0 450 100 7996.2 31500 ok
0 450 159 18770 31500 ok
0 450 180 22764 31500 ok
0 658 100 9230 31500 ok
0 658 159 19511 31500 ok
0 658 180 23433 31500 ok
0 800 100 10164 31500 ok
0 800 159 20090 31500 ok
0 800 180 23954 31500 ok
Tabel 4. 2 Tegangan von Mises pada pipa sebelum terkorosi
(d = 0) terhadap ultimate strength pipa
d P T
von
Mises
Ultimate
Strength Status
in psi oF psi psi
0 450 100 7996.2 60000 ok
0 450 159 18770 60000 ok
0 450 180 22764 60000 ok
0 658 100 9230 60000 ok
0 658 159 19511 60000 ok
0 658 180 23433 60000 ok
0 800 100 10164 60000 ok
0 800 159 20090 60000 ok
0 800 180 23954 60000 ok
Dilihat dari kedua tabel diatas, tegangan- tegangan
yang terjadi pada pipa jika dilihat dari maximum
allowable stress dan ultimate strength pipa, pipa tidak
mengalami local buckling atau yielding.
Tegangan yang terjadi pada pipa mengalami
kenaikan. Kenaikan tegangan pada pipa diakibatkan
oleh bertambahnya pressure dan temperature yang
bekerja di dalam pipa.
Gambar 4. 2 Grafik pengaruh pressure dan temperature
terhadap kekuatan pipeline sebelum terkorosi
4.2 Analisa Tegangan pada Pipa setelah Terkorosi
0,074 in (d=0,074 in)
Berdasarkan perhitungan ASME B31G dengan
kedalaman korosi (d) 0,074 didapatkan panjang cacat
maksimum yang diijinkan (L) 10,9 in. Sedangkan
untuk asumsi lebar korosi (w) berdasakan DNV
Technical Report No 96-3392 sebesar w = 3t, yaitu
1,8 in.
Gambar 4. 3 Model korosi pada pipa dengan d = 0,074 in, L
= 10,9 in, dan w = 1,8 in
Dengan adanya korosi, tegangan yang terjadi pada
pipa mengalami kenaikan.
31500
5000
13000
21000
29000
37000
100 120 140 160 180 200
Teg
angan
von
Mis
es, p
si
Temperature, 0F
Tegangan von Mises akibat pengaruh
pressure dan temperature (d = 0)
pressure 450 psi pressure 658 psi
pressure 800 psi Maximum Allowable Stress
Jurnal Tugas Akhir
7
Gambar 4. 4 Tegangan von Mises pada pipa yang terkorosi dengan kedalaman (d) 0,074
Adanya kenaikan tegangan disebabkan karena terjadi
penipisan ketebalan pipa akibat dari adanya korosi.
Pipa mengalami yielding pada temperature 180oF
karena tegangan yang terjadi telah melebihi maximum
allowable stress pipa.
Tabel 4. 3 Tegangan von Mises pada pipa setelah terkorosi
0,074 in (d = 0,074)
d P T von
Mises
Maximum
allowable
stress
Status
in psi oF psi psi
0,074 450 100 12719 31500 ok
0,074 450 159 30411 31500 ok
0,074 450 180 37337 31500 yielding
0,074 658 100 16250 31500 ok
0,074 658 159 30687 31500 ok
0,074 658 180 37535 31500 yieding
0,074 800 100 18817 31500 ok
0,074 800 159 30964 31500 ok
0,074 800 180 37743 31500 yielding
Meskipun pipa telah melewati batas elastisnya
(yielding) atau telah mengalami local buckling tetapi
pipa masih dikatakan aman karena tegangan yang
terjadi pada pipa belum melebihi kekuatan ultimate
dari pipa.
