Presentation-Karmila for 16 inch pipeline from karmila A to Titi A.pdf

Failure analysis for 16inch pipeline from Karmila and Titi by Hussaini Ardy. Report from 31 Oktober 2011.
Visual observation and Micrograph of material

1. Failure Anal
y
sis of 
y
16“ Pipeline from KarmilaA to TitiA
Dr. ir. HusainiArdy
[email protected]
Jakarta, 31 Oktober2011

2. Background Background
•Pipeline: API 5L Gr. X‐42 PSL 2, OD = 16”, WT = 12.7 mm
•From KarmilaA to TitiA (25.1 km), 25‐30 m water depth
•Working conditions :
–Design Temperature :  220 F
DiP
975i
–
D
es
ign 
P
ressure : 
975
 ps
i
–Effluent : Oil and water –
Lif
e
‐
t
im
e
:
 6
 m
o
n
t
h
s
e
te
:6ots
•Problems :
–
Buckling of pipeline
–Fracture of pipeline

3. ChemicalComposition(wt%) Chemical
 Composition
 (wt
. 
%)
Testing Results C Si S P Mn Fe
Pipe 10.189 0.006 0.007 0.009 0.951 Balance
Pipe 20.179 0.005 0.007 0.008 0.869 Balance
API 5L Grade X‐42 PSL 2 
Specs.
≤ 0.24‐‐‐‐ ≤ 0.015≤ 0.025≤ 1.40 Balance
Manufacturer Data :CSiSPMnFe
Pipe # : 460905 019 000265, 
HN : 56000Q
Heat (H)0.18 0.210 0.005 0.005 0.85 Balance
Plate (P‐1)0.13 0.014 0.003 0.007 0.83 Balance
Plate (P‐2)0.13 0.014 0.006 0.007 0.82 Balance

4. TensileProperties Tensile
 Properties
Pipe 1 Pipe 2 Weld Manufacturer API 5L Gr. X‐42 PSL 2
TensileStrength,MPa457 489 454 455 414 – 758 YieldStrength,MPa423 448‐‐‐309 290 ‐496
Elongation,%35 34‐‐‐37
FractureLocationBM BM BM

5. BendingProperties Bending
 Properties
Thickness Width (mm) Area (mm
2
) Support Max. Load Result
(mm) Distance (mm) (N)
6.75 36.8 248.4 90 27600 No surface 
defect

6. Microstructure

7. SummaryofPipeMaterialProperties Summary
 of
 Pipe
 Material
 Properties
•Chemical composition, tensile properties, microstructures : 
are complying with API 5L X‐42 PSL 2
Btilidtillti34
35%
•
B
ase ma
t
er
ia
l is 
d
uc
til
e, e
longa
ti
on : 
34
‐
35%
•Longitudinal seam weld can not be observed
Fi ldldiliid
•
Fi
e
ld
 we
ldi
ng qua
li
ty 
is goo
d
 :
–Fractured at base metal after tensile test –
Itisnotcrackedduringbendingtest
–
It
 is
 not
 cracked
 during
 bending
 test

8. Visual Observation (External)

9. Visual Observation (External)

10. Visual Observation (External)

11. Visual Observation (Final Failure Fractured Mode)

12. Macrographs near Fractured Regions

13. Micrographs near Fractured Regions

14. Micrographs near Fractured Regions

15. SummaryofVisualObservation Summary
 of
 Visual
 Observation
•Cracking due to fatigue loading
•Fracture sequences :
–
Buckling of pipe
–Localized yielding and ovalization
–
Localstrainhardeningandlossofductility Local
 strain
 hardening
 and
 loss
 of
 ductility
–Cracked initiation due to axial cylic load (low cycle high strain fatigue)
–Fractured
•Origin of Buckling ?
•Origin of cyclic load ?

16. Buckling of Pipeline

17. BucklingofPipeline Buckling
 of
 Pipeline
Si ilbklifld dil dk
•
Si
m
il
ar to 
b
uc
kli
ng o
f
 we
ld
e
d
 ra
il
roa
d
 trac
k
 
•Buckling types :
–
Upheaval(global)buckling
–
Upheaval
 (global)
 buckling
–Lateral buckling
•The effective axial force for buckling :
–Thermal loading : αΔT
–Internal pressure : Hoop stress and Longitudinal Stress
Bklifflt lbkliihllthth tf
•
B
uc
kli
ng 
f
orce 
f
or 
la
t
era
l b
uc
kli
ng 
is muc
h
 sma
ll
er 
th
an 
th
a
t
 o
f
 
upheaval buckling
•
Bucklingforceisreducedwhentheimperfectionispresent: Buckling
 force
 is
 reduced
 when
 the
 imperfection
 is
 present
 :
–Foundation imperfection
–Geometry imperfection

18. LoadingCyclesofPipeline Loading
 Cycles
 of
 Pipeline
State 1: bending/axial strain due to  fdtiifti/l
tt
f
oun
d
a
ti
on 
imper
f
ec
ti
on
/l
ay‐ou
t
 s
t
ress
State 1 to 2 : hoop stress induced during start‐
upup State 2 to 3 : Temperature increase,  compressivestrain compressive
 strain
State 3 to 4 : shut‐down, decrease pressure  State 4 to 1 : shut‐down, decrease 
temperature

19. StressResponseforStrainHardenedMaterial Stress
 Response
 for
 Strain
 Hardened
 Material
State 1 to 2 : Start‐up State 2 to 3 : temperature increase, plastic 
deformation may occurred
State 3 to 4 : Shut‐down, decrease in 
pressure
State 4 to 1 : Shut‐down, decrease in 
temperature
State 1 to 5 : response to large plastic 
deformation in state 2 to 3
The load cycle during hydrotest (1462 psi)  usinghotwater(220F)?? using
 hot
 water
 (220
 F)
 ??

20. Hydrotesting Procedure
Doc. No. CNC‐300‐W‐QCP‐016 27 September 2010
PT. Dwisatu MustikaBumi
Test Medium :
‐
Procedure:SeaWaterpH=7
‐
8
Procedure
 :
 Sea
 Water
, 
pH
 =
 7
8
‐Actual : Well Water, 220 F

21. PreliminaryConclusions Preliminary
 Conclusions
•The origin of buckling force :
–Hydrotestusing hot water
Start
up
–
Start
‐
up
•The origin of cyclic load :
–
Pressurizedanddepressurizedduring
hydrotest
Pressurized
 and
 depressurized
 during
 hydrotest
–Start‐up and shut‐down cycles
–Pressure and Temperature fluctuations during operation
•Buckling types : Lateral or Upheaval ???
•Expansion spool can not accommodate the elastic response of 
pressure and temperature 

22. Recommendations Recommendations
•Find out the exact buckling mode (upheaval or lateral)
•Design review by considering :
–
Buckling mode
–Hydrotestusing hot water (220 F)
–
Existingexpansionspool Existing
 expansion
 spool