PANDUAN PERHITUNGAN TEBAL PIPA

1.1 Alur Analisa

Untuk mendesain sebuah pipa yang akan digunakan untuk moda distribusi, hal pertama yang

perlu dilakukan adalah menghitung tebal pipa minimum yang paling optimal. Perhitungan tebal

pipa menjadi dasar dari analisa-analisa pipa lainnya. Dengan tebal pipa yang optimal dapat

mempengaruhi kekuatan pipa yang akan di desain dan juga flow rate yang diinginkan dapat

tercapai. Berikut merupakan alur analisa perhitungan tebal pipa:

Mulai

Pengumpulan

Data

Pressure

Contaiment

Kombinasi

Bending

Propagation

Buckling

Hydrostatic

Collapse

Minimum Tebal Pipa

Total

Mill Tolerance Corrosion

Allowance

Construction

Allowance

A

Gambar 1.1 Diagram alir analisa perhitungan wall thickness.

1.2 Prosedur Analisa

Langkah-langkah analisa perhitungan wall thickness dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Pengumpulan Data

Data-data yang diperlukan yakni data desain pipa, material properti pipa dan juga pressure baik

dari dalam maupun luar yang mengenai pipa

2. Pressure Contaiment, Hydrostatic Collapse, Propagation Buckling dan Kombinasi Bending

Perhitungan diatas merupakan perhitungan untuk mencari syarat minimum tebal pipa yang

mampu mengakomodir ke-empat beban yang mengenai pipa. Setelah melakukan 4 perhitungan

diatas, maka diambil nilai terbesar dari ke-empat hitungan tersebut untuk mencari wall

thickness requirment.

Validasi Schedule

API 5L

A

Kesimpulan

Selesai

3. Minimum Tebal Pipa Total

Perhitungan yang menghasilkan nilai minimum tebal pipa yang dibutuhkan. Perhitungan ini

adalah hasil penjumlahan dari nilai terbesar dari ke-empat perhitungan di atas, nilai mill

tolerance, corrosion allowance, dan construction allowance.

4. Validasi Schedule API 5L

Setelah didapatkan nilai minimum tebal pipa yang dibutuhkan, maka dilakukan validasi atau

pemilihan yang sesuai dengan schedule API 5L

5. Kesimpulan

Memberikan kesimpulan mengenai nilai tebal pipa yang akan digunakan sesuai dengan

schedule API 5L.

2.1 Perhitungan

Tebal Pipa Berdasarkan Pressure Contaiment

Berdasarkan ASME B 31.8 formula yang digunakan untuk menghitung nominal wall thickness

agar memenuhi tebal pipa berdasarkan tekanan internal / pressure contaiment untuk menahan

tekanan dengan arah tangensial adalah:

𝑡𝑐𝑜𝑛𝑡 =(𝑃𝑖−𝑃𝑒).𝐷

2.𝑆𝑀𝑌𝑆.𝑓𝑑.𝑓𝑡

Dengan:

tcont = Reqiured wall thickness for pressure contaiment (mm)

Pe = Pressure eksternal (MPa)

Pi = Pressure internal (Mpa)

D = Diameter luar pipa (in)

fd = Design factor (Tabel A842.22 ASME B31.8)

ft = Temperature derating factor (Tabel 841.116A ASME

B31.8)

Tebal Pipa Berdasarkan Hydrostatic Collapse

Kegagalan pada pipa dapat terjadi apabila tekanan eksternal lebih besar daripada tekanan

internal. Pada kedalaman tertentu, tekanan eksternal yang bekerja melebihi tekanan internal

pada pipa. Dalam keadaan ini selisih antara tekanan eksternal dan internal yang bekerja pada

pipa dapat mengakibatkan collapse pada dinding pipa. Oleh karena itu berdasarkan API RP

1111, collapse pressure harus lebih besar daripada tekanan eksternal yang mengenai pipa.

Berikut merupakan persamaan untuk mencari collapse pressure:

tcoll = √(𝑃𝑐 . 𝑓𝑜 − Po

Dengan:

fo = Collapse factor ( 0.70 for ERW pipe and 0.60 for DSAW pipe)

Pc = Collapse pressure of the pipe (psi)

Py = Yield pressure at collapse (psi)

Px = Elastic collapse pressure (psi)

tn = Nominal wall thickness of pipe (mm)

E = Modulus elasticity (psi)

v = Poisson’s ratio

Tebal Pipa Berdasarkan Propagation Buckling

Buckling pada pipa dapat didefinisikan sebagai perubahan bentuk pipa menjadi oval akibat

gaya-gaya yang dialami pipa. Hal ini perlu dicegah agar terjadi perambatan buckle pada pipa

dengan properti yang seragam disepanjang pipeline. Oleh karena itu, diperlukan untuk

mendesain pipa dengan tebal yang dapat mampu menahan buckling yang dapat terjadi.

