ANALISA KEKUATAN SISA PIPELINE AKIBAT CORROSION BERBASIS KEANDALAN DI PETROCHINA-PERTAMINA TUBAN
Oleh: Prasetyo Muhardadi Dosen Pembimbing : 1. Prof. Ir. Daniel M. Rosyid, PhD 2. Prof. Ir. Soegiono
4305 100 039
AGENDA PRESENTASI
• Latar Belakang • Perumusan Masalah • Batasan Masalah • Analisa dan Pembahasan • Kesimpulan
LATAR BELAKANG
Pipeline merupakan alat transportasi minyak dan gas yang aman dan ekonomis Korosi dapat menyebabkan menurunnya kekuatan struktur dan kerusakan pada pipa 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
• Semakin pipa mengalami korosi maka ketebalan pipa akan semakin berkurang, dengan berkurangnya kekuatan sisa (residual strength) maka pipa tidak akan mampu menahan internal pressure dan temperature yang bekerja didalam pipa sehingga pipa akan mengalami kegagalan
Eksternal Corrossion
Internal Corrossion
Data tanah di Desa Mojo Agung Tuban
Data yang digunakan dalam Tugas Akhir
Jenis tanah
Clay
Depth
3 meter
Density, γm
1,84 t/m3
Java Tuban. Pipeline yang dianalisa adalah
Shear Strength, Su
6,7 t/m2
pipeline yang memiliki tingkat korosi
Friction angle, Ф
0
ini adalah data pipeline Sukowati - CPA milik JOB Pertamina -
Petrochina East
paling tinggi, dengan panjang pipeline 2 meter (91.5 inchi). Lokasi pipeline yang dianalisa terletak di SDV – 03 KM 4600 desa Mojo Agung, Tuban.
Dalam tugas akhir ini pemodelan tanah diasumsikan
sebagai
beban
luar
dan
tumpuan pada pipa. Pemodelan tanah sebagai tumpuan pipa dapat dilihat pada gambar disamping.
PIPELINE YANG DITINJAU
Data Sukowati-CPA Pipeline JOB Pertamina-Petrochina East Java Tuban
Material
ASTM A106 Gr.B Sch 80
Outside Diameter (OD)
10,750 inchi
Wallthickness
0,593 inchi
Length
9600 m
Design pressure
1480 psi
Design temperature
203 F
SMYS
35000 psi
Thermal Expansion
6,498 x 10-6 oF-1
Modulus Young
28,3 x 106 psi
Poisson’s Ratio
0,303
Density
0,284 lbs/in3
Perumusan Masalah
• Berapa kekuatan dan keandalan sebelum mengalami pipeline corrosion ? • Berapa kekuatan sisa (residual strength) dan keandalan pipeline setelah mengalami corrosion?
Batasan Masalah • Korosi yang dianalisa terletak di BV-03 KM 4600 desa Mojo Agung, Tuban. • Konfigurasi pipa yang ditinjau berbentuk lurus. • Beban yang bekerja pada pipa adalah internal pressure, internal temperature, dan beban tanah.
• Korosi dimodelkan dengan rectangular shape corrosion berdasarkan DNV RP - F101 Corroded Pipeline dan DNV Technical Report no 96-3392 Reliability of Corroded Pipes Finite Element Analysis. • Korosi yang terjadi adalah jenis pitting corrosion.
