Jurnal Tugas Akhir ANALISA VARIASI DIAMETER DAN VARIASI DESIGN BY-PASS PADA SISTEM PERPIPAAN ROPP-030.
Widhia Krisna Prayuda1, Wisnu Wardhana2, Murdjito3 Mahasiswa Teknik Kelautan, 2,3Staf Pengajar Teknik Kelautan
1
Abstrak Suatu sistem perpipaan membutuhkan adanya by-pass yang digunakan sebagai jalur alternatif apabila main line mengalami kerusakan atau dalam keadaan maintenance. Untuk perancangan by-pass suatu system perpipaan perlu dilakukan stress analysis dan flexibility analysis. Analisa ini berguna untuk melihat apakah system by-pass tersebut memenuhi code untuk diaplikasikan. Dalam perancangan by-pass system perpipaan ini perlu dilakukan variasi, baik itu variasi diameter ataupun design. Penelitian ini membahas tentang variasi terhadap diameter dan design by-pass pada sistem perpipaan ROPP 030. Yang dianalisa dengan menggunakan bantuan software CAESAR 5.1. Dari hasil analisa yang telah dilakukan diperoleh nilai tegangan maksimum adalah 249422.4 Kpa dengan Allowable stress 183400.5 Kpa pada load case Occasional yang terjadi pada design alternatif 2 diameter 8 inchi dan nilai displacement maksimum yang terjadi adalah 5.781 mm ke arah negatif pada sumbu z dengan allowable displacement 5 mm yang terjadi pada design alternatif 1 diameter 4 inchi. Sebelum melakukan analisa menggunakan CAESAR 5.1 perlu dilakukan analisa pressure input pada by-pass dengan menggunakan software ANSYS. Dari analisa pressure input diperoleh nilai pressure input maksimum sebesar 20.1 kg/cm2 yang terjadi pada by-pass diameter 4 inchi. Kata Kunci : by-pass, stress analysis, flexibility analysis, CAESAR II, ANSYS.
1. PENDAHULUAN Pada era globalisasi ini hampir seluruh aspek kehidupan menggunakan teknologi. Dan untuk perkembangan teknologi dibutuhkan sumber daya alam yang cukup. Oleh karena itu, banyak pihak yang melakukan eksplorasi sumber daya alam di seluruh dunia. Salah satu sumber daya alam yang banyak dicari adalah minyak dan gas bumi. Banyak teknologi yang dikembangkan untuk menunjang kegiatan eksplorasi minyak dan gasbumi. Baik itu digunakan untuk kegiatan eksplorasi ataupun distribusi. Salah satu teknologi yang digunakan untuk kegiatan eksplorasi minyak dan gas bumi adalah sistem perpipaan. Sistem perpipaan ini digunakan untuk mengalirkan minyak dan gas hasil eksplorasi baik itu dari suatu sistem produksi atau antar sistem produksi. Suatu sistem perpipaan yang digunakan untuk kegiatan eksplorasi melwati proses perancangan yang cukup rumit dan panjang. Hal ini dikarenakan ketersediaan lahan dan finansial yang terbatas untuk mengakomodasi sistem perpipaan dalam suatu sistem produksi. Selain itu suatu sistem perpipaan juga dirancang untuk tetap beroperasi meski dalam keadaan maintenance. Karena apabila sistem perpipaan berhenti dalam waktu yang cukup lama dapat menyebabkan perusahaan merugi dengan jumlah yang tidak kecil.
