ANALISIS KONSEKUENSI KEGAGALAN SECARA KUANTITATIF PADA ONSHORE PIPELINE BERDASARKAN API 581 BRD. I Wayan Diptagama

ANALISIS KONSEKUENSI KEGAGALAN SECARA KUANTITATIF PADA ONSHORE PIPELINE BERDASARKAN API 581 BRD

TUGAS SARJANA Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh

I Wayan Diptagama 13102083

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

Tugas Sarjana Judul Program Studi

Analisis Konsekuensi Kegagalan Secara Kuantitatif Pada Onshore Pipeline Berdasarkan API 581 BRD Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung

I Wayan Diptagama 13102083

Abstrak Penyaluran fluida minyak dan gas (migas) dari satu tempat ke tempat yang lain yang berada di darat dilakukan oleh sistem onshore pipeline. Pada kondisi operasi terdapat berbagai resiko (risk) jika terjadi kegagalan pada sistem pipeline. Analisis konsekuensi kegagalan secara kuantitatif adalah metoda yang paling baik untuk menghitung konsekuensi kegagalan. Analisis tersebut dilakukan untuk mengetahui daerah yang dipengaruhi oleh efek flammable, luas daerah yang dipengaruhi oleh racun (toxic) dan pencemaran lingkungan serta kerugian finansial akibat kegagalan yang terjadi pada sistem pipeline. Pada sistem pipeline yang terdapat di daerah Porong, Sidoarjo, Jawa Timur, terdapat pergeseran tanah akibat tumpahan lumpur yang membuat sistem pipeline tersebut rentan mengalami kegagalan sehingga dilakukan analisis konsekuensi kegagalan pada sestem pipeline tersebut. Dari analisis konsekuensi kegagalan yang dilakukan pada sistem pipeline yang terdapat di daerah Porong, Sidoarjo, Jawa Timur didapat daerah kerusakan peralatan maksimum sebesar 3646,87 ft2, daerah kematian maksimum sebesar 7026,9 ft2, dan biaya kerugian akibat interupsi bisnis maksimum sebesar 4557346,63 US$ yang terdapat pada jalur pipeline Offtake Porong – Bundaran Tol Gempol.

Final Project Consequence of Failure Analysis on I Wayan Onshore Pipeline Based on API 581 Title Diptagama BRD Major Mechanical Engineering 13102083 Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautical Institute of Technology Bandung Abstract Transmission and distribution of oil and gas from one place to another place on land mostly conducted by onshore pipeline system. Risk of failure is always exists in every pipeline system at any operating condition. The risk is influenced by probability of failure and consequence of failure. Quantitative consequence of failure analysis is the best method to analyze the consequence of failure. This method analyzes area that affected by flammable effects, toxic, environmental damage and financial loss because of business interruption. Subsidence of soil is already occurred on pipeline system at Porong, Sidoarjo, East Java. Because of the circumstance, the pipeline system is susceptible to failure so the consequence analysis should be conducted on the pipeline system to analyze affected area and financial loss if the failure occurred. In this study, it is determined that the maximum area of equipment damage is 3646,87 ft2, while the maximum area of fatalities is 7026,9 ft2, and the maximum business interruption cost is 4557346,63 US$. All of the data is from pipeline segment Porong Offtake - Gempol freeway junction.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR...........................................................................................i DAFTAR ISI........................................................................................................iii DAFTAR GAMBAR...........................................................................................vi DAFTAR TABEL ...............................................................................................ix

BAB I PENDAHULUAN.................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang....................................................................................... 1 1.2 Tujuan Penulisan ................................................................................... 3 1.3 Ruang Lingkup Penulisan...................................................................... 3 1.4 Metodologi Penulisan............................................................................ 3 1.5 Sistematika Penulisan............................................................................ 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 5 2.1 Sistem Perpipaan ................................................................................... 5 2.2 Resiko (Risk) ......................................................................................... 6 2.2.1 Jenis Penilaian Risk................................................................... 8 2.3 Analisis Konsekuensi (Consequence Analysis)................................... 10 2.3.1 Unit Yang Diukur Pada Analisis Konsekuensi ....................... 10 2.3.2 Kalkulasi Konsekuensi ............................................................ 11 2.3.2.1 Menentukan Sifat-Sifat Fluida ...................................... 12 2.3.2.2 Memilih Ukuran Lubang............................................... 15 2.3.2.3 Menentukan Massa Total yang Dapat Tumpah ............ 17 2.3.2.4 Menentukan Laju Tumpahan ........................................ 18 2.3.2.5 Menentukan Jenis Tumpahan ....................................... 20 2.3.2.6 Menentukan Fasa Akhir Tumpahan.............................. 21 2.3.2.7 Respon Pasca Tumpahan .............................................. 22 2.3.2.8 Menentukan Konsekuensi ............................................. 23

