BAGIAN B
BAGIAN B
Nominal Pipe Size
Diameter Pipa Luar
Material Grade / Type
Tipe Fabrikasi pipa
Young’s Modulus (Steel)
Design Pressure, Pd
Hoop Stress Design Factor
Temperature Derating Factor
Longitudinal Joint Factor
Density of Seawater
Collapse Factor
Poisson Ratio Baja
Propagation Buckling Design Factor
Axial Force (Positive for compression)
Bending Stress (as a % of SMYS)
Hydrotest Pressure
Density of Service (Gas)
Design Life
Poisson ratio
= 24”
= 24.000 inch = 609.6 mm
= API 5L Gr.X 52 dan API 5L Gr.X60
= SAWL
= 207000 MPa
= 15 MPa
= 0.72
=1
=1
= 1025 kg/m3
= 0.7
= 0.3
= 0.8
=0N
= 72 %
= 1.25 x Pd = 18.75 MPa
= 48.5 kg/m3
= 25 years
= 0.3
Pada kasus ini saya mengasumsikan kedalaman 1000 m, maka tekanan hidrostatis 10.25 MPa
SMYS (X60)
414
MPa
SMYS (X52)
359
MPa
SMTS (X60)
517
MPa
SMTS (X52)
455
MPa
ASME B31.8
Internal Pressure Containment
Dengan modifikasi persamaan unit SI pada ASME B31.8 bagian 841.1.1a, tebal pipa dapat
ditentukan dengan persamaan berikut.
t=
PD
2000 ∙ S ∙ FET
Katerangan :
D
E
F
= Diameter luar pipa nominal (inch , mm)
= Faktor longitudinal joint (Nilai E terdapat pada tabel 841.1.7-1)
= Faktor desain (Nilai F terdapat pada tabel 841.1.6-1)
P
= Tekanan desain (psig, kPa) (batasan untuk nilai P terdapat pada bagian
841.1.3)
S
= Specified Minimum Yield Strength (psi, MPa) (batasan untuk nilai S
terdapat pada bagian 841.1.4)
T
= Temperature derating factor (terdapat pada tabel 841.18-1)
t
= tebal dinding pipa nominal (inch, mm)
Jika jenis longitudinal joint tidak bisa ditentukan secara pasti, maka nilai E digunakan 0.6
untuk pipa NPS 4 (DN 100) dan yang lebih kecil, atau 0.8 untuk pipa yang lebih besar dari
NPS 4 (DN 100).
Instalasi
Pada saat instalasi, nilai tekanan P adalah nol, sehingga tebal pipa tidak dapat
dihitung.
Hidrotest
nilai P adalah = 1.25 x Pd = 18.75 MPa = 18750 kPa
18750∙ 609.6
t=
2000 ∙ S ∙0.72 ∙1 ∙ 1
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 22.11 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 19.17 mm
Operasi
nilai P adalah 15 MPa = 15000 kPa.
t=
15000∙ 609.6
2000 ∙ S ∙0.72 ∙1 ∙ 1
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 17.69 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 15.34 mm
Ekternal Pressure Collapse
Pipa harus melebihi external pressure sepanjang pipa dan dirumuskan sebagai berikut :
P
¿
o−P
(¿
i )≤ f o Pc
¿
Keterangan :
f o=collapse factor
¿ 0.7 untuk seamlessatau pipa ERW
¿ 0.6 untuk pipacold expanded , seperti pipa DSAW
Pc =collapse pressure dari pipa , dalam satuan N /mm2 ( psi)
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung collapse pressure :
Py Pe
Pc =
√ P y2 + Pe 2
t
P y =2 S
D
t 3
D
Pe =2 E
( 1−v 2 )
Keterangann :
( )
( )
E=modulus elastisitas , dalam satuan N /mm2 (lb/ psi)
2
Pe =elastic collapse pressure dari pipa , dalam satuan N /mm ( psi)
P y = yield pressure saat collapse , dalam satuan N /mm2 (psi)
'
v =Poisson s ratio (0.3 untuk baja)
Instalasi
Po = tekanan hidrostatik (10.25 MPa) dan Pi = 0,
( P o−Pi )
=Pc
fo
10.25
=P c
0.7
Pc =14.64 MPa
Dengan melakukan iterasi perhitungan berikut dapat ditentukan ketebalan pipa.
Pc =
P y Pe
√p +p
P y =2 S
2
y
2
e
t
( 609.6
)
t 3
609.6
Pe =2 ∙207000
1−0.32
(
)
Setelah melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh hasil sebagai berikut :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 20.85 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 20.48 mm
Hidrotest
Po = tekanan hidrostatik (10.25 MPa) dan Pi = 15 MPa, maka:
( P o−Pi )
=Pc
fo
4.75
=Pc
0.7
Pc =6.785 MPa
Dengan melakukan iterasi perhitungan berikut dapat ditentukan ketebalan
pipa.
P P
Pc = 2y e 2
√ p y+ p e
t
P y =2 S
609.6
t 3
609.6
Pe =2 ∙207000
1−0.32
Setelah melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh hasil sebagai berikut :
API 5L Gr.X 52, SMYS = 359 MPa t = 19.29 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 18.95 mm
(
)
(
)
Operasi
Po = tekanan hidrostatik (1.025 MPa) dan Pi = 15 MPa, maka:
( P o−Pi )
=Pc
fo
4.75
=Pc
0.7
Pc =6.785 MPa
Dengan melakukan iterasi perhitungan berikut dapat ditentukan ketebalan
pipa.
P y Pe
Pc = 2 2
√ p y+ p e
t
P y =2 S
609.6
3
t
609.6
Pe =2 ∙207000
1−0.32
Setelah melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh hasil sebagai berikut :
API 5L Gr.X 52, SMYS = 359 MPa t = 20.86 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 20.47 mm
(
)
(
)
Local Buckling
Kombinasi bending strain dan beban tekanan eksternal harus memenuhi :
P
(¿ ¿ o−Pi )
≤ g(δ )
Pc
ε
+¿
εb
Persamaan tersebut berlaku untuk nilai D/t maksimum = 50.
Untuk menghindari terjadinya buckling, bending strain harus dibatasi sebagai berikut :
ε ≥ f 1 ε1
ε ≥ f 2 ε2
Sumber : ASME B31.8-2010, Chapter VII, Para A842.2.4 Mengacu pada API RP 1111,
Section 4, Equation 7, 8a, 8b, page 9
Nilai regangan lentur menggunakan hubungan pada kurva tegangan regangan yaitu sebagai
berikut.
ε=
S
E
ε=
S
207000
Instalasi
Nilai kelonjongan awal digunakan nilai mendekati 0.005 sesuai dengan yang
ditentukan juga pada DNV-OS-F101. Karena pada DNV-OS-F101 hanya
menggunakan pembagi satu D sedangkan pada API RP1111 menggunakan 2D,
maka nilai kelonjongan digunakan 0.0025.
δ = 0.0025, maka nilai g(δ) adalah:
−1
g ( δ ) =( 1+20∙ 0.0025 ) =0.9524
Dengan nilai po = 10.25 MPa dan pi = 0 MPa, maka:
ε 10.25
+
=g ( δ )
εb
Pc
εb =
ε=
t
2 ∙ 609.6
S
207000
Pc =
P y Pe
√p +p
P y =2 S
2
y
2
e
t
( 609.6
)
3
t
609.6
Pe =2 ∙207000
2
1−0.3
(
)
Dengan melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh tebal pipa :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 18.34 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 18.14 mm
Hidrotest
δ = 0.0025, maka nilai g(δ) adalah:
−1
g ( δ ) =( 1+20∙ 0.0025 ) =0.9524
nilai po = 10.25 MPa dan pi = 18.75 MPa, maka:
ε 10.25
+
=g ( δ )
εb
Pc
εb =
ε=
t
2 ∙ 609.6
S
207000
Pc =
P y Pe
√p +p
2
y
2
e
t
( 609.6
)
t
(
609.6 )
P =2 ∙207000
P y =2 S
3
e
2
1−0.3
Dengan melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh tebal pipa :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 17.05 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 16.91 mm
Operasi
Dengan δ = 0.0025, maka nilai g(δ) adalah:
−1
g ( δ ) =( 1+20∙ 0.0025 ) =0.9524
Dengan nilai po = 10.25 MPa dan pi = 15 MPa, maka:
ε 10.25
+
=g ( δ )
εb
Pc
t
εb =
2 ∙ 609.6
S
ε=
207000
Pc =
P y Pe
√p +p
2
y
2
e
t
( 609.6
)
t
(
609.6 )
P =2 ∙207000
P y =2 S
3
e
2
1−0.3
Dengan melakukan iterasi, diperoleh tebal pipa :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 13.78 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 13.71 mm
Propagation Buckling
Penangkap buckle perlu digunakan dalam kondisi berikut :
Po−Pi ≥ f p P p
Keterangan :
2.4
t
P p=24 S
=buckle propagation pressure , dalam satuan N /mm2 ( psi)
D
f p= propagating buckle design factor=0.80
[ ]
Dengan modifikasi persamaan Pp diperoleh formula untuk menghitung ketebalan pipa
minimum yaitu sebagai berikut
5
P p 12
t =D
24 S
P p 125
t=609.6
24 S
Sumber : ASME B31.8-2010, Chapter VII, Para A842.1.2 mengacu pada API RP 1111,
Section 4, Equation 9, page 10
( )
( )
Instalasi
Po = 10.25 MPa dan Pi = 0 MPa. Sehingga nilai fp diperoleh sebagai berikut.
10.25
P p=
=12.8125 MPa
0.8
Dengan memodifikasi persamaan Pp maka didapatkan nilai ketebalan pipa
5
12.8125 12
t =609.6
24 S
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 40.44 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 38.11 mm
(
)
Hidrotest
Po = 10.25 MPa dan Pi = 18.75 MPa. Sehingga nilainya diperoleh sebagai
berikut.
10.25
P p=
=12.8125 MPa
0.8
Dengan memodifikasi persamaan Pp maka didapatkan nilai ketebalan pipa
12.8125 125
24 S
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 40.90 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 34.11 mm
t=609.6
(
)
Operasi
Po = 10.25 MPa dan Pi = 15 MPa.