Tabel 4. 4 Tegangan von Mises pada pipa setelah terkorosi
0,074 in (d = 0,074 in) terhadap ultimate
strength pipa
d P T
von
Mises
Ultimate
Strength Status
in psi oF psi psi
0,074 450 100 12990 60000 ok
0,074 450 159 30411 60000 ok
0,074 450 180 37337 60000 ok
0,074 658 100 17121 60000 ok
0,074 658 159 30687 60000 ok
0,074 658 180 37535 60000 ok
0,074 800 100 20039 60000 ok
0,074 800 159 30964 60000 ok
0,074 800 180 37743 60000 ok
Gambar 4. 5 Grafik pengaruh pressure dan temperature
terhadap kekuatan pipeline setelah terkorosi 0,074 in
(d=0,074)
4.3 Analisa Tegangan pada Pipa setelah Terkorosi
0,122 in (d=0,122 in)
Dengan kedalaman korosi (d) 0,122 in, tegangan yang
terjadi pada pipa akan berbeda dengan kondisi
sebelumnya. Berdasarkan ASME B31G, dengan
kedalaman korosi (d) 0,122 inchi didapatkan panjang
korosi maksimum (L) yang diijinkan sebesar 6,8
inchi. Dimensi cacat korosi dengan kedalaman (d)
0,122 in
31500
10000
20000
30000
40000
100 120 140 160 180 200
Teg
angan
von
Mis
es, p
si
Temperature, 0F
Tegangan von Mises akibat pengaruh
pressure dan temperature (d = 0,074 in)
Pressure 450 Pressure 658
Pressure 800 Maximum Allowable Stress
Jurnal Tugas Akhir
8
Gambar 4. 6 Model korosi pada pipa dengan d = 0,122 in, L
= 6,8 in, dan w = 1,8 in
Bertambahnya kedalaman korosi (d), mengakibatkan
kenaikan tegangan pada pipa. Pipa mengalami
yielding dengan tegangan yang lebih besar dari
konsisi sebelumnya.
Gambar 4. 7 Tegangan von mises pada pipa yang terkorosi
dengan kedalaman (d) 0,122 in
Kenaikan tegangan yang terjadi jika dibandingkan
dengan kondisi pipa terkorosi dengan kedalaman
korosi (d) 0,074 tidak terlalu besar. Pipa telah
berubah menjadi plastis karena telah melebihi
maximum allowable stressnya.
Tabel 4. 5 Tegangan von Mises pada pipa setelah terkorosi
0,122 in (d = 0,122 in)
d P T von
Mises
Maximum
Allowable
Stress
Status
in psi oF psi psi
0,122 450 100 12990 31500 ok
0,122 450 159 30601 31500 ok
0,122 450 180 37565 31500 yielding
0,122 658 100 17121 31500 ok
0,122 658 159 30874 31500 ok
0,122 658 180 37755 31500 yieding
0,122 800 100 20039 31500 ok
0,122 800 159 31278 31500 ok
0,122 800 180 37969 31500 yielding
Tabel 4. 6 Tegangan von Mises pada pipa setelah terkorosi
0,122 in (d = 0,122 in) terhadap ultimate strength pipa
d P T
von
Mises
Ultimate
Strength Status
in psi oF psi psi
0,122 450 100 12719 60000 ok
0,122 450 159 30601 60000 ok
0,122 450 180 37565 60000 ok
0,122 658 100 16250 60000 ok
0,122 658 159 30874 60000 ok
0,122 658 180 37755 60000 ok
0,122 800 100 18817 60000 ok
0,122 800 159 31278 60000 ok
0,122 800 180 37969 60000 ok
Grafik kenaikan tegangan yang terjadi akibat adanya
korosi dengan kedalaman 0,122 in dapat dilihat dari
gambar 4.8 dibawah ini.
Jurnal Tugas Akhir
9
Gambar 4. 8 Grafik pengaruh pressure dan temperature
terhadap kekuatan pipeline setelah terkorosi 0,074 in
(d=0,074)
4.4 Analisa Ovalitas Pipa
Analisa ovalitas pipa dilakukan untuk mengetahui
perubahan bentuk penampang pipa akibat beban-
beban yang bekerja pada pipa. Ovalitas pipa terjadi
karena adanya deformasi pada pipa. Analisa ovalitas
dilakukan dengan menghitung besarnya pressure
collapse (kekuatan pipa untuk menahan beban dari
luar ) dan membandingkan dengan external pressure
(Pe) pada pipa yang kemudian dimasukan ke dalam
persamaan kriteria collapse sistem apakah masih
lebih besar atau lebih kecil.
