Tujuan dari perancangan perpipaan secara umum bisa diklasifikasikan sebagai berikut:
- Material seperti apa yang sesuai dengan kondisi kerja (tekanan external/internal, suhu, korosi, dsb) yang diminta dari sistem perpipaan. Pemilihan material sangat krusial karena menentukan reliabilitas keseluruhan sistem, faktor biaya, safety, dan umur pakai.
- Standard Code mana yang sesuai untuk diaplikasikan pada sistem perpipaan yang akan dirancang. Pemilihan standard code yang benar akan menentukan arah perancangan secara keseluruhan, baik dari segi biaya, reliabilitas, safety design, dan stress analisis.
- Perhitungan dan pemilihan ketebalan pipa tidak bisa dilakukan secara sembarangan, atau hanya berdasarkan intuisi. Pemilihan ketebalan pipa (schedule number) sebaiknya memenuhi kriteria cukup, aman, dan ketersediaan stok di pasaran. Pipa dengan schedule 10, 20, 30 mungkin akan dengan mudah didapatkan di pasar Eropa, tetapi belom tentu dapat dibeli dengan cepat dan dalam jumlah besar di pasaran Asia.
- Dengan cara bagaimana sistem perpipaan akan dikoneksikan satu sama lain, jenis sambungan, dan material sambungan seperti apa yang sesuai.
- Bagaimana planning dan routing dari sistem perpipaan akan dilakukan. General arrangement, dan routing sebaiknya dilakukan dengan memperhatikan aspek inherent safety design, konsumsi pipa seminimum mungkin tanpa mengorbankan fleksibilitas serta aspek estetis, atau menganggu dan mengurangi kemampuan, fungsi dan operasional dari peralatan yang terkoneksi.
Tulisan berikut ini menjelaskan secara singkat aspek-aspek yang perlu diperhatikan dalam perancangan sistem perpipaan. Pemanfaatan penjelasan ini harus sejalan dengan kode dan standar yang berlaku.
1. MATERIAL SELECTION
Di bawah ini diberikan Tabel.1 yang mengelompokkan berbagai jenis material dan penggunaannya berdasarkan suhu kerja. Selain berdasarkan suhu, pemilihan material juga didasarkan pada jenis fluida yang akan dialirkan, yaitu pada tingkat korosivitasnya. Pada material carbon steel based piping, ketahanan terhadap korosi biasanya dilakukan dengan menambah ketebalan pipa (corrosion allowance) dan menginjeksi corrosion inhibitor.
Berapa ketebalan pipa yang harus ditambahkan ditentukan oleh laju korosi yang diperkirakan. Perkiraan, perhitungan, dan permodelan laju korosi biasanya dilakukan oleh metallurgist atau dengan menggunakan software yang sudah umum dipakai seperti NORSOK. Pada pemakaian dengan kondisi korosi yang parah serta pemakaian corrosion inhibitor yang tidak memungkinkan, atau pada pemakaian yang membutuhkan tingkat hygienitas yang tinggi, dan tidak mengandung debris (fuel piping), biasanya austenitic stainless steel based material lebih sesuai, karena permukaan dalamnya bersih dan pada level pemakaian tertentu relatif tidak membutuhkan chemical cleaning.
Namun austenitic stainless steel based material seperti ASTM A312-316/316L memiliki kelemahan pada pemakaian tekanan tinggi karena Maximum Allowable Working Pressure(MAWP) yang relatif di bawah carbon steel dan lemah terhadap chloride stress corrosion cracking serta crevice dan pitting. Tipe 304/304L biasanya dipakai untuk baja tahan karat (CRA) keperluan umum. Penambahan 2-3% Molibdenum pada 316/316L menambah ketahanan terhadap pitting.
