risk assessment of subsea gas pipeline pt. … · gambar 2.4 (a) patahan ulet (b) patahan ulet...
TRANSCRIPT
RISK ASSESSMENT OF SUBSEA GAS PIPELINEPT. PERUSAHAAN GAS NEGARA Tbk.
Oleh : Ilham Khoirul Ibad
Jurusan Teknik Material dan Metalurgi Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Dosen pembimbing :
Ir. Rochman rochiem. Msc
2
3
Gambar 2.1 Jenis kompresor berdasarkan prinsip
kerjanya. (Brown, Royce N. 1997)
Gambar 2.4 (a) Patahan ulet (b) Patahan ulet setalah
necking , (c) Patahan getas (Calister,2007)
4
Permasalahan %
Kesalahan pemilihan material 38
Cacat produksi 15
Kesalahan perlakuan panas 15
Kesalahan desain mekanik 11
Kondisi operasi yang berlebihan 8
Kondisi lingkungan yang tidak terkontrol 6
Pemeriksaan yang kurang baik 5
Material yang tidak jelas 2
Penyebab dalam kegagalan komponen mesin
Sumber : (brook,2002)
Indikasi awal retak terjadi didaerah yang mengalamikonsentrasi tegangan. Karakteristikpatahannya adalah high cycle lowbending and torsion stresskekerasannya lebih rendah dariyang seharusnya dandirekomendasikan untuk dilakukanpercipitasi hardening, (ELSEVIERsience direct )
Kegagalan terjadikarena komposisikimia dari bauttidak sesuai denganspesifikasikarakteristikpatahannya adalahlow stress highcycle fatiguefracture
Patah pada mechine textile
Patah pada lokomotif turbochargerKegagalan pada baut pipa uap
Dari hasil investigasinya
didapatkan kesimpulan baut yang
baru mempunyai kekuatan tarik
lebih tinggi hal ini disebabkan
adanya cacat pada baut yang
patah. Berdasarkan analisa
tegangan yang dilakukan fatigue
life tidak bisa diprediksi dan
penyebab kegagalannya adalah
fatigue
5
Bahan SEM/EDX makroMetalography
(ASTM E3-98)
Hardness
(ASTM E18)Tarik (ASTM E8)
ASTM A449
(baut patah)
√ v √ √ √
ASTM A449 - - √ √ -
Mesin Uji tarikMesin Hardness
Mikroskop optik SEM
6
Unsur ASTM A449 Baut patah(average)
C 0,25-0,55 0,4320
Si - 0,1821
Mn 0,57 min 0,7135
P 0,048 max 0,00
S 0,05 max 0,0183
Cu - 0,0671
Ni - 0,0635
Cr - 1,0427
Mo - 0,1634
Al - 0,0155
V - 0,0080
Fe Balance Balance
Didalam manual book gas kompresor yang diberikan
menunjukkan bahwa material yang digunakan sebagai baut
piston VVCP gas kompresor adalah SAE grade 5
berdasarkan (Deutchman,1975) material tersebut equivalent
dengan ASTM A449 yaitu quenched and tempered medium
carbon steel dengan kadar karbon 0,25 hingga 0,58
Adanya unsur-unsur tersebut akan
berpengaruh terhadap sifat mekaniknya
terutama kekerasan, dengan adanya
tambahan unsur paduan akan
meningkatkan Hardenability dari
material
7
Standard dimension bolt
Mechine design khurmi,1982
8
Indikasi crack
Daerah rambatan retak
Daerah patah statis
Berdasarkan Skema kegagalan fatigue (ASM handbook Vol. 19 Fatigue and fracture, 2002) patahan tersebut termasuk patahan unidirectional bending
9
Standard spesifikasi ASTM A449
adalah dilakukan perlakuan
Quenched and Tempered
10
C = 0,46
Dari hasil pengujian metalography material tersebut sesuai dengan spesifikasinya
mikrostrukture yang seharusnya tempermartensite ternyata hasilnya juga mirip dengantemper martensit seperti hasil dari ASM Metalhandbook vol 09 metallography and
microstructure 2004
spesimen
Gambar 4.9 Temper martensit baja medium carbon steel (ASM
metal handbook vol 09 metallography and microstructure 2004)
Gambar 4.10 (a) Temper martensit perbesaran 500x
di daerah jauh dari patahan (b) Temper martensit
perbesaran 1000x di daerah dekat patahan
11
Diameter baut Hardness
Brinell hardnessnumber
Rockwell C
¼ to 1 incl 255 to 321 25 to 34
Over 1 to 1,5 incl 223 to 285 19 to 30
Over 1,5 to 3 incl 183 to 235 -
Standard ASTM A449
Standard ASTM E18 untuk uji hardness Rockwell C
12
Indentasi 1
Insentasi 15
Hasil rata-rata uji Hardness menunjukkan bahwa nilai kekerasannya tidak sesuai dengan ASTM A449
indentasi HRC HRc HRc
1 35 35 34,5
2 35 35,9 35,8
3 36,5 36,6 36,1
4 35,8 37,2 35,7
5 35 34,2 36,2
6 36,6 37,2 37,1
7 37,5 36 37,8
8 37 34,9 37,9
9 36 35 36,1
10 37 37 37,2
11 36 34 36,3
12 36 36,1 35
13 37,2 36,2 35,4
14 36,3 36,2 35,8
15 37,1 35,8 36,2
Rata-rata 36,26667 35,82 36,20667
Nilai kekerasan didekat daerah patahan
13
Indentasi HRc HRc HRc
1 33 33,8 33
2 32,8 34,9 34
3 33,8 33,3 35
4 33 34,8 33,1
5 34,2 34 33,5
6 33,8 35 35,8
7 33,1 34,9 36
8 35 34,8 34,2
9 34 34 34,1
10 34,3 35 35,4
Rata-rata 33,7 34,45 34,41
Nilai kekerasan didaerah jauh dari patahan
Indentasi 1
Indentasi 10
nilai kekerasan di daerah yang dekat dengan patahan
adalah 36,09778 Hrc nilai ini lebih besar dibandingkan
dengan nilai kekerasan di daerah yang jauh dari patahan yaitu
sekitar 34,18667 Hrc hal ini bisa saja disebabkan oleh adanya
internal stress akibat beban kompresi yang ada di daerah
dekat dengan patahan sehingga mengakibatkan kekerasannya
naik. Sedangkan dari standard ASTM A449 nilai kekerasan
yang seharusnya berkisar antara 19 hingga 30 HRc. Baik di
daerah dekat patahan dan jauh dari patahan nilai
kekerasannya melebihi standard yang seharusnya sehingga
dapat dikatakan kekerasannya tidak sesuai standard.
14
Standard dimension ASTM E8
Spesimen uji tarik
15
Bahan Tensile
strength,min,
psi(Mpa)
Yield
strength,min
psi (Mpa)
Elong
ation
in 4D
min,
%
Reduc
tion
area,
min
%
ASTM
A449
105 000 (725) 81 000 (560) 14 35
Baut
Patah
174 944
(1206.2)
166 401
(1147)
21 -
Dari hasil pengujian tarik menggunakan standard ASTM E8 seperti yang ditunjukkan
pada tabel 4.4 nilai kekuatan tarik maksimum sebesar 1206 MPa dan nilai kekuatan luluhnya
1147 MPa nilai ini sangat jauh melebihi dari standard yang diberikan ASTM A449 yaitu
kekuatan tarik maksimum 725 MPa dan kekuatan luluhnya sebesar 560 MPa hal ini bisa
disebabkan karena adanya unsur-unsur lain yang seharusnya tidak terdapat dalam baut
tersebut dan juga pengaruh dari internal stress yang menyebabkan nilai kekuatan tariknya
menjadi lebih tinggi dari spesifikasi yang ada di ASTM A449
16Indikasi retakDaerah perambatan retak Patah statis
17
Element Wt % At %
C K 09.77 32.61
SiK 01.89 02.69
P K 01.17 01.52
S K 01.02 01.28
MnK 02.87 02.10
FeK 83.28 59.80
Untuk pengujian SEM dilengkapi EDX
ditunjukkan di daerah perambatan retak menunjukkan
bahwa tidak ada unsur-unsur hasil reaksi di daerah
tersebut sehingga dapat dikatakan hampir tidak terjadi
korosi di daerah tersebut.
18
Gerber Method for
Combination of Stresses
σu = 168,7229 Mpa < σu (587,5Mpa)
Goodman Method for
Combination of Stresses
σu = 216,4042 Mpa < σu (587,5Mpa)
Soderberg Method for Combination of
Stresses
σu = 250,4689 Mpa < σu (587,5Mpa)
Tekanan maksimum 1120 Psi
Tekanan minimum 420 Psi
Beban maksimum 35215,61 N
Beban minimum 13205,91 N
Tegangan maksimum 38,78711966 MPa
Tegangan minimum 14,54523 MPa
Konsentrasi tegangan 2,14
Tegangan maksimum dengan Kt 83,00443607 MPa
Tegangan minimum dengan Kt 31,12679789 MPa
Tegangan variasi 25,19768 MPa
Tegangan rata-rata 57,80676 MPa
Tegangan maksimum ijin 587,5 MPa
Tegangan maksimum Gerber method 168,7229 Mpa
Tegangan maksimum Soderberg method 250,4689 MPa
Tegangan maksimum Goodman method 216,4042 MPa
Endurance limit (E) 903,8 MPa
Tegangan masimum yang diijinkan 587,5 MPa
19
Buckling
1. Both ends Hinged
Wcr = π2 E I / L2
d = 77,20489566 mm > 38,1 mm
Wcr = π2 E I / L2
d = 54,59210526 mm > 38,1 mm
2. Both ends fixed
3. One end fixed and other end hinged
Wcr = π2 E I / L2
d = 64,92132 mm > 38,1 mm
4. one end fixed and other end free
Wcr = π2 E I / L2
d = 109,1842105 mm > 38,1 mm
besar diameter baut minimum sebesar 54,59210526 mm bila
kondisinya adalah Both ends fixed. Besar diameter baut yang
ada adalah 1,5 inch atau 38,1mm,berdasarkan perhitungan
desain baut dari keempat asumsi yang diberikan nilai ini
masih jauh dari desain minimum dengan asumsi Both ends
fixed yaitu sebesar 54,59210526 mm dengan demikian
bagaimanapun jenis tumpuan yang ada pada baut piston
VVCP gas kompresor dapat dikategorikan tidak aman untuk
kegagalan yang disebabkan oleh buckling
RISK ASSESSMENT OF SUBSEA GAS PIPELINEPT. PERUSAHAAN GAS NEGARA Tbk.
1. Berdasarkan data yang didapat penyebab terjadinya kegagalan baut
piston VVCP gas kompresor akibat beban kompresi yang menyebabkan
bending atau buckling.2. Awal retakan bermula dari bagian yang mengalami konsentrasi
teganngan lalu tumbuh besar dan akhirnya patah,pola
patahannya termasuk unidirectional bending.3. Mengurangi jarak antara tumpuan (l) dengan memberikan
tumpuan ditengah dan mengurangi konsentrasi tegangan.
1. Meningkatkan modulus elastisitas baut piston VVCP gas kompresor