Jika dilihat dari hasil tabel-tabel dibawah,
berdasarkan kriteria collapse sistem pipa, ovalitas
yang terjadi pada pipa tidak menyebakan pipa
mengalami kegagalan ovalitas, meskipun kekuatan
pipa menurun karena bertambahnya kedalaman
korosi. Pipa masih aman meskipun pipa mengalami
ovalitas. Ovalitas yang terjadi pada pipa masih dalam
kondisi yang diijinkan.
Tabel 4. 7 Ovalitas pipa dengan d=0
Deformed fo Pc/(γm*γSC) Pe Status
in in psi
0,2702 0,0465 9596,91 2,142 ok
0,2743 0,0471 9460,24 2,142 ok
0,2758 0,0473 9409,99 2,142 ok
0,2706 0,0466 9583,01 2,142 ok
0,2748 0,0472 9445,28 2,142 ok
0,2763 0,0474 9395,06 2,142 ok
0,2709 0,0466 9573,16 2,142 ok
0,2751 0,0472 9435,01 2,142 ok
0,2766 0,0474 9384,82 2,142 ok
Tabel 4. 8 Ovalitas pipa dengan d=0,074 in
Deformed fo Pc/(γm*γSC) Pe Status
in in psi
0,40309 0,0709 3514,61 2,142 ok
0,42555 0,0749 3258,40 2,142 ok
0,43356 0,0763 3175,84 2,142 ok
0,40525 0,0713 3488,16 2,142 ok
0,42772 0,0753 3235,78 2,142 ok
0,43574 0,0767 3154,17 2,142 ok
0,40672 0,0716 3470,26 2,142 ok
0,4292 0,0755 3220,34 2,142 ok
0,43722 0,0770 3139,58 2,142 ok
Tabel 4. 9 Ovalitas pipa dengan d=0.122 in
Deformed fo Pc/(γm*γSC) Pe Status
in in psi
0,66639 0,119 1089,94 2,142 ok
0,66329 0,118 1100,72 2,142 ok
0,66221 0,118 1104,58 2,142 ok
0,73617 0,131 924,22 2,142 ok
0,73308 0,131 933,06 2,142 ok
0,73199 0,130 936,22 2,142 ok
0,70339 0,125 997,29 2,142 ok
0,70031 0,125 1006,94 2,142 ok
0,69922 0,124 1010,39 2,142 ok
4.5 Analisa Keandalan
Analisa keandalan pipa sebelum dan setelah
mengalami korosi perlu dilakukan untuk mengetahui
apakah pipa masih layak beroperasi atau tidak.
Keandalan suatu struktur untuk beroperasi dapat
dinilai berdasarkan indeks keandalan struktur
tersebut. Analisa keandalan dalam tugas akhir ini
menggunakan simulasi Montecarlo.
31500
10000
20000
30000
40000
100 120 140 160 180 200Teg
angan
von
Mis
es, p
si
Temperature, 0F
Tegangan von Mises akibat pengaruh
pressure dan temperature (d = 0,122 in)
Pressure 450 Pressure 658
Pressure 800 Maximum Allowable Stress
Jurnal Tugas Akhir
10
4.5.1 Analisa Keandalan terhadap Local Buckling
Moda Kegagalan:
-
…(12)
Variabel acak dalam moda kegagalan terhadap local
buckling dapat dilihat dalam tabel 4.10 didapatkan
dengan bantuan MINITAB 14.
Tabel 4. 10 Distribusi variabel acak moda kegagalan
terhadap local buckling
Variable Distribusi Mean Std
Deviasi COV
Pressure (P) Logistic 658 psi 107,9 16,4
Temperature
(T) Logistic 158,6 oF 20,31 12,8
Data
ketebalan
pipa tahun
2007 (t2007)
Lognormal 0,553 in 0,042 7,6
Data
ketebalan
pipa tahun
2009 (t2009)
Normal 0,527 in 0,0373 7,1
Berdasarkan hasil simulasi monte carlo dengan 10000
iterasi didapatkan keandalan pipa terhadap local
buckling sebelum terkorosi tahun 2005 dan setelah
terkorosi pada tahun 2007 dan 2009 adalah sebagai
berikut:
1. Keandalan tahun 2005: 0,9962 dengan
indeks keandalan (β) 2,67
2. Keandalan tahun 2007: 0,9959 dengan
indeks keandalan (β) 2,65
3. Keandalan tahun 2009: 0,9956 dengan
indeks keandalan (β) 2,62
Gambar 4. 9 Grafik indeks keandalan pipa sebelum dan
setelah terkorosi terhadap local buckling
Dari gambar 4.9 terlihat penurunan keandalan pipa
pada saat sebelum dan setelah mengalami korosi.