Oleh karena itu diperlukan suatu saluran alternatif dalam sistem perpipaan yang berfungsi untuk menjadi aliran sementara ketika aliran utama sedang dalam proses perawatan. Saluran alternatif tersebut dirancang dengan ukuran diameter yang lebih kecil atau paling tidak sama dengan diameter main line. Hal ini dikarenakan saluran tersebut tidak selalu dipergunakan dalam keadaan operasi, apabila diameter pipa yang digunakan sama dengan ukuran diameter main line maka biaya yang dipergunakan akan membengkak. Untuk itu perlu dilakukan analisa terhadap variasi ukuran diameter dan jalur saluran alternatif tersebut. Analisa tersebut dpat dilakukan dengan software komputer, salah satunya adalah dengan menggunakan software CAESAR 5.1. Namun dalam perancangan dan analisa yang dilakukan perlu diberi kondisi batas yang berfungsi agar analisa yang dilakukan tidak terlalu luas. Selain itu juga digunakan untuk berjaga-jaga karena pada kondisi riil suatu sistem perpipaan tidak selalu berada seperti yang direncanakan saat melakukan design. 2. 2.1
Dasar Teori Sistem Perpipaan
Sistem perpipaan memegang peranan penting dalam industri di dunia sekarang ini. Seperti pembuluh darah yang terdapat dalam tubuh kita (arteri dan vena), 1
Jurnal Tugas Akhir sistem perpipaan digunakan untuk mengalirkan cairan, mencampur, serta barmacam-macam proses lainnya, baik yang sederhana maupun yang kompleks seperti di industri kimia dimana menggunakan berbagai jenis komponen-komponen pipa berbeda untuk mengukur, mengkondisikan, bahkan mengatur aliran fluida itu sendiri. Adapun bagian-bagian dari sistem perpipaan itu sendiri terdiri dari pipa, flange, sambungan (fitting), gasket, katup, reducer, belokan serta komponenkomponen pendukung lainnya. Komponen 2.2 Teori dasar tegangan pipa Tegangan (stress) Intensitas gaya yang tegak lurus atau normal terhadap irisan disebut tegangan normal (normal stress) pada sebuah titik. Tegangan dilambangkan dengan σ. Secara matematis didefinisikan sebagai :
F A
dengan : σ = tegangan (N/m2) F = gaya tegak lurus terhadap potongan (N) A = luas (m2) Regangan (strain) Jika sebuah batang diberikan pembebanan langsung kemudian timbul tegangan, panjang batang akan berubah. Jika panjang awal batang adalah L dan perubahan panjang batang adalah δ L, maka regangan adalah hasil dari sebagai berikut :
Regangan (ε) =
Perubahan Panjang Panjang Awal
=
L L
Regangan adalah ukuran deformasi dari bahan, tidak mempunyai satuan
Gambar 2. 1 Regangan Pada Batang
2.3 Kriteria analisis tegangan sistem perpipaan Seperti diketahui bahwa tujuan dilakukannya perhitungan analisis tegangan dari sistem perpipaan, secara singkat adalah untuk menjamin bahwa sistem perpipaan tersebut dapat beroperasi dengan aman tanpa mengalami kegagalan. Dalam kenyataannya, pipa yang didalamnya mengalir fluida, baik panas, dingin atau hangat - hangat kuku, akan mengalami pemuaian (expansion) atau pengkerutan (contraction) yang berakibat timbulnya gaya yang bereaksi pada ujung koneksi (connection), akibat dari temperatur, berat pipa dan fluida itu sendiri serta tentu saja
tekanan didalam pipa. Dengan demikian, sebuah sistem perpipaan haruslah didisain se-fleksibel mungkin demi menghindari pergerakan pipa (movement) akibat ekspansi termal atau thermal contraction yang bisa menyebabkan: 1. Kegagalan pada material pipa karena terjadinya tegangan yang berlebihan atau over stress maupun fatigue. 2. Terjadinya tegangan yang berlebihan pada penyangga pipa atau titik tumpuan. 3. Terjadinya kebocoran pada sambungan flanges maupun di katup. 4. Terjadi kerusakan material di nozzle peralatan (Pump, Tank, Pressure Vessel, Heat Exchanger dan lain sebagainya) akibat gaya dan momen yang berlebihan akibat ekspansi atau kontraksi pipa tadi. 5. Resonansi akibat terjadi getaran. Dalam system engineering terdapat dua kriteria (Chamsudi, 2005) yaitu Non Critical Piping dan Critical Piping. Non Critical Piping adalah jalur pipa tidak diperhitungkan dalam analisis tegangan pipa karena dimungkinkan tidak terjadi beban berlebih yang dapat mengganggu sistem perpipaan. Critical Piping adalah jalur pipa yang harus diperhitungkan dalam analisis karena dimungkinkan dapat terjadi beban – beban, yang nantinya dapat melebihi batasan beban yang diijinkan pada sistem perpipaan tersebut. Adapun beban – beban yang dimungkinkan terjadi tersebut disebabkan oleh : Hubungan temperatur dengan diameter pipa Fluida yang mengalir dalam pipa adalah fluida aliran 2 fase Sistem perpipaan berhubungan dengan rotating equipment Batasan beban yang diijinkan pada nozzle equipment kecil Adanya gaya yang timbul secara periodik dari komponen pipa, seperti PSV ( pressure safety valve) Tegangan dan beban yang dianalisis harus dibuat sedemikian rupa sehingga memenuhi standard internasional. Kriteria untuk critical line merupakan fungsi suhu dan diameter pipa yang ditunjukkan dalam bentuk grafik pada Gambar 2.10 (Chamsudi, 2005) dengan sumbu absis adalah diameter pipa dan sumbu ordinat adalah suhu yang bekerja pada sistem perpipaan. Kategori 1 : Sistem Perpipaan yang dihubungkan dengan Static Equipment Kategori ini merupakan kategori untuk sistem perpipaan yang berhubungan dengan peralatan ( equipment ) yang statik atau diam. Adapun perlatan yang dimaksud antara lain vessel, coulum, heat exchanger dan lainnya.