Sering menjadi pertanyaan apa sebenarnya perbedaan 304 dan 304L atau 316 dan 316L. Kandungan karbon pada 304 atau 316 biasanya berkisar 0.06-0.08% sementara pada 304L atau 316L maksimum dibatasi pada 0.025- 0.03%. Hal ini dilakukan untuk mencegah terjadinya presipitasi karbida pada suhu tinggi antara 8000F dan 16500F. Pada suhu tinggi (misal pada Heating Area Zone saat welding) krom bereaksi dengan karbon membentuk karbida di daerah batas butir sehingga mengurangi kemampuan krom untuk mencegah terjadinya korosi dan dapat mengarahkan pada terjadinya korosi intergranular. Oleh karena itu 316L itu digunakan jika dibutuhkan pengelasan.
Duplex Stainless Steel (keluarga A790) memenuhi kriteria pemakaian pada tekanan tinggi, high corrosion resistance, dan sifat-sifat metalurgisnya berada di antara ferritic dan austenitic steel, adanya kandungan chromium memberikan ketahan yang baik terhadap atmospheric corrosion dan oksidasi, molybdenum membuat lebih tahan terhadap chloride stress corrosion cracking serta nitrogen menambah ketahan terhadap crevice dan pitting. Nikel cenderung mendorong terbentuknya struktur Face-Centered Cubic yang meningkatkan keuletan (toughness), namun secara keseluruhan struktur duplex sebagian Body-centered Cubic(Ferritic) dan sebagian Face-centered Cubic (Austenitic). Chromium dan Molybdenum mendorong terbentuknya ferit, sedangkan Nikel dan nitrogen mendorong terbentuknya austenit. Yang harus diperhatikan pada pemakaian duplex adalah serangan sulphide stress corrosion cracking, dan hydrogen embrittlement (hydrogen cracking). Secara umum pengelasan pada material duplex menjadi relatif lebih sulit dan membutuhkan kehati-hatian yang lebih tinggi dari pada bahan lain. Table.2 merupakan tambahan pada Tabel.1.
Lebih lanjut, jika fluida yang dialirkan mengandung H2S (sour service), perpipaan yang digunakan harus sesuai dengan apa yang ditetapkan oleh NACE MR01-75, dimana tingkat kekerasan bahan tidak boleh melampaui Rockwell Hardness 22.
1. MATERIAL SELECTION
Di bawah ini diberikan Tabel.1 yang mengelompokkan berbagai jenis material dan penggunaannya berdasarkan suhu kerja. Selain berdasarkan suhu, pemilihan material juga didasarkan pada jenis fluida yang akan dialirkan, yaitu pada tingkat korosivitasnya. Pada material carbon steel based piping, ketahanan terhadap korosi biasanya dilakukan dengan menambah ketebalan pipa (corrosion allowance) dan menginjeksi corrosion inhibitor.
Berapa ketebalan pipa yang harus ditambahkan ditentukan oleh laju korosi yang diperkirakan. Perkiraan, perhitungan, dan permodelan laju korosi biasanya dilakukan oleh metallurgist atau dengan menggunakan software yang sudah umum dipakai seperti NORSOK. Pada pemakaian dengan kondisi korosi yang parah serta pemakaian corrosion inhibitor yang tidak memungkinkan, atau pada pemakaian yang membutuhkan tingkat hygienitas yang tinggi, dan tidak mengandung debris (fuel piping), biasanya austenitic stainless steel based material lebih sesuai, karena permukaan dalamnya bersih dan pada level pemakaian tertentu relatif tidak membutuhkan chemical cleaning.
Namun austenitic stainless steel based material seperti ASTM A312-316/316L memiliki kelemahan pada pemakaian tekanan tinggi karena Maximum Allowable Working Pressure(MAWP) yang relatif di bawah carbon steel dan lemah terhadap chloride stress corrosion cracking serta crevice dan pitting. Tipe 304/304L biasanya dipakai untuk baja tahan karat (CRA) keperluan umum. Penambahan 2-3% Molibdenum pada 316/316L menambah ketahanan terhadap pitting.
