PERENCANAAN BEJANA TEKAN (PRESSURE VESSEL) TIPE SEPARATOR UNTUK FLUIDA GAS Ilham Kurniawan,Edi Septe.S, Iman Satria. Program Studi Teknik Mesin-Fakultas Teknologi Industri-Universitas Bung Hatta Jl. Gajah Mada No.19 Olo Nanggalo Padang 25143 Telp. 0751-7054257 Fax. 0751-7051341 Email :
[email protected] ,
[email protected] [email protected]
ABSTRACT
Pressure vessel is a container for a fluid, either liquid or gas fluid is pressurized. In designing a pressure vessel there are some things that must be considered, namely the voltages appearing on the vessel walls due to the pressure generated due to the fluid that is in the vessel, the weight of the vessel itself, nor the pressures arising from external factors. Crude oil (crude oil) is a mixture of hydrocarbon compounds are not uniform. Tube separator is used to separate the pressurized fluid into the water and gas wells (three-phase) or liquids and gas (two-phase). Pressure vessel planning objectives are to determine the dimensions of the pressure vessel with working pressure 1400 Psi safe and in accordance with the environmental conditions on the island of Natuna. Vessel forms that are designed in accordance with the working environment pressure vessel. Expenses incurred on, among others, pressure vessel design, vessel dead weight, wind load, the load due to the earthquake, and load combinations. To design the pressure vessels used basic standard is ASME VIII div. 1 edition, 2010.
Keywords: Pressure Vessel , Working Pressure , Crude Oil , Separator , ASME Section VIII .
apabila
1. PENDAHULUAN
fluida
yang
dipergunakan
bersifat beracun karena proses kimia. Bejana tekan merupakan suatu wadah untuk fluida, baik fluida cair maupun
1.1 Tujuan
gas
Tujuan dari penelitian ini adalah :
yang
bertekanan.
Dalam
perancangan suatu bejana tekan ada beberapa hal yang harus diperhatikan,
Merancang (Pressure
Bejana Vessel)
Tekan separator
yaitu tegangan-tegangan yang muncul pada dinding bejana tersebut akibat tekanan yang dihasilkan karena fluida yang berada dalam bejana, berat bejana
crude
oil-gas
berdasarkan
ASME Section VIII Division 1 Edition 2010.
itu sendiri, maupun tekanan yang muncul akibat faktor eksternal, seperti beban angin dan gempa yang diperoleh oleh bejana. Bejana tekan merupakan
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bejana Tekan
suatu konstuksi berbentuk tabung yang menerima beban tekan. Tekanan pada
Adapun definisi dari bejana tekan
tabung ini bersal dari isi atau fungsi
(Pressure Vessels) merupakan wadah
tabung
tertutup
sebagai
tempat
yang
dirancang
untuk
penyimpanan fluida gas atau cairan
menampung cairan atau gas pada
yang
temperatur
bertekanan.
Konstruksi
yang
berbeda
dari
bejana tekan ini biasanya terbuat dari
temperatur lingkungan. Jika tekanan
baja tahan karat sesuai dengan fluida
didalam
yang
didalamnya.
atmosfir di luar bejana, maka bejana
Proses pembuatan bejana tekan ini
dinamakan bejana tekan (pressure
dilakukan dengan proses pengerolan
vessels).
dan
tersimpan
perakitannya
menggunakan
bejana
melebihi
tekanan
Separator adalah tabung bertekanan
proses pengelasan. Maka proses desain dan
produksi
merupakan
suatu
faktor
bejana utama
tekan
yang digunakan untuk memisahkan
dalam
fluida sumur menjadi air dan gas (tiga
penggunaan bejana tekan, terlebih
fasa) atau cairan dan gas (dua fasa).
dimana pemisahannya dapat dilakukan
2.2 Komponen Utama Bejana Tekan (Pressure Vessel).
dengan beberapa cara yaitu :
Komponen utama dalam merancang Prinsip penurunan tekanan.
sebuah bejana tekan dengan cara
Gravity setlink
pengelasan seperti Shell, Head, Nozzle,
Turbulensi
aliran
atau
Flange,
Reinforcement
Pad,
Skirt
Support. perubahan arah aliran
a. Shell
Pemecahan
Shell adalah komponen yang paling
atau
tumbukan
utama
fluida
yang
berisi
fluida
yang
bertekanan. Pada umumnya ada dua
Crude oil (minyak mentah) adalah
tipe shell yang ada yaitu shell silindris
merupakan suatu campuran senyawa
dan spherical shell.
hidrokarbon
b. Head
yang
tidak
uniform.
