Bayangkan pipa baja sepanjang satu meter menyusut beberapa milimeter dari suhu ruang ke -160°C. Gasketnya mengeras, dan baut kehilangan beberapa gaya kencangnya. Dalam sistem LNG (Liquefied Natural Gas), situasi seperti ini sering terjadi. Artinya, saat material menyusut, tekanan berubah, dan siklus dingin-hangat berulang, flange harus bekerja sempurna.

Untuk pipa LNG, yang berbeda dan tidak digunakan secara luas, diperlukan sejumlah kompleksitas, termasuk ketahanan terhadap suhu ekstrim, kontrol tekanan, dan fleksibilitas mekanik untuk mengontrol ekspansi-kontraksi termal. Kegagalan sealing, retak cryogenic, dan downtime yang mahal dapat terjadi karena salah desain.

Karakteristik Sistem LNG dan Cryogenic Piping

LNG (Liquefied Natural Gas) sistem bukan sekadar pipa berisi cairan dingin. LNG disimpan dan diangkut pada suhu sekitar −161°C (−258°F) di bawah titik beku baja konvensional, sehingga setiap komponen pipa, termasuk flange, harus dirancang khusus untuk bertahan dalam kondisi ekstrim.

Jika dibandingkan, cairan kriogenik lain bahkan lebih dingin:

• LNG: −161°C (−258°F)
• Liquid O₂: −183°C (−298°F)
• Liquid H₂: −253°C (−424°F)
• Liquid Helium: −269°C (−452°F)

Angka ini menggambarkan betapa keras tuntutan yang dihadapi material dan sambungan pipa.

1. Suhu Operasi Ekstrim

Pada suhu serendah ini, kontraksi termal menjadi masalah utama. Baja karbon biasa bisa rapuh atau retak, sehingga pipa cryogenic biasanya menggunakan stainless steel (304L/316L) atau low-temperature carbon steel yang sudah terbukti stabil pada kondisi tersebut.

Selain itu, setiap siklus pemanasan–pendinginan dapat menimbulkan thermal fatigue, membuat sambungan berisiko bocor jika desain dan pemilihan material tidak tepat.

2. Tekanan dan Keamanan Tinggi

LNG disimpan dalam bentuk cair agar lebih ringkas (volume gas diperkecil sekitar 600 kali). Untuk itu, sistem pipa cryogenic dirancang menahan tekanan kerja tinggi sekaligus tetap ringan. Beberapa teknologi yang digunakan:

• Pre-insulated stainless steel piping dengan lapisan polyisocyanurate foam (PIR 300), sanggup menahan suhu hingga −297°F dan sudah memenuhi standar ASTM E84 (flame/smoke rating).
• Vacuum insulated piping, sistem ganda dengan lapisan isolasi vakum super, yang meminimalisasi perpindahan panas sekaligus mengurangi pembentukan es di permukaan pipa.

3. Kebutuhan Fleksibilitas Tinggi

Salah satu tantangan terbesar adalah perbedaan ekspansi termal.

• Saat pipa stainless steel menciut beberapa milimeter per meter panjangnya, flange, baut, dan gasket yang menempel harus ikut beradaptasi.
• Jika tidak, bisa terjadi sealing failure karena gasket kehilangan tekanan kontak.

Untuk mengatasi masalah ini, pipa cryogenic sering dipadukan dengan isolasi fleksibel dengan kehilangan bentuk yang rendah (kurang dari 2%) yang memiliki kemampuan untuk menerima perubahan dimensi tanpa merusak lapisan pipa.

4. Aplikasi Luas LNG

LNG kini bukan hanya bahan bakar transisi menuju energi lebih bersih, tapi juga dipakai di banyak sektor:

• Energi rumah tangga: memasak, pemanas, dan listrik.
• Industri makanan & minuman: pendinginan dan pemrosesan.
• Manufaktur: agregat, aspal, dan bahan kimia.
• Marine fuel bunkering: pengganti bahan bakar kapal yang lebih ramah lingkungan.

