Perancangan Struktur Jacket dantopside Anjungan Lepas Pantai Ditinjau dari Analisis Inplace

Reka Racana Jurnal Online Institut Teknologi Nasional

© Teknik Sipil Itenas | No.x | Vol. Xx Agustus 2015

Perancangan Struktur Jacket danTopside Anjungan Lepas Pantai Ditinjau dari Analisis Inplace YUNIZAR PUTRA MAHARDIKA1, YESSI NIRWANA KURNIADI2, NUR LAELI HAJATI2 1Mahasiswa,

Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Nasional, Bandung 2 Dosen, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Nasional, Bandung Email: [email protected] ABSTRAK

Pada penelitian ini, suatu struktur anjungan lepas pantai dirancang dengan metode analisis inplace pada kondisi operasional dan badai. Lingkungan perairan memberikan kontribusi besar terhadap kehandalan sehingga anjungan dapat memenuhi kriteria perancangan untuk kondisi yang ditentukan. Untuk mendukung analisis ini digunakan perangkat lunak SACS (Structure Analysis Computer System) dan hasil pemodelan didasarkan pada peraturan API RP2A WSD (American Petroleum Institute Recommended Practice 2A Working Stress Design). Analisis yang dilakukan yaitu dengan membandingkan 2 tipe bracing KBrace dan X-Brace yang diaplikasikan pada struktur yang sama untuk mendapatkan nilai Unity Check (UC) pada seluruh member. Struktur tipe K-Brace dianggap unggul dalam hal keekonomisan, dan struktur tipe X-Brace unggul dalam kekakuan dan kapasitas penampang. Dengan begitu dapat direkomendasikan struktur tipe X-Brace lebih kuat dalam menahan beban. Kata Kunci : anjungan lepas pantai, API, bracing, SACS, inplace, unity check. ABSTRACT On this research an offshore structure was designed with an inplace analysis on operating and storm condition. Environmental loads of offshore give a major contribution on offshore structure reliability to meet design criteria for specified condition. Software SACS (Structure Analysis Computer System) was used to support this analysis and modeling results based on API RP2A WSD (American Petroleum Institute Recommended Practice 2A Working Stress Design). Analysis was made by comparing the two types of bracing, K-Brace and X-Brace that were applied to the same structure in order to obtain the value of the Unity Check (UC) at all member. K-Brace type structure considered good in the economical side, and X-Brace type structure considered good at stiffness and section capacity. Therefore it is recommended that X-Brace type structure is stronger than K-Brace type structure. Keywords: offshore platform, API, bracing, SACS, inplace, unity check. Reka Racana - 1