iii

BAB III STUDI PENGARUH PERUBAHAN VARIABEL TERHADAP KONSEKUENSI KEGAGALAN ..................................................................... 44 3.1 Fluida Dengan Fasa Awal Cair............................................................ 44 3.1.1 Pemodelan Fluida .................................................................... 46 3.1.2 Pemodelan Sistem Pipeline ..................................................... 46 3.1.3 Perhitungan Konsekuensi Flammable..................................... 47 3.1.4 Perhitungan Konsekuensi Environmental ............................... 52 3.1.5 Perhitungan Konsekuensi Interupsi Bisnis (Business Interruption)....................................................................................... 55 3.2 Fluida Dengan Fasa Awal Gas ............................................................ 59 3.2.1 Pemodelan Fluida .................................................................... 61 3.2.2 Pemodelan Sistem Pipeline ..................................................... 61 3.2.3 Perhitungan Konsekuensi Flammable..................................... 62 3.2.4 Perhitungan Konsekuensi Toxic .............................................. 68 3.2.5 Perhitungan Konsekuensi Interupsi Bisnis (Business Interruption)....................................................................................... 71

BAB IV DATA SISTEM PIPELINE DAERAH PORONG ......................... 76 4.1 Data Operasi Pipeline.......................................................................... 78 4.2 Data Pipeline ....................................................................................... 78 4.2.1 Data Desain Pipa ..................................................................... 78 4.2.2 Data Jalur Pipeline .................................................................. 79 4.2.3 Data Isolasi dan Deteksi Pipeline............................................ 79 4.2.4 Data Sistem Mitigasi Pipeline ................................................. 80 4.2.5 Kondisi Tiap Jalur Pipeline[8] .................................................. 80

BAB V ANALISIS KONSEKUENSI KEGAGALAN PADA PIPELINE DAERAH PORONG ......................................................................................... 85 5.1 Sifat Fisik Fluida Operasi.................................................................... 85 5.3 Perhitungan Massa Total yang Dapat Tumpah ke Lingkungan .......... 86 5.4 Penurunan Tekanan Sepanjang Pipa ................................................... 88 iv

5.5 Perhitungan Laju Tumpahan ............................................................... 89 5.6 Menentukan Jenis Tumpahan .............................................................. 90 5.7 Sistem Deteksi dan Isolasi................................................................... 91 5.8 Perhitungan Konsekuensi .................................................................... 91 5.9 Hasil Analisis Konsekuensi Tiap Jalur................................................ 93

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 99 6.1 Kesimpulan.......................................................................................... 99 6.2 Saran .................................................................................................. 101

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 102

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Ida Sang Hyang Widi atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana dengan judul “Analisis Konsekuensi Secara Kuantitatif Pada Onshore Pipeline Berdasarkan API 581 BRD” sebagai syarat kelulusan program sarjana di Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung. Pada kesempatan ini penulis hendak menyampaikan rasa terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu proses studi dan penulisan tugas sarjana yaitu: 1. Bapak, ibu, serta adik-adik tercinta yang tiada henti-hentinya memberikan inspirasi, semangat, serta kasih sayang kepada penulis dalam mengarungi kehidupan. 2. Dr. Ir. IGN Wiratmaja Puja yang telah mencurahkan perhatian dan memberikan motivasi serta saran-saran dalam proses penulisan tugas sarjana. 3. Staff lab EDC: Kang Dadang, Mbak Rini, Kang Jajang, Kang Iin 4. Teman-teman M 2002: Topan, Zul, Gory, Addin, Black, Faqih, Nico, Kojei, Rio, Hasan dan lainnya yang tidak dapat disebutkan satu-persatu. 5. Rekan-rekan di Dago Eng: Bli Suka, Mas Okto, Mas Jaja, Mas Seto, Mas Selamat, Dodi, Devid, Dicky, Ian, Aziz, Adit dan lainnya yang tidak dapat disebutkan satu-persatu. 6. Keluarga kedua penulis di ITB, anggota unit Maha Gotra Ganesha: Otonk, Buana, Munchen, Elly, UQ, Kocol, Wija, Bokep, Ayu, Ria, dan lainnya, dengan sangat menyesal tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. Suka duka selama berkegiatan di MGG tidak akan penulis lupakan seumur hidup. 7. Teman-teman di Sekaa Demen Gita Santi 8. Teman-teman SMASTA, terutama Aconk, Septi, dan Ajus yang selalu dapat mendampingi penulis disaat terendah dalam hidup.