Crude Oil (Minyak Mentah) memiliki
Head adalah bagian penutup dari
campuran
hidrokarbon
vessel, seperti namanya yang di ambil
sebanyak 50-98% berat, sisanya terdiri
dari bahasa inggris, berarti kepala.
atas zat-zat organik yang mengandung
Head sendiri itu ada di bagian kanan
belerang, oksigen, dan nitrogen serta
dan kiri untuk vessel horizontal, atau
senyawa-senyawa anorganik seperti
untuk vessel vertikal ia berada di
vanadium,
bagiaan atas bawah.
senyawa
nikel,
natrium,
besi,
aluminium, kalsium, dan magnesium.
c. Nozzle Nozzle adalah komponen silinder yang berupa lubang yang menembus shell atau head dari bejana tekan. d. Flange Flange merupakan bagian penepat yang digunakan untuk menghubungkan flange pada pipa dengan menggunakan
Gambar 2.1 Bejana Tekan
baut
secara
bersama-sama.
flange
untuk memungkinkan koneksi atanra
diperlukan bejana. Tekanan design
vessel dengan piping.
besarnya diatas tekanan operasi (10%
e. Reinforcement pad
dari tekanan operasi atau minimum10
Reinforcement pad adalah pelat yang
psi) ditambah dengan besarnya static
berfungsi untuk menguatkan nozzle.
head dari
f. Skirt Support
design minimum untuk bejana Code
Komponen
ini
berfungsi
untuk
menahan bejana tekan agar tidak
fluida
kerja.
Tekanan
non vacuum adalah 15 psi. 2.
berpindah atau bergeser. Penyangga
Bobot mati bejana tekan ( Dead Load )
ini harus bisa menahan beban baik
Dead load adalah beban yang berupa
berupa beban berat bejana ataupun
berat bejana itu sendiri dan elemen -
beban dari luar seperti angin dan
elemen lain yang
gempa bumi. Perancangan penyangga
permanen pada bejana.
tidak seperti desain bejana tekan
3. Beban Angin
terpasang secara
karena penyangga tidak mempunyai
Angin yang dimaksud adalah angin
tekanan.
dengan
aliran
yang
turbulen
dipermukaan bumi dengan kecepatan 2.3 Beban yang bekerja pada bejana
yang bervariasi. Angin disini juga
tekan
diasumsikan Bejana
tekan
dikenal
sebagai
mempengaruhi
kecepatan
tertentu
berbeda-beda
pada
turbulen tiga dimensi lokal.
komponennya.
Kategori
intensitas fungsi
gaya-gaya
ini
dan menjadi
dari pembebanan alami dan
geometri
serta
kontruksi
4. Beban Karena gempa Kekuatan
seismik pada
bejana
berasal dari pergerakan getaran yang
tanah tempat bejana berada dan bejana
Tekanan design adalah tekanan yang untuk shell
aliran
tidak teratur secara tiba-tiba di dalam
1. Tekanan Desain
ketebalan
fluktuasi
dari
komponen bejana.
digunakan
yang
rata-rata
bermacam-macam pembebanan yang setiap
pada
angin
terpengaruh oleh
gerakan tersebut.
menentukan
minimum
yang
Faktor utama
yang
merusakan
struktur bejana akibat getaran adalah
sendiri-sendiri tetapi biasanya sebagai
intensitas dan durasi gempa yang
kombinasi beberapa macam beban.
terjadi.