Yunizar Putra Mahardika, Yessi Nirwana Kurniadi, Nur Laeli Hajati

1. PENDAHULUAN Aktivitas industri lepas pantai (offshore) pertama muncul di tahun 1947 hingga sekarang ini banyak bergerak di bidang eksplorasi dan eksploitasi ladang minyak/gas di lepas pantai. Pada tahun 1947 untuk pertama kalinya anjungan lepas pantai struktur baja terpancang dengan massa 1200 ton yang diinstalasikan di Teluk Mexico pada kedalaman laut 20 feet (6 meter). Perkembangan industri lepas pantai selama ini sangat tergantung dengan perkembangan industri minyak dan gas. Kenaikan harga minyak dan gas pada tahun 1973 telah mendorong pertumbuhan industri offshore termasuk usaha mencari ladang-ladang minyak dan gas baru di perairan dengan kondisi laut yang semakin ganas. Dengan demikian, meningkatnya harga minyak dunia dari satu sisi telah mendorong bertambahnya aktivitas di lepas pantai yang mengakibatkan bertambahnya kebutuhan bangunan-bangunan laut yang baru (Murdjito, 1998). Fungsi utama struktur anjungan lepas pantai (offshore platform) adalah untuk mendukung bangunan bagian topside beserta fasilitas operasional di atas air laut selama waktu operasional dengan aman. Terlepas dari jenis operasionalnya, gerakan horisontal, gerakan vertikal, dan momen lentur suatu struktur anjungan lepas pantai merupakan kriteria penting yang sangat menentukan perilaku anjungan tersebut di atas air. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Definisi Anjungan Lepas Pantai Anjungan lepas pantai adalah bangunan yang beroperasi di lepas pantai. Hal yang dimaksud dengan lepas pantai adalah bagian lautan yang permukaan dasarnya di bawah pasang surut terendah atau bagian lautan yang berada di luar daerah gelombang pecah arah ke laut (Soedjono, 1999). 2.2 Jenis Kegiatan Adapun klasifikasi kegiatan/pekerjaan pada anjungan lepas pantai yang dibagi kedalam 5 (lima) bagian, yaitu Exploration, Exploration, Exploratory Drilling, Development Drilling, Production Operation, dan Transportation. Keseluruhan kegiatan ini merupakan elemen yang terdapat pada saat perencanaan sampai kepada pengekplorasian atau operasional dari anjungan lepas pantai (Soedjono, 1999). 2.3 Jenis dan Fungsi Anjungan Lepas Pantai Terdapat beberapa jenis anjungan lepas pantai antara laiin jenis struktur terpancang, struktur terapung, dan struktur lentur. Ketiganya memiliki fungsi yang berbeda-beda berdasarkan tujuan operasional dan dibangun dengan berdasarkan kedalaman laut. Fungsi utama struktur anjungan lepas pantai (offshore platform) adalah untuk mendukung bangunan topside beserta fasilitas operasional di atas air laut selama waktu operasi dengan aman. Terlepas dari jenis operasionalnya, gerakan horisontal dan vertikal suatu struktur offshore platform merupakan kriteria penting yang sangat menentukan perilaku anjungan tersebut di atas air (Tawekal, 2012). 2.4 Tahapan Perencanaan Struktur Dalam tahap perencanaan struktur lepas pantai terdapat berbagai bidang ilmu dan teknologi yang terlibat. Keterkaitan antara bidang-bidang yang terlibat dalam sebuah perencanaan struktur lepas pantai merupakan hal yang sangat penting dan sangat vital mengingat Reka Racana - 2

