Menghitung ketebalan pipa minimum required thickness ASME B31.3

Perhitungan ketebalan sesuai ASME B31.3

Secara umum terdapat 3 jenis tegangan yang terjadi pada proses perpipaan di suatu plant / pabrik. Yang pertama adalah tegangan material yang terjadi akibat tekanan internal. Tegangan ini ada 2 macam yaitu tegangan lingkar dan tegangan longitudinal. Sederhananya, tegangan melingkar memiliki nilai 2 kali tegangan longitudinal sehingga para desainer seringkali hanya menghitung tegangan melingkar saja. Tegangan melingkar terjadi pada sambungan longitudinal pipa. Ada beberapa jenis sambungan longitudinal dalam pipa tergantung dari jenis pipa (misal API 5L kelas B) dan ada juga pipa tanpa sambungan (misal ASTM A106 kelas B). Setiap sambungan longitudinal memiliki faktor keamanan yang berbeda. Kita menyebutnya sebagai nilai koefisien, yang terbesar adalah 1.

 

Tegangan yang kedua adalah tegangan bending yang terjadi pada pipa akibat berat pipa, berat fluida dalam pipa serta berat aksesoris lainnya. Tegangan ketiga adalah tegangan yang disebabkan oleh pemuaian saat pipa digunakan pada suhu tinggi. Secara umum, pipeline designer atau piping engineer akan memilih pipa NPS (Nominal Pipe Size) berdasarkan ketebalan yang dibutuhkan untuk menahan tegangan material yang disebabkan oleh tekanan internal. Kemudian pipeline designer atau piping engineer akan menghitung tegangan kedua dan ketiga menggunakan software analisis tegangan pipa. Untuk proyek besar dan raksasa, biasanya banyak pipeline designer atau piping engineer yang terlibat. Engineer tersebut akan meninjau jenis pipe support dan lokasinya untuk memastikan semua tegangan yang terjadi, masih sesuai dengan aturan ASME B31.3.

 

Perhitungan ketebalan pipa untuk Process Piping berdasarkan desain ASME B31.3.

ketebalan pipa yang dibutuhkan untuk menahan tekanan internal:

example minimum required thickness as per ASME B31.3 -example

Dimana

P = Tekanan desain internal (psig)
D = Diameter Luar pipa (inch)
S = Nilai tegangan yang diijinkan dari tabel material A-1 ASME B31.3 (psi)
E = Faktor kualitas sambungan dari Tabel A-1A (untuk pengecoran) atau A-1B (untuk tube / pipe)
W = Faktor reduksi kekuatan sambungan las dari Para 302.3.5.e
Y = Nilai koefisien, tergantung suhu. lihat Tabel 304.1.1

Process engineer ( insinyur teknik kimia ) harus menentukan tekanan desain internal (P) dan suhu desain dari Process Piping. Biasanya kita dapat menemukan 2 data tersebut dalam dokumen yang disebut sebagai “Line List atau Line Index”. Dokumen ini terdiri dari semua perpipaan yang akan dibangun di pabrik. Diameter luar pipa (D) dapat dilihat pada dokumen NPS – Nominal Pipe Size.

example minimum required thickness as per ASME B31.3 -example

 

 

example minimum required thickness as per ASME B31.3 -example

 

Faktor reduksi kekuatan las (W) pada ASME B31.3 memiliki nilai antara 0,0 dan 1,0 yang ditentukan oleh material dan temperatur desain. Faktor pengurangan kekuatan las akan sama dengan 1,0 pada suhu rendah dan akan menurun pada suhu tinggi. Untuk temperatur desain faktor reduksi kekuatan las akan ditentukan dengan interpolasi. Variabel W ini relatif baru di ASME B31.3 yang tidak disebutkan di edisi lama.