10.25
P p=
=12.8125 MPa
0.8
Dengan memodifikasi persamaan Pp maka didapatkan nilai ketebalan pipa
12.8125 125
24 S
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 32.08 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 26.77 mm
t=609.6
(
)
API RP 1111
Internal Pressure Containment
Hydrostatic test pressure, pipeline design pressure, dan incidental overpressure, termasuk
tekanan internal dan external yang bekerja pada pipa, tidak boleh melebihi nilai yang
ditentukan persamaan berikut :
Pt ≤ f d f e f t P b
Pd ≤ 0.80 P t
Pa ≤0.90 Pt
Keterangan :
fd
= faktor desain tekananinternal , dapat diterapkan untuk semua pipa
= 0.9 untuk pipa
= 0.75 untuk riser
fe
= weld joint factor, longitudinal or spiral seam weld. Hanya material dengan nilai
faktor 1 yang dapat diterima.
ft
= temperature de-rating factor
= 1.0 untuk temperatur kurang dari 121oC (250oF)
Pa
= incidental overpressure (tekanan internal dikurangi tekanan eksternal), dalam satuan
N/mm2 (psi)
Pb
= specified minimum burst pressure dari pipa, dalam satuan N/mm2 (psi)
Pd
= tekanan desain pipa, dalam satuan N/mm2 (psi)
Pt
= tekanan tes hidrostatis (tekanan internal dikurangi tekanan eksternal), dalam satuan
N/mm2 (psi)
Specified minimum burst pressure (Pb)ditentukan dengan salah satu persamaan berikut :
Pb=0.45 ( S+U ) ln
Pb=0.90 ( S+U )
D
Di
atau
t
D−t
Keterangan :
D
= diameter luar pipa, dalam satuan mm (in.)
Di
= D – 2t = diameter dalam pipa, dalam satuan mm (in.)
S
= specified minimum yield strength (SMYS) pipa, dalam satuan N/mm2 (psi)
t
= tebal dinding pipa nominal, dalam satuan mm (in.)
U
= specified minimum ultimate tensile strength pipa, dalam satuan N/mm2 (psi)
ln
= logaritma natural
Dengan modifikasi, kedua persamaan diatas dapat diubah masing-masing menjadi sebagai
berikut.
D i=
t=
D
; t=D−Di
Pb
exp
0.45 ( S+ U )
[
]
D
0.9 ( S +U )
+1
Pb
Sumber : API RP 1111, Section 4, Equation 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, page 10
Instalasi
Pa=|P i−Pe|=10.25 MPa
Pt =
Pa
=11.39 MPa
0.9
Nilai Pt di atas lebih kecil dari nilai Pt yang ditentukan yaitu 18.75 MPa.
Digunakan Pt = 18.75 MPa.
P b=
Pt
=20.83 MPa
0.9
Pd =0.8 Pt=15 MPa
Perhitungan ketebalan pipa menggunakan salah satu dari 2 formula berikut.
D i=
t=
609.6
; t =609.6−D i
20.83
exp
0.45 ( S+ U )
[
]
609.6
0.9 ( S +U )
+1
20.83
Untuk persamaan pertama :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.85 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 14.79 mm
Untuk persamaan kedua :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.86 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 14.79 mm
Hidrotest
Pa=|P i−Pe|=8.5 MPa
P
Pt = a =9.44 MPa
0.9
Nilai Pt di atas lebih kecil dari nilai Pt yang ditentukan yaitu 18.75 MPa.
Digunakan Pt = 18.75 MPa.
P
Pb= t =20.83 MPa
0.9
Pd =0.8 Pt=15 MPa
Perhitungan ketebalan pipa menggunakan salah satu dari 2 formula berikut.
609.6
D i=
; t =609.6−D i
20.83
exp
0.45 ( S+ U )
609.6
t=
0.9 ( S +U )
+1
20.83
Untuk persamaan pertama :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.85 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 14.79 mm
[
]
Untuk persamaan kedua :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.86 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 14.79 mm
Operasi
Pa=|P i−Pe|=4.75 MPa
P
Pt = a =5.28 MPa
0.9
Nilai Pt di atas lebih kecil dari nilai Pt yang ditentukan yaitu 18.75 MPa.
Digunakan Pt = 18.75 MPa.
P
Pb= t =20.83 MPa
0.9
Pd =0.8 Pt=15 MPa
Perhitungan ketebalan pipa menggunakan salah satu dari 2 formula berikut.
609.6
D i=
; t =609.6−D i
20.83
exp
0.45 ( S+ U )
609.6
t=
0.9 ( S +U )
+1
20.83
[
]
Untuk persamaan pertama :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.85 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 14.79 mm
Untuk persamaan kedua :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.86 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 14.79 mm
External Pressure Collapse
Collapse pressure dari pipa harus melebihi external pressure sepanjang pipa dan dirumuskan
sebagai berikut :
P
(¿ ¿ o−Pi)≤ f o Pc
¿
Keterangan :
f o=collapse factor
¿ 0.7 untuk seamlessatau pipa ERW
¿ 0.6 untuk pipa cold expanded , seperti pipa DSAW
2
Pc =collapse pressure dari pipa , dalam satuan N /mm ( psi)
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung collapse pressure :
Pc =
Py Pe
√P
P y =2 S
Pe =2 E
2
y
+ Pe
2
( Dt )
t
D
3
( )
( 1−v 2 )
Keterangan :
2
E=modulus elastisitas , dalam satuan N /mm (lb/ psi)
2
Pe =elastic collapse pressure dari pipa, dalam satuan N /mm ( psi)
P y = yield pressure saat collapse , dalam satuan N /mm2 (psi)
v =Poisson' s ratio (0.3 untuk baja)
Sumber : API RP 1111, Section 4, Equation 5, 6a, 6b, 6c, page 9
P y =2 S
Instalasi
Po = tekanan hidrostatik (10.25 MPa) dan Pi = 0, maka:
( P o−Pi )
=Pc
fo
10.25
=P c
0.7
Pc =14.64 MPa
Dilakukan iterasi untuk menentukan ketebalan pipa :
P y Pe
Pc = 2 2
√ p y+ p e
t
( 609.6
)
t 3
609.6
Pe =2 ∙207000
1−0.32
(
)
Setelah melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh hasil sebagai berikut :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 20.86 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 20.47 mm
Hidrotest
Po = tekanan hidrostatik (10.25 MPa) dan Pi = 15 MPa, maka:
( P o−Pi )
fo
=Pc
4.75
=Pc
0.7
Pc =6.785 MPa
Dengan melakukan iterasi perhitungan berikut dapat ditentukan ketebalan
pipa.
Pc =
P y Pe
√p +p
2
y
P y =2 S
2
e
t
( 609.6
)
t 3
609.6
Pe =2 ∙207000
1−0.32
(
)
Setelah melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh hasil sebagai berikut :
API 5L Gr.X 52, SMYS = 359 MPa t = 19.27 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 18.99 mm
Operasi
Po = tekanan hidrostatik (1.025 MPa) dan Pi = 15 MPa, maka:
( P o−Pi )
fo
=Pc
4.75
=Pc
0.7
Pc =6.785 MPa
Dengan melakukan iterasi perhitungan berikut dapat ditentukan ketebalan
pipa.
Pc =
P y Pe
√p +p
P y =2 S
2
y
2
e
t
( 609.6
)
3
t
609.6
Pe =2 ∙207000
2
1−0.3
(
)
Setelah melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh hasil sebagai berikut :
API 5L Gr.X 52, SMYS = 359 MPa t = 20.86 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 20.47 mm
Local Buckling
Kombinasi bending strain dan beban tekanan eksternal harus memenuhi :
P
¿
o−P
(¿
i)
≤ g(δ)
Pc
ε
+¿
εb
Persamaan tersebut berlaku untuk nilai D/t maksimum = 50.
Untuk menghindari terjadinya buckling, bending strain harus dibatasi sebagai berikut :
ε ≥ f 1 ε1
ε ≥ f 2 ε2
Keterangan :
g ( δ ) =(1+20 δ)−1=collapse reduction factor
δ=
D max−D min
=ovality
D max + D min
ε =bending strain pada pipa
εb =
t
=buckling strain under pure bending
2D
ε 1=bending strain maksimum saat instalasi
ε 2 =¿− place bending strain maksimum
f 1=faktor keamananbending untuk bending saat instalasi ditambah tekananeksternal
f 2=faktor keamanan bendinguntuk∈− placebending ditambah tekanan eksternal
D max = diameter maksimum pada potongan melintang manapun sepanjang pipa, dalam
satuan mm (in.)
D min = diameter minimum pada potongan melintang manapun sepanjang pipa, dalam
satuan mm (in.)
Sumber : API RP 1111, Section 4, Equation 7, 8a, 8b, page 9
Karena pada DNV-OS-F101 hanya menggunakan pembagi satu D sedangkan pada API
RP1111 menggunakan 2D, maka nilai kelonjongan digunakan 0.0025.
Nilai regangan lentur menggunakan hubungan pada kurva tegangan regangan yaitu sebagai
berikut.
ε=
S
E
S
207000
Instalasi
Dengan δ = 0.0025, maka nilai g(δ) adalah:
ε=
g ( δ ) =( 1+20∙ 0.0025 )−1=0.9524
Dengan nilai po = 10.25 MPa dan pi = 0 MPa, maka:
ε 10.25
+
=g ( δ )
εb
Pc
εb =
ε=
t
2 ∙ 609.6
S
207000
Pc =
P y Pe
√p +p
2
y
2
e
t
( 609.6
)
t
(
609.6 )
P =2 ∙207000
P y =2 S
3
e
1−0.32
Dengan melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh tebal pipa :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 18.35 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 18.13 mm
Hidrotest
Dengan δ = 0.0025, maka nilai g(δ) adalah:
−1
g ( δ ) =( 1+20∙ 0.0025 ) =0.9524
Dengan nilai po = 10.25 MPa dan pi = 18.75 MPa, maka:
ε 10.25
+
=g ( δ )
εb
Pc
εb =
ε=
t
2 ∙ 609.6
S
207000
Pc =
P y Pe
√p +p
2
y
2
e
t
( 609.6
)
t
(
609.6 )
P =2 ∙207000
P y =2 S
3
e
2
1−0.3
Dengan melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh tebal pipa :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 17.06 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 16.90 mm
Operasi
Dengan δ = 0.0025, maka nilai g(δ) adalah:
−1
g ( δ ) =( 1+20∙ 0.0025 ) =0.9524
Dengan nilai po = 10.25 MPa dan pi = 15 MPa, maka:
ε 10.25
+
=g ( δ )
εb
Pc
εb =
ε=
t
2 ∙ 609.6
S
207000
Pc =
P y Pe
√p +p
P y =2 S
2
y
2
e
t
( 609.6
)
t 3
609.6
Pe =2 ∙207000
1−0.32
(
)
Dengan melakukan iterasi, diperoleh tebal pipa :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 13.77 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 13.71 mm
Buckle Propagation
Untuk pipa bawah laut, karena tekanan hidrostatik adalah gaya yang menyebabkan buckle
untuk berpropagasi, maka perlu dilakkan estimasi buckle propagation pressure. Jika kondisi
memungkinkan bagi buckle untuk berpropagasi, maka cara untuk mencegah atau menangkap
mereka perlu dipertimbangkan dalam desain.
