1

Bab 2 & 3 Materials, Manufacturing, Welding

Piping system Integrity

1

BAB 2 & 3PIPE MATERIALS,

MANUFACTURING AND WELDING

2

PENDAHULUANBAGIAN I

1. UMUMBERDASARKAN DATA YANG ADA, 30% DARI MODALYANG DIALOKASIKAN UNTUK INDUSTRI KIMIA PROSES, DITUJUKAN UNTUK: KATUP, FITTINGS DAN KOMPONEN2 LAIN YANG BERHUBUNGAN DENGAN PEMIPAAN

2. FUNGSI- KONSTRUKSI- MENYALURKAN/MENGALIRKAN FLUIDAPARAMETER: T, P DAN v

- MENERUSKAN DAYAPARAMETER: Mt dan 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. SPESIFIKASIPERNYATAAN PERSYARATAN TEKNIK DANKOMERSIL YG HARUS DIPENUHI OLEH SUATUPRODUK

C. METODA UJIKUMPULAN INSTRUKSI UNTUK MENGIDENTIFIKASIMENGUKUR ATAU MENGEVALUASI SIFAT2 MATERIAL

D. RECOMMENDED PRACTICEKUMPULAN INSTRUKSI UTK MELAKSANAKAN SATUATAU LEBIH OPERASI ATAU FUNGSI SELAINMENGIDENTIFIKASI, MENGUKUR ATAU MENGEVALUASI.

3

5

E. KODESUATU STANDAR ATAU KUMPULAN PERATURANYANG HARUS DIADOPSI.

6

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

C Cr Cu Fe Mn Mo Ni Si

5

9

CONTOH SISTEM AISI-SAE

10

6

11

SISTEM YANG DIKEMBANGKAN OLEH DIN DANAFNOR:• BAJA KARBON:

- St.37; kadang2 ditulis St.370. Namun saat ini ditulisSt.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 100CONTOH: 100Cr6; 16MnCr5

12

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

BEBERAPA PENGERTIAN DARI SPESIFIKASIPIPA:

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 B (30 DAN 35 KSI YS MIN).

7

13

3. GRADE “EXTRA STRENGTH (X)” ADALAH X42 S/D X70X42 BERARTI: PIPA DGN MIN YS 42 KSI. YANG PALINGUMUM DIGUNAKAN ADALAH X52KEKUATAN MAKS YANG DAPAT DICAPAI MELALUICOLD EXPANSION TANPA PENAMBAHAN UNSURPADUAN.

PENAMBAHAN UNSUR PADUAN DIMAKSUDKAN UNTUK:

• MENGONTROL KEKUATAN• MEMPERBAIKI MAMPU LAS• MEMPERBAIKI NOTCH TOGHNESS.

14

FUNGSI UNSUR PADUAN DAN BATAS2NYA:1. KARBON:

0.20% UTK API X60-X72; 0.26% UTK X520.08% UTK MENGHINDARI PWHT.

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

RASIO Mn/C = 4/1; UTK NOTCH TOUGHNESS YANGBAIK.RASIO Mn/Si= 3/1 UTK MENINGKATKAN MAMPU LASMAKIN TINGGI Mn; MAMPU LAS SEMAKIN RENDAH.

4. V DAN Nb (Cb); PENGHALUS BUTIR (X60)5. Ti DAN Zr SEBAGAI PENGHALUS BUTIR6. 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 pipeC. Double extra strong pipe

8. LINE PIPE:A. Gas LineB. Oil linesC. Water transmission linesD. Slurry lines.

13. PRESSURE PIPING:A. High Pressure steam/chemical linesB. Hot oil lines.

16

17. OIL COUNTRY TUBULAR PRODUCT/GOODS(OCTP/OCTG);A. Oil Well CasingB. Oil Well TubingC. Drill PipeD. Drive Pipe

18. PRESSURE TUBES19. OIL STILL TUBE20. HEAT EXCHANGER AND CONDENSER

TUBES21. MECHANICAL TUBES22. STAINLESS STEEL PIPE AND TUBES.

9

17

CATATAN UNTUK OCTG:1. METODA MANUFAKTUR:

- Seamless- ERWUmumnya disambungkan dengan “coupling” (bukanpengelasan); jadi material yang digunakan lazimnyaadalah:

- Baja C-tinggi- Low alloy steel for SSC resistance- Cr and high alloy steels for CO2 resistance andCO2/SSC resistance (AISI 420)

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

18

2. LINE PIPE:A. TIPE DAN METODA PRODUKSI:

- Gathering lines: mengalirkan crude oil dan naturalgas hasil well

` - Flow lines: mengalirkan crude oil dan natural gaske dehydration/gas treatment/refining plants atauplatforms. Pipa FL diexpose pada lingkungan yangkorosif; diameter kecil dan heavy wall seamless.