Berdasarkan API RP 1111, agar tebal pipa mampu mengakomodasi propagation buckling

(perambatan buckling) dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini:

Pbp = 24 . S . ft . (𝑡𝑏𝑢𝑐𝑘

𝑂𝐷) 2,4

tbuck = √𝑃𝑏𝑝

24.𝑆.𝑓𝑡

2,4.D

5.022

xy

xy

c

PP

PPP

D

tSP n

y 2

2

3

12

D

t

EP

n

x

Dengan:

fp = propagating buckle design factor = 0.8

Pbp = buckle propagation pressure (psi)

tbuck = required wall thickness buckling due to combined bending

ft = Temperature Derating Factor (Table 402.3.1 ASME B 31.4)

Tebal Pipa Berdasarkan Buckling Akibat Kombinasi Bending dan

Tekanan Eksternal

Berdasarkan API RP 1111, kombinasi regangan bending dan tekanan eksternal dapat dihitung

dengan persamaan berikut:

)()(

g

Pd

PP io

b

εb (t) = 𝑡

2 .𝑂𝐷

g(δ) = (1 + 20 . δ ) -1

εinst = ε1 . f1

εinp = ε2 . f2

ε = max (εinst , εinst )

Dengan:

ε = bending strain in the pipe

εb = buckling strain under pure bending

Po = external Pressure (psi)

Pi = internal Pressure (psi)

g(δ) = collapse reduction factor

f1 = Bending Safety Factor for Installation Bending plus External

Pressure (API RP 1111 Sect 4.3.2.2)

f2 = Bending Safety Factor for In-Place Bending plus External Pressure

(API RP 1111 Sect 4.3.2.2

ε1 = Maximum Installation Bending Strain (API RP 1111 Appendix D,

Sect D.4)

ε2 = Maximum In-Place Bending Strain (API RP 1111 Appendix D, Sect

D.4)

εinst = Max Estimated Installation Bending Strain

εinp = Max Estimated In-place Bending Strain

tbuck = Guess Value (1 mm)

Penentuan Mill Tolerance

Mill Tolerance adalah toleransi yang diasumsikan sebagai kemungkinan kesalahan

manufacture yang terjadi saat melakukan rolling plate material menjadi pipa. Kesalahan

manufacture ini berupa reduksi terhadap thickness plate setelah diroll menjadi pipa. memang

pada dasarnya adalah sebuah "toleransi" yang diberikan kepada manufature sebagai

pengakuan atas ketidaksempurnaan sebuah produk, baik dari raw material, prosess bending,

maupun prosess manusia/sang operator, prosess testing setelah selesai produksi, dan lain-lain.

Sesuai dengan API 5L tabel J4, pada pipa seamless apabila tebalnya lebih dari 4 mm dan

kurang dari 10 mm maka nilai mill tolerancenya sebesar 15% dari besar tebal pipa.

Sedangkan apabila tebal pipa lebih dari 10 mm maka nilai mill tolerancenya sebesar 12,5%

dari tebal pipa.

Penentuan Construction Allowance

Construction Allowanace adalah nilai penambahan pada tebal pipa minimum yang telah

dihitung. Penambahan ini dikarenakan efek dari proses konstruksi pipa saat fabrikasi. Nilai

ini mengakomodir penebalan akibat proses pengelasan saat konstruksi pipa. Sesuai dengan

yang terdapat pada API STD 1104 nilai construction allowance sebesar 0,8 mm.

Penentuan Nilai Minimum Tebal Pipa Total

Setelah semua nilai di atas didapatkan, maka rumus menentukan wall thickness tadi dapat

digunakan, dengan persamaan :

treq-opr = treq + tmill + tcorr + tconst

dengan:

treq-opr = Minimum wall thickness required (mm)

treq = Minimmum wall thickness untuk kondisi operasi (mm)

tmill = Mill tolerance (API 5L Table J.4 )

tconst = Construction Allowance (API STD 1104)

Setelah mendapatkan nilai tebal pipa anda dapat mencocokkan nilai tebal pipa tersebut pada

Tabel Plain End Line Pipe Dimension (seamless & welded pipe) menurut API 5L sesuai

dengan standar.