Perancangan Struktur Jacket dan Topside Anjungan Lepas Pantai Ditinjau dari Analisis Inplace anjungan lepas pantai merupakan struktur yang berdiri di atas laut dengan berbagai macam jenis beban lingkungan yang bekerja pada anjungan. Membutuhkan perencanaan yang matang agar struktur anjungan lepas pantai dapat memikul seluruh beban-beban lingkungan yang ada dan memenuhi perencanaan kelelahan struktur untuk kelangsungan umur anjungan lepas pantai tersebut. Tahapan perencanaan struktur dibagi atas tiga kriteria, yaitu kriteria operasional, kriteria lingkungan, dan kriteria fabrikasi dan instalasi (Rosyid, 1996). 2.5 Beban Anjungan Lepas Pantai Keandalan struktur ditentukan oleh kondisi luar, beban-beban yang bekerja pada struktur anjungan tersebut, konfigurasi struktur, dan mutu material struktur. Secara umum jenis beban yang bekerja pada struktur anjungan lepas pantai dapat dikelompokkan menjadi Beban Mati (dead load), Beban Hidup (live load),, Beban Lingkungan (environmental load), Beban Konstruksi, Beban Pelepasan dan Pemasangan Ulang, Beban Dinamis (Tawekal, 2012). 2.6 Metode Analisis Perencanaan Sesuai dengan karakteristik beban yang bekerja pada struktur anjungan, yakni sifat beban statis atau dinamis serta perilakunya yang deterministik atau stokastik, maka dalam perancangan anjungan lepas pantai dikenal beberapa tahapan analisis yang disesuaikan dengan kebutuhan dan jenis anjungan yang dirancang. Beberapa contoh analisis yang digunakan dalam perancangan anjungan adalah Analisis Statik (Inplace Analysis), Pile Analysis, Fatigue Analysis, Seismic Analysis, Loadout Analysis, Transportation Analysis, Installation/Stability Analysis, Pile Driven Analysis. Pada tugas akhir ini metode analisis yang digunakan hanya analisis inplace yang merupakan analisis dengan memperhatikan bebanbeban lingkungan yang ada dengan kala ulang 1 tahun pada kondisi operasional dan kala ulang 100 tahun pada kondisi badai (Rosyid, 1996). 3. ANALISIS DATA 3.1 Data Aktual Pengumpulan data dilakukan dengan tujuan untuk masukan (input) perhitungan yang akan dilakukan dalam perencanaan struktur jacket dan topside. Data yang digunakan pada perencanaan struktur jacket dan topside dalam tugas akhir ini merupakan data yang sesuai dengan kondisi di lapangan yang sumbernya diperoleh dari PT. ZEE Engineering yang sudah berpengalaman dalam membangun anjungan lepas pantai. Anjungan yang dianalisis adalah sebuah struktur baja yang dirancang tidak berpenghuni, terdiri atas 3 kaki jacket dengan pile di dalam kaki jacket dan topside deck untuk mendukung peralatan di atasnya. Anjungan ini dirancang dengan luasan deck 42’ X 25’ pada titik kerjanya. Konstruksi jacket ini mendukung Cellar dan Sub Cellar Deck, Mezzanine Deck dan Main deck (Drilling deck) dan 4 buah well conductors. Anjungan ini terletak pada kedalaman perairan 74,875 ft. Berikut adalah data elevasi komponen anjungan: : 74,875 ft 1. Kedalaman Perairan : Main Deck (+) 58’-0” ft 2. Level Deck Mezzanine Deck (+) 41’-8” ft Cellar Deck (+) 33’-0” ft Sub Cellar Deck (+) 23’-0” ft 3. Konduktor

: 4 buah (∅ 30 inch). Reka Racana - 3


Pemodelan struktur anjungan lepas pantai dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Pemodelan struktur tipe K-Brace dan X-Brace

Data elevasi muka air dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Data Elevasi Muka Air

Operating Storm 1 year (ft) 100 year (ft)

Deskripsi

Mean Sea Level (MSL) High Astronomical Tide (HAT) Storm Surge (SS) Analysis Water Depth (MSL+½HAT+SS)

74,875

74,875

3,8

3,8

0,5

0,8

77,275

77,575

Data kecepatan arus dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Data Arus

Percent of Depth (%) 0 10 20 30 40 50

Kecepatan Arus (ft/sec) 1-year 100-years 3,0 4,0 2,8 3,7 2,6 3,4 2,4 3,2 2,2 2,9 2,0 2,6

Percent of Depth (%) 60 70 80 90 100

Reka Racana - 4

Kecepatan Arus (ft/sec) 1-year 100-years 1,8 2,4 1,6 2,2 1,4 2,0 1,2 1,7 0,8 1,0

Perancangan Struktur Jacket dan Topside Anjungan Lepas Pantai Ditinjau dari Analisis Inplace Data gelombang dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Data Gelombang

Operasional (1 tahun) Tinggi Maksimum, [ft] 16,7 7,1 Periode Maksimum, [detik]

Storm (100 tahun) 28,3 9,4

Data kecepatan angin dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Nilai Kecepatan Angin

Return Period (years) 1 hour average(mph) 1 100

38 68

Nilai koefisien seret dan inersia dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Nilai koefisien seret (𝑪𝒅 ) dan koefisien inersia (𝑪𝒎 )

Section Smooth members Rough members Jacket Walkways

𝑪𝒅 0,715 1,155 2,000

𝑪𝒎 1,760 1,320 2,000

Sumber: API RP 2A (21st Edition, 2000)

Data beban angin dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6. Wind Load Load Case 601 602 611 612

Description 1-year Wind Load 𝑋 dir. 1-year Wind Load 𝑌 dir. 100-years Wind Load 𝑋 dir. 100-years Wind Load 𝑌 dir.