Korosi berpengaruh terhadap keandalan pipa.
4.5.2 Analisa Keandalan terhadap Ovalitas Pipa
Ovalitas pipa juga merupakan salah satu aspek
kekuatan pipa. Dengan adanya korosi pada pipa,
kegagalan pipa terhadap perubahan bentuk
penampang pipa (ovalitas) perlu dianalisa.
Moda Kegagalan
(13)
Variabel acak dalam moda kegagalan terhadap
ovalitas pipa adalah data ketebalan pipa pada tahun
2007 dan 2009 dan ovalitas pipa yang terjadi.
2.67
2.65
2.62
2.61
2.62
2.63
2.64
2.65
2.66
2.67
2.68
2003 2005 2007 2009 2011
Ind
eks
Kea
nd
alan
, β
Tahun
Indeks Keandalan Pipa
Jurnal Tugas Akhir
11
Tabel 4. 11 Distribusi variabel acak moda kegagalan
terhadap ovalitas pipa
Variable Distribusi Mean Std
Deviasi COV
Data
ketebalan
pipa tahun
2007 (t2007)
Lognormal 0,5532 in 0,042 7,6
Data
ketebalan
pipa tahun
2009 (t2009)
Normal 0,52738 in 0,03733 7,1
Ovality
2005
(fo2005)
Smallest
Extreme
Value
0,047 in 0,000364 0,8
Ovality
2007
(fo2007)
Smallest
Extreme
Value
0,07438 in 0,002427 3,3
Ovality
2009
(fo2009)
Normal 0,12456 in 0,00536 4,3
Berdasarkan hasil simulasi monte carlo dengan 10000
iterasi didapatakn hasil keandalan pipa terhadap
ovalitas pada tahun 2005, 2007, dan 2009 adalah 1,
dengan indeks keandalan 4,42.
Ovalitas yang terjadi pada pipa belum menyebabkan
kegagalan pada pipa. Pipa masih mampu menahan
beban dari luar meskipun telah mengalami perubahan
betuk penampang.
Gambar 4. 10 Grafik indeks keandalan pipa sebelum dan
setelah terkorosi terhadap ovalitas
5. Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan yang dapat diambil dari tugas akhir ini
berdasarkan tujuan dari tugas akhir ini adalah:
1. Sebelum mengalami korosi (d=0) tegangan
terbesar yang terjadi pada pada pipa adalah
23954 psi, dengan tegangan tersebut pipa
belum mengalami yielding (local buckling).
Ovalitas yang terjadi pada pipa juga tidak
menyebabkan kegagalan pada pipa.
keandalan pipa terhadap local buckling
adalah 0,9962 dengan indeks keandalan (β)
2,67, sedangkan keandalan pipa terhadap
ovalitas adalah 1 dengan indeks keandalan
(β) 4,42.
2. Setelah mengalami korosi dengan pada
tahun 2007 dan 2009 mengakibatkan pipa
mengalami yielding. Tegangan terbesar pada
pipa pada tahun 2007 dan 2009 adalah
37743 psi dan 37969 psi, tegangan-tegangan
yang terjadi telah melebihi maximum
allowable stress (31500 psi) pipa tetapi jika
ditinjau dari ultimate strength (60000 psi),
pipa masih cukup aman. Keandalan pipa
terhadap local buckling setelah mengalami
korosi mengalami penurunan meskipun tidak
terlalu besar. Keandalan pipa pada tahun
2007 adalah 0,9959 dengan β 2,65 dan
keandalan pada tahun 2009 adalah 0,9956
dengan β 2,62. Sedangkan untuk keandalan
pipa terhadap ovalitas pipa masih tetap 1.