Analisa dan Pembahasan •Variasi Pressure dan Temperature berdasar kondisi Operasi year
P Psi
T oF 100
450
159 180
100 2005,2007,2009
658
159 180 100
800
159 180
Perhitungan Panjang Cacat Korosi Berdasarkan ASME B31G Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipeline. % pit depth = 100 d/t • Persentase kedalaman cacat : L=1.12B(Dt)^2 • Panjang daerah terkorosi : dalam inch
Thn
NPS (D)
d
t
d/t
%pit depth
2007 2007
10 10
0.08 0.01
0.593 0.593
0.13 0.02
13.5 1.7
4 4
10.9 10.9
B
L
2.5 4
6.8 10.9
Thn
NPS (D)
d
t
d/t
%pit depth
2009 2009
10 10
0.12 0.02
0.593 0.593
0.20 0.03
20.2 3.4
B
L
Analisa Kekuatan Pipa • Analisa Tegangan pada Pipa sebelum Terkorosi (2005) Tegangan paling besar yang terjadi pada pipa sebelum mengalami korosi adalah 23954 psi. Tegangan-tegangan yang terjadi masih dibawah maximum allowable stress (0,9 SMYS) pipa
Tegangan von Mises, psi
Tegangan von Mises akibat pengaruh pressure dan temperature (d = 0)
37000 31500
29000
21000
13000
5000 100
120
140
160
180
Temperature, 0F pressure 450 psi
pressure 658 psi
pressure 800 psi
Maximum Allowable Stress
200
• Analisa Tegangan pada Pipa setelah Terkorosi (2007) Berdasarkan perhitungan ASME B31G kedalaman korosi dapat kita dapatkan panjang cacat maksimum yang diijinkan. Sedangkan untuk asumsi lebar korosi (w) berdasakan DNV Technical Report No 96-3392 sebesar w = 3t, yaitu 1,8 in. dengan Tegangan terbesar 37743 psi.
Tegangan von Mises akibat pengaruh pressure dan temperature (2007)
Tegangan von Mises, psi
40000
31500 30000
20000
10000 100
120
140
160
180
Temperature, 0F
Pressure 450
Pressure 658
Pressure 800
Maximum Allowable Stress
200
• Analisa Tegangan pada Pipa setelah Terkorosi (2009) Pada tahun 2009 kedalaman semakin bertambah, ini menyebabkan tegangan yang terjadi pada pipa akan berbeda dengan kondisi sebelumnya. Berdasarkan perhitungan ASME B31G kedalaman korosi dapat kita dapatkan panjang cacat maksimum yang diijinkan. Dengan Tegangan terbesar 37969 psi
Tegangan von Mises akibat pengaruh pressure dan temperature (2009)
Tegangan von Mises, psi
40000
31500
30000
20000
10000 100
120
140
160
180
200
Temperature, 0F
Pressure 450
Pressure 658
Pressure 800
Maximum Allowable Stress
• 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.
Ovalitas pipa pada saat pipa belum terkorosi (2005)
Kedalaman cacat korosi (d) in
Pressure (P) psi
0
450
0
450
0
450
0
658
0
658
0
658
0
800
0
800
0
800
Temperature (T) oF
Deformed Ovality in in
Pc psi
Pc/(γm*γSC)
Pe psi
Status
100
0,27026
0,0465
12581,55
9596,91
2,142
ok
159
0,27437
0,0471
12402,38
9460,24
2,142
ok
180
0,27587
0,0473
12336,50
9409,99
2,142
ok
100
0,27068
0,0466
12563,33
9583,01
2,142
ok
159
0,27481
0,0472
12382,76
9445,28
2,142
ok
180
0,27631
0,0474
12316,92
9395,06
2,142
ok
100
0,27097
0,0466
12550,41
9573,16
2,142
ok
159
0,27511
0,0472
12369,30
9435,01
2,142
ok
180
0,27661
0,0474
12303,49
9384,82
2,142
ok
Ovalitas pipa pada saat pipa setelah terkorosi (2007) Kedalaman cacat korosi (d)
Pressure (P)
Temperature (T)
Deformed
Ovality
Pc
in
psi
oF
in
in
psi
0,08 & 0,01
450
100
0,40309
0,0709
4607,66
3514,61
2,142
ok
0,08 & 0,01
450
159
0,42555
0,0749
4271,76
3258,40
2,142
ok
0,08 & 0,01
450
180
0,43356
0,0763
4163,53
3175,84
2,142
ok
0,08 & 0,01
658
100
0,40525
0,0713
4572,98
3488,16
2,142
ok
0,08 & 0,01
658
159
0,42772
0,0753