Reka Racana - 5

Total Load (kips) 8,720 7,560 27,680 24,100


Data beban gelombang dan arus dapat dilihat pada Tabel 7. Tabel 7. TotalWave and Current Load Load Case 701

702

703

704

705

706

707

708

709

710

711

712

Description 1-year Wave and Current Load 0° 1-year Wave and Current Load 30° 1-year Wave and Current Load 60° 1-year Wave and Current Load 90° 1-year Wave and Current Load 120° 1-year Wave and Current Load 150° 1-year Wave and Current Load 180° 1-year Wave and Current Load 210° 1-year Wave and Current Load 240° 1-year Wave and Current Load 270° 1-year Wave and Current Load 300° 1-year Wave and Current Load 330°

Total Load (kips) 𝑿 𝒀

Load Case

142,831

3,797

751

122,581

68,982

752

69,278

115,812

753

1,477

132,745

754

-68,061

115,525

755

-122,089

65,751

756

-145,466

-1,765

757

-124,365

-67,998

758

-69,039

-114,726

759

-0,457

-130,252

760

66,865

-113,907

761

121,042

-63,969

762

Reka Racana - 6

Description 100-years Wave and Current Load 0° 100-years Wave and Current Load 30° 100-years Wave and Current Load 60° 100-years Wave and Current Load 90° 100-years Wave and Current Load 120° 100-years Wave and Current Load 150° 100-years Wave and Current Load 180° 100-years Wave and Current Load 210° 100-years Wave and Current Load 240° 100-years Wave and Current Load 270° 100-years Wave and Current Load 300° 100-years Wave and Current Load 330°

Total Load (kips) 𝑿 𝒀 430,284

6,260

365,099

201,591

201,947

355,926

0,860

412,672

-198,393

355,656

-362,352

196,694

-432,593

-4,087

-368,633

-201,332

-204,011

-354,237

-0,312

-410,050

200,201

-354,158

363,414

-195,584

Perancangan Struktur Jacket dan Topside Anjungan Lepas Pantai Ditinjau dari Analisis Inplace Jenis beban yang bekerja pada anjungan dapat dilihat pada Tabel 8. Table 8. Jenis-jenis beban yang bekerja pada anjungan SACS Modelling Load (Kips) Load Description Case Basic WeightContingencyFactored Load 1 Structural Dead Load a. Topside 168,138 20% 201,767 b. Jacket 217,541 20% 261,049 c. Pile (above mudline) 90,504 20% 108,603 d. Conductor (above mudline) 111,696 20% 134,035 e. Marine Growth 125,412 20% 150,494 Sub Total : Computer Generated Dead Load 713,291 855,949 11 Jacket Non Generated Dead Load 97,122 20% 116,546 21 Non Generated Dead Load – Main Deck 27,520 20% 33,024 22 Non Generated Dead Load – Cellar Deck 12,918 20% 15,502 23 Non Generated Dead Load – Subcellar Deck 2,433 20% 2,920 24 Non Generated Dead Load – Wellhead Deck 4,244 20% 5,093 25 Non Generated Dead Load – Deck Misc. 34,005 20% 40,806 Sub Total : Non Generated Dead Load 178,242 213,891 111 Equipment Operating Load – Main Deck 72,469 20% 86,963 112 Equipment Operating Load – Cellar Deck 18,259 20% 21,911 113 Equipment Operating Load – Subcellar Deck 9,100 20% 10,920 Sub Total : Equipment Operating Load 99,828 119,794 211 Piping Operating Load – Main Deck 40,488 20% 48,586 212 Piping Operating Load – Cellar Deck 51,817 20% 62,180 250 X-Mas Tree Load 40,000 0% 40,000 Sub Total : Piping Operating Load 132,305 150,766 301 E & I Load – Main Deck 5,000 20% 6,000 302 E & I Load – Cellar Deck 401 402 403 404 405 501 502