CONTOH SOAL:

Diketahui:

Outside Diameter : OD = 6 in = 168,3 mm

Young Modulus : E = 2,07 x 105 Pa

Corrosion Allowance : tcorr = 3 mm

Fabrication Method : seamless

Pipe Ovality

(API 5L) : δ = 1,5 %

Poisson Ratio : v = 0,3

SMYS : 360 MPa

Pressure Eksternal : Po = 6,6 MPa

Pressure Internal : Pi = 0,3 MPa

Design Factor

(Tabel A842.22 ASME B31.8) : fd = 0,72

Temperature Derating Factor

(Tabel 841.116A ASME B31.8) : ft = 1,0

Collapse Factor

(API RP 1111 Sect 4.3.2.1) : fo = 0,7

Max External Pressure

(100 year RP) : Pd = 0,98 MPa

Guess value : tn = 4 mm

Buckle Propagation Pressure : 𝑃𝑏𝑝 = 0,37 MPa

Collapse Reduction Factor : g(δ) = 0,77

Ditanya:

Berapa besar tebal pipanya?

Jawab:

1. Menghitung tebal berdasarkan pressure contaiment:

𝑡𝑐𝑜𝑛𝑡 =(𝑃𝑖−𝑃𝑒).𝐷

2.𝑆𝑀𝑌𝑆.𝑓𝑑.𝑓𝑡

tcont = (6,6−0,3).168,3

2.360.0,72.1

tcont = 2,05 mm

2. Menghitung tebal berdasarkan hydrostatic collapse:

yield

pressure

Py = 2 . 360 (4

168,3)

Py = 17 MPa

Elastic Critical

Pressure

Px = 2 . 0,2 . (

4

168,3)³

(1−0,32)

Px = 6,1 MPa

Collapse Pressure

Pc = 17 . 6,1

(172+ 6,12)0,5

Pc = 5,8 MPa

D

tSP n

y 2

2

3

12

D

t

EP

n

x

5.022

xy

xy

c

PP

PPP

Required Wall Thickness

For Hydrostatic Collapse tcoll = √(𝑃𝑐 . 𝑓𝑜 − Po

tcoll = √(5,8 . 0,7 − 0,3

tcoll = 1,76 mm

3. Menghitung berdasarkan propagation buckling

tprop = √𝑃𝑏𝑝

24.𝑆.𝑓𝑡

2,4.D

tprop = √0,37

24 .360 . 1

2,4

.168,3

tprop = 2,78 mm

4. Menghitung berdasarkan kombinasi bending

)()(

g

Pd

PP io

b

ɛ

ɛ𝑏(𝑡𝑏𝑢𝑐𝑘)+

(P𝑜− 𝑃𝑖)

𝑃𝑑(𝑡𝑏𝑢𝑐𝑘)≤ g(δ)

0,3

0,3(𝑡𝑏𝑢𝑐𝑘)+

(6,6− 0,3)

0,98(𝑡𝑏𝑢𝑐𝑘)≤ 0,77

tbuck = 2,48 mm

5. Menentukan nilai wall thickness terbesar

tcont = 2,05 mm

tcoll = 1,76 mm

tprop = 2,78 mm

tbuck = 2,48 mm

maka nilai wall thickness requirment terbesar adalah sesuai dengan propagation buckling

sebesar 2,78 mm

6. Menentukan Mill Tolerance

Untuk nilai mill tolerance kita melihat dulu pada schedule API 5L lalu kita mengambil

perkiraan tebal pipa yang akan kita gunakan, pada contoh soal ini kita ambil tebal pipa

sebesar 7,9 mm. Karena nilai tebalnya lebih dari 4 mm namun kurang dari 10 mm maka mill

tolerance adalah 15% dari 7,9 mm yaitu 1,185 mm

7. Menentukan Construction Allowance

Sesuai API STD 1104, nilai construction allowance sebesar 0,8 mm

8. Perhitungan total tebal pipa

treq-opr = treq + tmill + tcorr + tconst

treq-opr = 2,78 + 1,185 + 3 + 0,8

treq-opr = 7,765 mm

9. Cek pada schedule

Setelah dilakukan perhitungan didapat wall thickness total sebesar 7,765 mm. Perhitungan ini

benar karena tidak lebih besar dari wall thickness perkiraan kita saat mencari nilai mill

tolerance. Namun sesuai dengan schedule API 5L nilai tebal sebesar 7,765 mm tidak ada, oleh

karena itu kita memilih tebal sebesar 7,9 mm yang sesuai dengan API 5L.

DAFTAR PUSTAKA

American Petroleum Institut (API); API 5L, Specification for Line Pipe. America

American Petroleum Institut. 2009. API RP 1111: Design Construction Maintanance of

Offshore Hydrocarbon Hydrocarbon Pipelines (Limit State Design). America

American Petroleum Institut. 1980. API STD 1104 : Standard for Welding Pipelines and

Related Facilities. Houston, Texas.

ASME B31.8: Gas Transmission and Distribution Piping System. American Steel

Mechanical Engineering, America.

Pertamina Hulu Energi ONWJ, 2012, KILO Field Further Development