1
ANALISIS KEKUATAN PIPA BAWAH LAUT TERHADAP KEMUNGKINAN KECELAKAAN AKIBAT TARIKAN JANGKAR KAPAL Muhammad R. Prasetyo, Wisnu Wardhana, Handayanu
Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak—Adanya kerusakan pada pipa dapat berupa pipa penyok atau mengalami kebocoran. Penyebab kerusakan – kerusakan diatas dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain penurunan jangkar kapal (anchor drop), penarikan jangkar (anchor drag), kapal kandas, kapal tenggelam, jaring atau pukat, dan faktor lainnya. Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui berapa besar tegangan yang dialami oleh pipa akibat anchor draging dengan variasi kapal beserta kecepatannya saat melego jangkar. Iterasi kecepatan mulai dari 1,5 knot sampai 5 knot. Tension yang dijinkan hanya yang tidak melebihi dari Minimum Breaking Load, Dari hasil analisa didapatkan tension terbesar adalah pada kapal yang tegangan ijinnya sampai pada kecepatan 2 knot sebesar 137,718 kN dan menyebabkan pipa mengalami tegangan sebesar 157 N/mm2. Tegangan yang dialami oleh pipa ini masih dalam kondisi aman atau masih belum melebihi tegangan ijin. Kata kunci : Subsea Pipeline, Tension, Tegangan, anchor draging I. PENDAHULUAN Jaringan pipa ini berada pada perairan dengan alur transportasi kapal yang sangat padat. Kerusakan pada konstruksi pipa ini juga dapat terjadi. Salah satu kerusakan dapat berupa pipa penyok atau pipa mengalami kebocoran. Adanya kebocoran pada pipa menyebabkan gas di dalam saluran pipa akan keluar sampai ke permukaan laut. Apabila pada permukaan laut terletak kebocoran pipa terdapat kapal yang melintas, maka manusia yang berada pada kapal tersebut ( anak buah kapal, penumpang, nelayan, dll) akan secara langsung terkena dampaknya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan pipa ketika mengalami tarikan dari jangkar kapal dengan variasi kapal beserta kecepatannya ketika melego jangkar. Dari hasil analisis diharapkan dapat diketahui cara menganalisis struktur pipa bawah laut. Saluran pipa tersebut dibagi menjadi 5 zone. Pada zone III, yaitu pada kilometer pos (KP) 6,7 sampai 9,3, pipa gas bawah laut tidak bisa ditanam karena kondisi dasar laut yang keras dan berbatu. Kedalaman air pada saluran pipa gas Amerada Hess pada zone III ini adalah antara 7 sampai 13 m. Fokus pada penelitiam kali ini adalah pipa pada zone III dikarenakan pipa tidak ditanam dan berada pada kedalaman antara 7 sampai 13 m. Dalam penelitian kali ini akan dibahas bagamaina kekuatan pipa terhadap tarikan jangkar kapal dengan variasi kecepatan kapal dan kapal yang digunakan adalah kapal yang melewati perairan diatas pipa bawah laut yaitu jenis kapal tug boat. II. URAIAN PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dengan studi literatur dan mengumpulkan data-data terlebih dahulu. Berikut adalah data-data yang digunakan untuk penelitian. Tabel 1 merupakan data umum dari tug boat
Tabel 1. Principal dimension dari 3 tug boat HARBOUR TUG KAPAL TUNDA TB TBN B satuan
Data LOA
26
29
23
meter
B
9.6
9.5
7
meter
H
4
4.6
3.2
meter
T
3
3.6
2.6
meter
Vs
10 0.67
10 0.58
Knot
Cp
11.5 0.59
Cb
0.43
0.54
0.49
Cm
0.78
Displacement
0.80 566
0.78
476.11
WSA
290
338
192.3
m²
WPA
202
238
129.4
m²
LWL
25
28.6
22.8
m
245
Ton
Setelah itu, dilakukan pemodelan Tug Boat menggunakan software, kemudian dilakukan validasi model berdasarkan data hidrostatis yang diperoleh. Hasil perbandingan data tersaji dalam Tabel 2. Tabel 2. Validasi model TB TBN B Measurement
Data
Current Model
Correction
Displacement Draft to Baseline Immersed depth Lwl Beam wl WSA Waterplane area Cp Cb Cm
245 2.6 2.6 22.8 7 192.3 129.4 0.58 0.49 0.78
250.26 2.71 2.71 22.4 7.01 196.105 131.68 0.6 0.49 0.81
2.1 4.06 4.06 1.79 0.14 1.94 1.73 3.33 0.41 3.95
2 Tabel 3. Validasi model Harbour Tug Measurement
Data
Displacement Draft to Baseline Immersed depth Lwl Beam wl WSA Waterplane area Cp Cb Cm
476.11 3 3 25 9.6 290 202 0.59 0.43 0.78
Current Model Correction 478 3 3 25 9.59 293 204.5 0.57 0.44 0.78
0.40 0.00 0.00 0.00 0.10 1.02 1.22
Data
Displacement Draft to Baseline Immersed depth Lwl Beam wl WSA Waterplane area Cp Cb Cm
566 3.6 3.6 28.6 9.5 338 238 0.67 0.54 0.8
2.27 0.00
Current Model Correction 568.38 3.6 3.6 29 9.5 342.429 243.72 0.68 0.56 0.82
……….
