RISK ASSESSMENT OF SUBSEA GAS PIPELINE PT. PERUSAHAAN GAS NEGARA Tbk.

Transkripsi

1 RISK ASSESSMENT OF SUBSEA GAS PIPELINE PT. PERUSAHAAN GAS NEGARA Tbk. Jurusan Teknik Material dan Metalurgi Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Oleh : Ilham Khoirul Ibad Dosen pembimbing : Ir. Rochman rochiem. Msc

2 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) 3

4 Penyebab dalam kegagalan komponen mesin 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 Sumber : (brook,2002) Kegagalan 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 Patah pada mechine textile Indikasi awal retak terjadi di daerah yang mengalami konsentrasi tegangan. Karakteristik patahannya adalah high cycle low bending and torsion stress kekerasannya lebih rendah dari yang seharusnya dan direkomendasikan untuk dilakukan percipitasi hardening, (ELSEVIER sience direct ) Patah pada lokomotif turbocharger Kegagalan terjadi karena komposisi kimia dari baut tidak sesuai dengan spesifikasi karakteristik patahannya adalah low stress high cycle fatigue fracture 4

5 Bahan SEM/EDX makro ASTM A449 (baut patah) Metalography (ASTM E3-98) Hardness (ASTM E18) Tarik (ASTM E8) v ASTM A Mesin Uji tarik Mesin Hardness Mikroskop optik SEM 5

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 Adanya unsur-unsur tersebut akan berpengaruh terhadap sifat mekaniknya terutama kekerasan, dengan adanya tambahan unsur paduan akan meningkatkan Hardenability dari material 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 6

7 Standard dimension bolt Mechine design khurmi,1982 7

8 Daerah patah statis Daerah rambatan retak Indikasi crack Berdasarkan Skema kegagalan fatigue (ASM handbook Vol. 19 Fatigue and fracture, 2002) patahan tersebut termasuk patahan unidirectional bending 8

9 Standard spesifikasi ASTM A449 adalah dilakukan perlakuan Quenched and Tempered 9

10 Gambar 4.9 Temper martensit baja medium carbon steel (ASM metal handbook vol 09 metallography and microstructure 2004) Dari hasil pengujian metalography material tersebut sesuai dengan spesifikasinya Gambar 4.10 (a) Temper martensit perbesaran 500x di daerah jauh dari patahan (b) Temper martensit perbesaran 1000x di daerah dekat patahan C = 0,46 spesimen mikrostrukture yang seharusnya temper martensite ternyata hasilnya juga mirip dengan temper martensit seperti hasil dari ASM Metal handbook vol 09 metallography and microstructure

11 Diameter baut Standard ASTM A449 Hardness Brinell hardness Rockwell C number ¼ to 1 incl 255 to to 34 Over 1 to 1,5 incl 223 to to 30 Over 1,5 to 3 incl 183 to Standard ASTM E18 untuk uji hardness Rockwell C 11

12 Nilai kekerasan didekat daerah patahan indentasi HRC HRc HRc , ,9 35,8 3 36,5 36,6 36,1 4 35,8 37,2 35, ,2 36,2 6 36,6 37,2 37,1 7 37, , ,9 37, , , , , ,2 36,2 35, ,3 36,2 35, ,1 35,8 36,2 Rata-rata 36, ,82 36,20667 Indentasi 1 Hasil rata-rata uji Hardness menunjukkan bahwa nilai kekerasannya tidak sesuai dengan ASTM A449 Insentasi 15 12

13 Nilai kekerasan didaerah jauh dari patahan Indentasi HRc HRc HRc , ,8 34, ,8 33, ,8 33,1 5 34, ,5 6 33, ,8 7 33,1 34, ,8 34, , , ,4 Rata-rata 33,7 34,45 34,41 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. 13

14 Standard dimension ASTM E8 Spesimen uji tarik 14

15 Bahan ASTM A449 Tensile strength,min, psi(mpa) Yield strength,min psi (Mpa) Elong ation in 4D min, % Reduc tion area, min % (725) (560) Baut Patah (1206.2) (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 15

16 Patah statis Daerah perambatan retak Indikasi retak 16

17 Element Wt % At % C K SiK P K S K MnK FeK 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. 17

18 Tekanan maksimum 1120 Psi Tekanan minimum 420 Psi Beban maksimum 35215,61 N Beban minimum 13205,91 N Tegangan maksimum 38, MPa Tegangan minimum 14,54523 MPa Konsentrasi tegangan 2,14 Tegangan maksimum dengan Kt 83, MPa Tegangan minimum dengan Kt 31, 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 Soderberg Method for Combination of Stresses σu = 250,4689 Mpa < σu (587,5Mpa) Gerber Method for Combination of Stresses σu = 168,7229 Mpa < σu (587,5Mpa) Goodman Method for Combination of Stresses Tegangan maksimum Goodman method Endurance limit (E) Tegangan masimum yang diijinkan 216,4042 MPa 903,8 MPa 587,5 MPa σu = 216,4042 Mpa < σu (587,5Mpa) 18

19 Buckling 1. Both ends Hinged Wcr = π 2 E I / L 2 d = 77, mm > 38,1 mm 2. Both ends fixed Wcr = π 2 E I / L 2 d = 54, mm > 38,1 mm 3. One end fixed and other end hinged Wcr = π 2 E I / L 2 d = 64,92132 mm > 38,1 mm 4. one end fixed and other end free Wcr = π 2 E I / L 2 d = 109, mm > 38,1 mm besar diameter baut minimum sebesar 54, 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, mm dengan demikian bagaimanapun jenis tumpuan yang ada pada baut piston VVCP gas kompresor dapat dikategorikan tidak aman untuk kegagalan yang disebabkan oleh buckling 19

20 RISK ASSESSMENT OF SUBSEA GAS PIPELINE PT. 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