2
Jurnal Tugas Akhir yang dapat diterapkan pada wilayah khusus tertentu dan juga dapat dibuat menjadi hukum. Standard adalah dokumen yang dipersiapkan oleh sekelompok profesional yang mempunyai kemampuan yang sangat baik dan pekerjaan engineering yang tepat dimana ditulis dengan kebutuhan yang diperintahkan. 2.4 Code dan Standard
Gambar 2. 2 Kriteria Critical Line untuk Pipa Terhubung Static Equipment
Kategori 2: Sistem Pipa yang dihubungkan dengan Mesin Rotasi Untuk semua sistem perpipaan yang dihubungkan dengan nozzle critical (rotating) equipment seperti turbin, kompresor, pompa dan lain-lain., harus dianalisa secara formal.
Code adalah sekelompok peraturan umum atau standar sistematis untuk disain, material, fabrikasi, instalasi, dan inspeksi yang dipersiapkan dalam suatu aturan yang dapat diterapkan pada wilayah khusus tertentu dan juga dapat dibuat menjadi hukum. Standard adalah dokumen yang dipersiapkan oleh sekelompok profesional yang mempunyai kemampuan yang sangat baik dan pekerjaan engineering yang tepat dimana ditulis dengan kebutuhan yang diperintahkan. ASME/ANSI B31.3 ASME/ANSI B31.3 adalah code yang berisi peraturan untuk perpipaan yang umumnya ditemukan pada petroleum refineries, pabrik kimia, pabrik farmasi, tekstil, kertas, semikonduktor, dan pabrik-pabrik berkaitan dengan proses dan terminal. Tegangan yang Diijinkan ( Allowable Stress )
Catatan : 1.) Kriteria “A” : Tidak Perlu dianalisis 2.) Kriteria “B” : Harus dikoreksi dengan metode sederhana yang ada 3.) Kriteria “C” : Detail analisis harus dihitung dengan computer.
Kegagalan biasanya terjadi pada bagian yang mendapatkan regangan terbesar (highest cyclic strain). Tegangan yang diijinkan untuk thermal expansion stress adalah: SA = 1.25 Sc + 0.25 Sh dimana : Sc = tegangan yang diijinkan pada temperaur lingkungan Sh = tegangan yang diijinkan pada temperatur operasi Tegangan yang diijinkan ini akan menjadikan sistem perpipaan aman beroperasi dalam siklus 7000 kali.
Selain dua kategori di atas, ada pengecualian khusus untuk sebuah sistem perpipaaan diperlukan analisis, yaitu karena bahan/material dari nozzle yang menghubungakn pipa dengan equipment memiliki batas beban yang diijinkan kecil. Seperti nozzle pada equipment air cooler yang biasanya dibuat dari material aluminium, mempunyai batasan beban lebih kecil daripada nozzle yang berasal dari meterial carbon steel.
Tabel 2.1 Nilai faktor pengurang tegangan (f) Siklus (N) f <7000 1,0 7000-14000 0,9 14000-22000 0,8 22000-45000 0,7 45000-100000 0,6 >100000 0,5
Analisis fleksibilitas haruslah berdasarkan pada batasan-batasan yang telah ditetapkan oleh standard yang ada, seperti API 610 dan/atau NEMA SM-23, jika manufaktur tidak mempunyai batasan.
Jika siklus yang terjadi diharapkan lebih dari 7000 kali dalam umurnya sistem perpipaan, maka tegangan yang diijinkan juga akan berkurang dengan menambahkan faktor pada formula diatas. SA = f(1.25 Sc + 0.25 Sh) dimana : Sc = tegangan yang diijinkan pada temperatur lingkungan
Gambar 2. 3 Kriteria Critical Line untuk Pipa Terhubung rotating Equipment
Code adalah sekelompok peraturan umum atau standar sistematis untuk disain, material, fabrikasi, instalasi, dan inspeksi yang dipersiapkan dalam suatu aturan
3
Jurnal Tugas Akhir Sh = tegangan yang diijinkan pada temperatur operasi f = factor tegangan (fig. 302.3.5 ASME B31.3) Beban-beban pada Sistem Perpipaan Beban Sustain Stress yang terjadi pada beban sustain merupakan jumlah stress longitudinal Si akibat efek tekanan, berat, dan beban sustain yang lain dengan tidak melebihi dari Sh. Persamaan matematis dapat dinyatakan sebagai berikut:
S
PD Fax 4t n A
2 b
4 S t2 S L S h
Beban Occasional Stress yang terjadi pada beban occasional merupakan jumlah stress longitudinal akibat tekanan, berat, dan beban sustain lain serta stress yang dihasilkan oleh beban occasional misalnya angin atau gempa. Stress ini tidak boleh melebihi 1.33Sh.
