tugasakhir (mo 091336)

ANALISA KEGAGALAN PIPA GAS API-X65 AKIBAT KOROSI MENGGUNAKAN SINTAP

BERBASIS KEANDALAN

Tugas Akhir (MO 091336)

Failure Engineering. Analysis

Dikerjakan Oleh:

Aris Bagoes Maladhi4307.100.100

Dosen PembimbingProf. Ir. Daniel M. Rosyid, Ph.D., MRINA

Ir. Murdjito, M.Sc,Eng

Jurusan Teknik KelautanFakultas Teknologi Kelautan

Institut Teknologi Sepuluh NopemberSeptember 2011


• Fakta bahwa di dunia ini terdapat:– 12000 anjungan lepas pantai– 5000 unit sub-sea– 22000 jaringan pemipaan gas bumi– North Sea: total jaringan pipa sepanjang 10000 KM

• Feasibility study gas sub-sea line• Peraturan Menteri Pertambangan dan Energi No. 06

P/0746/M.PE/1991• Pengaruh sifat air laut yang korosif pada struktur pipa

LATAR BELAKANG

• Penelitian-penelitian sebelumnya:– Lilik H. Thohiroh (2005): Perancangan pipa gas bawah laut– Ahmad Fauzan (2007): Analisa keandalan & RBI– Moh. Nur Hidayat (2006): Analisa retak cacat las FAD– H. Adib et al (2010): Corrosion defect assessment by SINTAP

• Keuntungan SINTAP:– Pengakuan metode analisa dan hasil tidak diragukan Consortium of

17 European establishments under the European Union Brite-EuramFourth Framework Scheme

– Dapat melakukan penilaian kekuatan struktur lebih spesifik.

LATAR BELAKANG

Tempat Instalasi Pipa

• Bagaimana pengaruh bentuk geometri keropos korosi terhadap tegangan pada pipa?

• Bagaimana pengaruh bentuk geometri keropos korosi terhadap peluang kegagalan pipa?

• Bagaimana cara menentukan jenis kegagalan yang dialami pipa menggunakan FAD SINTAP?

PERUMUSAN MASALAH

• Mengetahui pengaruh bentuk geometri keropos korosi terhadap tegangan pada pipa.

• Mengetahui pengaruh bentuk geometri keropos korosi terhadap peluang kegagalan pipa.

• Menentukan jenis kegagalan yang dialami pipa menggunakan FAD SINTAP.

TUJUAN

MANFAAT

• Feasibility study gas subsea line dengan probabilistic analysis.

• Objek penelitian adalah hasil perancangan offshore pipelineIIGTS milik PT. PGN oleh Hamidotut Thohiroh (2005).

• Analisa peluang kegagalan pipa akibat korosi dilakukan untuk 3 geometri retak korosi yaitu semi spherical, semi elliptical, danlong blunt notch.

• Pemodelan 3D geometri retak korosi pada pipa untuk analisaFEM-ANSYS adalah one-quarter symmetry.

• Penilaian keandalan pipa hanya dilakukan dengan kondisi defecttunggal pada pipa dan untuk beban tekanan internal saja.

• Penentuan stress distribution pada analisa FEM-ANSYS dilakukan hanya untuk arah longitudinal saja.

BATASAN MASALAH

• Perhitungan yang dilakukan mengacu pada standard and codeyang berlaku yaitu DNV-RP-F101 dan DNV Technical Report No 96-3392 Reliability of Corroded Pipes Finite Element Analysis.

• Untuk besaran-besaran statistic dan probabilistic yang tidakdiketahui diasumsikan sesuai dengan ketentuan dan referensi.

• Pada perhitungan SINTAP digunakan level 1 dimana perbedaanyield strength antara parent metal dengan HAZ dianggap kurangdari 10%.

BATASAN MASALAH

• Mengapa SINTAP:– Banyak metode untuk fitness-for-purpose di Eropa.

– Penentuan faktor keamanan dan landasan teori yang tidak spesifik.

– Pendekatan yang digunakan tidak terdefinisi dengan baik.

• SINTAP FAD Approach

TINJAUAN PUSTAKA

• Modification of SINTAP for Notch:– Fracture mechanics crack based not based on blunt defect

(corrosion craters)

– Kr is replaced by Kr,ρ

– The fracture process requires a certain volume which that’s assumed as a cylindrical with effective distance as its diameter.

TINJAUAN PUSTAKA

• Reliability analysis dengan SINTAP– Limit state function:

gR6 (X) = gR6 (KIC, σy, a) = fR6 – Kr

gLr (σy, σu, a) = Lrmax - Lr

– Probability of failure:

TINJAUAN PUSTAKA

METODOLOGI PENELITIANMulai

Studi Literatur & Pengumpulan

Data

Pemodelan ANSYS dan Analisa FEM 3D

Analisa distrbusi tegangan untuk arah radial dan longitudinal pada akar

keropos korosi

Goodness of fit distribution & Uji statistik Distribusi Weibull

Menentukan Moda Kegagalang(x) = R(x) - S(x)

Ya

TdkP-Value > 0.05 Uji Statistik untuk distribusi

lain dengan P-Value > 0.05

Menentukan mean & CoV semua random variable

• Non Dimensional SIF, Kr• Non Dimensional Load, Lr

Jenis Kegagalan menggunakan polar

coordinate pada FAD

Safe Zone Classification

Validasi

Selesai

Analisa keandalan menggunakan AFOSM

Analisa keandalan dengan simulasi Montecarlo

YaYa

Tdk

METODOLOGI PENELITIANFAD Analysis

• Menentukan yield dan ultimate strength material pipa.• Menghitung non dimensional SIF Kr sebagai fungsi load Lr.• Menentukan:

– Fracture toughness– Ukuran dan bentuk keretakan– Load dan stress pada daerah retak

• Analisa dengan FAD:– Menghitung Lr* untuk pembebanan pada retak– Menghitung Kr* untuk pembebanan pada retak– Plot assessment point dengan koordinat (Lr*, Kr*) pada FAD

• Hasil

Parameter Nilai Satuan

Tekanan desain 7.93 Mpa

Temperatur desain maksimum 51.6 oC

Berat jenis gas 17.6 Kg/m3

Flow rate 400 MMscfd

t = 0.875”

OD = 32”API 5L X 65

Data Produksi (PGN, 2003)

SYMS = 448 MPaUTS = 531 MPa

PENGUMPULAN DATA

PENGUMPULAN DATA

Data Pipa X65• Spesifikasi : API 5L• Grade : X65 PSL-2• SMYS : 448 MPa• SMTS : 531 MPa• Diameter luar : 32 in• Diameter dalam : 30,25 in• Tebal pipa : 0,875 inData Tekanan Desain• Rata-rata : 1.05 MAOP = (1.05) x (79.3 bar) = 83.265 bar• CoV : 3 %• Distribution : Normal

Statistic Descriptif

Random

Variable

Yield & Tensile

StrengthPressure Defect Size

Fracture

Toughness

Distribution Normal Normal Exponential Weibull

CoV 4% 3% - -

Tabel 3.2 Pendekatan Distribusi pada Random Variable

Yield Stress dan Tensile Strength

• fy = SMYS – fy,temp

• fu = SMTS – fu,temp

Variable Distribution Mean CoVYield Strength (σy) Normal 447.25 MPa 4%

Tensile Strength (σu) Normal 530.25 MPa 4%

PENGUMPULAN DATA

Fracture Toughness

Notch Position Specimen Number CTODEvaluati

on

Weld centerlineW - 1 0.386 ValidW - 2 0.369 ValidW - 3 0.569 Valid

HAZ

H - 1 0.549 ValidH - 2 0.428 Valid

H - 3 0.781Not

validH - 4 0.692 Valid

H - 5 0.753Not

valid

H - 6 0.811Not

valid

Parent metalB - 1 0.843 ValidB - 2 0.804 ValidB - 3 0.785 Valid

Goodness of Fit

Fracture Toughness• Shape : 71,098• Scale : 357,496

Model Keropos korosiKorosi• Mean : 11,1125 mm • Uncertainty factor XM : 1.05

Analisa FEM ANSYS

Boundary Condition FEM

Gambar 4.6 Boundary condition pada model pipa (ANSYS)