7,018

Sub Total : E & I Load Open Area Live Load – Main Deck (200 psf) Open Area Live Load – Cellar Deck (100 psf) Open Area Live Load – Subcellar Deck (100 psf) Open Area Live Load – Wellhead Deck (100 psf) Open Area Live Load – Jacket Walkway (100 psf) Sub Total : Open Area Live Load Crane (Self Weight) Load Crane Maximum Axial (Operating) Load Sub Total : Total Topside Operating Loads TOTAL

12,018 218,197 44,188 17,976 22,699 18,659 321,719 58,000 22,000 645,870 1537,403

20% 0% 0% 0% 0% 0% 20% 100%

8,422 14,422 218,197 44,188 17,976 22,699 18,659 321,719 69,600 44,000 720,301 1790,141

3.3 Hasil Analisis Inplace Hasil analisis inplace menunjukkan bahwa platform memadai untuk beban operasi platform. Anjungan lepas pantai ini telah dirancang untuk beban operasi topside sebesar 720,301 kips. Member dan join telah diperiksa menggunakan standar AISC dan API RP 2A-WSD. Penambahan sebesar 1/3 kali terhadap allowable stress dilakukan untuk kondisi badai 100Reka Racana - 7


tahunan. Seluruh member dan join memiliki nilai unity check tidak lebih dari 1,0. Seluruh rangka tubular jacket setelah dianalisis cukup untuk menahan tekanan hidrostatik. Ringkasan hasil analisis dipaparkan pada beberapa tabel berikut ini. Hasil analisis terbagi menjadi 2 bagian berdasarkan jenis bracing yang digunakan, yaitu yang pertama jenis K-Brace dan yang kedua jenis X-Brace. Rangkuman hasil analisis dapat dilihat pada Tabel 9. Table 9. Summary of Result No 1

Aspek Pemeriksaan

Kondisi

K-Brace

X-Brace

Rekomendasi

720,301

720,301

X-Brace

𝐹𝑥 = +151,551 (arah pengaruh lingkungan 0°)

𝐹𝑥 = -151,742 (arah pengaruh lingkungan 180°)

K-Brace

𝐹𝑦 = +140,305 (arah pengaruh lingkungan 90°)


X-Brace



X-Brace


𝐹𝑦 = -418,492 (arah pengaruh lingkungan 240°)

X-Brace

𝑀𝑥 = +17.024,809 (arah pengaruh lingkungan 270°)


K-Brace

𝑀𝑦 = -11.876,714 (arah pengaruh lingkungan 180°)


X-Brace



X-Brace



X-Brace

1 YearOperating

0,86 (member 5001-5044, Main Deck Primary Beam)

0,74 (member 5001-5044, Main Deck Primary Beam)

X-Brace

100 YearsStorm

0,82 (member 205-301, Jacket Diagonal Bracing at row 1-3)

0,8 (member 205-301, Jacket Diagonal Bracing at row 1-3)

X-Brace

1 YearOperating

0,46 at Deck Brace

0,43 at Deck Brace

X-Brace

100 YearsStorm

0,75 at Jacket Elev. (-)74'10.5"

0,71 at Jacket Elev. (-)74'10.5"

X-Brace

Total Topside Operating Load (kips) 1 YearOperating

2

Maximum Base Shear (kips) 100 YearsStorm

3

4

5

6

7

Maximum Overturning Moment (kips)

Maximum Member Stress Unity Check (UC) Maximum Joint Punching Shear Unity Check Maximum Global Lateral Displacement (inch)

1 YearOperating

100 YearsStorm

1 YearOperating

4,09 (from allowable = 5,91) 3,84 (from allowable = 5,91)

X-Brace

100 YearsStorm


X-Brace


X-Brace


X-Brace


X-Brace


X-Brace

Main Deck Maximum Wellhead Deck Topside Cellar Deck Deflection (inch) Subcellar Deck

Pada Gambar 2 dan Gambar 3 di bawah dapat dilihat bahwa nilai-nilai base shear dan overturning moment yang ada pada masing-masing kala ulang 1 tahun dan 100 tahun memiliki grafik naik dan turun yang teratur. Grafik ini dapat mempermudah Reka Racana - 8

Perancangan Struktur Jacket dan Topside Anjungan Lepas Pantai Ditinjau dari Analisis Inplace

dalam menganalisa besarnya gaya-gaya yang ada pada arah tertentu. Rentang nilai maksimum positif (+) dan nilai maksimum negatif (-) pada grafik dapat diperkecil dengan menganalisa faktor-faktor apa saja yang berpengaruh.