S
2 b
4St2 S L kSh
Beban Ekspansi Stress yang diakibatkan oleh adanya ekspansi termal dan atau displacement Se akan dihitung dengan persamaan:
Se
S
2 b
4 St
2
S
a
(2.26)
1 Se Z
ii M i
2
iO M O M t 2
2
(2.27)
Se
1000 Z
Sa f 1.25( Sc Sh ) Sl , psi (kpa)
dengan : = S
ii M i 2 iO M O 2 M t 2
Resultan tegangan akibat beban lentur, psi
b
=
Tegangan puntir, psi
M
=
In-plane bending moment, in-lb
S
t i
M
=
Out-of-plane bending moment, in-lb
i
=
In-plane stress intensification factor
i
=
Out-of-plane stress intensification factor
Z S
= =
Section modulus of pipe, in
Sc Sh f S
= = = =
o
i o
a
Fax A
atau
l
3
Allowable stress untuk ekspansi termal, psi
Tegangan pada pipa dalam keadaan dingin Tegangan pada pipa dalam keadaan suhu tertentu
faktor pengurangan stress Stress sustain yang terhitung, psi
2.5 Penyangga Pipa Support adalah alat yang digunakan untuk menahan atau memegang sistem perpipaan. Support dirancang untuk dapat menahan berbagai macam bentuk pembebanan baik statis maupun dinamis. Penempatan support harus memperhatikan dari pergerakan sistem perpipaan terhadap profil pembebanan yang mungkin terjadi pada berbagai kondisi. Berdasarkan pembebanannya penyangga pipa dapat dibagi menjadi dua (Raswari, 1986) yaitu pembebanan statis dan pembebanan dinamis. Metode yang sederhana dalam memperkirakan tegangan yang terjadi pada pipa dan beban pada penyangga terhadap berat adalah (Smith, 1987) memodelkan pipa sebagai batang yang mempunyai beban terbagi rata pada panjangnya. Panjang batang sama dengan jarak antara penyangga. Jarak antar penyangga secara sederhana (Smith, 1987) ditentukan oleh persamaan sebagai berikut :
(2.28)
L
Dengan :
Sb
ii M i 2 iO M O 2 Z
1000 ii M i iO M O 2
Sb
St
2
Z
Mt 1000 M t psi atau St kpa 2Z 2Z
Stress limit displacement dapat diberikan sebagai berikut:
Se S a dan
Sa f 1.25Sc 0.25Sh , psi (kpa)
Dimana : L =
Z S
= =
W
=
10 ZS W
Jarak maksimum yang diizinkan antara penyangga untuk pipa horizontal lurus (mm) Modulus pipa (mm3) Tegangan yang diijinkan (tergantung pada bahan pipa, suhu, tekanan, dan code yang digunakan) Berat per-satuan panjang (N/mm)
Untuk pipa kritikal (Santoso, 2006) penentuan peletakan penyangga untuk pipa ditentukan oleh analisis dengan bantuan komputer. Peletakan penyangga juga harus memperhatikan letak pipa yang terdapat pada sekitarnya, letak pondasi struktur penyangga sipil (pipe rack).
4
Jurnal Tugas Akhir 3. Pengumpulan Data 3.1 Code dan standard Dalam penelitian tugas akhir ini code dan standart yang digunakan sebagai acuan adalah sebagai berikut: ASME B31.3 PROCESS PIPING 3.2 Data-data system perpipaan NPS : 12 SCH : 10S Material : A312-TP-304 Design Temp : 65˚C Operating Temp : -85˚C Design Pressure : 16.5 Kg/cm-2 Fluid : 7.88 Kg/cu.m Insulation : 136 Kg/cu.m Insul thickness : 150 mm 3.3 Data-data gambar isometric sistem perpipaan
Gambar 2.9 Gambar Isometrik 3 3.4 View layout design dengan menggunakan software SPR (Smart Plant Review) Dalam pengerjaan tugas akhir ini, sebelum melakukan analisa tegangan menggunakan software Caesar II 5.1. kita harus melihat layout design dengan menggunakan software SPR (Smart Plant Review). Untuk dapat mengetahui routing pada pipa. Sehingga nantinya kita dapat melakukan redesign sesuai dengan layout design tersebut. 3.5 Pemodelan menggunakan Software ANSYS Pemodelan sistem by-pass perpipaan ROPP 030 yang terhubung dengan saluran utama perpipaan. Hal ini bertujuan untuk menganalisa presure input pada bypass yang selanjutnya akan dianalisa menggunakan software CAESAR II 5.1.