0.42 0.00 0.00 1.38 1.29 2.35 1.47 3.57 2.44
(1)
Tension Pada Rantai Jangkar Gerakan pada kapal dan pengaruh lingkungan menyebabkan adanya tarikan dari mooring line. Tarikan (tension) yang terjadi pada mooring line dapat dibedakan menjadi dua, yaitu: 1. Mean tension Tension pada mooring line yang berkaitan dengan mean offset pada kapal. 2. Maximum tension Mean tension yang mendapat pengaruh dari kombinasi frekuensi gelombang dan low frequency tension. Batasan tension pada mooring line dan safety factor yang direkomendasikan oleh API-RP2SK (2005) untuk kondisi intact = 1.67 Tabel 5. Tabel data Mooring line TB TBN B 1 2 3 4 5 6 7
Dimensi
1 2 3 4 5 6 7
Tipe rantai Ukuran rantai (diameter) Panjang rantai Chain Break load Berat rantai di udara Berat rantai di air Berat jangkar
Studlink Chain Grade U2 17,55 mm 247.5 m 17.21 ton 0.0063 ton/m 0.0055 ton/m 360 ton
Tabel 7. Tabel data Mooring line Kapal Tunda 1 2 3 4 5 6 7
Parameter
Dimensi
Tipe rantai Studlink Chain Grade U2 Ukuran rantai (diameter) 22 mm Panjang rantai 275 m Chain Break load 28.561 ton Berat rantai di udara 0.0096 ton/m Berat rantai di air 0.0084 ton/m Berat jangkar 420 ton
0.00
Dimana : Ra = amplitudo struktur (m atau derajat) = amplitudo gelombang (m)
Parameter
Parameter
No
Hasil validasi menyatakan model layak untuk dianalisa. Kemudian analisa dilakukan dengan analisa dinamis dalam frequency domain. Response-Amplitude Operator Analisis ini akan digunakan untuk menghitung RAO dari 3 kapal tersebut. Persamaan RAO adalah sebagai berikut [3] :
No
No
3.51
Tabel 4. Validasi model Kapal Tunda Measurement
Tabel 6. Tabel data Mooring line Harbour tug
Dimensi
Tipe rantai Studlink Chain Grade U2 Ukuran rantai (diameter) 19 mm Panjang rantai 192 m Chain Break load 21.424 ton Berat rantai di udara 0.0072 ton/m Berat rantai di air 0.0062 ton/m Berat jangkar 240 ton
Tegangan pada pipa Data yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah data pipa bawah laut milik Hess (Pangkah-Indonesia), digunakan untuk distribusi gas dari Wellhead Platform A di perairan Ujung Pangkah menuju Gresik Onshore Processing Facility (OPF). Berikut adalah data material pipa gas Ujung-Pangkah – Indonesia. Saluran pipa tersebut dibagi menjadi 5 zone. Pada zone III, yaitu pada kilometer pos (KP) 6,7 sampai 9,3, pipa gas bawah laut tidak bisa ditanam karena kondisi dasar laut yang keras dan berbatu. Kedalaman air pada saluran pipa gas Amerada Hess pada zone III ini adalah antara 7 sampai 13 m. Fokus pada penelitiam kali ini adalah pipa pada zone III dikarenakan pipa tidak ditanam dan berada pada kedalaman antara 7 sampai 13 m. Tabel 8. Tabel data pipa Data
Unit
Value
Nominal Outside Diameter (OD) SMYS ( API 5L X65) Nominal wall thickness
mm mpa mm
457 448 14,8
Steel Density (ρsteel)
7850
Corrosion Allowance ( CA )
kg/m3 mm
Corrosion Coating thickness (tcc)
mm
5,5
Corrosion Coating Density (ρcc)
kg/m3
1300
Concrete coating thickness (twc)
kg/m3
30
Concrete coating Density (ρwc)
kg/m3
2400
contents Density (ρcont)
kg/m3
0
Seawater Density (ρsea)
3
0
1017
Water Depth (h)
kg/m m
Internal pressure (Pi)
mpa
0,05
Design Factor – Hoop Stress (F1) Design Factor – Longitudinal Stress
-
0,72
-
0,8
Design Factor – Combined Stress
-
0,9
0,5
Temperature – inlet (Ti)
0
Temperature – outlet (To)
0
25
Coef ofthermal expansion (α)
0
11,7,10-6
Poisson’s ratio (v)
C -
Young’s Modulus (E)
Mpa
207.103
C C
25
0,3
3 Tabel 9. Tabel data lingkungan No 1 2 3 4 5 6 7
Parameter Hs Tz Tp Wave direction speed current speed current direction Depth
Dimensi 2.07 m 5.56 s 7.72 s 0 degree 0.3 m/s 90 degree 10 m
Tegangan dalam yang terjadi pada pipa disebabkan oleh beban luar seperti berat mati, tekanan dan pemuaian termal, dan bergantung pada geometri pipa serta jenis material pipa. Sedangkan tegangan batas lebih banyak ditentukan oleh jenis material dan metode produksinya. Tegangan adalah besaran vektor yang selain memiliki nilai juga memerlukan arah. Nilai dari tegangan didefinisikan sebagai gaya (F) per satuan luas (A). III. HASIL DAN DISKUSI Didalam pengerjaan tugas akhir ini, motion gerakan dari 3 kapal yang dianalisis adalah gerakan kapal dengan sudut datang gelombang dari 00, 900, dan 1800 pada saat kondisi Heave, Roll dan Pitch. Grafik RAO menunjukkan karakteristik pergerakan dari ketiga kapal tersebut pada gelombang reguler dapat dilihat pada gambar Pada gambar 3 merupakan grafik RAO untuk respon gerakan heave maksimum yang mencapai 0.999 deg/m pada frekuensi encounter 0.1848 rad/sec . • Heave 00
roll memiliki nilai RAO mencapai 27.782 deg/m pada frekuensi encounter 1.5708 rad/sec. • Pitch 1800
Gambar 3. RAO Kapal Tunda, Harbour Tug, dan TB TBN B saat kondisi roll Following Sea Gambar 3 gerakan roll adalah yang paling signifikan pada CPO Barge. Puncak tertinggi terdapat pada gerakan roll memiliki nilai RAO mencapai 12.693 deg/m pada frekuensi encounter 1,396 rad/sec. Analisis Tension Pada Rantai Jangkar Analisis tension pada pengerjaan tugas akhir ini menggunakan software yang nantinya akan didapatkan tension maksimum dari rantai jangkar. Dibawah terdapat tabel hasil analisis yang dilakukan pada software Orcaflex dengan variasi gerakan kapal saat melego jangkar. Tabel 10. Hasil tension kapal TB TBN B
DATA
1.5 knot
tension (kN)
207.891
safety factor
1.01
Condition
Fail
Gambar 1. RAO Kapal Tunda, Harbour Tug, dan TB TBN B saat kondisi heave Following Sea • Roll 900
Gambar 4. Grafik time domain kapal TB TBN B saat kecepatan 1.5 knot Gambar 2. RAO Kapal Tunda, Harbour Tug, dan TB TBN B saat kondisi roll beam Sea Gambar 4 gerakan roll adalah yang paling signifikan pada Kapal TB TBN B. Puncak tertinggi terdapat pada gerakan
Berdasarkan tabel 10 dan gambar 4 diatas dapat diketahui bahwa tension maksimum TB TBN B terjadi ketika 48.458 s yaitu sebesar 207,891 kN. Nilai sebesar itu sudah tidak dijinkan karena pada tension tersebut pipa sudah mengalami tension maksimun. Atau bisa dibilang nilainya belem melampaui nilai safety factor.
4 Tabel 11. Hasil tension Harbour Tug
DATA
1.5 knot
tension (kN)
137.718
safety factor
2.03
Condition
ok
tension dengan hasil safety factor harus lebih dari 1,67 (API). Analisa tension terhadap pipa Permodelan pipa pada tugas akhir ini menggunakan bantuan software Autopipe, dengan input data yang dimasukkan adalah seperti pada tabel 6. Sebagai bukti bahwa model pipa dalam tugas akhir ini dikategorikan aman maka dibuatlah hasil dari permodelan berupa tabel sebagai berikut, Tabel 13. Output permodelan pipa kondisi awal
Stress (N/mm2) Allowable (N/mm2)
Gambar 5. Grafik time domain kapal Harbour tug saat kecepatan 1.5 knot Berdasarkan tabel 11 dan gambar 5 menunjukkan bahwa tension maksimum yang terjadi saat kecepatan 1,5 knot 137.718 kN. Tension tersebut menghasilkan nilai safety ratio sebesar 2.03, nilai tersebut adalah tension maksimum yang dijinkan karena nilainya sudah melebihi nilai safety factor.