- Trunk lines: mengalirkan dehydrated oil & gas keconsuming centers. Diameternya besar, UOE danlongitudinal 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 CO2 AND CO2/SSCRESISTANCE

- HIGH GRADE OCTG

20

BAGIAN IIPROSES PEMBUATAN PIPA

A. WELDING PROCESS:

1. BUTT WELD PROCESSES(1/8 INCH TO 4 INCHES NOMINAL DIAMETER)

11

21

22

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.

24

13

25

26

B. SEAMLESS PROCESS

I. PIERCING PROCESSES: ROLL AND DISC PIERCINGARE USED TO MAKE PIPES AND TUBES UP TO 26INCHES 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 PROCESSTO MAKE TUBES AND CYLINDERS, 3 TO 20” ODHOT DRAWN (FINISH).

III. EXTRUSION PROCESS (SMALL SIZES ONLY)

14

27

28

15

29

30

16

31

32

PENGENDALIAN KUALITAS YANG DILAKUKAN:

1. PEMERIKSAAN PELAT BAHAN PIPA DENGAN METODA ULTRASONIK

17

33

2. PEMERIKSAAN LAS-LASAN PADA PIPA UOE DAN ERW.

METODA PEMERIKSAAN: UT DAN X-RAY

34

18

35

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

36

19

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

STANDARD COATING THICKNESS: 0.06 – 0.1 IN

38

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)

40

21

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

42

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 PIPEIII. SPIRAL WELD (SP) PIPEIV. ROLL AND PRESS BENDING (RP) PIPE

23

45

46

24

47

48

25

49

BAGIAN IIIMATERIAL PIPA

PENDAHULUAN:KLASIFIKASI/PENGELOMPOKAN MATERIAL:

SECARA UMUM; MATERIAL DIMANFAATKAN ATAS DASARSIFAT-SIFATNYA.

P0LIMERLOGAM

KERAMIK

KOMPOSIT

50

MATERIAL METALIK MASIH MERUPAKAN MATERIALYANGDOMINAN, 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:- MAMPU MESIN, MAMPU BENTUK, MAMPU LAS DSB

27

53

MUNGKINKAH SIFAT-SIFAT TSB DAPATDIUBAH?

BEBERAPA CARA MENGUBAH SIFAT BAJA:

• PEMADUAN• PENGERJAAN MEKANIK• PENERAPAN PERLAKUAN PERMUKAAN• PENERAPAN PERLAKUAN PANAS• PENGUBAHAN UKURAN BUTIR

54

STRUKTUR MIKRO BAJA KARBON:

• DEFINISI• DIAGRAM FASA Fe-C

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

29

57

• STRUKTUR MIKRO BAJA KARBON PADA BERBAGAIKADAR KARBON:

58

30

59

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

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

60

31

61

62

PROSES TEMPER:

• DEFINISI• DIAGRAM TEMPER

• FENOMENA TEMPER: TEMPER EMBRITTLEMENT DAN SECONDARY HARDENING

• STRUKTUR TEMPER: M-TEMPER; SORBIT, SFEROID.

32

63

64

MATERIAL PIPA:

1. BAJA KARBON:A. DEFINISIB. 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

33

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 PIPABAJA KARBON TIDAK BOLEH MENGANDUNG UNSUR-UNSUR DENGAN PROSENTASE LEBIH DARI:

Mn : 1.65%Si : 0.60%Cu : 0.60%

66

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 RBI581 SEBAGAI FAKTOR J.

68

2. BAJA PADUAN:

a. UNSUR PADUAN:

- Larut pada besi:Untuk memperbaiki sifat fisik; yaitu meningkatkanketahanan korosi

- Membentuk senyawa dengan besi:Untuk memperbaiki sifat mekanik baik pada suhu tinggimaupun pada suhu rendah

UNSUR2 YANG DIPADUKAN: Si, Mn, Ni, Cr, Cu, Mo

35

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

70

JENIS BAJA PADUAN YANG LAZIM DIGUNAKAN SEBAGAI BAHAN PIPA:

1. BAJA TAHAN KARAT:- TYPE 304, 304L- TYPE 316, 316L- TYPE 347SPESIFIKASI ASTM:- A312 (SEAMLESS AND WELDED)- A182 (FORGED FLANGES)- A403 (FITTINGS)

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:

72

37

73

3. BESI COR (CAST IRON):

A. DEFINISIB. JENIS-JENIS BESI COR

C. CONTOH PIPA DARI BESI COR:DUCTILE IRON PIPE, CENTRIFUGALLY CAST(ANSI A21.52)

74

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* ASTM D2517 REINFORCED EPOXY RESIN

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%

- OTHER 1.5%

39

77

78