Pipa setelah mengalami korosi masih cukup
aman karena keandalannya cukup besar.
4.42 4.42 4.42
012345
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010Ind
eks
Kea
nd
alan
, β
Tahun
Indeks Keandalan Pipa
Jurnal Tugas Akhir
12
Beberapa hal yang dapat disarankan pada akhir tugas
akhir ini adalah:
1. Pengaruh beban-beban luar lebih
diperhitungkan lagi secara rinci.
2. Pengaruh aliran fluida dalam pipa terhadap
korosi internal.
3. Dalam tugas akhir ini korosi external
diabaikan jadi bisa dilakukan analisa lebih
lanjut akibat korosi external.
4. Pemodelan korosi bisa dilakukan pada pipa
dengan konfigurasi lain, selain pipa lurus.
5. Setelah dilakukan analisa keandalan, maka
perhitungan umur kelelahan bias dilakukan.
6. Daftar Pustaka
ASCE 2001 Guidelines for Design of Buried Steel
Pipe.
Ang, HS dan Tang, W.H. 1985. Probability
Concepts In Engineering Planning And
Design. New York : John Wiley.
ASME B31G-1991 Manual for Determining The
Remaining Strength of Corroded
Pipelines, The American Society of
Mechanical Engineers, New York, 1991.
ASME B 31.8, “Gas Transmission and Distribution
Piping Systems”. (2000).
Bai, Y. 2001. Pipeline and Riser. Elsevier Ocean
Engneering Book
Baker M.J, dan Wyatt,T.A, (1979). Methods of
Reliability Analysis for Jacket Platform,
Journal of Behaviour of Offshore
Structures, London.
Cabral, L. Willmersdorf. Alfonso. 2007.
Development of Computational Tools for
Automatic Modelng and FE Analysis of
Corroded Pipeline. International Journal
of Modeling and Simulation for The
Petroleum Industry. vol 1. No 1. August
2007
DNV OS-F101 Submarine Pipeline System, 2007.
Det Norske Veritas, Norway
DNV RP-F101 Corroded Pipeline, 2007. Det
Norske Veritas, Norway
DNV Technical Report no 96-3392 Reliability of
Corroded Pipes Finite Element Analysis,
1997.
Guo, B. 2005. Offshore Pipeline. Elsevier, United
States
http://www.cetesb.sp.gov.br
JOB Pertamina-Petrochina East Java. 2004.
Sukowati-Mudi Pipeline Project. Tuban
JOB Pertamina-Petrochina East Java. 2005. Soil
Investigation for Thermal Expansion
Stress Analysis of Pipeline at Sukowati-
Mudi, Tuban. East Java
Kanappan P.E. Introduction to Pipe Stress
Analysis, John Willey & Sns Inc. Canada.
1986
Liu, Henry. 2003. Pipeline Engineering. Lewis
Publisher, New York
M. Mohitpur, H. Golshan, A. Murray, Pipeline
Design and Contruction: a Practical
Approach, Edisi 2, The American Society
of Mechanical Engineers, New York, 2003
Rosyid, D.M. 2007. Pengantar Rekayasa
Keandalan. Airlangga University Press,
Surabaya
Rosyid,D.M dan Mukhtasor (2002). Diktat Mata
kuliah Keandalan dan Resiko, Jurusan
Teknik Kelautan ITS
Supomo, H. 2003. Korosi. Buku Ajar Kuliah. Jurusan
Teknik Perkapalan, Institut Teknologi
Sepuluh Nopember, Surabaya
Szary T. 2006. The Finite Element Method Analysis
for Assesing the Remaining Strength of
Corroded Oil Field Casing and Tubing.
Dissertation of Fakultat fur
Geowissenschaften.
Jurnal Tugas Akhir
13
Teixeira, A.P. 2008. Reliability of pipelines with
corrosion defects. International Journal
of Pressure Vessels and Piping 85 (2008)
228–237.
Thoft- Chirstensen, P., dan Murotsu, Y .1986.
Application of Structural
ReliabilityTheory, Springer – Verlag ,
Berlin