i

9. Teman-teman SD Banjarsari IV: Iboy, Wita, Winny, Heikal, dan lainnya. Suatu saat kita akan reuni lagi. 10. Rekan-rekan yang melalui kegiatan bersama penulis pada waktu OSKM sebagai peserta (kelompok 57) maupun sebagai panitia, FTB, Dies, pentas dan berbagai kegiatan lainnya. Terima kasih atas segala bantuannya.

Akhir kata, penulis berharap tugas sarjana ini dapat memberikan manfaat dan pembelajaran bagi seluruh warga Teknik Mesin ITB. Penulis pun sadar bahwa tidak ada yang sempurna di dunia, oleh karenanya sangat diharapkan saran serta masukan menuju arah yang lebih baik.

Bandung, Januari 2008

Penulis

ii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Variasi harga minyak bumi di dunia[1] ............................................... 1 Gambar 1.2 Variasi harga gas alam di dunia[1] ...................................................... 1 Gambar 1.3 Efek kebocoran pipeline berupa lepasan gas (kiri) dan ledakan (kanan)[1] ................................................................................................................ 2 Gambar 2.1 Kurva risk[1]........................................................................................ 7 Gambar 2.2 Matriks kategori risk[3] ....................................................................... 9 Gambar 2.3 Alur kalkulasi konsekuensi[4] ........................................................... 12 Gambar 2.4 Proses penentuan jenis tumpahan[4] ................................................. 21 Gambar 2.5 Efek flammable event tree[4] ............................................................ 25 Gambar 2.6 Grafik konsekuensi HF jenis tumpahan kontinu[4] .......................... 30 Gambar 2.7 Grafik konsekuensi HF dan H2S jenis tumpahan instan[4] .............. 31 Gambar 2.8 Grafik konsekuensi H2S jenis tumpahan kontinu[4] ......................... 32 Gambar 2.9 Grafik konsekuensi ammonia jenis tumpahan kontinu[4] ................. 33 Gambar 2.10 Grafik konsekuensi ammonia jenis tumpahan instan[4] ................. 34 Gambar 2.11 Grafik konsekuensi klorin jenis tumpahan kontinu[4] .................... 34 Gambar 2.12 Grafik konsekuensi klorin jenis tumpahan instan[4] ....................... 35 Gambar 3.1 Alur perhitungan konsekuensi kegagalan pada fluida dengan fasa awal cair ............................................................................................................... 45 Gambar 3.2 Alur perhitungan konsekuensi flammable........................................ 47 Gambar 3.3 Konsekuensi flammable fasa cair terhadap perubahan tekanan....... 49 Gambar 3.4 Konsekuensi flammable fasa cair terhadap perubahan ukuran lubang jenis tumpahan kontinu ........................................................................................ 51 Gambar 3.5 Konsekuensi flammable fasa cair terhadap perubahan ukuran lubang jenis tumpahan instan........................................................................................... 51 Gambar 3.6 Alur perhitungan konsekuensi environmental ................................. 52 Gambar 3.7 Konsekuensi environmental fasa cair terhadap perubahan tekanan. 53 Gambar 3.8 Konsekuensi environmental fasa cair terhadap perubahan ukuran lubang................................................................................................................... 55 vi