Gambar 2.7 Gambar Isometrik 1
3.6 Pemodelan menggunakan Software Caesar II 5.1 Permodelan system perpipaan dengan menggunakan software Caesar II 5.1 memberikan gambaran baik visual berupa bentuk sistem perpipaan maupun hasil analisis mengenai tegangan, gaya, displacement dan momen yang terjadi maupun melaporkan terjadinya overstress. Kemudian dari hasil analisis (output) CAESAR II 5.1 diperoleh nilai force dan moment yang bekerja pada support dan equipment, yg kemudian dilakukan pipe stress analysis untuk mendapatkan suatu system perpipaan yg sesuai dengan allowable stress sehingga pipa tidak mengalami overstress.
4. ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Gambar 2.8 Gambar Isometrik 2
4.1 Analisa Pressure Input pada By-pass Sistem Perpipaan ROPP 030 Dalam sub bab ini mencantumkan berapa besar pressure input by-pass sistem perpipaan ROPP 030. Hal ini dilakukan karena data yang diperoleh hanya pressure input. Sedangkan by-pass yang menghubungkan by-pass dengan main line mengalami perubahan diameter dan perbedaan elevasi yang 5
Jurnal Tugas Akhir menyebabkan besar pressure input berubah. Untuk memperoleh besar pressure input dapat dengan menggunakan software ANSYS. Langkah pertama yang dilakukan adalah dengan memodelkan sistem perpipaan ROPP 030 yang terhubung dengan by-pass seperti yang tertera pada gambar dibawah ini.
Gambar 4.3 Pressure input pada by-pass diameter 4 inchi.
Gambar 4.1 Model By-pass yang terhubung dengan Main Line pada ANSYS tampak samping
Gambar 4.4 Pressure input pada by-pass diameter 5 inchi.
Gambar 4.2 Model By-pass yang terhubung dengan Main Line pada ANSYS tampak depan Setelah melakukan pemodelan selanjutnya menganalisa model dengan software ANSYS. Analisa dengan ANSYS bertujuan untuk memperoleh besar pressure yang selanjutnya akan digunakan sebagai input pressure pada program CAESAR 5.1. Dari output pada software diambil local analisis pada daerah antara main line dan by-pass. Pada daerah tersebut diambil stress maksimum yang terjadi pada daerah tersebut. Stress maksimum dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 4.5 Pressure input pada by-pass diameter 6 inchi.
6
Jurnal Tugas Akhir Tabel 4.3 Tegangan Maksimum ROPP 030 pada Model Awal diameter 5 inchi Actual Maximum Stress of Pipe Sistem
Gambar 4.6 Pressure input pada by-pass diameter 8 inchi. Dari hasil analisa dengan menggunakan program ANSYS diperoleh nilai pressure seperti tertera pada tabel berikut.
Node
Cases
Actual Stress (Kpa)
Allowable Stress (Kpa)
Ratio
Remark
599
Hidrotest
55171.8
241316.5
22.9
Pass
599
Sustain
49712.6
137895.1
36.1
Pass
69
Occasional
56336.0
183400.5
30.7
Pass
90
Occasional
92982.1
183400.5
50.7
Pass
58
Expansion
21780.0
323236.7
6.7
Pass
69
Expansion
22128.8
322636.8
6.9
Pass
90
Expansion
47863.3
323165.0
14.8
Pass
Tabel 4.4 Tegangan Maksimum ROPP 030 pada Model Awal diameter 6 inchi Actual Maximum Stress of Pipe Sistem
Tabel 4.1 Pressure Maksimum pada By-pass ROPP 030 Diameter Bypass (inch) 4 5 6 8
Pressure (kg/cm2) 20.1 18.1 14.9 8.46