Penangkap buckle perlu digunakan dalam kondisi berikut :
Po−Pi ≥ f p P p
Keterangan :
P p=24 S
2.4
[ ]
t
D
=buckle propagation pressure , dalam satuan N /mm2 ( psi)
f p= propagating buckle design factor=0.80
Nilai P p dapat diperoleh dengan menghitung
buckle design factor
Po−Pi
dibagi dengan propagating
Dengan modifikasi persamaan Pp diperoleh formula untuk menghitung ketebalan pipa
minimum yaitu sebagai berikut
Pp
24 S
5
12
( )
P
t =609.6 (
24 S )
t =D
p
5
12
Sumber : Pada API RP 1111, Section 4, Equation 9, page 10
Instalasi
Untuk kondisi instalasi, Po = 10.25 MPa dan Pi = 0 MPa. Sehingga nilai fp
diperoleh sebagai berikut.
10.25
P p=
=12.8125 MPa
0.8
Dengan menggunakan persamaan Pp termodifikasi dapat ditentukan nilai
ketebalan pipa.
12.8125 125
t=609.6
24 S
API 5L Gr.X52SMYS = 359 MPa t = 40.44 mm
API 5L Gr.X60 SMYS = 414 MPa t = 38.11 mm
(
)
Hidrotest
Po = 10.25 MPa dan Pi = 18.75 MPa. Sehingga nilai diperoleh sebagai berikut.
10.25
P p=
=12.8125 MPa
0.8
Dengan menggunakan persamaan Pp termodifikasi dapat ditentukan nilai
ketebalan pipa.
5
12.8125 12
t =609.6
24 S
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 40.89 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 34.11 mm
(
)
Operasi
Po = 10.25 MPa dan Pi = 15 MPa. Sehingga nilai diperoleh sebagai berikut.
10.25
P p=
=12.8125 MPa
0.8
Dengan menggunakan persamaan Pp termodifikasi dapat ditentukan nilai
ketebalan pipa.
5
12.8125 12
t =609.6
24 S
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 32.08 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 26.77 mm
(
)
DNV 1981
Internal Pressure Containment
Untuk pipa dengan tensile hoop stress σ y yang diakibatkan perbedaan antara tekanan
eksternal dan internal, tidak boleh melebihi nilai σ yp yang diijinkan sebagai berikut :
σ yp=η h σ F k t
ηh=faktor penggunaan
Untuk kasus ini, diambil nilai ηh=0.72
σ yp=hoop stress yang diijinkan
σ F =specified minimum yield strength
o
k t =temperature derating factor , untuk temperatur dibawah120 C , k t =1.0
Jika tidak ada metoda yang lebih akurat untuk digunakan, tensile hoop stress, untuk
dibandingkan dengan σ yp sebelumnya, ditentukan dengan formula :
σ y =( pi− p e )
D
2t
pi=tekananinternal
pe =tekanan eksternal
D=diameter luar pipa nominal
t=tebal dinding pipanominal
Persamaan di atas dapat dimodifikasi menjadi persamaan berikut
t=
D ( pi −p e )
2σy
Mengingat batas tensile hoop stress tidak diizinkan melebihi tekanan izin, maka nilai tekanan
yang terjadi dibatasi sama dengan tekanan izin
σ y =σ yp
Dengan menggabungkan persamaan-persamaan di atas, tebal pipa dapat dihitung dengan
persamaan berikut
t=
D ( pi− p e )
2. ηh . σ F ∙ k t
Sumber : Pada DNV 1981, Para 4.2.2.1, page 20-21
t=
Instalasi
Pi = 0 MPa dan Pe = 10.25 MPa, maka:
609.6 (10.25 )
2 ∙ 0.72∙ σ F ∙ 1
API 5L Gr.X52, σ F = 359 MPa t = 12.08 mm
API 5L Gr.X60 , σ F = 414 MPa t = 10.48 mm
t=
Hidrotest
Pi = 0 MPa dan Pe = 10.25 MPa, maka:
609.6 (10.25 )
2 ∙ 0.72∙ σ F ∙ 1
API 5L Gr.X52, σ F = 359 MPa t = 22.11 mm
API 5L Gr.X60 , σ F = 414 MPa t = 19.17 mm
Operasi
Pi = 0 MPa dan Pe = 10.25 MPa, maka:
t=
609.6 (10.25 )
2 ∙ 0.72∙ σ F ∙ 1
API 5L Gr.X52 , σ F = 359 MPa t = 17.68 mm
API 5L Gr.X60 , σ F = 414 MPa t = 15.38 mm
External Pressure Collapse
Tidak terdapat pembahasan mengenai external pressure collapse pada DNV 1981
Local Buckling
Kombinasi kritis dari tegangan longitudinal dan tegangan hoop dapat dirumuskan sebagai
berikut :
σx α σ y
+
=1
σ xcr
σ ycr
( )
Tegangan tekan bernilai positif untuk persamaan tersebut :
N
σ x =σ x + σ x
N
σx =
M
σx =
M
N
(tekan bernilai positif )
A
M
( tekanbernilai positif )
W
N=gaya aksial
A=π ( D−t ) t =luas potongan melintang
M =momen bending
π
W = ( D−t )2 t =elastic section modulus
4
D=diameter luar pipa nominal
t=diameter dalam pipanominal
N
M
σ
σ
σ xcr = x σ xcr N + x σ xcr M
σx
σx
N
σ xcr =tegangan longitudinal kritis ketika N beraksi sendirian(M =0, p=0)
N
σ xcr =σ F untuk D/t ≤ 20
[
σ xcr N =σ F 1−0.001
( Dt −20)] untuk 20< D /t σ F
3
Kombinasi yang diperbolehkan sebagai berikut :
(
σx α
σy
+
≤1
ηxp σ xcr
η yp σ ycr
)
Keterangan :
η xp=faktor penggunaan yang diperbolehkan (nilai
σx
yang diperbolehkan) ketika σ y =0
σ xcr
η yp =faktor penggunaan yang diperbolehkan(nilai
σy
yang diperbolehkan)ketika σ x =0
σ ycr
Rekomendasi nilai faktor yang disarankan adalah sebagai berikut :
σ E=tegangan kritis jika material elastis
σ E ≈ 0.42
E ∙t
D
σ xcr dianggap dengan SMYS material karena dianggap sebagai tegangan longitudinal
kritis. Ditentukan bahwa σ x = 72% SMYS, sehingga:
α
( 0.72 ) +
α =1+
σy
=1
σ ycr
300 σ y
609.6 σ ycr
t
σ y =( pe − pi )
σ ycr =E
(
609.6
2t
t
609.6−t
2
)
2
Digunakan kondisi σ ycr ≤ σ y sebagai faktor keamanan. Untuk perhitungan ketebalan
3
dinding pipa akan digunakan iterasi pada persamaan :
σ
α
( 0.72 ) + y =1
σ ycr
Instalasi
Untuk kondisi instalasi digunakan pe = 10.25 MPa dan pi = 0 MPa.
σ
α
( 0.72 ) + y =1
σ ycr
300 σ y
α =1+
609.6 σ ycr
t
609.6
σ y =10.25
2t
2
t
σ ycr =207000
609.6−t
Dengan analisis goal seek diperoleh tebal pipa untuk Gr. X60 dan X52 adalah
23.61 mm.
(
)
Hidrotest
Untuk kondisi hidrotest digunakan pe = 10.25 MPa dan pi = 18.75 MPa.
σ
α
( 0.72 ) + y =1
σ ycr
300 σ y
α =1+
609.6 σ ycr
t
609.6
σ y =10.25
2t
2
t
σ ycr =207000
609.6−t
Dengan analisis goal seek diperoleh tebal pipa untuk Gr. X60 dan X52 adalah
14.77 mm.
(
)
Operasi
pe = 10.25 MPa dan pi = 15 MPa.
σ
α
( 0.72 ) + y =1
σ ycr
300 σ y
α =1+
609.6 σ ycr
t
609.6
σ y =10.25
2t
2
t
σ ycr =207000
609.6−t
Dengan analisis goal seek diperoleh tebal pipa untuk Gr. X60 dan X52 adalah
23.61 mm.
(
)
Buckle Propagation
Propagation buckle tidak bisa terinisiasi, atau berpropagasi ke bagian pipa dimana external
overpressure maksimumnya lebih rendah dari propagation pressure dari pipa. Hal tersebut
dirumuskan sebagai berikut :
2
t
P pr ≈1.15 π σ F
D−t
(
)
Nilai P pr kemungkinan besar akan lebih tinggi dari hasil rumus di atas. Begitu pula
dengan initiation pressure, P¿ yang akan lebih tinggi dari P pr .
Propagation buckle tidak bisa terinisiasi, namun bisa berpropagasi ke bagian pipa dimana
P
P
external overpressure maksimumnya berada di antara
dan P¿
(¿¿ pr < P< P¿ ) .
pr
¿
Jika penangkap buckle telah dipasang pada lokasi P≥ P¿ , maka penangkap tidak perlu
dipasang pada lokasi P pr < P< P¿ .
DNV-OS-F101
Internal Pressure Containment
Tekanan di dalam pipa perlu memenuhi kriteria sebagai berikut.
pb=( p lx− pe ) ∙ γ m ∙ γ SC
Tahanan pressure containment pb(t) diberikan sebagai berikut.
