ANALISA RANCANGAN PIPE SUPPORT PADA SISTEM PERPIPAAN DARI POMPA MENUJU PRESSURE VESSE DAN HEAT EXCHANGER DENGAN PENDEKATAN CAESARR II
Asvin B. Saputra 2710 100 105 Dosen Pembimbing: Budi Agung Kurniawan, S.T., M.Sc.
-
Pendahuluan Tinjauan Pustaka Metodologi Analisa Data dan Pembahasan Kesimpulan
Pendahuluan Latar Belakang Senoro project, eksplorasi gas alam.
Gas alam temperature dan keasaman tinggi
Harus menurunkan temperature dan keasaman sebelum diproses di LNG plant. Equipment dan sistem perpipaan
Perhitungan dengan pendekatan Caesar II
Tegangan dan Gaya
Pipe Support
Perumusan Masalah 1.Berapa berat desain sistem perpipaan 2.Bagaimana konfigurasi pipe support yang aman 3.Bagaimana tegangan akibat hidrotest, sustained load, dan thermal expansion yang terjadi pada desain sistem perpipaan terhadap allowable stress pada ASME B31.3 4.Bagaimana gaya pada nozzle pompa, pressure vessel dan heat exchanger terhadap allowable equipment 5.Bagaimana perbedaan hasil analisa software Caesar II dengan perhitungan teori manual
Batasan Masalah 1.Pengaruh lingkungan luar diabaikan 2.Stress sistem perpipaan yang dianalisa pada node pipe support
Tujuan Perancangan 1.Menentukan berat sistem perpipaan 2.Menentukan konfigurasi pipe support yang optimal pada desain sistem perpipaan 3.Menganalisis tegangan akibat pembebanan hidrotest, sustained load, dan thermal expansion yang terjadi pada desain sistem perpipaan terhadap allowable stress pada ASME B31.3. 4.Menganalisis gaya pada nozzle pompa dan pressure vessel terhadap allowable equipment. 5.Menentukan besar perbedaan antara hasil analisa software Caesar II dengan perhitungan teori manual.
Manfaat Perancangan 1.Mendapatkan konfigurasi pipe support yang optimal untuk sistem perpipaan dari pompa menuju pressure vessel dan heat exchanger 2.Mengetahui besar perbedaan antara hasil analisa software Caesar II dengan perhitungan teori.
Tinjauan Pustaka Pipa (Tabung dengan diameter luar dan dalam tertentu) - Sejarah Sejak 3000SM, di china menggunakan bambu. Kemudian 150M, roma sudah bisa membangun konstruksi perpipaan, untuk minum, mandi, dan air mancur. Material pipa, kayu, perunggu, perak, dan besi. Pada abad ke-19, perkembangan pesat.
- Material Logam dan Non Logam
- Penamaan NPS (Number Pipe Size) sebelumnya IPS (Iron Pipe Size). Pipa dengan NPS >14, OD=sama dengan angka NPS’, sedang NPS <14, OD≠tidak sama dengan angka NPS
- Ketebalan Sch (Schedule) ditulis dengan angka 5, 5S, 10, 10S, 20, 20S, 30, 40, 40S, 60, 80, 80S, 100, 120, 140, 160 (angka s untuk pipa stainless steel)
- Bentuk Ujung Plain Ends (PE), Beneled Ends (BE), Threaded Ends
Fitting (merupakan komponen perpipaan yang berfungsi sebagai penyambung pipa dengan pipa, merubah arah pipa, membuat cabang pipa, memperkecil ukuran perpipaan) - Elbow - Tee - Cap - Reducer - Flange - Gasket - Olet
Valve (merupakan komponen dari sistem perpipaan yang berfungsi untuk mengatur laju fluida.) - Isolation - Regulating - Back Flow Prefenting - Pressure safety
Strainers (komponen pipa yang berfungsi untuk menyaring kotoran)
Sistem Perpipaan Distribusi fluida PDAM
Gas Alam
Drainase
Sistem Perpipaan di Dunia Migas Sales Product - Gas - Liquid
Water - pemadam kebakaran
Adsorber -Amine
Exhaust - flare
Beban pada Sistem Perpipaan • Sustained load: Beban dari factor internal yang terjadi secara terus menerus selama kondisi operasi. Contoh: berat sistem perpipaan (fluida, pipa, flange, valve, dll) dan tekanan internal • Occasional Load: Beban dari factor eksternal yang berubah-ubah selama kondisi operasi. Contoh: angin, gempa, dan salju. • Expansi load: Beban yang terjadi karena adanya perubahan ukuran pipa. Contoh: thermal expansi
Tegangan pada Sistem Perpipaan
Secondary Stress (stress yang diakibatkan oleh thermal yang bisa mengakibatkan reaksi pemuaian atau penyusutan. Secondary stress bukanlah sebagai penyebab terjadinya kegagalan material secara langsung,melainkan karena berulang)
Pipe Support (alat yang digunakan untuk menahan atau menyangga suatu sistem perpipaan) - Secara beban dan gaya yang ditahan dan diterima oleh pipe support dapat dibagi dalam tiga kategori yaitu : Gaya dan beban dari berat pipa dan insulasi yang bekerja secara vertical Gaya yang bekerja dari arah lateral pipa Gaya yang bekerja arah sumbu pipa atau aksial atau juga disebut longitudinal
Pipe Span (merupakan jarak maksimum antar pipe support) -
Hubungan jarak dengan stress
-
Hubungan jarak denganbesar defleksi
ASME B31.3 (American Society of Mechanical Engineers B31.3 Process Piping)
- merupakan bagian dari Code ASME B31, yang dikhususkan untuk sistem perpipaan pada proses di kilang minyak - Terdapat persamaan sederhana dan data allowable stress yang dapat mengetahui kondisi keamanan rancangan sistem perpipaan
CAESAR II (sebuah program yang merupakan alat untuk perhitungan tegangan yang terjadi dalam rencana dari sistem perpipaan) -
Program CAESAR II ini dibuat dan dikembangkan oleh COADE Engineering Software, yaitu sebuah perusahaan pembuat Software khusus di bidang Mechanical Engineering yang bermarkas di Houston, Amerika Serikat.