4.2 Tegangan Maksimum pada By-pass Sistem Perpipaan ROPP 030 Design Awal Dalam sub bab ini hanya mencantumkan tegangan terbesar yang terjadi pada sistem perpipaan ROPP 030. Berikut adalah tabel hasil perhitungan tegangan yang diperoleh dari analisis statis menggunakan program CAESAR 5.1 : Tabel 4.2 Tegangan Maksimum ROPP 030 pada Model Awal diameter 4 inchi Actual Maximum Stress of Pipe Sistem
Node
Cases
Actual Stress (Kpa)
Allowable Stress (Kpa)
Ratio
Remark
220
Hidrotest
60495.4
241316.5
25.1
Pass
220
Sustain
45196.6
137895.1
32.8
Pass
220
Occasional
45707.8
183400.5
24.9
Pass
200
Occasional
71482.1
183400.5
39.0
Pass
20
Expansion
23576.9
323543.4
7.3
Pass
20
Expansion
17115.7
322362.2
5.3
Pass
200
Expansion
33518.7
323405.1
10.4
Pass
Tabel 4.5 Tegangan Maksimum ROPP 030 pada Model Awal diameter 8 inchi Actual Maximum Stress of Pipe Sistem Node
Cases
Actual Stress (Kpa)
Allowable Stress (Kpa)
Ratio
Remark
599
Hidrotest
71499.9
241316.5
29.6
Pass
500
Sustain
34775.2
137895.1
25.2
Pass
69
Occasional
37092.3
183400.5
20.2
Pass
Node
Cases
Actual Stress (Kpa)
90
Occasional
44730.9
183400.5
24.4
Pass
660
Hidrotest
52992.7
241316.5
22.7
Pass
660
Expansion
27511.7
313280.5
8.8
Pass
660
Sustain
57126.5
137895.1
41.4
Pass
69
Expansion
15288.2
328286.5
4.7
Pass
69
Occasional
77617.0
183400.5
42.3
Pass
90
Expansion
18704.4
328409.5
5.7
Pass
90
Occasional
137026.4
183400.5
74.7
Pass
58
Expansion
20584.3
325060.2
6.3
Pass
69
Expansion
38170.6
324776.4
11.8
Pass
90
Expansion
79232.8
325308.2
24.4
Pass
Allowable Stress (Kpa)
Ratio
Remark
7
Jurnal Tugas Akhir Tabel 4.7 Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 5 inchi
Gambar 4.7 Grafik Tegangan Maksimum Model Awal Dari hasil tegangan maksimum yang terjadi pada sistem perpipaan disajikan di table tegangan maksimum diatas dapat diketahui bahwa tegangan maksimum yang terjadi pada sistem perpipaan ada yang melebihi batas allowable strees (tegangan yang dijinkan) yang ditetapkan telah ASME B31.3. 4.3 Analisa Gaya dan Momen By-pass Sistem Perpipaan ROPP 030 Design Awal Analisa gaya dan momen pada intinya bertujuan untuk mengetahui besarnya gaya dan momen yang diterima oleh nozzle peralatan (equipment), dalam hal ini adalah nozzle vessel dan pompa. Pada analisa ini besarnya gaya dan momen yang bekerja pada nozzle vessel dan pompa dapat dimodifikasi. Modifikasi dapat dilakukan adalah dengan cara mengubah penyangga ataupun jalur pipa. Selain untuk mengetahui beban pada nozzle, analisis ini juga digunakan untuk mengetahui besarnya beban yang diterima pada penyangga yang ada pada sistem perpipaan, sehingga dapat dibuat penyangga yang mampu menahan beban dari hasil analisis tersebut. Berikut adalah tabel beban yang diterima pada nozzle Vessel dan pompa dalam kasus pembebanan operasi dan sustain.
Forces (N)
Moments (N.m)
Fx
Fy
Fz
Mx
My
Mz
Operasi
N17
15
-966
53
344
14
2
Operasi
N17
15
-749
7
77
11
0
Operasi
N17
15
-966
53
344
14
2
Sustain
N17
-2
-740
3
63
-6
0
CASES
Moments (N.m)
Fx
Fy
Fz
Mx
My
Mz
Operasi
N17
19
-1152
86
513
0
-6
Operasi
N17
18
-808
10
99
-4
-10
Operasi
N17
19
-1152
86
513
0
-6
Sustain
N17
-5
-793
4
77
-12
0
Tabel 4.8 Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 6 inchi Forces (N)
Moments (N.m)
Nozzle Item
Fx
Fy
Fz
Mx
My
Mz
Operasi
N17
19
-1345
121
683
-21
-20
Operasi
N17
18