Dengan modifikasi persamaan 5.8 DNV-OS-F101, dapat diperoleh formula ketebalan dinding
pipa sebagai berikut.
t=
D
4 f cb
+1
pb √ 3
Sumber : DNV OS – F101, Section 5 D 200, Equation 5.7, 5.8, 5.9, page 46
Instalasi
Dengan plx = 0 dan pe = 10.25 MPa, maka diperoleh tekanan burst sebagai berikut.
pb=( 10.25 ) ∙ 1.15∙ 1.308=15.42 MPa
Untuk kedua grade material, diperoleh nilai fcb adalah masing-masing nilai SMYS-nya, maka:
t=
609.6
4S
+1
15.42 √3
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 11.11 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 9.68 mm
Hidrotest
Dengan plx = 18.75 MPa dan pe = 0 MPa (kondisi beda tekanan terekstrim),
maka diperoleh tekanan burst sebagai berikut.
pb=( 18.75 ) ∙ 1.15∙ 1.308=28.203 MPa
Untuk kedua grade material, diperoleh nilai fcb adalah masing-masing nilai
SMYS-nya, maka:
t=
609.6
4S
+1
28.203 √ 3
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 20.05 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 17.47 mm
Operasi
Dengan plx = 15 MPa dan pe = 0 MPa (kondisi beda tekanan terekstrim), maka
diperoleh tekanan burst sebagai berikut.
pb=( 15 ) ∙ 1.15∙ 1.308=22.563 MPa
Untuk kedua grade material, diperoleh nilai fcb adalah masing-masing nilai
SMYS-nya, maka:
t=
609.6
4S
+1
22.563 √ 3
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.15 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 14.05 mm
External Pressure Collapse
Tahanan karakteristik untuk tekanan eksternal (pc) harus dihitung sebagai berikut.
Persamaan 5.10 ini akan digunakan untuk menghitung ketebalan pipa. Digunakan nilai γm =
1.15 dan γSC = 1.26. Untuk persamaan 5.12 digunakan αfab = 0.93 (SAWL), untuk fo
digunakan nilai maksimum mendekati 0.005.
Sumber : DNV OS – F101, Section 5 D 200, Equation 5.10, 5.11, 5.12, 5.13, 5.14, page 46
Instalasi
P p=f y ∙ α fab
2t
D
P p=f y ∙ 0.93
t
609.6
1−0.3 2
2E
Pel=
2t
609.6
(
3
)
Dengan pe = 10.25 MPa dan pmin = 0, maka persamaan 5.14 menghasilkan nilai
pc.
pc =( pe − pmin ) ∙ γ m ∙ γ SC
pc =10.25 ∙1.15 ∙ 1.26=14.85 MPa
Dengan iterasi persamaan 5.10 DNV-OS-F101 sebanyak 10 kali, akan
diperoleh ketebalan pipa material sebagai berikut :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 12.49 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 11.88 mm
Hidrotest
P p=f y ∙ α fab
2t
D
P p=f y ∙ 0.93
t
609.6
1−0.3 2
2E
Pel=
2t
609.6
(
3
)
Dengan pe = 10.25 MPa dan pmin = 18.75 MPa, maka persamaan 5.14
menghasilkan nilai pc.
pc =( pe − pmin ) ∙ γ m ∙ γ SC
pc =8.5 ∙ 1.15∙ 1.26=12.3165 MPa
Dengan iterasi persamaan 5.10 DNV-OS-F101 sebanyak 10 kali, akan
diperoleh ketebalan pipa material sebagai berikut :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 11.59 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 11.02 mm
Operasi
P p=f y ∙ α fab
2t
D
P p=f y ∙ 0.93
t
609.6
1−0.3 2
2E
Pel=
2t
609.6
(
3
)
Dengan pe = 10.25 MPa dan pmin = 15, maka persamaan 5.14 menghasilkan
nilai pc.
pc =( pe − pmin ) ∙ γ m ∙ γ SC
pc =4.75∙ 1.15 ∙1.26=6.88 MPa
Dengan iterasi persamaan 5.10 DNV-OS-F101 sebanyak 10 kali, akan
diperoleh ketebalan pipa material sebagai berikut :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 9.76 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 9.23 mm
Local Buckling
Local buckling dibedakan menjadi dua :
-
Kondisi load controlled (LC)
Kondisi ini merupakan kondisi dimana respon struktur diatur oleh beban yang dikenakan.
-
Kondisi displacement controlled (DC)
Kondisi ini merupakan kondisi dimana respon struktur diatur oleh perpindahan geometrik.
Pada kriteria pembebanan terkombinasi, pembedaan perlu dilakukan antara kondisi load
controlled dan kondisi displacement controlled.
Untuk kondisi load controlled, pipa yang dikenakan momen lentur, gaya aksial efektif dan
overpressure internal harus didesain sehingga mememenuhi kondisi berikut untuk seluruh
penampang.
Jika pipeline selain mengalami beban aksial, tekanan, dan momen juga mengalami beban titik
lateral, hal ini perlu dimasukan dengan modifikasi kapasitas momen plastis sebagai berikut.
Pipa yang terkena momen lentur, gaya aksial efektif dan overpressure eksternal harus
didesain untuk memenuhi persamaan berikut.
Untuk kondisi displacement controlled, pipa yang terkena regangan tekan longitudinal dan
overpressure internal harus didesain untuk memenuhi kondisi berikut untuk semua
penampang.
Pipa yang terkenal regangan tekan longitudinal dan overpressure eksternal harus didesain
untuk memenuhi kondisi berikut untuk semua penampang.
Sumber : DNV OS – F101, Section 5 D 600, Equation 5.19a, 5.19b, 5.20, 5.21, 5.22, 5.23,
5.24, 5.25, 5.26, 5.27, 5.28, 5.29, 5.30, 5.31 page 47,48,49
Instalasi
Hidrotest
Operasi
Buckle Propagation
Kriteria propagating buckle adalah sebagai berikut.
Persamaan 5.15 dapat dimodifikasi menjadi sebagai berikut.
p pr= pe ∙ γ m ∙ γ SC
Dengan αfab = 0.93 (pipa SAWL), γ m = 1.15 (ULS), dan γ SC
modifikasi persamaan 5.16 DNV-OS-F101, maka:
= 1.26 (other), serta
p pr= pe ∙1.15 ∙1.26
t=D
(
p pr
35 ∙ f y ∙ α fab
t=609.6
(
0.4
)
pe ∙ 1.15 ∙1.26
35 ∙ f y ∙ 0.93
0.4
)
Sumber : DNV OS – F101, Section 5 D 500, Equation 5.15, 5.16, page 47
Instalasi
Untuk kondisi instalasi, Pe = 10.25 MPa sehingga:
p pr =10.25 ∙ 1.15∙ 1.26=14.85 MPa
pe ∙ 1.15 ∙1.26
t=609.6
35 ∙ f y ∙ 0.93
(
0.4
)
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 39.99 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 42.34 mm
Hidrotest
Pe = 10.25 MPa sehingga:
p pr =10.25 ∙ 1.15∙ 1.26=14.85 MPa
t=609.6
(
pe ∙ 1.15 ∙1.26
35 ∙ f y ∙ 0.93
0.4
)
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 39.99 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 42.34 mm
Operasi
Pe = 10.25 MPa sehingga:
p pr =10.25 ∙ 1.15∙ 1.26=14.85 MPa
pe ∙ 1.15 ∙1.26
t=609.6
35 ∙ f y ∙ 0.93
(
0.4
)
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 39.99 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 42.34 mm
API 5L
Dari Tabel E-6C API 5L, digunakan tekanan minimum tes yaitu 18.75 MPa atau 187.5 pada
tabel tersebut. Untuk Gr. X60, tebal minimum pipa dengan NPS 24” adalah 15.9 mm. Untuk
Gr. X52, tebal minimum pipa dengan NPS 24” adalah 22.2 mm.
Rangkuman Tebal Dinding Pipa
Kriteria
Kondisi
Instalasi
Hidrotest
Operasi
Installatio
n
External Pressure
Collapse
Hydrotest
Operating
Installatio
n
Local Buckling
Hydrotest
Operating
Installatio
n
Propagation Buckling
Hydrotest
Operating
Tebal Dinding Pipa yang Dipilih
Tebal Dinding Pipa yang Dipilih
(API 5L)
Internal Pressure
Containment
Kriteria
Kondisi
Instalasi
Hidrotest
Operasi
Installatio
n
External Pressure
Collapse
Hydrotest
Operating
Installatio
n
Local Buckling
Hydrotest
Operating
Propagation Buckling Installatio
n
Internal Pressure
Containment
Tebal Dinding Pipa Gr. X60 Berdasarkan Kode
DNV-OSASME B31.8 API RP1111
DNV 1981
F101
t
t
t
t
t
t
t
t
(in.) (mm) (in.) (mm) (in.) (mm) (in.) (mm)
0.00
0.00 0.58 14.79 0.41 10.48 0.38
9.67
0.75 19.17 0.58 14.79 0.75 19.17 0.69 17.47
0.60 15.34 0.58 14.79 0.60 15.34 0.55 14.05
0.81
0.75
0.81
20.47
18.99
20.47
0.81
0.74
0.60
20.47
18.88
15.25
0.00
0.00
0.00
0.47
0.43
0.36
0.71
0.67
0.54
18.13
16.90
13.71
0.71
0.67
0.54
18.13
16.90
13.71
0.93
0.58
0.34
23.60
14.77
8.65
0.00
0.00
0.00
1.50
1.34
1.05
38.11
34.11
26.77
1.45
1.34
1.05
36.88 1.83
34.11 1.68
26.77 1.28
46.61
46.61
42.73
32.52
1.57
1.57
1.57
11.88
11.02
9.23
39.99
39.99
39.99
15.9
Tebal Dinding Pipa Gr. X52 Berdasarkan Kode
DNV-OSASME B31.8 API RP1111
DNV 1981
F101
t
t
t
t
t
t
t
t
(in.) (mm) (in.) (mm) (in.) (mm) (in.) (mm)
0.00
0.00 0.66 16.85 0.48 12.09 0.44 11.13
0.87 22.11 0.66 16.85 0.87 22.11 0.79 20.06
0.70 17.69 0.66 16.85 0.70 17.69 0.64 16.15
0.82
0.76
0.82
20.86
19.27
20.86
0.82
0.78
0.61
20.86
19.90
15.60
0.00
0.00
0.00
0.72
0.67
0.54
1.59
18.35
17.06
13.77
40.44
0.72
0.67
0.54
1.45
18.35
17.06
13.77
36.88
0.93
0.58
0.34
1.96
23.60
14.77
8.65
49.77
0.49
0.46
0.38
12.49
11.59
9.76
0.00
0.00
0.00
1.67
42.34
Hydrotest
Operating
Tebal Dinding Pipa yang Dipilih
Tebal Dinding Pipa yang Dipilih
(API 5L)
1.61
1.26
40.89
32.08
1.34
1.26
34.11 1.80
32.08 1.37
49.77
22.2
45.65
34.79
1.67
1.67
42.34
42.34
Nominal Pipe Size
Diameter Pipa Luar
Material Grade / Type
Tipe Fabrikasi pipa
Young’s Modulus (Steel)
Design Pressure, Pd
Hoop Stress Design Factor
Temperature Derating Factor
Longitudinal Joint Factor
Density of Seawater
Collapse Factor
Poisson Ratio Baja
Propagation Buckling Design Factor
Axial Force (Positive for compression)
Bending Stress (as a % of SMYS)
Hydrotest Pressure
Density of Service (Gas)
Design Life
Poisson ratio
= 24”
= 24.000 inch = 609.6 mm
= API 5L Gr.X 52 dan API 5L Gr.X60
= SAWL
= 207000 MPa
= 15 MPa
= 0.72
=1
=1
= 1025 kg/m3
= 0.7
= 0.3
= 0.8
=0N
= 72 %
= 1.25 x Pd = 18.75 MPa
= 48.5 kg/m3
= 25 years
= 0.3
Pada kasus ini saya mengasumsikan kedalaman 1000 m, maka tekanan hidrostatis 10.25 MPa
SMYS (X60)
414
MPa
SMYS (X52)
359
MPa
SMTS (X60)
517
MPa
SMTS (X52)
455
MPa
ASME B31.8
Internal Pressure Containment
Dengan modifikasi persamaan unit SI pada ASME B31.8 bagian 841.1.1a, tebal pipa dapat
ditentukan dengan persamaan berikut.