Tantangan Flange di Sistem LNG

Flange sistem LNG (Liquefied Natural Gas) jauh lebih sulit dibandingkan pipa utilitas konvensional. LNG diproses di fasilitas onshore LNG (OLNG) dari proses liquefaction (gas mendingin hingga −162°C) hingga regasification (mengembalikan LNG ke bentuk gas sebelum didistribusikan). Meskipun menghadapi siklus dingin-panas, perubahan tekanan, dan kondisi operasi yang ekstrem, flange harus tetap rapat selama dua tahap penting ini.

1. Retak Cryogenic

Pada suhu cryogenic, baja karbon standar dapat menjadi brittle (rapuh) sehingga rawan retak akibat tegangan mekanis atau getaran.

• Retakan ini biasanya muncul di area heat-affected zone (HAZ) dari sambungan las atau di area konsentrasi tegangan pada flange.
• Sekali retak muncul, kebocoran bisa menyebar cepat karena LNG sangat fluida dan tekanannya tinggi.

2. Sealing Failure karena Shrinking Material

Ketika pipa dan flange menciut akibat suhu −160°C, gaya kencang baut (bolt preload) bisa berkurang drastis. Akibatnya:

• Gasket kehilangan kontak permukaan sehingga bocor (sealing failure).
• Kebocoran LNG cair bukan hanya bahaya kebakaran, tapi juga bisa menyebabkan frostbite pada pekerja dan membentuk cryogenic spill yang merusak infrastruktur di sekitarnya.

3. Perbedaan Ekspansi Termal Antar Komponen

Sistem LNG sering menggabungkan material berbeda misalnya stainless steel untuk pipa, low-temperature carbon steel untuk flange, dan berbagai material untuk baut serta gasket.

• Perbedaan koefisien muai panas antar material ini menyebabkan sambungan bekerja tidak seragam.
• Dalam siklus dingin hangat (misalnya saat start-up atau regasification), perbedaan ekspansi kontraksi bisa menimbulkan stress lokal di flange, mempercepat kegagalan.

4. Kompleksitas Operasi di OLNG Facility

Selain isu teknis material, flange LNG juga dipengaruhi oleh:

• Kondisi tekanan & siklus operasi yang bervariasi antara tahap liquefaction dan regasification.
• Skala besar fasilitas OLNG, yang berarti ada ribuan sambungan flange satu kegagalan kecil saja bisa berdampak ke sistem keseluruhan.
• Biaya tinggi dan resiko lingkungan, karena downtime akibat flange leak bisa berarti kerugian jutaan dolar sekaligus menciptakan sorotan publik soal safety dan emisi.

Material Flange untuk Cryogenic Application

Pemilihan material flange pada fasilitas LNG tidak bisa disamakan dengan sistem perpipaan biasa. Pada suhu operasi −161°C, baja karbon konvensional akan menjadi rapuh (brittle) dan gagal mempertahankan integritas mekanisnya. Karena itu, hanya material khusus yang memiliki kombinasi kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan retak cryogenic yang digunakan.

Beberapa material utama yang digunakan di fasilitas LNG antara lain:

1. Stainless Steel 304L

• Paling umum dipakai karena ketersediaannya tinggi, harga relatif lebih rendah, dan data sifat mekaniknya pada suhu cryogenic sudah sangat lengkap.
• Memiliki daktilitas yang baik, sehingga relatif tahan terhadap retak cryogenic meskipun kekuatannya sedang.
• Sering dijadikan material referensi untuk membandingkan performa paduan stainless steel lainnya.

2. Stainless Steel 316L & 316LN

• Dikenal memiliki kombinasi strength–toughness terbaik untuk aplikasi cryogenic.
• 316L mengandung nitrogen sekitar 0.08 wt%, sementara 316LN sedikit lebih tinggi (~0.13 wt%), sehingga 316LN biasanya lebih kuat namun dengan toughness sedikit lebih rendah.
• Dalam pengelasan (GTAW autogenous), perbedaan nitrogen antara 316L dan 316LN penting dalam konteks Cryogrenic.
• Aplikasi: flange LNG, piping cryogenic, hingga vacuum insulated piping.

3. 21Cr-6Ni-9Mn (High-Mn Austenitic Stainless Steel)

• Termasuk paduan high-manganese austenitic stainless steel dengan nitrogen tinggi (~0.32 wt% pada joint composition).
• Memenuhi persyaratan kekuatan cryogenic, namun toughness relatif lebih rendah dibanding 316L.
• Potensial digunakan pada joint matching composition, tapi penggunaannya terbatas karena data mekanis pada suhu sangat rendah (4K) masih terbatas.

