ANALISIS KEGAGALAN AKIBAT KOROSI DAN KERETAKAN PADA PIPA ALIRAN GAS ALAM DI NEB#12 PETROCHINA INTERNATIONAL JABUNG LTD Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: BASUKI : 2702 100 017 : Teknik Material FTI-ITS : Ir. Muchtar Karokaro, MSc
ABSTRAK Kegagalan retak telah terjadi pada Weld Neck Flange yang digunakan untuk menghubungkan instalasi pipa SS 316L dengan Choke pada X-Mas Tree di Wellhead North East Betara(NEB#12) PetroChina International Jabung Ltd. Weld Neck Flange ini di las dengan reducer SS 316L pada instalasi pipa gas. Instalasi pipa ini telah dioperasikan sejak Juni 2005 dan mengalami kegagalan pada Januari 2006. Jika dilihat dari umurnya desain ini masih terlalu dini ketika mengalami kegagalan. Untuk mengetahui lebih lanjut tentang penyebab kegagalan yang terjadi, dilakukan langkah-langkah analisis material dan faktor penyebab kegagalan berupa pengamatan kondisi dilapangan dan pengujian dilaboratorium yakni, pengukuran dimensi material yang retak, metalografi (makro dan mikro) dan uji kekerasan. Kegagalan yang teramati yaitu keretakan pada daerah HAZ Weld Neck Flange baja karbon. Dari pengamatan kegagalan di akibatkan korosi galvanik pada sambungan las dissimilar metal antara Weld Neck flange baja karbon dan SS 316L. Kandungan CO 2 dan H 2 O yang sangat tinggi mengakibatkan sweet corrosion. Temperatur dan tekanan operasional pipa yang tinggi mempercepat proses korosi penyebab terjadinya kegagalan. Peretakan digambarkan oleh fenomena Stress Corosion Cracking dengan tipe retakan intergranular cracking.
Kata Kunci:
pipa aliran gas alam, korosi galvanik, sweet corrosion, stress corrosion cracking, intergranular cracking
FAILURE ANALYSIS OF CORROSION AND CRACKING IN NATURAL GAS PIPELINE NEB#12 PETROCHINA INTERNATIONAL JABUNG LTD Student Name Reg. Number Department Supervisor
: BASUKI : 2702 100 017 : MATERIAL ENGINEERING FTI-ITS : Ir. MUCHTAR KAROKARO, MSc
ABSTRACT Crack failure has occurred at Weld Neck Flange that is used for connecting SS 316 L pipeline installations with Choke at X-Mass tree wellhead NEB#12 PetroChina International Jabung Ltd. This Weld Neck Flange is welded by Reducer SS 316L on gas piping installation. This piping installation has been operated since June 2005 and occurred failure on January 2006. Considering designing life time, it’s too early in occurs failure. To investigate more about causes of failure occurred, so that is done by material analysis and test involved measurement of investigating operational condition on field and dimension material cracked, metallographic and hardness test. Failure observed, is cracking on Heat Affected Zone (HAZ) Weld Neck Flange carbon steel. From investigation, failure is caused by galvanic corrosion. High CO 2 and H 2 O content causes’ sweet corrosion. High Pipe operational temperature and pressure accelerate corrosion process causing failure. Cracking was shown as stress corrosion cracking phenomena and also intergranular cracking type.
Keyword: cracking, natural gas pipe, galvanic corrosion, sweet corrosion, stress corrosion cracking
ANALISIS KEGAGALAN AKIBAT KOROSI DAN KERETAKAN PADA PIPA ALIRAN GAS ALAM DI NEB#12 PETROCHINA INTERNATIONAL JABUNG LTD TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Teknik Korosi dan Kegagalan Material Program Studi S-1 Jurusan Teknik Material Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh : BASUKI Nrp. 2702 100 017
Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir : 1. Ir. Muchtar Karokaro, MSc
………. (Pembimbing)
2. Ir. Wahid Suherman
………. (Penguji I)
3. Ir. Rochman Rochiem, MSc
………. (Penguji II)
4. Haryati P, SSi, MSi
………. (Penguji III)
SURABAYA JULI, 2006
DAFTAR ISI Halaman judul ...................................................................... Lembar Pengesahan............................... ............................... Abstrak.................................................................................. Kata pengantar…………………………………………….. Daftar Gambar …………………………………………….. Daftar Tabel………………………………………………..