Ratio Load Combination
1.5 knot
tension (kN)
128.572
safety factor
2.18
Condition
ok
Maximum Combined stress
1
34
39
224
359
403
0
0.10
0.10
Max P
GRTP1
GRTP1
Dari hasil permodelan kapal dengan lego jangkar maka dapat diketahui berapa besar tension yang terjadi ketika kapal melego jangkar dengan variasi kecepatan ketika mereka sesaat menjatuhkan jangkar atau bisa dikatakakan saat mesin mati. Titik atau point yang menerima tension dibagi menjadi 3 titik yang masing-masing memiliki jarak sepanjang 4.25 m.
Tabel 12. Hasil tension Kapal Tunda
DATA
Maximum Longitudinal stress
Maximum Hoop Stress
• Harbour Tug Tabel 14. Tegangan pipa akibat tension Harbour tug saat kecepatan 1,5 knot HARBOUR TUG Parameter pipe stress Stress Allowable (N/mm2) Stress Ratio Stress Ratio < 1
kecepatan 1,5 knot Tension 137.718 (kN) A B C (N/mm2)
(N/mm2)
(N/mm2)
88
157
88
403
403
403
0.22 safe
0.39 safe
0.22 safe
Gambar 6. Grafik time domain Kapal Tunda saat kecepatan 1.5 knot Dari tabel 12 dan gambar 6 menunjukkan bahawa tension maksimum yang terjadi ketika kapal berjalan 1.5 knot adalah 128,572 kN. Dengan nilai safety factor yang ada pada tabel 12 maka mooring tersebut memenuhi kriteria, yaitu minimum breaking load dibagi oleh maksimum
.
Gambar 7. Model pipa yang menerima tension terbesar dari Harbour tug saat kecepatan 1,5 knot
5 • Kapal Tunda Tabel 15. Tegangan pipa akibat tension Kapal Tunda saat kecepatan 1,5 knot kecepatan 1.5 knot
KAPAL TUNDA Parameter
Tension 128,572 (kN) A
B
C
(N/mm2)
(N/mm2)
(N/mm2)
pipe stress
82
147
82
Stress Allowable (N/mm2)
403
403
403
Stress Ratio
0.20
0.36
0.20
Stress Ratio < 1
safe
safe
safe
Gambar 14. Model pipa yang menerima tension terbesar dari Harbour tug saat kecepatan 1,5 knot Dari tabel 14 dan gambar 14 bisa dilihat bahwa tegangan yang dialami pipa adalah sebesar 147 N/mm2 dan memiliki stress ratio terbesar yaitu pada point B. IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Dari analisis model, dapat disimpulkan bahwa: 1. Tension yang disebabkan oleh tug boat dengan variasi kecepatan adalah sebagai berikut : A. HARBOUR TUG • Kecepatan 1,5 knot tension yang dihasilkan sebesar 137,718 kN B. KAPAL TUNDA • Kecepatan 1.5 knot tension yang dihasilkan sebesar 128,572 kN 2. Tegangan pada pipa yang diakibatkan oleh tension dari tension jangkar dengan variasi kecepatan kapal adalah sebagai berikut : A. HARBOUR TUG • Kecepatan 1,5 knot mengakibatkan pipa mengalami Tegangan sebesar 157 N/mm2 B. KAPAL TUNDA • Kecepatan 1,5 knot mengakibatkan pipa mengalami Tegangan sebesar 147 N/mm2 3. Dapat disimpulkan bahwa diameter mooring line mempengaruhi besar kecilnya sebuah nilai tension dan ukuran serta kecepatan kapal juga berpengaruh terhadap tension. Kecepatan kapal juga berpengaruh, ketika kapal berjalan semakin cepat tension yang terjadi semakin besar. DAFTAR PUSTAKA [1] Det Norske Veritas (DNV) RP F107, 2001, Risk Assessment of Pipeline Protection
[2] Chakrabarti, S.K. .1978. Hydrodynamics of Offshore Structures, Computational Mechanics Publications Southampton. Boston, USA. [3] Soegiono., 2007, Pipa Laut. Surabaya, Airlangga University Press, Surabaya [4] Artana,Ketut Buda.2009. Penilaian Resiko Pipa Gas Bawah Laut Ujung Pangkah-Gresik Dengan Standard DNV RP F107, Teknik Sistem Perkapalan FTK – ITS, Surabaya [5] Leksono. Boy Bariadi (2009). Analisa numerik pengaruh vortex induced vibration pada freespan pipa bawah laut dengan matlab. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kelautan-FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya [6] Bai, Y. (2001). Pipeline and Riser. Elsevier Science Ltd, Oxford. UK. [7] Guo, Boyun. et al(2005). Offshore Pipelines.
Gulf Profesional Publishing, Burlington. USA. [8] Negara, Adhipati (2009). Analisa ketebalan pipa bawah laut dan resiko akibat kejatuhan jangkar kapal : studi kasus pipa ujung pangkah. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kelautan-FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya [9] Mouselli, A. H. (1981). Offshore Pipeline Design, Analysis and Methods.PennWell Books. Oklahoma