t=
PD
2000 ∙ S ∙ FET
Katerangan :
D
E
F
= Diameter luar pipa nominal (inch , mm)
= Faktor longitudinal joint (Nilai E terdapat pada tabel 841.1.7-1)
= Faktor desain (Nilai F terdapat pada tabel 841.1.6-1)
P
= Tekanan desain (psig, kPa) (batasan untuk nilai P terdapat pada bagian
841.1.3)
S
= Specified Minimum Yield Strength (psi, MPa) (batasan untuk nilai S
terdapat pada bagian 841.1.4)
T
= Temperature derating factor (terdapat pada tabel 841.18-1)
t
= tebal dinding pipa nominal (inch, mm)
Jika jenis longitudinal joint tidak bisa ditentukan secara pasti, maka nilai E digunakan 0.6
untuk pipa NPS 4 (DN 100) dan yang lebih kecil, atau 0.8 untuk pipa yang lebih besar dari
NPS 4 (DN 100).
Instalasi
Pada saat instalasi, nilai tekanan P adalah nol, sehingga tebal pipa tidak dapat
dihitung.
Hidrotest
nilai P adalah = 1.25 x Pd = 18.75 MPa = 18750 kPa
18750∙ 609.6
t=
2000 ∙ S ∙0.72 ∙1 ∙ 1
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 22.11 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 19.17 mm
Operasi
nilai P adalah 15 MPa = 15000 kPa.
t=
15000∙ 609.6
2000 ∙ S ∙0.72 ∙1 ∙ 1
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 17.69 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 15.34 mm
Ekternal Pressure Collapse
Pipa harus melebihi external pressure sepanjang pipa dan dirumuskan sebagai berikut :
P
¿
o−P
(¿
i )≤ f o Pc
¿
Keterangan :
f o=collapse factor
¿ 0.7 untuk seamlessatau pipa ERW
¿ 0.6 untuk pipacold expanded , seperti pipa DSAW
Pc =collapse pressure dari pipa , dalam satuan N /mm2 ( psi)
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung collapse pressure :
Py Pe
Pc =
√ P y2 + Pe 2
t
P y =2 S
D
t 3
D
Pe =2 E
( 1−v 2 )
Keterangann :
( )
( )
E=modulus elastisitas , dalam satuan N /mm2 (lb/ psi)
2
Pe =elastic collapse pressure dari pipa , dalam satuan N /mm ( psi)
P y = yield pressure saat collapse , dalam satuan N /mm2 (psi)
'
v =Poisson s ratio (0.3 untuk baja)
Instalasi
Po = tekanan hidrostatik (10.25 MPa) dan Pi = 0,
( P o−Pi )
=Pc
fo
10.25
=P c
0.7
Pc =14.64 MPa
Dengan melakukan iterasi perhitungan berikut dapat ditentukan ketebalan pipa.
Pc =
P y Pe
√p +p
P y =2 S
2
y
2
e
t
( 609.6
)
t 3
609.6
Pe =2 ∙207000
1−0.32
(
)
Setelah melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh hasil sebagai berikut :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 20.85 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 20.48 mm
Hidrotest
Po = tekanan hidrostatik (10.25 MPa) dan Pi = 15 MPa, maka:
( P o−Pi )
=Pc
fo
4.75
=Pc
0.7
Pc =6.785 MPa
Dengan melakukan iterasi perhitungan berikut dapat ditentukan ketebalan
pipa.
P P
Pc = 2y e 2
√ p y+ p e
t
P y =2 S
609.6
t 3
609.6
Pe =2 ∙207000
1−0.32
Setelah melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh hasil sebagai berikut :
API 5L Gr.X 52, SMYS = 359 MPa t = 19.29 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 18.95 mm
(
)
(
)
Operasi
Po = tekanan hidrostatik (1.025 MPa) dan Pi = 15 MPa, maka:
( P o−Pi )
=Pc
fo
4.75
=Pc
0.7
Pc =6.785 MPa
Dengan melakukan iterasi perhitungan berikut dapat ditentukan ketebalan
pipa.
P y Pe
Pc = 2 2
√ p y+ p e
t
P y =2 S
609.6
3
t
609.6
Pe =2 ∙207000
1−0.32
Setelah melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh hasil sebagai berikut :
API 5L Gr.X 52, SMYS = 359 MPa t = 20.86 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 20.47 mm
(
)
(
)
Local Buckling
Kombinasi bending strain dan beban tekanan eksternal harus memenuhi :
P
(¿ ¿ o−Pi )
≤ g(δ )
Pc
ε
+¿
εb
Persamaan tersebut berlaku untuk nilai D/t maksimum = 50.
Untuk menghindari terjadinya buckling, bending strain harus dibatasi sebagai berikut :
ε ≥ f 1 ε1
ε ≥ f 2 ε2
Sumber : ASME B31.8-2010, Chapter VII, Para A842.2.4 Mengacu pada API RP 1111,
Section 4, Equation 7, 8a, 8b, page 9
Nilai regangan lentur menggunakan hubungan pada kurva tegangan regangan yaitu sebagai
berikut.
ε=
S
E
ε=
S
207000
Instalasi
Nilai kelonjongan awal digunakan nilai mendekati 0.005 sesuai dengan yang
ditentukan juga pada DNV-OS-F101. Karena pada DNV-OS-F101 hanya
menggunakan pembagi satu D sedangkan pada API RP1111 menggunakan 2D,
maka nilai kelonjongan digunakan 0.0025.
δ = 0.0025, maka nilai g(δ) adalah:
−1
g ( δ ) =( 1+20∙ 0.0025 ) =0.9524
Dengan nilai po = 10.25 MPa dan pi = 0 MPa, maka:
ε 10.25
+
=g ( δ )
εb
Pc
εb =
ε=
t
2 ∙ 609.6
S
207000
Pc =
P y Pe
√p +p
P y =2 S
2
y
2
e
t
( 609.6
)
3
t
609.6
Pe =2 ∙207000
2
1−0.3
(
)
Dengan melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh tebal pipa :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 18.34 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 18.14 mm
Hidrotest
δ = 0.0025, maka nilai g(δ) adalah:
−1
g ( δ ) =( 1+20∙ 0.0025 ) =0.9524
nilai po = 10.25 MPa dan pi = 18.75 MPa, maka:
ε 10.25
+
=g ( δ )
εb
Pc
εb =
ε=
t
2 ∙ 609.6
S
207000
Pc =
P y Pe
√p +p
2
y
2
e
t
( 609.6
)
t
(
609.6 )
P =2 ∙207000
P y =2 S
3
e
2
1−0.3
Dengan melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh tebal pipa :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 17.05 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 16.91 mm
Operasi
Dengan δ = 0.0025, maka nilai g(δ) adalah:
−1
g ( δ ) =( 1+20∙ 0.0025 ) =0.9524
Dengan nilai po = 10.25 MPa dan pi = 15 MPa, maka:
ε 10.25
+
=g ( δ )
εb
Pc
t
εb =
2 ∙ 609.6
S
ε=
207000
Pc =
P y Pe
√p +p
2
y
2
e
t
( 609.6
)
t
(
609.6 )
P =2 ∙207000
P y =2 S
3
e
2
1−0.3
Dengan melakukan iterasi, diperoleh tebal pipa :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 13.78 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 13.71 mm
Propagation Buckling
Penangkap buckle perlu digunakan dalam kondisi berikut :
Po−Pi ≥ f p P p
Keterangan :
2.4
t
P p=24 S
=buckle propagation pressure , dalam satuan N /mm2 ( psi)
D
f p= propagating buckle design factor=0.80
[ ]
Dengan modifikasi persamaan Pp diperoleh formula untuk menghitung ketebalan pipa
minimum yaitu sebagai berikut
5
P p 12
t =D
24 S
P p 125
t=609.6
24 S
Sumber : ASME B31.8-2010, Chapter VII, Para A842.1.2 mengacu pada API RP 1111,
Section 4, Equation 9, page 10
( )
( )
Instalasi
Po = 10.25 MPa dan Pi = 0 MPa. Sehingga nilai fp diperoleh sebagai berikut.
10.25
P p=
=12.8125 MPa
0.8
Dengan memodifikasi persamaan Pp maka didapatkan nilai ketebalan pipa
5
12.8125 12
t =609.6
24 S
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 40.44 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 38.11 mm
(
)
Hidrotest
Po = 10.25 MPa dan Pi = 18.75 MPa. Sehingga nilainya diperoleh sebagai
berikut.
10.25
P p=
=12.8125 MPa
0.8
Dengan memodifikasi persamaan Pp maka didapatkan nilai ketebalan pipa
12.8125 125
24 S
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 40.90 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 34.11 mm
t=609.6
(
)
Operasi
Po = 10.25 MPa dan Pi = 15 MPa.
10.25
P p=
=12.8125 MPa
0.8
Dengan memodifikasi persamaan Pp maka didapatkan nilai ketebalan pipa
12.8125 125
24 S
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 32.08 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 26.77 mm
t=609.6
(
)
API RP 1111
Internal Pressure Containment
Hydrostatic test pressure, pipeline design pressure, dan incidental overpressure, termasuk
tekanan internal dan external yang bekerja pada pipa, tidak boleh melebihi nilai yang
ditentukan persamaan berikut :
Pt ≤ f d f e f t P b
Pd ≤ 0.80 P t
Pa ≤0.90 Pt
Keterangan :
fd
= faktor desain tekananinternal , dapat diterapkan untuk semua pipa
= 0.9 untuk pipa
= 0.75 untuk riser
fe
= weld joint factor, longitudinal or spiral seam weld. Hanya material dengan nilai
faktor 1 yang dapat diterima.
ft
= temperature de-rating factor
= 1.0 untuk temperatur kurang dari 121oC (250oF)
Pa
= incidental overpressure (tekanan internal dikurangi tekanan eksternal), dalam satuan
N/mm2 (psi)
Pb
= specified minimum burst pressure dari pipa, dalam satuan N/mm2 (psi)
Pd
= tekanan desain pipa, dalam satuan N/mm2 (psi)
Pt
= tekanan tes hidrostatis (tekanan internal dikurangi tekanan eksternal), dalam satuan
N/mm2 (psi)
Specified minimum burst pressure (Pb)ditentukan dengan salah satu persamaan berikut :
Pb=0.45 ( S+U ) ln
Pb=0.90 ( S+U )
D
Di
atau
t
D−t
Keterangan :
D
= diameter luar pipa, dalam satuan mm (in.)
Di
= D – 2t = diameter dalam pipa, dalam satuan mm (in.)
S
= specified minimum yield strength (SMYS) pipa, dalam satuan N/mm2 (psi)
t
= tebal dinding pipa nominal, dalam satuan mm (in.)
U
= specified minimum ultimate tensile strength pipa, dalam satuan N/mm2 (psi)
ln
= logaritma natural
Dengan modifikasi, kedua persamaan diatas dapat diubah masing-masing menjadi sebagai
berikut.
D i=
t=
D
; t=D−Di
Pb
exp
0.45 ( S+ U )
[
]
D
0.9 ( S +U )
+1
Pb
Sumber : API RP 1111, Section 4, Equation 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, page 10
Instalasi
Pa=|P i−Pe|=10.25 MPa
Pt =
Pa
=11.39 MPa
0.9
Nilai Pt di atas lebih kecil dari nilai Pt yang ditentukan yaitu 18.75 MPa.
Digunakan Pt = 18.75 MPa.
P b=
Pt
=20.83 MPa
0.9
Pd =0.8 Pt=15 MPa
Perhitungan ketebalan pipa menggunakan salah satu dari 2 formula berikut.
D i=
t=
609.6
; t =609.6−D i
20.83
exp
0.45 ( S+ U )
[
]
609.6
0.9 ( S +U )
+1
20.83
Untuk persamaan pertama :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.85 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 14.79 mm
Untuk persamaan kedua :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.86 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 14.79 mm
Hidrotest
Pa=|P i−Pe|=8.5 MPa
P
Pt = a =9.44 MPa
0.9
Nilai Pt di atas lebih kecil dari nilai Pt yang ditentukan yaitu 18.75 MPa.
Digunakan Pt = 18.75 MPa.
P
Pb= t =20.83 MPa
0.9
Pd =0.8 Pt=15 MPa
Perhitungan ketebalan pipa menggunakan salah satu dari 2 formula berikut.
609.6
D i=
; t =609.6−D i
20.83
exp
0.45 ( S+ U )
609.6
t=
0.9 ( S +U )
+1
20.83
Untuk persamaan pertama :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.85 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 14.79 mm
[
]
Untuk persamaan kedua :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.86 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 14.79 mm
Operasi
Pa=|P i−Pe|=4.75 MPa
P
Pt = a =5.28 MPa
0.9
Nilai Pt di atas lebih kecil dari nilai Pt yang ditentukan yaitu 18.75 MPa.
Digunakan Pt = 18.75 MPa.
P
Pb= t =20.83 MPa
0.9
Pd =0.8 Pt=15 MPa
Perhitungan ketebalan pipa menggunakan salah satu dari 2 formula berikut.
609.6
D i=
; t =609.6−D i
20.83
exp
0.45 ( S+ U )
609.6
t=
0.9 ( S +U )
+1
20.83
[
]
Untuk persamaan pertama :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.85 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 14.79 mm
Untuk persamaan kedua :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.86 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 14.79 mm
External Pressure Collapse
Collapse pressure dari pipa harus melebihi external pressure sepanjang pipa dan dirumuskan
sebagai berikut :
P
(¿ ¿ o−Pi)≤ f o Pc
¿
Keterangan :
f o=collapse factor
¿ 0.7 untuk seamlessatau pipa ERW
¿ 0.6 untuk pipa cold expanded , seperti pipa DSAW
2
Pc =collapse pressure dari pipa , dalam satuan N /mm ( psi)
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung collapse pressure :
Pc =
Py Pe
√P
P y =2 S
Pe =2 E
2
y
+ Pe
2
( Dt )
t
D
3
( )
( 1−v 2 )
Keterangan :
2
E=modulus elastisitas , dalam satuan N /mm (lb/ psi)
2
Pe =elastic collapse pressure dari pipa, dalam satuan N /mm ( psi)
P y = yield pressure saat collapse , dalam satuan N /mm2 (psi)
v =Poisson' s ratio (0.3 untuk baja)
Sumber : API RP 1111, Section 4, Equation 5, 6a, 6b, 6c, page 9
P y =2 S
Instalasi
Po = tekanan hidrostatik (10.25 MPa) dan Pi = 0, maka:
( P o−Pi )
=Pc
fo
10.25
=P c
0.7
Pc =14.64 MPa
Dilakukan iterasi untuk menentukan ketebalan pipa :
P y Pe
Pc = 2 2
√ p y+ p e
t
( 609.6
)
t 3
609.6
Pe =2 ∙207000
1−0.32
(
)
Setelah melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh hasil sebagai berikut :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 20.86 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 20.47 mm
Hidrotest
Po = tekanan hidrostatik (10.25 MPa) dan Pi = 15 MPa, maka:
( P o−Pi )
fo
=Pc
4.75
=Pc
0.7
Pc =6.785 MPa
Dengan melakukan iterasi perhitungan berikut dapat ditentukan ketebalan
pipa.
Pc =
P y Pe
√p +p
2
y
P y =2 S
2
e
t
( 609.6
)
t 3
609.6
Pe =2 ∙207000
1−0.32
(
)
Setelah melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh hasil sebagai berikut :
API 5L Gr.X 52, SMYS = 359 MPa t = 19.27 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 18.99 mm
Operasi
Po = tekanan hidrostatik (1.025 MPa) dan Pi = 15 MPa, maka:
( P o−Pi )
fo
=Pc
4.75
=Pc
0.7
Pc =6.785 MPa
Dengan melakukan iterasi perhitungan berikut dapat ditentukan ketebalan
pipa.
Pc =
P y Pe
√p +p
P y =2 S
2
y
2
e
t
( 609.6
)
3
t
609.6
Pe =2 ∙207000
2
1−0.3
(
)
Setelah melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh hasil sebagai berikut :
API 5L Gr.X 52, SMYS = 359 MPa t = 20.86 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 20.47 mm
Local Buckling
Kombinasi bending strain dan beban tekanan eksternal harus memenuhi :
P
¿
o−P
(¿
i)
≤ g(δ)
Pc
ε
+¿
εb
Persamaan tersebut berlaku untuk nilai D/t maksimum = 50.
Untuk menghindari terjadinya buckling, bending strain harus dibatasi sebagai berikut :
ε ≥ f 1 ε1
ε ≥ f 2 ε2
Keterangan :
g ( δ ) =(1+20 δ)−1=collapse reduction factor
δ=
D max−D min
=ovality
D max + D min
ε =bending strain pada pipa
εb =
t
=buckling strain under pure bending
2D
ε 1=bending strain maksimum saat instalasi
ε 2 =¿− place bending strain maksimum
f 1=faktor keamananbending untuk bending saat instalasi ditambah tekananeksternal
f 2=faktor keamanan bendinguntuk∈− placebending ditambah tekanan eksternal
D max = diameter maksimum pada potongan melintang manapun sepanjang pipa, dalam
satuan mm (in.)
D min = diameter minimum pada potongan melintang manapun sepanjang pipa, dalam
satuan mm (in.)
Sumber : API RP 1111, Section 4, Equation 7, 8a, 8b, page 9
Karena pada DNV-OS-F101 hanya menggunakan pembagi satu D sedangkan pada API
RP1111 menggunakan 2D, maka nilai kelonjongan digunakan 0.0025.
Nilai regangan lentur menggunakan hubungan pada kurva tegangan regangan yaitu sebagai
berikut.
ε=
S
E
S
207000
Instalasi
Dengan δ = 0.0025, maka nilai g(δ) adalah:
ε=
g ( δ ) =( 1+20∙ 0.0025 )−1=0.9524
Dengan nilai po = 10.25 MPa dan pi = 0 MPa, maka:
ε 10.25
+
=g ( δ )
εb
Pc
εb =
ε=
t
2 ∙ 609.6
S
207000
Pc =
P y Pe
√p +p
2
y
2
e
t
( 609.6
)
t
(
609.6 )
P =2 ∙207000
P y =2 S
3
e
1−0.32
Dengan melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh tebal pipa :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 18.35 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 18.13 mm
Hidrotest
Dengan δ = 0.0025, maka nilai g(δ) adalah:
−1
g ( δ ) =( 1+20∙ 0.0025 ) =0.9524
Dengan nilai po = 10.25 MPa dan pi = 18.75 MPa, maka:
ε 10.25
+
=g ( δ )
εb
Pc
εb =
ε=
t
2 ∙ 609.6
S
207000
Pc =
P y Pe
√p +p
2
y
2
e
t
( 609.6
)
t
(
609.6 )
P =2 ∙207000
P y =2 S
3
e
2
1−0.3
Dengan melakukan iterasi sebanyak 10 kali, diperoleh tebal pipa :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 17.06 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 16.90 mm
Operasi
Dengan δ = 0.0025, maka nilai g(δ) adalah:
−1
g ( δ ) =( 1+20∙ 0.0025 ) =0.9524
Dengan nilai po = 10.25 MPa dan pi = 15 MPa, maka:
ε 10.25
+
=g ( δ )
εb
Pc
εb =
ε=
t
2 ∙ 609.6
S
207000
Pc =
P y Pe
√p +p
P y =2 S
2
y
2
e
t
( 609.6
)
t 3
609.6
Pe =2 ∙207000
1−0.32
(
)
Dengan melakukan iterasi, diperoleh tebal pipa :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 13.77 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 13.71 mm
Buckle Propagation
Untuk pipa bawah laut, karena tekanan hidrostatik adalah gaya yang menyebabkan buckle
untuk berpropagasi, maka perlu dilakkan estimasi buckle propagation pressure. Jika kondisi
memungkinkan bagi buckle untuk berpropagasi, maka cara untuk mencegah atau menangkap
mereka perlu dipertimbangkan dalam desain.