i iii iv vi xii xiv
Bab I Pendahuluan 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
Latar Belakang ……………………………………... Perumusan Masalah ………………………………... Batasan Masalah ……………………………………. Tujuan dan Manfaat penelitian ……………………... Sistematika penulisan………………………………..
1 2 3 3 4
Bab II Tinjauan Pustaka 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3
Wellhead pada Sumur Migas ……………….............. Teori Dasar korosi ...................................................... Bentuk-bentuk Korosi ................................................ Pengendalian Korosi .................................................. Laju Korosi ................................................................ Peretakan Korosi egangan dan Mekanisme Peretakan Korosi Tegangan……………………………………. 2.3.1 Mekanisme Peretakan Korosi Tegangan; Fase Pemicuan.......................................………......... 2.3.2 Mekanisme Peretakan Korosi Tegangan; Fase Penjalaran.......................................................... 2.4 Efek Korosif CO 2 dan Laju Korosi Merata pada Larutan CO 2 …………………………………………. 2.5 Pengaruh Temperatur Terhadap Korosi merata.......... 2.6 Korosi pada Sumur Migas...........................................
viii
7 8 9 14 14 15 16 19 21 24 27 29
2.6.1 Korosi Pitting pada Sumur Migas............................... 2.6.2 Retak tegang dan korosi lelah didalam larutan CO 2 ............................................................................
30
Bab III Metode penelitian Diagram Alir penelitian.............................................. Tempat penelitian........................................................ Spesimen...................................................................... Sarana Pengambilan data di Laboratorium.................. Persiapan Spesimen Untuk pengamatan di Laboratorium............................................................... 3.6 Pengamatan Data Laboratorium................................. 3.6.1 Pengamatan Makroskopik.......................................... 3.6.2 Pengamatan Mikroskopik........................................... 3.6.3 Pengujian Kekerasan................................................... 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
33 34 34 37 37 37 37 37 38
Bab IV Data Hasil Penelitian 41 4.1 4.2
Komposisi Kimia dan Sifat Mekanik Material............ Welding Procedure and specification (WPS) dan Procedure Qualification Record (PQR)....................... 4.3 Kondisi Temeperatur (T), Tekanan (P) dan Komposisi Gas Operasional Pipa di NEB#12 PetroChina International Jabung ltd............................. 4.4 Data Pengamatan Makroskopik................................... 4.4.1 Gambar Sampel Material retak................................... 4.4.2 Dimensi Material retak pada WNF dan Con. Red 4X3” SS 316L……………………………. 4.5 Data Pengamatan Mikroskopik……………………… 4.6 Data Pengujian Kekerasan…………………………...
41
46 48 48 55 57 66
ix
Bab V Pembahasan 5.1 5.2 5.3 5.4
Efek Galvanik pada Sambungan Las Disimilar Logam……………………………………………….. Pengaruh Temperatur dan Tekanan Operacional Pipa di Lapangan………………………………………….. Pengaruh Komposisi Gas yang Mengalir di dalam Pipa………………………………………………….. Mekanisme Terjadinya Keretakan (cracking)……….
69 71 72 74
Bab VI Kesimpulan dan Saran 6.1 6.2
Kesimpulan.................................................................. Saran............................................................................