 

example minimum required thickness as per ASME B31.3 -example

 

example minimum required thickness as per ASME B31.3 -example

Sangat menarik bahwa rumus ASME B31.3 mirip dengan rumus Barlow (yang digunakan dalam API 570) dengan beberapa penambahan “faktor lain”. “Faktor lain” adalah W (pengelasan), E (faktor kualitas sambungan) dan Y (Koefisien tergantung suhu). Harap diperhatikan, kita menggunakan kode desain ASME B31.3 untuk konstruksi pipa baru (new construction), dan kita menggunakan rumus Barlow untuk mengevaluasi in service pipe  seperti yang disebutkan dalam API 570.

example minimum required thickness as per ASME B31.3 -example

 

Setelah kita menghitung ketebalan yang dibutuhkan untuk menahan tekanan internal (kadang disebut t req), kemudian kita menambahkan beberapa ketebalan sebagai tunjangan korosi (kadang disebut ca – corrosion allowance). Jadi ketebalan minimum yang dibutuhkan adalah

t min = t req + ca

Corrsosion engineer harus menentukan nilai corrosion allowance dari Process Piping untuk setiap fluida yang digunakan. Nilainya akan berbeda-beda untuk setiap pabrik / Plant. Biasanya jika anda bekerja untuk Perusahaan Minyak dan Gas atau perusahaan kelas dunia lainnya, Anda dapat menemukan nialai CA di dokumen prosedur pemantauan korosi. Jika Anda memilih pipa baja tahan karat (misalnya  ASTM A312 TP304) maka Anda tidak perlu menambahkan Corrosion Allowance.

Setelah Anda menghitung ketebalan minimum yang dibutuhkan ( t min ), selanjutnya Anda dapat memilih schedule pipa ( ketebalan pipa ) dengan pertimbangan toleransi dari pabrikan sebesar 12,5%.

 

Contoh menghitung ketebalan pipa sesuai ASME B31.3

1 Pipe Material of Construction  ASTM A106 Grade B
2 P : Design Pressure (Mpa) 2.067
3 Design Temperature (Deg. F) —> untuk menentukan Allowable stresss dll 194
4 D : Pipe Outside Diameter (mm)  —> NPS 18 457.2
5 S : Allowable Stress From Table A-1 (Ksi) 20
6 S : Allowable Stress (Mpa) 137.8
7 E : quality factor from Table A-1A or A-1B 1
8 W : weld joint strength reduction factor per para. 302.3.5(e) 1
9 Y : coefficient from Table 304.1.1 0.4
10 thickness of pipe  (mm)                                                                   = PD


2 ( SEW + PY )
                                                                                                        = 945.0324


277.2536
                                                                                                       = 3.41
11 corrosion allowance (mm)                                                             = 3.00
12 minimum required thickness (mm)                                               = 6.41
minimum required thickness (inch)                                               = 0.252
 

sesuai nilai CA dan kebutuhan untuk menahan internal pressure, maka tebal minimum pipa NPS 18 adalah 6.41 mm atau 0.252 inch

13 silahkan cek data table NPS – Nominal pipe size
pipa 18 in Sch 10 , tebalnya (inch) 0.250
pipa 18 in Sch 20, tebalnya (inch) 0.312
data tersebut adalah tebal nominal.

 

14 Pertimbangkan mill tolerance dari pabrik pipa 12.5%, maka tebal minimumnya hanyalah 87.5% dari tebal nominal. yaitu
pipa 18 in Sch 10 , tebalnya (inch) 0.219
pipa 18 in Sch 20, tebalnya (inch) 0.273
15 kesimpulannya kita memilih pipa dengan spesifikasi
 A106 Grade B, NPS 18 Schedule 20 dengan nominal thickness 0.312 in

 

 

disclaimer :

perhitungan tersebut hanya contoh yang digunakan oleh engineer dalam menentukan spesifikasi pipa. Silahkan anda menggunakan buku engineering lainnya, serta gunakan ASME B31.3 edisi paling baru supaya mendapatkan informasi yang paling akurat.

Jika menurut anda, informasi ini bermanfaat, silahkan di share ya. Supaya ilmu ini bermanfaat kepada teman-teman engineer ataupun mahasiswa lainnya. Jika ada yang kurang, mohon berikan saran di kolom komentar.

Salam Kompak engineer Indonesia. Maju Bersama, Kita Bisa.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *