Prosedur PWHT di Proyek Industri Minyak dan Gas Bumi

Di proyek konstruksi industri minyak dan gas bumi termasuk juga di industri kimia, nama PWHT bukan menjadi istilah asing lagi. Karena hampir setiap ada proyek migas dan industri kimia pasti ada kegiatan PWHT. Terutama proyek yang berkaitan dengan pipe welding.

Image: rapidheatsystem.com

Pengelasan merupakan salah satu bagian penting dari pengoperasian dan pemeliharaan aset di industri pengolahan minyak bumi dan kimia. Meskipun memiliki banyak kegunaan, proses pengelasan dapat secara tidak sengaja melemahkan peralatan dengan timbulnya residual stresses (tegangan sisa) ke dalam material, yang menyebabkan berkurangnya sifat material itu sendiri.

Lalu, bagaimana cara mengatasinya? Mari kita simak penjelasan di bawah ini.

Table of Contents:

1. Pengertian
2. Fungsi dan Manfaat PWHT
3. Syarat dan Ketentuan Proses PWHT
4. Metode-metode
5. Mesin dan Peralatan
6. Proses PWHT
7. Faktor-faktor Penting Linnya

Pengertian PWHT

Saluran perpipaan adalah salah satu metode yang paling praktis dan terjangkau yang sudah diterapkan pada sistem transportasi minyak dan gas sejak 1950. Pipa telah digunakan sebagai salah satu metode yang paling praktis dan berharga murah untuk transportasi minyak dan gas. Proyek konstruksi instalasi pipa untuk minyak dan transmisi gas telah meningkat drastis dalam tiga dekade terakhir.

Salah satu yang harus diperhatikan pada proyek konstruksi saluran pipa adalah proses penyambungan pipa tersebut. Penyambungan pipa sendiri dilakukan dengan proses pengelasan. Salah satu metode pengelasan yang sering digunakan pada penyambungan pipa adalah pengelasan shield metal arc welding (SMAW). 

Metode SMAW banyak digunakan pada masa ini karena penggunaannya lebih praktis, lebih mudah pengoperasiannya, dapat digunakan untuk segala macam posisi pengelasan dan lebih efisien. 

Selain itu, ada juga jenis las GTAW atau TIG yang menghasilkan kualitas yang sangat baik, terutama untuk pipa NPS kecil - 2" sampai 1/8"-  yang sulit dilakukan jika menggunakan las smaw.

Pengelasan memunculkan efek pemanasan lokal dengan temperatur yang tinggi yang menyebabkan logam mengalami ekspansi termal maupun penyusutan saat pendinginan sehingga menyebabkan terjadinya tegangan sisa, perubahan struktur mikro dan kekerasan yang tinggi pada daerah pengaruh panas atau heat affected zone (HAZ). Hal ini menyebabkan tegangan tarik di dalam dan di sekitar las, yang menyebabkan retakan sangat kecil yang akan mengendap oleh kondensasi, sehingga menyebabkan korosi (karat) dalam jangka panjang. 

Korosi tegangan ini akan menyebabkan retak lebih lanjut, dan dengan demikian bisa mengakibatkan lingkaran setan. Ini, tentu saja, tidak dapat diterima, terutama jika pengelasan harus disetujui dan disertifikasi. Salah satu cara untuk menghindari hal tersebut adalah dengan melakukan PWHT.

Apa itu PWHT?

PWHT yang merupakan singkatan dari Post Weld Heat Treatment adalah proses pemanasan ulang pada material yang telah dilakukan pengelasan dengan menggunakan alat khusus untuk mengurangi tegangan sisa akibat pengelasan, sehingga ketahanan logam semakin meningkat terhadap stress corrosion cracking (SCC).

Fungsi dan Manfaat PWHT

Proses PWHT memberikan berbagai treatment yang cukup potensial terhadap material uji, dua diantaranya yang paling umum adalah Post Heating untuk mengusir/mendifusi hidrogen dari area yang dilas untuk mencegah cracking, dan Stress Relieving untuk melepaskan tegangan sisa sehingga mengurangi korosi dan retak.

Proses pelepasan insulation pada Pressure Vessel setelah dilakukan pwht  

Selain itu, PWHT dilakukan dengan beberapa alasan berikut ini: 

• Menurunkan tegangan tarik(tensile strength)
• Meningkatkan keuletan(ductility)
• Menurunkan tingkat kekerasan(hardness level)
• Memperbaiki tingkat keluaran hydrogen yang berdifusi (hydrogen diffusion) dari logam las (weld metal)
• Melunakkan area heat affected zone (HAZ) dan meningkatkan ketangguhan(toughness)
• Meningkatkan ketahanan terhadap retak dan korosi (stress corrosion cracking)
• Menghindarkan kerja dingin dari logam las

Syarat dan Ketentuan Proses PWHT

PWHT harus dilakukan atau tidak bergantung pada sejumlah faktor, termasuk hal-hal seperti sistem paduannya atau apakah material yang akan diuji tersebut telah menjalani perlakuan panas sebelumnya. Material tertentu sebenarnya bisa rusak oleh PWHT, sementara material lain hampir selalu membutuhkannya.

Semakin tinggi kandungan karbon suatu material, semakin besar kemungkinan dibutuhkannya PWHT setelah kegiatan pengelasan dilakukan. Demikian pula, semakin tinggi kandungan paduan dan ketebalan penampang, semakin besar kemungkinan material tersebut membutuhkan PWHT.

Secara umum, Post weld heat treatment / PWHT biasanya dilakukan pada jenis material yang memiliki ketebalan spesifik dan grade tertentu, yaitu:

• Carbon Steel dan Low Temperature Carbon Steel (LTCS) untuk thickness minimal 20 mm ke atas.
• Low Alloy Steel dengan kandungan Cr (Chromium) kurang dari 1/2%, dengan thickness diatas 20 mm
• Low Alloy Steel dengan kandungan Cr (Chromium) lebih dari 1/2%, dengan thickness diatas 13 mm

Namun berdasarkan AWS D1.1. pada paragraph 3.14 tidak ada penjelasan sama sekali mengenai thickness / ketebalan material. Di situ dijelaskan bahwa Post Weld Heat Treatment dapat dilakukan melalui persetujuan Engineer dan memenuhi persyaratan sebagai berikut :

• Material yang di PWHT memiliki Specified Minimum Yield Strength (SMYS) tidak melebihi 50 Ksi (345 MPa)
• Material yang di PWHT bukan material Quench Tempered, Quenching and Self Tempering (QST), bukan material TMCP (Thermo Mechanical Controlled Proccesed)
• Material yang akan di Post weld heat treatment tidak mensyaratkan impact test pada Base Metal, HAZ atau weld metal.
• Adanya data pendukung kalau material yang di PWHT memiliki strength dan ductility yang cukup.
• PWHT harus di proceed sesuai dengan ketentuan yang ada pada paragraph 5.8 ( Note: Paragraph 5.8 pada AWS D1.1 adalah tentang Stress Relief Heat Treatment )

Apakah pipa sch 40 boleh dilakukan PWHT?

Pipa carbon steel 4" sch 40

Secara umum pipa sch 40/STD tidak memenuhi standart untuk dilakukan PWHT karena ketebalan pipa sch 40/STD dengan ukuran pipa terbesar saja - NPS 48" - hanya 9,53mm, jauh di bawah standart minimum ketebalan pipa yang ditentukan di PWHT yaitu 20mm.

Namun, dalam hal tertentu bisa saja terjadi, jika Engineer memutuskan untuk dilakukan proses PWHT dengan mempertimbangkan segala aspek dan konsekuensinya, misalnya dikarenakan liquid/fluida tertentu yang akan melalui pipa tersebut. Hal ini mengacu pada AWS D1.1 tersebut di atas yang tidak ada penjelasan sama sekali mengenai thickness/ketebalannya - ini masih menjadi perdebatan pro-kontra di sektor per-weldingan.

Sedikit bercerita, bahwa saat ini (ketika artikel ini diposting) kami sedang mengerjakan proyek pipe welding, fabrikasi pipa 6” discharge line pada salah satu perusahaan migas di Gresik yang dilakukan di luar lokasi pabrik atau tepatnya di workshop kami sendiri. Pipa yang dikerjakan adalah spool 6” sch 40, jenis material PIPE SMLS SCH 40 CS, A106-B, ASME B36.10, NACE.ORL. Pengelasan menggunakan kombinasi gtaw dan smaw.

Berdasarkan Tabel NPS dan SCH pipa 6 inch ketebalannya adalah 7,11mm yang jauh di bawah standart PWHT. Tapi di gambar isometricnya tercantum keterangan ‘PWHT = YES’ itu berarti harus dilakukan PWHT. Bagaimana kami menyikapinya? Kami mengontak user /yang mewakilinya dan melakukan diskusi. Dari pihak engineering / user memang harus dilakukan PWHT karena pertimbangan liquidnya (Hot Lean Amine) namun dari segi spesifikasi material tidak memungkinkan untuk dilakukan PWHT. Ya, sampai saat ini masih direview dan belum ada keputusan yang pasti. 

Semoga hal ini cepat terselesaikan dan akan kami update artikel ini jika sudah ada jawaban, sehingga bisa menambah wawasan dan rekomendasi bila suatu saat anda / kita mengalaminya. 

UPDATE (Minggu,26/10/2020) 

Akhirnya diputuskan bahwa pipa 6 inch untuk line tersebut memang harus dilakukan PWHT karena fluida/cairan yang melewati line pipa tersebut banyak mengandung zat asam yang bisa menimbulkan pipa cepat korosi. Itulah sebabnya digunakan pipa class NACE ORI yang memang kualitasnya sangat bagus.

Okey, kita lanjutkan lagi.

Persyaratan Khusus PWHT

Sebelum melakukan PWHT perlu dipastikan bahwa pengelasan harus sudah dilakukan sesuai WPS dan PQR yang di dalamnya mencakup prosedur PWHT, serta semua variable penting dalam ASME SECTION IX, seperti yang tercantum di bawah ini:

• Saat melakukan PWHT lokal, teknik penerapan panas harus memastikan pencapaian suhu yang seragam di semua titik bagian yang diberi perlakuan panas. Perhatian harus diberikan untuk memastikan bahwa lebar pita/area yang dipanaskan di kedua sisi tepi las tidak boleh kurang dari empat (4) kali ketebalan pipa.
• Sepanjang siklus PWHT, bagian di luar area yang dipanaskan harus dibungkus dengan baik dengan insulation(kaowool/blanket) untuk menghindari gradien suhu yang berbahaya pada permukaan pipa yang terbuka. Untuk tujuan ini, suhu pada permukaan pipa yang terbuka tidak boleh melebihi 400°c.
• Valve, instrumen, dan special item lain di sekitarnya, harus dilindungi, karena risiko kerusakan selama proses post weld heat treatment.
• Tidak boleh ada pengelasan setelah dilakukan PWHT.
• Harus menggunakan automatic temperature recorders/alat perekam suhu otomatis yang telah dikalibrasi. Bagan kalibrasi / calibration chart dari setiap recorders harus ditunjukkan dan sudah mendapat persetujuan dari user sebelum memulai pekerjaan.

Metode-metode PWHT

Secara umum PWHT bisa dilakukan dengan 2 cara, yaitu:

1. Dalam ruangan/wadah tertentu – istilah lain ‘Furnace’ - PWHT dilakukan secara menyeluruh pada permukaan material uji (hasil fabrikasi), misalnya: pressure vessel, separator dll.
2. Secara lokal pada lokasi pengelasan saja - Tidak membutuhkan tempat khusus karena langsung pada area pengelasan.

Namun secara spesifik proses post weld heat treatment bisa diperluas lagi menjadi 3 metode, yaitu:

1. Gas Firing in A Stationary Furnace (Fixed Furnace)

Fixed furnace - image:tlfurnace.com

Pemanasan menggunakan gas yang dilakukan di tungku permanen / Fixed Furnace. Tungku /Furnace ini memang sengaja di-fabrikasi dan dibangun di tempat tertentu secara khusus untuk melayani kegiatan PWHT. Fixed Furnace banyak digunakan oleh fabrikator dan merupakan jenis PWHT yang membutuhkan tempat besar dan biaya tinggi. Bahan penyuplai panas biasanya menggunakan Oil Fuel maupun Gas Fuel. Untuk mendeteksi temperature heating, menggunakan thermocouple elements.

2. Gas Firing or Electrical Heating in Temporary Furnaces

Temporary Furnace

Pemanasan menggunakan gas atau pemanas listrik dan dilakukan di Furnace sementara, yang nantinya bisa dibongkar lagi jika tidak digunakan. Metode ini dilakukan untuk menghindari cost tinggi atau bisa juga karena fabrikasi pipa dan fabrikasi logam lainnya tidak selalu mengharuskan untuk dilakukan PWHT.

Metode ini memungkinkan untuk meminimalkan gap antara permukaan material uji dengan dinding furnace, karena bisa disesuaikan dimensinya sehingga proses heating dan cooling bisa dilakukan dengan cepat

Proses heating bisa melalui heat resistance elements yang diletakkan di lantai atau menggunakan gas burner yang ditempatkan pada setiap sudut furnace dan dijaga jangan sampai mengenai langsung permukaan material uji.

3. Localized PWHT

Pwht local - image:tomco.ca

Pemanasan dalam metode ini dilakukan langsung di area terdekat dengan pengelasan. Metode yang banyak dipakai adalah memanaskan dengan electrical resistance heating. Ceramic beaded heating coil dililitkan disekitar area welding. Temperature gradient dikontrol oleh arus listrik.

Metode lain yang popular adalah induction heating, meskipun cost dari metode ini cukup mahal. Pada induction heating pipa akan ikut menjadi panas sehingga temperature gradient seragam. 

Proses induction heating merupakan proses yang paling bersahabat terhadap welder dan pipe fitter karena pada umumnya dilakukan pada pengelasan pipa.

Mesin dan Peralatan Untuk PWHT

Peralatan-peralatan seperti panel pengontrol daya/power controlling panel yang dibutuhkan dalam proses PWHT terdiri dari:

Image:inductionheating-machine.com

1. Mesin induksi pemanas
2. Electrical power contactor (kabel induksi, output dan protektor)
3. Blanket (insulation)
4. Remote switch (perangkat potensiometer yang berfungsi mengontrol persentase input daya ke kumparan).
5. Temperature recorder (Indikator pengontrol dan perekam suhu)
6. Sebuah saklar On dan Off lampu indikator, terminal input, dan output untuk koneksi daya (power) dan termokopel (thermocouple).

Setiap panel akan memasok satu heating station dan oleh karena itu masing-masing heating operation harus ada satu panel. Prosentase input daya untuk laju heating dan cooling disesuaikan secara manual dengan menggunakan potensiometer.

Proses Berlangsungnya PWHT

Pengoperasian PWHT hanya boleh dilakukan oleh personel terlatih dan berpengalaman serta sudah mendapat ijin dari badan terkait.

Ada tiga point penting yang mendapat perhatian khusus selama proses PWHT, yaitu:

1. Holding Time(waktu penahanan)
2. Heating Temperature(suhu pemanasan)
3. Cooling Rate(laju pendinginan)

Catatan penting:

 Suhu pemanasan di atas 300 ° c harus dicatat dan laju pemanasan(heating) dan pendinginan(cooling) harus sesuai dengan standart yang ditentukan dalam WPS, namun tidak boleh lebih dari 200 ° c / jam. Perbedaan temperatur yang terukur dari berbagai thermocoupel harus berada dalam kisaran yang sama.

 Heat treatment socking temperature dan holding time harus sesuai dengan spesifikasi prosedur pengelasan terkait. Untuk memudahkan referensi, lihat contoh tabel catatan PWHT di bawah ini. 

 Cooling down/pendinginan harus tetap dikontrol hingga suhu 300 ° c. Di bawah itu pengendalian cooling down dengan sendirinya akan menyesuaikan suhu sekitar termasuk yang ada di bawah insulation. 

Report PWHT

Proses Post Weld Heat Treatment melibatkan banyak faktor termasuk identifikasi, waktu, serta parameter-parameter lainnya sehingga perlu dilakukan pencatatan.

Secara garis besar factor factor penting yang harus di catat dalam report PWHT adalah :

• Identitas dari Material
• Waktu pelaksanaan PWHT
• Temperatur Record dalam bentuk dot grafik atau sejenisnya
• Personel PWHT

Faktor-faktor Penting Dalam Proses PWHT

Beberapa faktor penting lainnya yang harus diperhatikan sebelum melakukan PWHT diantaranya:

1. Cleaning Material

Material harus bersih dari segala kotoran, grease , oil dan lain-lain yang bisa menyebabkan terbakar atau timbulnya asap.

2. Insulasi

Menutup area di sekitar element dengan kaowool atau ceramic fiber untuk menjaga kestabilan suhu selama proses berlangsung.

3. Expansion area

Selama proses PWHT bisa mengakibatkan terjadinya pemuaian dan expansi material sehingga harus di perhatikan saat stress relieve material tersebut tidak mengalami restraint/pengekangan.

4. Support material

Perhatikan bagian-bagian yang perlu dilakukan pemasangan support untuk menjaga keseimbangan dari kemungkinan terjadinya distortion akibat dari pelunakan material selama proses pemanasan. Kurangnya perhatian pada bagian ini terkadang material uji bisa mengalami deformasi atau perubahan bentuk dari dimensi semula.

Itulah seputar prosedur PWHT di proyek konstruksi industri pengolahan minyak dan gas bumi. Persiapan dan perencanaan yang matang memang harus dilakukan. PWHT yang dilakukan asal-asalan bahkan tidak mengikuti prosedure bisa mengakibatkan kegagalan dan kerugian yang cukup besar. Bisa saja terjadi material roboh, tergelincir, deformasi dan lain-lain.

Peran penting yang bisa dilakukan teman-teman tim fitter dalam hal ini adalah membantu mempersiapkan peralatan dan support-support material sebelum dilakukan proses PWHT.

Semoga artikel ini berguna dan bisa menambah wawasan kita. Silahkan dishare jika bermanfaat.

Download pdf

"ANALISIS TEMPERATUR PWHT DAN HOLDING TIME PADA SAMBUNGAN LAS MATERIAL SA 387 GRADE 11 CLASS 1 TERHADAP NILAI KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO"

Sumber: 

http://repository.ppns.ac.id
https://whatispiping.com/post-weld-heat-treatment-pwht-carbon-steel
https://hazwelding.wordpress.com