Gambar 2. Grafik base shear 1 year-operating dan 100 years-storm

Gambar 3. Grafik overturning moment 1 year-operating dan 100 years-storm

Reka Racana - 9


4. KESIMPULAN Kesimpulan yang diperoleh dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Dengan analisis statis struktur dapat diketahui beban total dari struktur jacket yang dirancang, yaitu sebesar 720,301 Kips. 2. Dengan analisis inplace dapat diketahui bahwa jacket yang didesain cukup kuat untuk bertahan pada kondisi badai dengan periode ulang 100 tahun. Hal ini dapat dilihat dari besarnya UC (Unity check) pada setiap joint dan member yang menyusun struktur jacket yang tidak lebih besar daripada 1. 3. Perbandingan hasil yang didapat pada anjungan bracing tipe K-Brace dengan anjungan bracing tipe X-brace tidak berbeda jauh, dimana anjungan tipe X-Brace lebih dominan dalam menahan beban-beban yang ada ditunjukan dari nilai UC (Unity Check) yang memiliki nilai lebih kecil dari anjungan tipe K-Brace. Hal ini menunjukkan bahwa anjungan tipe X-Brace memiliki kekakuan yang lebih besar dibandingkan dengan anjungan tipe KBrace, namun demikian anjungan tipe K-Brace tetap dapat menahan setiap beban yang ada, dan dengan jumlah member yang cenderung lebih sedikit, anjungan tipe K-Brace lebih ekonomis dibandingkan dengan anjugan tipe X-Brace. 4. Hasil dari analisis inplace untuk Global Lateral Displacement dan Topside Deflection memiliki nilai yang tidak jauh berbeda antara kedua jenis anjungan dan masih dibawah nilai yang disyaratkan. Dengan demikian, kedua jenis anjungan yang telah dibuat dan dianalisis telah memenuhi syarat yang ditentukan berdasarkan API RP2A-WSD 21st edition dan AISC-ASD 9th edition. Namun dari anjungan yang ada, masing-masing memiliki keunggulan. Untuk X-Brace unggul dalam kekakuan dan untuk K-Brace unggul dalam keekonomisan karena diduga memiliki jumlah kuantitas member yang lebih sedikit, tanpa melihat faktor biaya lain seperti biaya pembangunan di darat, transportasi menuju tempat instalasi, ataupun dari metode analisis lain selain daripada analisis inplace. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada ZEE Engineering Consultancy Company yang telah meminjamkan lisensi software SACS dan data-data yang digunakan dalam penelitian ini. DAFTAR RUJUKAN API RP 2A American Petroleum Institute, Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms – Working Stress Design, API RP 2A – WSD, 21st Edition, December 2000, Errata and Supplement of 1, 2 and 3. Murdjito. (1998). Bangunan Lepas Pantai. Buku Kuliah FT Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya: FT Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Rosyid, D.M. (1996). Perancangan Struktur Anjungan Lepas Pantai . Pelatihan Segitiga Biru, FT Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya: FT Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Soedjono, JJ, Soejantoko. (1999). Perancangan Sistem Bangunan Laut. P2T2 FT Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya: FT Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Tawekal, R.L. (2012). Perencanaan Bangunan Lepas Pantai. Bandung: Penerbit Institut Teknologi Bandung.

Reka Racana - 10

Perancangan Struktur Jacket dantopside Anjungan Lepas Pantai Ditinjau dari Analisis Inplace

Recommend Documents