Analisa FEM

160150140130120110100908070

330

320

310

300

290

280

270

260

250

Panjang Pipa

Von

Mis

ess

Scatterplot of VonMisess vs Panjang Pipa

Analisa FEM

1101009080706050403020

320

315

310

305

300

295

290

Jmlh Elemen

Von

Mis

es

Scatterplot of VonMises vs Jmlh Elemen

Analisa FEM ANSYS

Fracture Volumetric Method

SIF

Radial direction seff (MPa) Xeff (mm) Kr=seff √2pXeff

semi spherical 224.5 1.621 22.65

semi elliptical 366.43 2.32 44.23

blunt notch 518.52 1.39 48.43

Longitudinal direction seff (MPa) Xeff (mm) Kr=seff √2pXeff

semi spherical 236.51 1.04 19.11

semi elliptical 325.66 0.89 24.28

blunt notch 394.29 0.58 23.78

Safety Factor

Radial direction

Bentuk Korosi SF

Semi spherical 4

Semi elliptical 3.67

Blunt notch 3.64

Longitudinal direction

Bentuk Korosi SF

Semi spherical 3.9

Semi elliptical 3.8

Blunt notch 3.8

Simulasi Montecarlo

Simulasi Montecarlo

Random variable

Yield/Ultimate strength

Pressure

Defect depth

Fracture Toughness

DistribusiNormal Normal Exponential Weibull

CoV 4% 3% - -

Mean447.25/530.25

MPa8.33 MPa

0.4375 in354.8

MPa√m

StD 17.89/21.21 0.25 - -

Shape Parameter

- - 71.098

Scale Parameter- - 357.49

Bentuk korosi PG

Semi spherical 4 x 10-5

Semi Elliptical

1.69 x 10-

3

Blunt notch2.68 x 10-

3

FAD

Semi Spherical Semi Elliptical Long Blunt Notch

Lr KrKr / Lr

Tipe Kegagalan

Lr KrKr / Lr

Tipe Kegagalan

Lr KrKr / Lr

Tipe Kegagalan

0,30 1,14 3,77 Fracture 0,30 1,30 4,37 Fracture 0,29 1,23 4,20 Fracture0,29 1,02 3,50 Fracture 0,30 1,30 4,36 Fracture 0,30 1,22 4,08 Fracture0,29 1,02 3,53 Fracture 0,32 1,29 4,08 Fracture 0,30 1,22 4,00 Fracture0,28 1,29 4,55 Fracture 0,31 1,29 4,16 Fracture 0,31 1,21 3,90 Fracture0,30 1,27 4,30 Fracture 0,29 1,29 4,38 Fracture 0,28 1,22 4,39 Fracture0,30 1,27 4,23 Fracture 0,27 1,29 4,80 Fracture 0,28 1,22 4,32 Fracture0,29 1,27 4,38 Fracture 0,29 1,29 4,40 Fracture 0,28 1,21 4,27 Fracture0,32 1,26 3,98 Fracture 0,30 1,28 4,24 Fracture 0,31 1,20 3,92 Fracture0,30 1,26 4,24 Fracture 0,30 1,28 4,24 Fracture 0,30 1,19 3,98 Fracture0,30 1,24 4,20 Fracture 0,30 1,27 4,18 Fracture 0,29 1,19 4,07 Fracture

Kesimpulan

• Dari analisa FEM menunjukkan bahwa konsentrasi tegangan terbesar pada pipa disebabkan berturut-turut oleh bentuk korosi long blunt notch, semi elliptical, dan semi spherical, dimana konsentrasi tegangan SCF mencapai hingga 13 kali tegangan nominal pipa. Ketiga bentuk korosi memiliki aspek rasio dan kedalaman yang sama, sehingga dapat disimpulkan bahwa jika semakin kecil radius notch tip makan akan semakin besar pula SCF.

• Sedangkan dari perhitungan SIF menggunakan metode volumetric fracture diketahui tegangan terbesar terjadi pada arah radial dari ligamen korosi. Dan berdasarkan bentuk korosi, SIF terbesar berturut-turut terjadi pada long blunt notch, semi elliptical, dan semi spherical yaitu 48.43 MPa√m, 44.23 MPa√m, dan 22.65 MPa√m.

Kesimpulan

• Besar peluang kegagalan dipengaruhi juga oleh besarnya tegangan SIF pada pipa. Dan dari ketiga bentuk pipa, hanya bentuk korosi semi spherical yang memiliki peluang kegagalan terkecil dan memenuhi safety class DNV RP F101, yaitu 8 x 10-5. Sedangkan peluang kegagalan terbesar terjadi pada pipa dengan bentuk korosi long blunt notch yaitu 4.84 x 10-3.

• Dari hasil simulasi Monte Carlo dan menggunakan polar koordinat pada FAD SINTAP, semua bentuk korosi memiliki jenis kegagalan fracture, dimana θ > 36° atau Kr / Lr > 1.1.

Terima kasihWassalammulaikum Wr. Wb.


DAFTAR PUSTAKA

• American Petroleum Institute (2000). API Spec 5L: Specification For Line Pipe 42nd Edition. Washington.

• American Petroleum Institute (2000). API RP 579: Fitness for Service. Washington.

• Det Norske Veritas (2010). DNV RP F101: Corroded Pipelines.• Adib, H., et al,. (2006). Evaluation of the Effect of Corrosion

Defects on the Structural Integrity of X52 Gas Pipelines Using the SINTAP Procedure and Notch Theory. Elsevier. France.

• Adib, H., et al. (2006). Structural integrity evaluation of X52 gas pipes subjected to external corrosion defects using the SINTAP procedure. Elsevier. France.

• Meliani, M. Hadj, et al,. (2007). Corrosion Defect Assessment on Pipes Using Limit Analysis and Notch Fracture Mechanics. Elsevier. France.

DAFTAR PUSTAKA

• Nevasmaa, P., Wallin, K., (1997). Structural Integrity Assessment Procedures for European Industry (SINTAP), VTT Manufacturing Technology.

• Thohiroh, L. H. (2005). Perancangan Pipa Bawah Laut South Sumatera-West Java (SSWJ) Phase II. S1 skripsi. JurusanTeknik Kelautan. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya.

• Bai, Young. (2003). Marine Structure Design. Elsevier. Oxford.

• Soegiono. (2007). Pipa Laut. Airlangga University Press. Surabaya.

• Broek, D. (1989). Elementary Engineering Fracture Mechanics.Kluwer Academic Publisher. USA.

• Thisted, Ronald A. (2010). What is a P-Value. Departmen of Statistic and Health Studies. University of Chicago. Chicago.

DAFTAR PUSTAKA

• Nowak, Adrej S. Collins, Kevin R. (2000). Reliability of Structures. Mc Graw Hill. Singapore.

• Rosyid, Daniel M. (2007). Pengantar Rekayasa Keandalan. Airlangga University Press. Surabaya.

tugasakhir (mo 091336)

Documents