Gambar 3.9 Alur perhitungan konsekuensi interupsi bisnis ................................ 56 Gambar 3.10 Konsekuensi interupsi bisnis fasa cair terhadap perubahan tekanan57 Gambar 3.11 Konsekuensi interupsi bisnis fasa cair terhadap perubahan ukuran lubang................................................................................................................... 58 Gambar 3.12 Alur perhitungan konsekuensi kegagalan pada fluida dengan fasa awal gas................................................................................................................ 60 Gambar 3.13 Konsekuensi flammable fasa gas terhadap perubahan tekanan...... 64 Gambar 3.14 Konsekuensi flammable fasa gas terhadap perubahan temperatur. 65 Gambar 3.15 Konsekuensi flammable fasa gas terhadap perubahan ukuran lubang jenis tumpahan kontinu ........................................................................................ 67 Gambar 3.16 Konsekuensi flammable fasa gas terhadap perubahan ukuran lubang jenis tumpahan instan........................................................................................... 67 Gambar 3.17 Alur perhitungan konsekuensi toxic............................................... 68 Gambar 3.18 Konsekuensi toxic perubahan tekanan fasa gas ukuran lubang 16-in .............................................................................................................................. 69 Gambar 3.19 Konsekuensi interupsi bisnis fasa gas terhadap perubahan tekanan72 Gambar 3.20 Konsekuensi interupsi bisnis fasa gas terhadap perubahan temperatur ............................................................................................................ 73 Gambar 3.21 Konsekuensi interupsi bisnis fasa gas terhadap perubahan ukuran lubang................................................................................................................... 75 Gambar 4.1 Lokasi sistem pipeline...................................................................... 76 Gambar 4.2 Rute pipeline[8] ................................................................................. 77 Gambar 4.3 Stasiun offtake Porong[8] .................................................................. 80 Gambar 4.4 valve yang terdapat pada Jalur Bundaran Tol Gempol[8] ................. 81 Gambar 4.5 Jalan raya di sekitar jalur Bundaran Tol Gempol – Rel Kereta Api[8] .............................................................................................................................. 81 Gambar 4.6 Jalan raya dan valve pada jalur valve di Sekitar Rel Kereta Api[8] .. 82 Gambar 4.7 Jalan raya pada jalur valve – Japanan – Ngoro[8] ............................. 83 Gambar 4.8 Sumur Wunut[8] ................................................................................ 83 Gambar 4.9 Valve pada jalur Crossing Kali Porong[8] ......................................... 84 Gambar 4.10 Jalur Kali Porong – Carat[8] ............................................................ 84 vii

Gambar 5.1 Luas daerah konsekuensi kerusakan peralatan................................. 96 Gambar 5.2 Luas daerah konsekuensi kematian.................................................. 96 Gambar 5.3 Konsekuensi interupsi bisnis seluruh jalur....................................... 97 Gambar 5.4 Contoh kategori konsekuensi kegagalan pada matriks risk untuk jalur Offtake Porong – Bundaran Tol Gempol............................................................. 98

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kategori Consequence ........................................................................... 9 Tabel 2.2 Kategori Probability ............................................................................ 10 Tabel 2.3 Fluida representatif[4] ........................................................................... 13 Tabel 2.4 Sifat-sifat fisik fluida representatif[4] ................................................... 14 Tabel 2.5 Ukuran lubang kebocoran .................................................................... 15 Tabel 2.6 Asumsi inventori peralatan .................................................................. 18 Tabel 2.7 Penentuan fasa akhir tumpahan fluida[4] .............................................. 21 Tabel 2.8 Petunjuk kategori sistem deteksi[4] ...................................................... 22 Tabel 2.9 Petunjuk kategori sistem isolasi[4] ....................................................... 22 Tabel 2.10 Durasi kebocoran berdasarkan klasifikasi deteksi dan isolasi[4] ........ 23 Tabel 2.11 Persamaan area pelepasan kontinu dengan kemungkinan tidak terjadi Auto Ignition[4] ..................................................................................................... 27 Tabel 2.12 Persamaan area pelepasan instan dengan kemungkinan tidak terjadi Auto Ignition[4] ..................................................................................................... 27 Tabel 2.13 Persamaan area pelepasan kontinu dengan kemungkinan terjadi Auto Ignition[4].............................................................................................................. 28 Tabel 2.14 Persamaan area pelepasan instan dengan kemungkinan terjadi Auto Ignition[4].............................................................................................................. 28 Tabel 2.15 Penyesuaian konsekuensi[4] ............................................................... 29 Tabel 2.16 Konstanta b dan c untuk tiap zat racun pada jenis lepasan kontinu... 35 Tabel 2.17 Biaya respon tumpahan per gallon[5] ................................................. 37 Tabel 2.18 Konstanta lokasi[5].............................................................................. 37 Tabel 2.19 Biaya kerusakan sosioekonomik per gallon[5] ................................... 38 Tabel 2.20 Biaya kerusakan lingkungan per gallon[5] .......................................... 39 Tabel 2.21 Biaya kerusakan peralatan berdasarkan tingkat kegagalan[4] ............ 40 Tabel 2.22 Cost factor untuk berbagai material[4] ............................................... 41 Tabel 2.23 Waktu pengehentian proses produksi untuk berbagai jenis peralatan[4] .............................................................................................................................. 43