Penangkap buckle perlu digunakan dalam kondisi berikut :
Po−Pi ≥ f p P p
Keterangan :
P p=24 S
2.4
[ ]
t
D
=buckle propagation pressure , dalam satuan N /mm2 ( psi)
f p= propagating buckle design factor=0.80
Nilai P p dapat diperoleh dengan menghitung
buckle design factor
Po−Pi
dibagi dengan propagating
Dengan modifikasi persamaan Pp diperoleh formula untuk menghitung ketebalan pipa
minimum yaitu sebagai berikut
Pp
24 S
5
12
( )
P
t =609.6 (
24 S )
t =D
p
5
12
Sumber : Pada API RP 1111, Section 4, Equation 9, page 10
Instalasi
Untuk kondisi instalasi, Po = 10.25 MPa dan Pi = 0 MPa. Sehingga nilai fp
diperoleh sebagai berikut.
10.25
P p=
=12.8125 MPa
0.8
Dengan menggunakan persamaan Pp termodifikasi dapat ditentukan nilai
ketebalan pipa.
12.8125 125
t=609.6
24 S
API 5L Gr.X52SMYS = 359 MPa t = 40.44 mm
API 5L Gr.X60 SMYS = 414 MPa t = 38.11 mm
(
)
Hidrotest
Po = 10.25 MPa dan Pi = 18.75 MPa. Sehingga nilai diperoleh sebagai berikut.
10.25
P p=
=12.8125 MPa
0.8
Dengan menggunakan persamaan Pp termodifikasi dapat ditentukan nilai
ketebalan pipa.
5
12.8125 12
t =609.6
24 S
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 40.89 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 34.11 mm
(
)
Operasi
Po = 10.25 MPa dan Pi = 15 MPa. Sehingga nilai diperoleh sebagai berikut.
10.25
P p=
=12.8125 MPa
0.8
Dengan menggunakan persamaan Pp termodifikasi dapat ditentukan nilai
ketebalan pipa.
5
12.8125 12
t =609.6
24 S
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 32.08 mm
API 5L Gr.X60, SMYS = 414 MPa t = 26.77 mm
(
)
DNV 1981
Internal Pressure Containment
Untuk pipa dengan tensile hoop stress σ y yang diakibatkan perbedaan antara tekanan
eksternal dan internal, tidak boleh melebihi nilai σ yp yang diijinkan sebagai berikut :
σ yp=η h σ F k t
ηh=faktor penggunaan
Untuk kasus ini, diambil nilai ηh=0.72
σ yp=hoop stress yang diijinkan
σ F =specified minimum yield strength
o
k t =temperature derating factor , untuk temperatur dibawah120 C , k t =1.0
Jika tidak ada metoda yang lebih akurat untuk digunakan, tensile hoop stress, untuk
dibandingkan dengan σ yp sebelumnya, ditentukan dengan formula :
σ y =( pi− p e )
D
2t
pi=tekananinternal
pe =tekanan eksternal
D=diameter luar pipa nominal
t=tebal dinding pipanominal
Persamaan di atas dapat dimodifikasi menjadi persamaan berikut
t=
D ( pi −p e )
2σy
Mengingat batas tensile hoop stress tidak diizinkan melebihi tekanan izin, maka nilai tekanan
yang terjadi dibatasi sama dengan tekanan izin
σ y =σ yp
Dengan menggabungkan persamaan-persamaan di atas, tebal pipa dapat dihitung dengan
persamaan berikut
t=
D ( pi− p e )
2. ηh . σ F ∙ k t
Sumber : Pada DNV 1981, Para 4.2.2.1, page 20-21
t=
Instalasi
Pi = 0 MPa dan Pe = 10.25 MPa, maka:
609.6 (10.25 )
2 ∙ 0.72∙ σ F ∙ 1
API 5L Gr.X52, σ F = 359 MPa t = 12.08 mm
API 5L Gr.X60 , σ F = 414 MPa t = 10.48 mm
t=
Hidrotest
Pi = 0 MPa dan Pe = 10.25 MPa, maka:
609.6 (10.25 )
2 ∙ 0.72∙ σ F ∙ 1
API 5L Gr.X52, σ F = 359 MPa t = 22.11 mm
API 5L Gr.X60 , σ F = 414 MPa t = 19.17 mm
Operasi
Pi = 0 MPa dan Pe = 10.25 MPa, maka:
t=
609.6 (10.25 )
2 ∙ 0.72∙ σ F ∙ 1
API 5L Gr.X52 , σ F = 359 MPa t = 17.68 mm
API 5L Gr.X60 , σ F = 414 MPa t = 15.38 mm
External Pressure Collapse
Tidak terdapat pembahasan mengenai external pressure collapse pada DNV 1981
Local Buckling
Kombinasi kritis dari tegangan longitudinal dan tegangan hoop dapat dirumuskan sebagai
berikut :
σx α σ y
+
=1
σ xcr
σ ycr
( )
Tegangan tekan bernilai positif untuk persamaan tersebut :
N
σ x =σ x + σ x
N
σx =
M
σx =
M
N
(tekan bernilai positif )
A
M
( tekanbernilai positif )
W
N=gaya aksial
A=π ( D−t ) t =luas potongan melintang
M =momen bending
π
W = ( D−t )2 t =elastic section modulus
4
D=diameter luar pipa nominal
t=diameter dalam pipanominal
N
M
σ
σ
σ xcr = x σ xcr N + x σ xcr M
σx
σx
N
σ xcr =tegangan longitudinal kritis ketika N beraksi sendirian(M =0, p=0)
N
σ xcr =σ F untuk D/t ≤ 20
[
σ xcr N =σ F 1−0.001
( Dt −20)] untuk 20< D /t σ F
3
Kombinasi yang diperbolehkan sebagai berikut :
(
σx α
σy
+
≤1
ηxp σ xcr
η yp σ ycr
)
Keterangan :
η xp=faktor penggunaan yang diperbolehkan (nilai
σx
yang diperbolehkan) ketika σ y =0
σ xcr
η yp =faktor penggunaan yang diperbolehkan(nilai
σy
yang diperbolehkan)ketika σ x =0
σ ycr
Rekomendasi nilai faktor yang disarankan adalah sebagai berikut :
σ E=tegangan kritis jika material elastis
σ E ≈ 0.42
E ∙t
D
σ xcr dianggap dengan SMYS material karena dianggap sebagai tegangan longitudinal
kritis. Ditentukan bahwa σ x = 72% SMYS, sehingga:
α
( 0.72 ) +
α =1+
σy
=1
σ ycr
300 σ y
609.6 σ ycr
t
σ y =( pe − pi )
σ ycr =E
(
609.6
2t
t
609.6−t
2
)
2
Digunakan kondisi σ ycr ≤ σ y sebagai faktor keamanan. Untuk perhitungan ketebalan
3
dinding pipa akan digunakan iterasi pada persamaan :
σ
α
( 0.72 ) + y =1
σ ycr
Instalasi
Untuk kondisi instalasi digunakan pe = 10.25 MPa dan pi = 0 MPa.
σ
α
( 0.72 ) + y =1
σ ycr
300 σ y
α =1+
609.6 σ ycr
t
609.6
σ y =10.25
2t
2
t
σ ycr =207000
609.6−t
Dengan analisis goal seek diperoleh tebal pipa untuk Gr. X60 dan X52 adalah
23.61 mm.
(
)
Hidrotest
Untuk kondisi hidrotest digunakan pe = 10.25 MPa dan pi = 18.75 MPa.
σ
α
( 0.72 ) + y =1
σ ycr
300 σ y
α =1+
609.6 σ ycr
t
609.6
σ y =10.25
2t
2
t
σ ycr =207000
609.6−t
Dengan analisis goal seek diperoleh tebal pipa untuk Gr. X60 dan X52 adalah
14.77 mm.
(
)
Operasi
pe = 10.25 MPa dan pi = 15 MPa.
σ
α
( 0.72 ) + y =1
σ ycr
300 σ y
α =1+
609.6 σ ycr
t
609.6
σ y =10.25
2t
2
t
σ ycr =207000
609.6−t
Dengan analisis goal seek diperoleh tebal pipa untuk Gr. X60 dan X52 adalah
23.61 mm.
(
)
Buckle Propagation
Propagation buckle tidak bisa terinisiasi, atau berpropagasi ke bagian pipa dimana external
overpressure maksimumnya lebih rendah dari propagation pressure dari pipa. Hal tersebut
dirumuskan sebagai berikut :
2
t
P pr ≈1.15 π σ F
D−t
(
)
Nilai P pr kemungkinan besar akan lebih tinggi dari hasil rumus di atas. Begitu pula
dengan initiation pressure, P¿ yang akan lebih tinggi dari P pr .
Propagation buckle tidak bisa terinisiasi, namun bisa berpropagasi ke bagian pipa dimana
P
P
external overpressure maksimumnya berada di antara
dan P¿
(¿¿ pr < P< P¿ ) .
pr
¿
Jika penangkap buckle telah dipasang pada lokasi P≥ P¿ , maka penangkap tidak perlu
dipasang pada lokasi P pr < P< P¿ .
DNV-OS-F101
Internal Pressure Containment
Tekanan di dalam pipa perlu memenuhi kriteria sebagai berikut.
pb=( p lx− pe ) ∙ γ m ∙ γ SC
Tahanan pressure containment pb(t) diberikan sebagai berikut.