Daftar Pustaka Lampiran A Lampiran B Lampiran C
x
79 80
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skema Wellhead dan X-mas tree..................... Gambar 2.2 Skema korosi galvanik dari dua logam yang berbeda............................................................... Gambar 2.3 Mekanisme korosi celah................................... Gambar 2.4 Mekanisme korosi sumuran............................. Gambar 2.5 Macam-macam bentuk korosi sumuran........... Gambar 2.6 Persyaratan peretakan SCC.............................. Gambar 2.7 Peran undakan sesar (slip step) dalam peretakan peka lingkungan.............................. Gambar 2.8 Laju korosi merata pada baja sebagai fungsi tekanan parsial CO 2 ......................................... Gambar 2.9 Grafik pengaruh tekanan parsial CO2 dan temperatur pada laju korosi baja...................... Gambar 2.10 Contoh plot Arhenius untuk laju korosi baja normalising Grit Blasted pada pH 4............... Gambar 2.11 Nomograph untuk perhitungan laju korosi sebagai fungsi tekanan Parsial CO 2 dan temperatur...................................................... Gambar 2.12 Grafik pengaruh konsentrasi CO 2 pada laju korosi.............................................................. Gambar 2.13 Grafik pengaruh tekanan parsial CO dan CO 2 pada SCC baja karbon dan Mn antara 18-70 0 C untuk 168-100 jam………………………. Gambar 3.1 Diagram alir penelitian………………………. Gambar 3.2 Potongan material yang mengalami keretakan di NEB#12 PetroChina International Jabung Ltd.................................................................... Gambar 3.3 Skema pipa dan keretakan di NEB#12 PetroChina International Jabung Ltd............... Gambar 4.1 Bentuk kampuh lasan dan jumlah layer........... Gambar 4.2 Gambar sampel material retak.......................... Gambar 4.3 Foto permukaan dalam WNF........................... Gambar 4.4 Foto permukaan patah retak WNF di dekat
xii
7 9 10 12 13 16 18 23 24 25
26 26
31 33
35 36 43 48 49
sambungan las................................................. Gambar 4.5 Foto bagian dalam Concentric Reducer SS 316L.................................................................. Gambar 4.6 Foto permukaan retak lasan Concentric Reducer SS 316L............................................. Gambar 4.7 Posisi pengukuran ketebalan material sampel.. Gambar 4.8 Posisi pengambilan foto mikro........................ Gambar 4.9 Foto struktur mikro weld metal....................... Gambar 4.10 Foto struktur mikro fusion line WNF............. Gambar 4.11 Foto struktur mikro HAZ WNF...................... Gambar 4.12 Foto struktur mikro base metal WNF............. Gambar 4.13 Foto struktur mikro fusion line Con. Red SS 316L................................................................. Gambar 4.14 Foto struktur mikro HAZ Con. Red SS 316L................................................................. Gambar 4.15 Foto struktur mikro base metal Con. Red SS 316L................................................................. Gambar 4.16 Foto mikro penjalaran retak............................ Gambar 4.17 Sketsa lokasi pengujian kekerasan.................. Gambar 5.1 Efek galvanik pada sambungan las disimilar logam dan Mekanisme korosi yang terjadi............................................................... Gambar 5.2 Mekanisme penjalaran retakan........................ Gambar 5.3 Grafik nilai kekerasan rata-rata material sampel pada berbagai daerah pengujian kekerasan Vickers.............................................
51 51 53 55 57 59 59 61 61 63 63 63 65 66
70 75
77
xiii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Factor in gas well treating...................................... Tabel 2.2 Pengaruh parameter sumur gas pada korosi pipa... Tabel 4.1 Komposisi kimia material Concentric Reducer SS 316L.................................................................. Tabel 4.2 Sifat mekanik material Concentric Reducer SS 316L....................................................................... Tabel 4.3 Electrode size and number of beads...................... Tabel 4.4 Temperatur dan tekanan operasional pipa di lapangan............................................................... Tabel 4.5 Komposisi gas yang mengalir di NEB#12 PetroChina International Jabung Ltd.................... Tabel 4.6 Data hasil pengukuran Ketebalan (thickness)....... Tabel 4.7 Data hasil perhitungan laju korosi........................ Tabel 4.8 Data hasil pengujian kekerasan.............................
xiv
27 29 41 41 43 46 47 56 56 67