Metodologi Mulai
Diagram Alir Studi Literatur dan Pengumpulan Data
Stress Sketch
Penentuan Posisi dan Jenis Pipe Support
A
B
C
B
Permodelan dengan Caesar II
Kondisi Hidrotest
Kondisi Ekspansi
Perhitungan Manual
Kondisi Sustain
Kondisi Operasi
Analisa Tegangan
Analisa Gaya
D
E
A
D
E
Tidak
Batasan ASME B31.3
Batasan Equipment
Ya
Ya
Sistem Perpipaan yang Aman
Selesai
C
Tidak
Gambar Skema Sistem Perpipaan
Pipa NPS 6 Pipa NPS 8 Pipa NPS 10 Pipa NPS 12
Analisa Data
6 8 10 12
lb / inch 3 4.8 6.95 9.33
Section modulus
Momen inersia permukaan
Berat (pipa + air + insulasi)
NPS
Pipe Span Pipe span stres
Pipe span Defleksi
inch4
inch3
inch
m
inch
m
28.14 72.5 160.8 300.3
8.5 16.81 29.9 47.1
754.1 837 927.52 1004.9
19.2 21.3 23.6 25.6
357.2 402 450.8 485.7
9.1 10.3 11.4 12.4
Permodelan Pipa di Caesar II
Garis Biru : Angka 1 :
Angka 2
:
Angka 3
:
Angka 4
:
Allowable Stress Sistem perpipaan dengan pipe support semua jenis resting, Sistem perpipaan dengan pipe support semua jenis tight Sistem perpipaan dengan pipe support jenis resting guide Sistem perpipaan dengan kombinasi jenis pipe support.
Hidrotest
Sustain
Ekspansi Temperature
13 12
23 20
9 11
17 24
14
26
10
4
21
8
18
27
7
1
6 28 2 29 36 34 32
35
30 33 31
22
19 16
3
5
15
25
Analisa Nozlle Load
Equip ment Kondisi Sustain VC T desain T operasi HE A HE B Sustain HE C HE D HE A HE B T desain HE C HE D HE A HE B T operasi HE C HE D PA PB Sustain PC PA PB T desain PC PA PB T operasi PC
1 Passed Passed Passed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed
2 Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Failed Failed Failed Failed Failed Failed
3 Failed Failed Failed Passed Passed Passed Passed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Failed Passed Passed Passed Failed Failed Failed Failed Failed Failed
4 Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Failed Failed Failed Failed Failed Failed
5 Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed Passed
Analisa tegangan dengan perhitungan teori
• Perbandingan pada kondisi sustain
Node pada Caesar 3011 3031
Perhitungan manual
Caesar
Allowable
Deviasi
4723.485 7551.164
4707.32 2945.84
20000 20000
16.165 4605.324
Perbandingan pada tegangan karena thermal
node 3011 3019 3020 3028 3029 3031
caesar 652.66 1789.02 1162.94 1109.11 1806.35 1806.35
manual 8683.863 4124.257 2488.424 1674.119 1542.32 4776.786
defiasi 8031.203 2335.237 1325.484 565.009 264.03 2970.436
allowable 30000 30000 30000 30000 30000 30000
Kesimpulan • Berat sistem perpipaan terbagi tiap diameter pipa, pipa dengan diameter 6” memiliki berat 3 lb/inch, pipa dengan diameter 8” memiliki berat 4.8 lb/inch pipa dengan diameter 10” memiliki berat 6.95 lb/inch dan pipa dengan diameter 12” memiliki berat 9.33 lb/inch. • Konfigurasi pipe support paling optimal dengan mengkombinasikan beberapa jenis pipe support, menggunakan resting, guide, dan line stop.
• Besar tegangan pada kondisi hidrotest sebesar 5270.1 psi dengan batas tegangan ijin sebesar 20000 psi. Pada kondisi sustain load sebesar 9204 psi dengan batas tegangan ijin sebesar 20000 psi, dan pada kondisi thermal ekspansi sebesar 3638.4 psi dengan batas tegangan ijin sebesar 30000 psi. • Gaya dan momen pada equipment tidak ada yang melebihi batas spesifikasi equipment. • Perbedaan hasil dari analisa tegangan Caesar II dengan perhitungan teoritis sebesar 2310.745 psi pada kondisi sustain dan 2581.9 psi pada kondisi thermal ekspansi
Saran Analisa yang dilakukan masih mengabaikan faktorfaktor dari luar dan beban dinamis selain karena thermal. Bisa karena alam, seperti angin, gempa bumi, salju atau hujan. Atau bisa karena sistem perpipaan, karena adanya mesin berputar seperti air fin cooler, pompa dengan getaran, kompresor dan getaran-getaran yanglain. Untuk kedepanya bisa dilakukan analisa dengan memperhatikan faktor-faktor tersebut. Dari yang selalu terjadi sampai yang jarang terjadi.
• Terimakasih
