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