-865
14
120
-29
-27
Operasi
N17
19
-1345
121
683
-21
-20
Sustain
N17
-9
-846
4
90
-17
0
CASES
Tabel 4.9 Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 8 inchi Forces (N)
Moments (N.m)
Nozzle Item
Fx
Fy
Fz
Mx
My
Mz
Operasi
N17
18
1749
197
1038
-85
-59
Operasi
N17
17
-979
18
165
-98
-73
197
1038
-85
-59
3
121
-29
1
CASES
Operasi
N17
18
1749
Sustain
N17
-16
-952
Tabel 4.10 Beban Nozzle pada Pompa 37-P-102A/B pada diameter 4 inchi Nozzle Item
Tabel 4.6 Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 4 inchi Nozzle Item
Forces (N)
Nozzle Item
CASES
Forces (N)
Moments (N.m)
Cases Fx
Fy
Fz
Mx
My
Mz
Operasi
-7
-187
16
-60
-33
81
Operasi
-14
-161
51
-33
-53
99
Operasi
-7
-187
16
-60
-33
81
Sustain
-9
-290
24
6
-20
12
Operasi
-7
68
10
-168
-31
108
Operasi
-9
-2
2
-153
-27
96
Operasi
-7
68
10
-168
-31
108
Sustain
-32
-213
-3
-51
-19
4
(4010)/A
(4020)/B
8
Jurnal Tugas Akhir Tabel 4.11 Beban Nozzle pada Pompa 37-P-102A/B pada diameter 5 inchi Nozzle Item
Forces (N)
4.4 Analisis
Sistem
Perpipaan ROPP 030 Model Awal
Cases Fx
Fy
Fz
Mx
My
Mz
Operasi
-8
48
18
-186
-45
149
Operasi
-22
116
74
-161
-74
185
Operasi
-8
48
18
-186
-45
149
Sustain
-17
-180
28
-53
-25
19
Operasi
-1
503
20
-369
-39
210
Operasi
-4
320
-1
-321
-31
177
Operasi
-1
503
20
-369
-39
210
Sustain
-47
-21
-1
-154
-27
7
(4020)/B
Tabel 4.12 Beban Nozzle pada Pompa 37-P-102A/B pada diameter 6 inchi Forces (N)
Karena dalam sistem perpipaan bekerja beban-beban (beban operating, beban sustain) maka terjadi defleksi pada pipa sehingga terjadi pergeseran nodal (displacement) pada sistem perpipaan. Analisa displacement dilakukan terhadap semua kasus pembebanan. Berikut adalah tabel analisis displacement yang paling besar terjadi pada kasus pembebanan operating dan sustain yang didapat dari analisa statis program Caesar 5.1 : Tabel 4.14 Tabel hasil analisa displacement pada sistem perpipaan ROPP 030 pada Model Awal diameter 4 inchi Displacement
Moments (N.m)
Kondisi
Cases
Defleksi (mm)
Node
Orientasi Dx
-4.517
79
Dy
-3.84
519
Fx
Fy
Fz
Mx
My
Mz
Operasi
-7
336
23
-333
-57
231
Operasi
-29
464
101
-319
-94
289
Operasi
-7
336
23
-333
-57
231
Dz
2.301
618
Sustain
-27
-68
32
-111
-29
24
Dx
-3.563
220
Operasi
10
1000
33
-585
-41
337
Dy
-1.971
660
Operasi
8
640
-7
-483
-27
269
Dz
1.619
909
Operasi
10
1000
33
-585
-41
337
Dx
-4.517
79
Sustain
-64
166
1
-252
-35
7
Dy
-3.84
519
Dz
2.301
618
Dx
-0.735
678
Dy
-0.762
670
Dz
-0.346
129
Operasi
(4010)/A
Operasi
(4020)/B Operasi
Tabel 4.13 Beban Nozzle pada Pompa 37-P-102A/B pada diameter 8 inchi Nozzle Item
By-pass
Moments (N.m)
(4010)/A
Nozzle Item
Displacement
Forces (N)
Moments (N.m)
Cases Fx
Fy
Fz
Mx
My
Mz
Operasi
-11
1191
45
-737
-82
438
Operasi
-60
1554
178
-788
-138
564
Operasi
-11
1191
45
-737
-82
438
Sustain
-56
210
45
-248
-42
23
Operasi
37
2283
80
1103
-32
656
Operasi
49
1370
-13
-811
-6
506
Operasi
37
2283
80
1103
-32
656
Sustain
-117
514
4
-435
-57
-48
Sustain
(4010)/A
(4020)/B
Dari beban pada nozzel vessel dan nozzle pada pompa yang tertera pada table-tabel diatas , gaya dan momen yang terjadi pada sistem perpipaan untuk selanjutnya dibandingkan dengan besar gaya dan momen yang diijinkan oleh fabrikasi.