Dengan modifikasi persamaan 5.8 DNV-OS-F101, dapat diperoleh formula ketebalan dinding
pipa sebagai berikut.
t=
D
4 f cb
+1
pb √ 3
Sumber : DNV OS – F101, Section 5 D 200, Equation 5.7, 5.8, 5.9, page 46
Instalasi
Dengan plx = 0 dan pe = 10.25 MPa, maka diperoleh tekanan burst sebagai berikut.
pb=( 10.25 ) ∙ 1.15∙ 1.308=15.42 MPa
Untuk kedua grade material, diperoleh nilai fcb adalah masing-masing nilai SMYS-nya, maka:
t=
609.6
4S
+1
15.42 √3
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 11.11 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 9.68 mm
Hidrotest
Dengan plx = 18.75 MPa dan pe = 0 MPa (kondisi beda tekanan terekstrim),
maka diperoleh tekanan burst sebagai berikut.
pb=( 18.75 ) ∙ 1.15∙ 1.308=28.203 MPa
Untuk kedua grade material, diperoleh nilai fcb adalah masing-masing nilai
SMYS-nya, maka:
t=
609.6
4S
+1
28.203 √ 3
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 20.05 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 17.47 mm
Operasi
Dengan plx = 15 MPa dan pe = 0 MPa (kondisi beda tekanan terekstrim), maka
diperoleh tekanan burst sebagai berikut.
pb=( 15 ) ∙ 1.15∙ 1.308=22.563 MPa
Untuk kedua grade material, diperoleh nilai fcb adalah masing-masing nilai
SMYS-nya, maka:
t=
609.6
4S
+1
22.563 √ 3
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 16.15 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 14.05 mm
External Pressure Collapse
Tahanan karakteristik untuk tekanan eksternal (pc) harus dihitung sebagai berikut.
Persamaan 5.10 ini akan digunakan untuk menghitung ketebalan pipa. Digunakan nilai γm =
1.15 dan γSC = 1.26. Untuk persamaan 5.12 digunakan αfab = 0.93 (SAWL), untuk fo
digunakan nilai maksimum mendekati 0.005.
Sumber : DNV OS – F101, Section 5 D 200, Equation 5.10, 5.11, 5.12, 5.13, 5.14, page 46
Instalasi
P p=f y ∙ α fab
2t
D
P p=f y ∙ 0.93
t
609.6
1−0.3 2
2E
Pel=
2t
609.6
(
3
)
Dengan pe = 10.25 MPa dan pmin = 0, maka persamaan 5.14 menghasilkan nilai
pc.
pc =( pe − pmin ) ∙ γ m ∙ γ SC
pc =10.25 ∙1.15 ∙ 1.26=14.85 MPa
Dengan iterasi persamaan 5.10 DNV-OS-F101 sebanyak 10 kali, akan
diperoleh ketebalan pipa material sebagai berikut :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 12.49 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 11.88 mm
Hidrotest
P p=f y ∙ α fab
2t
D
P p=f y ∙ 0.93
t
609.6
1−0.3 2
2E
Pel=
2t
609.6
(
3
)
Dengan pe = 10.25 MPa dan pmin = 18.75 MPa, maka persamaan 5.14
menghasilkan nilai pc.
pc =( pe − pmin ) ∙ γ m ∙ γ SC
pc =8.5 ∙ 1.15∙ 1.26=12.3165 MPa
Dengan iterasi persamaan 5.10 DNV-OS-F101 sebanyak 10 kali, akan
diperoleh ketebalan pipa material sebagai berikut :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 11.59 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 11.02 mm
Operasi
P p=f y ∙ α fab
2t
D
P p=f y ∙ 0.93
t
609.6
1−0.3 2
2E
Pel=
2t
609.6
(
3
)
Dengan pe = 10.25 MPa dan pmin = 15, maka persamaan 5.14 menghasilkan
nilai pc.
pc =( pe − pmin ) ∙ γ m ∙ γ SC
pc =4.75∙ 1.15 ∙1.26=6.88 MPa
Dengan iterasi persamaan 5.10 DNV-OS-F101 sebanyak 10 kali, akan
diperoleh ketebalan pipa material sebagai berikut :
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 9.76 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 9.23 mm
Local Buckling
Local buckling dibedakan menjadi dua :
-
Kondisi load controlled (LC)
Kondisi ini merupakan kondisi dimana respon struktur diatur oleh beban yang dikenakan.
-
Kondisi displacement controlled (DC)
Kondisi ini merupakan kondisi dimana respon struktur diatur oleh perpindahan geometrik.
Pada kriteria pembebanan terkombinasi, pembedaan perlu dilakukan antara kondisi load
controlled dan kondisi displacement controlled.
Untuk kondisi load controlled, pipa yang dikenakan momen lentur, gaya aksial efektif dan
overpressure internal harus didesain sehingga mememenuhi kondisi berikut untuk seluruh
penampang.
Jika pipeline selain mengalami beban aksial, tekanan, dan momen juga mengalami beban titik
lateral, hal ini perlu dimasukan dengan modifikasi kapasitas momen plastis sebagai berikut.
Pipa yang terkena momen lentur, gaya aksial efektif dan overpressure eksternal harus
didesain untuk memenuhi persamaan berikut.
Untuk kondisi displacement controlled, pipa yang terkena regangan tekan longitudinal dan
overpressure internal harus didesain untuk memenuhi kondisi berikut untuk semua
penampang.
Pipa yang terkenal regangan tekan longitudinal dan overpressure eksternal harus didesain
untuk memenuhi kondisi berikut untuk semua penampang.
Sumber : DNV OS – F101, Section 5 D 600, Equation 5.19a, 5.19b, 5.20, 5.21, 5.22, 5.23,
5.24, 5.25, 5.26, 5.27, 5.28, 5.29, 5.30, 5.31 page 47,48,49
Instalasi
Hidrotest
Operasi
Buckle Propagation
Kriteria propagating buckle adalah sebagai berikut.
Persamaan 5.15 dapat dimodifikasi menjadi sebagai berikut.
p pr= pe ∙ γ m ∙ γ SC
Dengan αfab = 0.93 (pipa SAWL), γ m = 1.15 (ULS), dan γ SC
modifikasi persamaan 5.16 DNV-OS-F101, maka:
= 1.26 (other), serta
p pr= pe ∙1.15 ∙1.26
t=D
(
p pr
35 ∙ f y ∙ α fab
t=609.6
(
0.4
)
pe ∙ 1.15 ∙1.26
35 ∙ f y ∙ 0.93
0.4
)
Sumber : DNV OS – F101, Section 5 D 500, Equation 5.15, 5.16, page 47
Instalasi
Untuk kondisi instalasi, Pe = 10.25 MPa sehingga:
p pr =10.25 ∙ 1.15∙ 1.26=14.85 MPa
pe ∙ 1.15 ∙1.26
t=609.6
35 ∙ f y ∙ 0.93
(
0.4
)
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 39.99 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 42.34 mm
Hidrotest
Pe = 10.25 MPa sehingga:
p pr =10.25 ∙ 1.15∙ 1.26=14.85 MPa
t=609.6
(
pe ∙ 1.15 ∙1.26
35 ∙ f y ∙ 0.93
0.4
)
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 39.99 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 42.34 mm
Operasi
Pe = 10.25 MPa sehingga:
p pr =10.25 ∙ 1.15∙ 1.26=14.85 MPa
pe ∙ 1.15 ∙1.26
t=609.6
35 ∙ f y ∙ 0.93
(
0.4
)
API 5L Gr.X52, SMYS = 359 MPa t = 39.99 mm
API 5L Gr.X60 , SMYS = 414 MPa t = 42.34 mm
API 5L
Dari Tabel E-6C API 5L, digunakan tekanan minimum tes yaitu 18.75 MPa atau 187.5 pada
tabel tersebut. Untuk Gr. X60, tebal minimum pipa dengan NPS 24” adalah 15.9 mm. Untuk
Gr. X52, tebal minimum pipa dengan NPS 24” adalah 22.2 mm.
Rangkuman Tebal Dinding Pipa
Kriteria
Kondisi
Instalasi
Hidrotest
Operasi
Installatio
n
External Pressure
Collapse
Hydrotest
Operating
Installatio
n
Local Buckling
Hydrotest
Operating
Installatio
n
Propagation Buckling
Hydrotest
Operating
Tebal Dinding Pipa yang Dipilih
Tebal Dinding Pipa yang Dipilih
(API 5L)
Internal Pressure
Containment
Kriteria
Kondisi
Instalasi
Hidrotest
Operasi
Installatio
n
External Pressure
Collapse
Hydrotest
Operating
Installatio
n
Local Buckling
Hydrotest
Operating
Propagation Buckling Installatio
n
Internal Pressure
Containment
Tebal Dinding Pipa Gr. X60 Berdasarkan Kode
DNV-OSASME B31.8 API RP1111
DNV 1981
F101
t
t
t
t
t
t
t
t
(in.) (mm) (in.) (mm) (in.) (mm) (in.) (mm)
0.00
0.00 0.58 14.79 0.41 10.48 0.38
9.67
0.75 19.17 0.58 14.79 0.75 19.17 0.69 17.47
0.60 15.34 0.58 14.79 0.60 15.34 0.55 14.05
0.81
0.75
0.81
20.47
18.99
20.47
0.81
0.74
0.60
20.47
18.88
15.25
0.00
0.00
0.00
0.47
0.43
0.36
0.71
0.67
0.54
18.13
16.90
13.71
0.71
0.67
0.54
18.13
16.90
13.71
0.93
0.58
0.34
23.60
14.77
8.65
0.00
0.00
0.00
1.50
1.34
1.05
38.11
34.11
26.77
1.45
1.34
1.05
36.88 1.83
34.11 1.68
26.77 1.28
46.61
46.61
42.73
32.52
1.57
1.57
1.57
11.88
11.02
9.23
39.99
39.99
39.99
15.9
Tebal Dinding Pipa Gr. X52 Berdasarkan Kode
DNV-OSASME B31.8 API RP1111
DNV 1981
F101
t
t
t
t
t
t
t
t
(in.) (mm) (in.) (mm) (in.) (mm) (in.) (mm)
0.00
0.00 0.66 16.85 0.48 12.09 0.44 11.13
0.87 22.11 0.66 16.85 0.87 22.11 0.79 20.06
0.70 17.69 0.66 16.85 0.70 17.69 0.64 16.15
0.82
0.76
0.82
20.86
19.27
20.86
0.82
0.78
0.61
20.86
19.90
15.60
0.00
0.00
0.00
0.72
0.67
0.54
1.59
18.35
17.06
13.77
40.44
0.72
0.67
0.54
1.45
18.35
17.06
13.77
36.88
0.93
0.58
0.34
1.96
23.60
14.77
8.65
49.77
0.49
0.46
0.38
12.49
11.59
9.76
0.00
0.00
0.00
1.67
42.34
Hydrotest
Operating
Tebal Dinding Pipa yang Dipilih
Tebal Dinding Pipa yang Dipilih
(API 5L)
1.61
1.26
40.89
32.08
1.34
1.26
34.11 1.80
32.08 1.37
49.77
22.2
45.65
34.79
1.67
1.67
42.34
42.34