4. Inconel (Nickel-Based Alloys)

• Digunakan untuk aplikasi LNG yang membutuhkan ketahanan korosi ekstrem dan stabilitas termal.
• Lebih mahal dibanding stainless steel, tapi menjadi pilihan pada area kritis seperti komponen dekat pompa cryogenic atau flange di lingkungan laut (marine LNG bunkering).

5. Low-Temperature Carbon Steel (LTCS)

• Umumnya ASTM A333 Grade 6 atau setara, digunakan untuk pipa dan flange LNG dengan batas suhu rendah (hingga −46°C).
• Tidak cocok dipakai langsung untuk suhu LNG cair (−161°C), tapi masih digunakan di bagian transisi sistem yang tidak terkena suhu cryogenic penuh.
• Alasan utama penggunaannya: lebih murah dibanding stainless steel, sehingga dipakai secara strategis untuk efisiensi biaya.

Peran Gasket dan Seal dalam Cryogenic Flange

Dalam sistem LNG, flange tidak dapat bekerja sendiri. Tanpa gasket dan seal yang tepat, kebocoran pada sambungan sangat mungkin terjadi, terutama karena LNG beroperasi pada suhu −161°C dan mengalami ekspansi-kontraksi termal ekstrem. Pemilihan gasket yang keliru bisa berakibat pada sealing failure, risiko kebocoran LNG, hingga potensi bahaya keselamatan.

Mengapa Gasket Cryogenic Berbeda?

Berbeda dari aplikasi biasa, gasket cryogenic dirancang agar tetap:

• Elastis meskipun suhu sangat rendah (mencegah brittleness).
• Mampu mengikuti shrinkage material flange akibat pendinginan.
• Resisten terhadap permeasi gas (mencegah LNG vapor merembes).
• Stabil secara mekanis meski terkena siklus beku cair berulang.

Jenis-Jenis Material Gasket untuk Cryogenic Flange

Standar & Sertifikasi yang Berlaku (ASME, ISO, BS EN)

Dalam sistem LNG, flange dan komponen cryogenic tidak bisa diproduksi atau dipasang sembarangan. Mereka wajib mengikuti standar internasional yang mengatur material, desain, fabrikasi, hingga pengujian cryogenic. Standar-standar ini memastikan flange, valve, dan sambungan mampu beroperasi aman pada suhu -162°C (LNG) hingga lebih rendah lagi (hidrogen & helium).

Cryogenic Test Requirements

Selain standar desain dan material, sistem cryogenic juga wajib diuji dengan metode khusus:

• Shell Strength Test : dilakukan pada level 1.5x dari maximum working pressure.
• Leak Test (Shell & Seat) : untuk pneumatic 1.1x, untuk hydrostatic 1.3x dari tekanan maksimum.
• Prototype & Production Test : mengikuti prosedur BS 6364 untuk memastikan valve, flange, dan seal tidak gagal saat terpapar suhu cryogenic.

Sistem LNG memiliki tantangan yang jauh lebih kompleks dibandingkan dengan sistem perpipaan biasa. Temperatur operasi yang sangat rendah hingga -160°C, ditambah dengan potensi ekspansi dan kontraksi material yang ekstrem, membuat flange dan komponennya berada pada kondisi kerja yang sangat kritis. Jika flange tidak dirancang dengan material khusus atau tanpa mempertimbangkan standar cryogenic, risiko kebocoran, sealing failure, hingga retak cryogenic akan semakin tinggi.

Karena itu, pemilihan material flange (seperti SS 304L, 316L, Inconel, atau LTCS), gasket khusus cryogenic, serta kepatuhan pada standar internasional (ASME, ISO, BS EN) bukan hanya pilihan, melainkan kebutuhan mutlak. Dengan pendekatan ini, sistem LNG dapat mencapai keamanan, efisiensi, dan keandalan jangka panjang, sekaligus meminimalkan risiko kegagalan yang bisa berdampak besar pada keselamatan operasional maupun lingkungan.

Singkatnya, agar infrastruktur LNG dapat beroperasi dengan aman dan efisien, flange sistem LNG harus memenuhi standar cryogenic tingkat dunia.