Sering menjadi pertanyaan apa sebenarnya perbedaan 304 dan 304L atau 316 dan 316L. Kandungan karbon pada 304 atau 316 biasanya berkisar 0.06-0.08% sementara pada 304L atau 316L maksimum dibatasi pada 0.025- 0.03%. Hal ini dilakukan untuk mencegah terjadinya presipitasi karbida pada suhu tinggi antara 8000F dan 16500F. Pada suhu tinggi (misal pada Heating Area Zone saat welding) krom bereaksi dengan karbon membentuk karbida di daerah batas butir sehingga mengurangi kemampuan krom untuk mencegah terjadinya korosi dan dapat mengarahkan pada terjadinya korosi intergranular. Oleh karena itu 316L itu digunakan jika dibutuhkan pengelasan.
Duplex Stainless Steel (keluarga A790) memenuhi kriteria pemakaian pada tekanan tinggi, high corrosion resistance, dan sifat-sifat metalurgisnya berada di antara ferritic dan austenitic steel, adanya kandungan chromium memberikan ketahan yang baik terhadap atmospheric corrosion dan oksidasi, molybdenum membuat lebih tahan terhadap chloride stress corrosion cracking serta nitrogen menambah ketahan terhadap crevice dan pitting. Nikel cenderung mendorong terbentuknya struktur Face-Centered Cubic yang meningkatkan keuletan (toughness), namun secara keseluruhan struktur duplex sebagian Body-centered Cubic(Ferritic) dan sebagian Face-centered Cubic (Austenitic). Chromium dan Molybdenum mendorong terbentuknya ferit, sedangkan Nikel dan nitrogen mendorong terbentuknya austenit. Yang harus diperhatikan pada pemakaian duplex adalah serangan sulphide stress corrosion cracking, dan hydrogen embrittlement (hydrogen cracking). Secara umum pengelasan pada material duplex menjadi relatif lebih sulit dan membutuhkan kehati-hatian yang lebih tinggi dari pada bahan lain. Table.2 merupakan tambahan pada Tabel.1.
Lebih lanjut, jika fluida yang dialirkan mengandung H2S (sour service), perpipaan yang digunakan harus sesuai dengan apa yang ditetapkan oleh NACE MR01-75, dimana tingkat kekerasan bahan tidak boleh melampaui Rockwell Hardness 22.
Table.1 Material Selection Table
| Pipe | Fittings | Flange |
| A-790 UNS S31803 | A-182 Gr. F51 or Seamless A-815 UNS S31803 | A-182 Gr. F51 |
Table.2 Duplex SS
2. WALL THICKNESS CALCULATION
Perhitungan ketebalan pipa bisa dilakukan dengan memakai rumus berikut:
Perhitungan ketebalan pipa bisa dilakukan dengan memakai rumus berikut:
Dimana:
tm = minimum required wall thickness (inches).
P = internal design pressure (psig).
T = selected pipe wall thickness (pipe schedules)
D = outside diameter of pipe (inches).
S = allowable stresses for pipe material (psi), per tables in ASME B31.3 (Appendix A)
E = longitudinal weld joint factor, per tables in ASME B31.3 (Appendix A - normally 1.0 for seamless pipe).
Y = temperature factor, per Table 304.1.1 in ASME B31.3 (Normally 0.4).
C = the sum of mechanical allowances (groove depth and threading) plus allowances for corrosion and erosion (inches).
MT = factor to account for mill tolerance on pipe wall thickness. 0.875 for seamless A-106 Gr. B pipe and seamless API-5L Gr. B pipe. 0.90 for API-5L Gr. B welded 20 inch NPS and above.
Notes:
(1) Rumus ini dipakai jika t kurang dari D/6 dan P/SE kurang dari atau sama dengan 0.385. Rumus ini diambil dari ASME B31.3 (ASME B31.4 dan B31.8 memiliki rumus yang berbeda).
(3) Threading allowances adalah sebagai berikut (dari ASME B1.20.1, ASME B31.3, Sections 304.1.1 dan 314):
½" - ¾" NPS 0.0571" thread allowance 1" - 2" NPS 0.0696" thread allowance
Tabel 3. Pipe Schedule
0 komentar:
Posting Komentar
Jazakallah