Standar Material-Manufacturing(Ada ASTM)

Bab 2 & 3 Materials, Manufacturing, Welding

BAB 2 & 3 PIPE MATERIALS, MANUFACTURING AND WELDING

1 Piping system Integrity

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: Mt dan μ - MENTRANSFER/MEMINDAHKAN PANAS 2

1

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 3

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. 4

2

E. KODE SUATU STANDAR ATAU KUMPULAN PERATURAN YANG HARUS DIADOPSI.

5

CONTOH SPESIFIKASI MATERIAL MENURUT ASTM:

6

3

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)

7

CHEMICAL COMPOSITION OF METALLIC PIPING MATERIALS C

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

Ni

Si

8

4

CONTOH SISTEM AISI-SAE

9

10

5

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 11

•

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.

2.

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) GRADE “LOW STERNGTH” ADALAH GRADE A DAN B (30 DAN 35 KSI YS MIN). 12

6

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 MAKS YANG DAPAT DICAPAI MELALUI COLD EXPANSION TANPA PENAMBAHAN UNSUR PADUAN.

PENAMBAHAN UNSUR PADUAN DIMAKSUDKAN UNTUK: • • •

MENGONTROL KEKUATAN MEMPERBAIKI MAMPU LAS MEMPERBAIKI NOTCH TOGHNESS. 13

FUNGSI UNSUR PADUAN DAN BATAS2NYA: 1.

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

2. 3.

SILIKON: 0.13 – 0.33% 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. V DAN Nb (Cb); PENGHALUS BUTIR (X60) Ti DAN Zr SEBAGAI PENGHALUS BUTIR Mo < 0.2% UNTUK MEMINIMIZE M DAN UB.

4. 5. 6.

14

7

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. 15

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 22. STAINLESS STEEL PIPE AND TUBES.

16

8

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 CO2 resistance 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 17

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. 18

9

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/SSC RESISTANCE - HIGH GRADE OCTG 19

BAGIAN II PROSES PEMBUATAN PIPA A.

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

20

10

21

22

11

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.

23

24

12

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). III. EXTRUSION PROCESS (SMALL SIZES ONLY) 26

13

27

28

14

29

30

15

31

PENGENDALIAN KUALITAS YANG DILAKUKAN: 1. PEMERIKSAAN PELAT BAHAN PIPA DENGAN METODA ULTRASONIK

32

16

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

33

34

17

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

35

36

18

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 37

38

19

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)

39

40

20

UNTUK MEMELIHARA UJUNG PIPA (PIPE END); TERUTAMA UNTUK DIAMETER PIPA YANG BESAR, DILAKUKAN PEMASANGAN “BEVEL PROTECTOR”

UNTUK PIPA YANG KECIL DIPASANG VINYL SHEET COVER 41

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.

42

21

C. CENTRIFUGAL CASTING:

43

D. PROSES PEMBUATAN PIPA YANG LAIN: I. UOE PIPE (U-ING; O-ING AND EXPAND-ING) II. ERW PIPE III. SPIRAL WELD (SP) PIPE IV. ROLL AND PRESS BENDING (RP) PIPE

44

22

45

46

23

47

48

24

BAGIAN III MATERIAL PIPA PENDAHULUAN: KLASIFIKASI/PENGELOMPOKAN MATERIAL:

P0LIMER LOGAM KOMPOSIT KERAMIK

SECARA UMUM; MATERIAL DIMANFAATKAN ATAS DASAR SIFAT-SIFATNYA. 49

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 50

25

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 51

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 52

26

MUNGKINKAH SIFAT-SIFAT TSB DAPAT DIUBAH? BEBERAPA CARA MENGUBAH SIFAT BAJA: • • • • •

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

53

STRUKTUR MIKRO BAJA KARBON: • DEFINISI • DIAGRAM FASA Fe-C

54

27

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. 55

STRUKTUR KRISTAL DAN KLASIFIKASI BAJA KARBON: • STRUKTUR KRISTAL

• KLASIFIKASI BAJA KARBON: - BAJA KARBON RENDAH - BAJA KARBON MEDIUM - BAJA KARBON TINGGI 56

28

• STRUKTUR MIKRO BAJA KARBON PADA BERBAGAI KADAR KARBON:

57

58

29

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

- MARTENSIT - BAINIT (LOWER BAINIT) - TROSTIT (UPPER BAINIT) - PERLIT 59

60

30

61

PROSES TEMPER: • DEFINISI • DIAGRAM TEMPER

• FENOMENA TEMPER: TEMPER EMBRITTLEMENT DAN SECONDARY HARDENING • STRUKTUR TEMPER: M-TEMPER; SORBIT, SFEROID. 62

31

63

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 64

32

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 UNSURUNSUR DENGAN PROSENTASE LEBIH DARI: Mn : 1.65% Si : 0.60% Cu : 0.60% 65

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 66

33

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. 67

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 UNSUR2 YANG DIPADUKAN: Si, Mn, Ni, Cr, Cu, Mo 68

34

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 69

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) - A403 (FITTINGS) 70

35

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:

71

72

36

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) 73

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 74

37

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

45

0.8

CONSTRUCTION OR MATERIAL

______________________________________________________ DATA: SERVICE FAILURE 1970-1984

75

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 - OTHER

7.3% 1.5%

76

38

77

78

39