4242,10
3235,78
2,142
ok
0,08 & 0,01
658
180
0,43574
0,0767
4135,12
3154,17
2,142
ok
0,08 & 0,01
800
100
0,40672
0,0716
4549,52
3470,26
2,142
ok
0,08 & 0,01
800
159
0,4292
0,0755
4221,87
3220.34
2,142
ok
0,08 & 0,01
800
180
0,43722
0,0770
4115,99
3139,58
2,142
ok
Pc/(γm*γSC)
Pe
Status
psi
Ovalitas pipa pada saat pipa setelah terkorosi (2009) Kedalaman cacat korosi (d)
Pressure (P)
Temperature (T)
Deformed
Ovality
Pc
in
psi
oF
in
in
psi
0,12 & 0,02
450
100
0,66639
0,119
1428,91
1089,94
2,142
ok
0,12 & 0,02
450
159
0,66329
0,118
1443,04
1100,72
2,142
ok
0,12 & 0,02
450
180
0,66221
0,118
1448,10
1104,58
2,142
ok
0,12 & 0,02
658
100
0,73617
0,131
1211,65
924,22
2,142
ok
0,12 & 0,02
658
159
0,73308
0,131
1223,24
933,06
2,142
ok
0,12 & 0,02
658
180
0,73199
0,130
1227,38
936,22
2,142
ok
0,12 & 0,02
800
100
0,70339
0,125
1307,45
997,29
2,142
ok
0,12 & 0,02
800
159
0,70031
0,125
1320,10
1006,94
2,142
ok
0,12 & 0,02
800
180
0,69922
0,124
1324,62
1010,39
2,142
ok
Pc/(γm*γSC)
Pe
Status
psi
Analisa Keandalan Pipa Berdasarkan hasil simulasi Monte Carlo, didapatakan peluang kegagalan (Pg) pipa sebesar 0,0038 dan peluang sukses (Ps) 0,9962. Dengan keandalan sebesar 0,9962 maka didapatkan indeks keandalan pipa pada tahun 2005 sebesar 2,67. Dari hasil simulasi dengan tambahan variabel acak data ketebalan tahun 2007, peluang gagal (Pg) pipa menjadi 0,0041, sedangkan peluang sukses (Ps) menjadi 0,9959. Dengan terjadinya korosi maka peluang sukses (Ps) pipa juga berkurang, dengan demikian keandalan pipa juga menurun meskipun tidak terlalu besar penurunanya. Indeks keandalan pada tahun 2007 turun menjadi 2,65. Berdasarkan hasil inspeksi pada tahun 2009, korosi pada pipa bertambah. Ketebalan pipa juga mengalami pengurangan akibat korosi. Dengan ketebalan pipa yang semakin tipis, keandalan pipa juga menurun. Berdasarkan hasil simulasi keandalan pipa pada tahun 2009 menurun dibandingkan pada tahun 2005 dan 2007. Keandalan pada tahun 2009 adalah 0,9956 dan indeks keandalannya 2,62.
Dari hasil analisa diatas maka dapat dibuat grafik indeks keandalan dari pipa sebelum dan sesudah terokorosi pada tahun 2005, 2007, dan 2009.
Indeks Keandalan Pipa 2.68 2.67
2.67
2.66 Indeks Keandalan, β
2.65
2.65
2.64 2.63 2.62
2.62
2.61 2004
2005
2006
2007 Tahun
2008
2009
2010
Ovalitas yang terjadi pada pipa tidak menyebabkan kegagalan pada pipa. Pipa masih dapat menahan beban-beban yang bekerja Indeks Keandalan Pipa 5
4.42
4.42
4.42
Indeks Keandalan, β
4
3
2
1
0 2004.5
2005
2005.5
2006
2006.5
2007 Tahun
2007.5
2008
2008.5
2009
2009.5
KESIMPULAN 1.
2.
Sebelum mengalami korosi tegangan-tegangan yang terjadi pada pipa tidak menyebabkan pipa mengalami buckling. Ovalitas yang terjadi pada pipa masih dalam batas yang diijinkan. Indeks keandalan pipa terhadap terjadinya local buckling sebelum mengalami korosi adalah 2,67, sedangkan terhadap terjadinya kegagalan akibat ovalitas adalah 4,42. Tegangan-tegangan yang terjadi pada pipa setelah mengalami korosi mengalami kenaikan. Dengan adanya korosi menyebabkan pipa mengalami local buckling. Keandalan pipa setelah mengalami korosi mengalami penurunan. Pada tahun 2007 indeks keandalan pipa 2,65 dan pada tahun 2009 indeks keandalan pipa menjadi 2,62. Untuk indeks keandalan pipa terhadap kegagalan yang disebabkan ovalitas pipa tetap 4,42.
Terima Kasih………