ix

Tabel 3.1 Konsekuensi flammable fasa cair terhadap perubahan tekanan pada tiap ukuran lubang....................................................................................................... 48 Tabel 3.2 Konsekuensi flammable fasa cair terhadap perubahan ukuran lubang jenis tumpahan kontinu ........................................................................................ 50 Tabel 3.3 Konsekuensi flammable fasa cair terhadap perubahan ukuran lubang jenis tumpahan instan........................................................................................... 50 Tabel 3.4 Konsekuensi environmental fasa cair terhadap perubahan tekanan pada tiap ukuran lubang................................................................................................ 53 Tabel 3.5 Konsekuensi environmental terhadap perubahan ukuran lubang fasa cair .............................................................................................................................. 54 Tabel 3.6 Konsekuensi interupsi bisnis fasa cair terhadap perubahan tekanan ... 56 Tabel 3.7 Konsekuensi interupsi bisnis fasa cair terhadap perubahan ukuran lubang................................................................................................................... 58 Tabel 3.8 Konsekuensi flammable fasa gas terhadap perubahan tekanan pada tiap ukuran lubang....................................................................................................... 63 Tabel 3.9 Konsekuensi flammable fasa gas terhadap perubahan temperatur pada tiap ukuran lubang................................................................................................ 65 Tabel 3.10 Konsekuensi flammable fasa gas terhadap perubahan ukuran lubang jenis tumpahan kontinu ........................................................................................ 66 Tabel 3.11 Konsekuensi flammable fasa gas terhadap perubahan ukuran lubang jenis tumpahan instan........................................................................................... 66 Tabel 3.12 Konsekuensi toxic fasa gas terhadap perubahan tekanan pada tiap ukuran lubang....................................................................................................... 69 Tabel 3.13 Konsekuensi toxic fasa gas terhadap perubahan temperatur pada tiap ukuran lubang....................................................................................................... 70 Tabel 3.14 Konsekuensi toxic fasa gas terhadap perubahan ukuran lubang........ 71 Tabel 3.15 Konsekuensi interupsi bisnis fasa gas terhadap perubahan tekanan pada tiap ukuran lubang ....................................................................................... 71 Tabel 3.20 Konsekuensi interupsi bisnis fasa gas terhadap perubahan temperatur pada tiap ukuran lubang ....................................................................................... 73 Tabel 3.21 Konsekuensi interupsi bisnis terhadap perubahan ukuran lubang ..... 74 x

Tabel 4.1 Data operasi pipeline[8] ........................................................................ 78 Tabel 4.2 Komposisi fluida operasi[8] .................................................................. 78 Tabel 4.3 Data desain pipa[8] ................................................................................ 79 Tabel 4.4 Data jalur pipeline................................................................................ 79 Tabel 5.1 Sifat-sifat fluida operasi....................................................................... 85 Tabel 5.2 Tebal pipa yang dipilih ........................................................................ 87 Tabel 5.3 Massa maksimum yang dapat tumpah ................................................. 87 Tabel 5.4 Tekanan rata-rata sepanjang pipa......................................................... 89 Tabel 5.5 Laju tumpahan tiap jalur pipeline ........................................................ 90 Tabel 5.6 Persamaan yang digunakan untuk menghitung konsekuensi flammable .............................................................................................................................. 91 Tabel 5.7 Kemungkinan efek flammable yang terjadi ......................................... 92 Tabel 5.8 Durasi shutdown proses tiap jalur ........................................................ 92 Tabel 5.9 Konsekuensi kegagalan jalur Offtake Porong – Bundaran Tol Gempol93 Tabel 5.10 Konsekuensi kegagalan jalur Bundaran Tol Gempol ........................ 93 Tabel 5.11 Konsekuensi kegagalan jalur Bundaran Tol Gempol – Rel Kereta Api .............................................................................................................................. 93 Tabel 5.12 Konsekuensi kegagalan jalur Valve di Sekitar Rel Kereta Api ......... 94 Tabel 5.13 Konsekuensi kegagalan jalur Valve – Japanan – Ngoro.................... 94 Tabel 5.14 Konsekuensi kegagalan jalur Wunut – Kali Porong .......................... 94 Tabel 5.15 Konsekuensi kegagalan jalur Cross Kali Porong............................... 95 Tabel 5.16 Konsekuensi kegagalan jalur Kali Porong - Carat............................. 95 Tabel 5.17 Kategori konsekuensi kegagalan seluruh jalur .................................. 98 Tabel 6.1 Hasil analisis pengaruh perubahan variabel terhadap konsekuensi kegagalan ........................................................................................................... 100

xi