9
Jurnal Tugas Akhir Tabel 4.15 Tabel hasil analisa displacement pada sistem perpipaan ROPP 030 pada Model Awal diameter 5 inchi
Tabel 4.17 Tabel hasil analisa displacement pada sistem perpipaan ROPP 030 pada Model Awal diameter 8 inchi
Displacement
Displacement
Kondisi
Operasi
Operasi
Operasi
Sustain
Defleksi (mm)
Node
Orientasi Dx
-4.63
79
Dy
-3.731
519
Dz
2.197
Dx
Kondisi
Defleksi (mm)
Node
Orientasi Dx
-4792
79
Dy
-3.595
519
618
Dz
2.015
618
-3.447
220
Dx
-3.079
609
Dy
-1.96
660
Dy
-1915
660
Dz
1.381
160
Dz
1.37
170
Dx
-3.447
220
Dx
-4.792
79
Dy
-1.96
660
Dy
-3595
519
Dz
1.381
160
Dz
2.015
618
Dx
-0.38
678
Dx
-0.199
220
Dy
-0.506
670
Dy
-0.319
518
Dz
0.231
598
Dz
0.145
618
Operasi
Operasi
Operasi
Sustain
Tabel 4.16 Tabel hasil analisa displacement pada sistem perpipaan ROPP 030 pada Model Awal diameter 6 inchi Displacement Kondisi
Operasi
Operasi
Operasi
Sustain
Defleksi (mm)
Node
Orientasi Dx
-4697
79
Dy
-3.67
519
Dz
2.122
618
Dx
-3.25
220
Dy
-1947
660
Dz
1.39
160
Dx
-4.697
79
Dy
-3.67
519
Dz
2.122
618
Dx
-0.261
220
Dy
-0.38
898
Dz
0.183
598
Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Displacement Model Awal Dari table diatas defleksi yang terjadi pada sistem perpipaan pada kondisi operasi dan kondisi sustain tidak ada yang melebihi batas aman yang telah ditentukan dalam proyek ROPP 030 yaitu <5 mm. 5.
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan Dari analisis Data yang telah dilakukan diperoleh beberapa kesimpulan antara lain sebagai berikut: 1.
Dari hasil analisa tegangan dan displacement pada by-pass system ROPP 030. Stress dan displacement rata-rata masih memenuhi code dan standar fabrikasi equipment. Hasil analisa tegangan diperoleh nilai tegangan dan displacement maksimum yang 10
Jurnal Tugas Akhir terjadi pada by-pass yang memenuhi code adalah: Tegangan maksimum terjadi pada design alternatif 2 terjadi pada diameter 8 inchi dengan nilai actual stress 249422.4 Kpa dan Allowable stress 183400.5 Kpa pada load case Occasional, pada design alternatif tersebut terjadi over stress. Sedangkan yang masih memenuhi allowable stress terjadi pada design alternatif 1 diameter 8 inchi dengan nilai actual stress 186298.2 Kpa dan Allowable stress 311454.1 Kpa pada load case Expansion. Displacement maksimum terjadi pada design alternatif 1 diameter 4 inchi dengan nilai 5.781 mm ke arah negatif pada sumbu z dengan allowable displacement 5 mm. Pada design tersebut perlu dilakukan penambahan pipe support atau redesign agar memenuhi allowable displacement yang telah ditentukan. 2.
Popov, E.P., Astamar, A. 1983. Mekanika Teknik Edisi Kedua (Versi SI). Jakarta : Erlangga Hendra, Akbar, 2011. ”Analisa Pipe Support Terhadap Fleksibilitas dan Tegangan yang Terjadi pada Sistem Perpipaan Pt. PERTAMINA (Persero) Residu Catalyst Cracking Off Gas to Propylene Project (ROPP) 030”, FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Ayesman, Dongky, 2011. ”Perancangan dan Analisa Konfigurasi Perpipaan dari Heat Exchanger ke Cooler Box Berdasarkan Stress Analysis (Studi Kasus : Pt. Rekayasa Industri)”, FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Smith, Peter, 2005. “Piping Materials Selection and Applications”. United States of America.
Dari hasil analisa tegangan dan fleksibilitas yang terjadi akibat gaya, momen dan defleksi pada by-pass sistem perpipaan ROPP 030. Semua variasi diameter dan design dapat diaplikasikan tergantung pada variasi pipe support.
5.2. Saran 1.
Analisis dinamis by-pass system perpipaan ROPP 030. 2. Analisis statis by-pass sistem perpipaan ROPP 030 bisa dilakukan terhadap variasi material,thermal dan lain-lain. 3. Optimasi biaya by-pass dapat dianalisa apabila dilakukan variasi diameter, design dan thermal. DAFTAR PUSTAKA Agustinus, Donny. 2009. Pengantar Piping Stress Analysis. Jakarta: Entry Augustino Publisher ASME. 2004. B31.3-2004 Process Piping. New York : American Society for Mechanical Engineer. ASME. 2004. B31.3-2004 Power Piping. New York : American Society for Mechanical Engineer. Chamsudy,Ahmad. 2005. “Diktat Pelatihan Pipe Stress Analysis”.Jakarta: Piping Departement. PT.Rekayasa Industri. M, Victor Helguero. 1986. “Piping Stress Handbook”, 2nd Ed. Texas : Gulf Publishing Company. Paul R.Smith –Thomas J.Van Laan, (1987), Piping and Support System, McGraw-Hill Raswari,1986.”Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan UI-Press”,Jakarta . 11