Oleh karena itu yang
Gaya dan
tegangan yang
terjadi selama gempa paada struktur
harus
adalah transien, tegangan dinamik
perancangan bejana tekan adalah :
atau tekanan eksternal.
2.4 Temperatur Rancangan yang
dipakai
untuk merancang bejana tekan tidak boleh
lebih
rendah
dari
pada
temperatur rata-rata logam dinding bejana
yang
diperkirakan
terjadi
pada saat operasi, temperatur tersebut dinamakan temperatur rancang. Jika perlu, temperatur rata-rata tersebut dapat diperkirakan atau dihitung dari perhitungan perpindahan panas atau dari
dalam
Beban berupa tekanan internal
alami, dan tegangan kompleks.
Temperatur
diperhitungkan
pengukuran pada bejana yang
beroperasi dengan kondisi yang sama. 2.5 Beban pada bejana tekan
Berat bejana dan berat isi bejana pada kondisi operasi atau
kondisi
uji,
termasuk
idalamnya tambahan tekanan akibat
julang
statis
(static
head) dari fluida kerja. Reaksi
statik
akibat
berat
peralatan yang terletak pada bejana seperti motor, mesin dan bejana lain, pipa, insolasi, dll. Beban akibat peralatan yang dipasang pada bejana yaitu
Beberapa macam beban yang peralatan yang terletak didalam disebut dibawah ini dapat membebani bejana, tumpuan bejana seperti bejana, baik secara
lugs, rings, skirts, saddles,
mengeluarkan standar-standar yang
legs.
diharapkan
Beban
yang
(cyclic
berubah-ubah
loadings)
akibat
tekan.
Berdasarkan
dindingnya,
berubah-ubah.
menjadi
angin,
beban
salju,
beban gempa.
fluida (fluid shock). Gradien
temperatur
dua
ekspansi termal yang berbeda.
tekan
yaitu
bejana
tebal terbagi tekan
berdinding tipis dan bejana tekan
termasuk
tebal.
Bejana
tekan
tipis
ketika
berdinding
perbandingan dan
ukuran
bejana
berdinding
Beban kejut akibat kejutan
patokan
perancang saat merancang bejana
tekanan atau temperatur yang
Beban
menjadi
tebal
dibanding
diameternya dibawah 1:10, sedangkan jika diatas perbandingan tersebut maka bejana tekan termasuk berdinding
2.6 Bejana tekan dinding silindris Tegangan yang timbul akibat bebanbeban
yang
ditanggung
bejana
tebal. 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian Perencanaan
menjadi sebuah pertimbangan yang
pengelasan penting pada saat merancang bejana tekan.Pemilihan
ketebalan
dinding
misalnya, harus mampu menahan beban
tetapi
juga
biayanya.Sebab perancangan standarisasi
harus
murah
kompleksitas
bejana
tekan,
internasional
badan juga
Pada
sambungan bejana
tekan
(Pressure Vessel) tipe separator untuk fluida
gas ini diperlihatkan pada
Gambar 3.1
Hemispherical head Conical head Toriconical head Berdasarkan beberapa tipe diatas pada perencanaan bejana tekan (pressure vessel) tipe separator untuk fluida gas dipakai tipe head ellipsoidal. 3.4 Menentukan dimensi
bejana
tekan Dimensi yang digunakan pada Gambar 3.1 Metodologi Perancangan 3.2 Kondisi operasi bejana tekan Data dibawah ini adalah data pada saat bejana tekan (pressure vessel) tipe separator untuk fluida gas beroperasi.
perencanaan bejana tekan (pressure vessel) tipe separator untuk fluida gas adalah sebagai berikut : Panjang
bejana
Fluida : Crude oil ( gas )
keseluruhan
Tekanan operating : 1400 psi
(ellipsoidal head)
:
tekan 550
in
Temperatur Operating: 150o C
Diameter bejana tekan : 96 in
Faktor lingkungan
Material pressure vessel yang
Wind Load
akan direncanakan berdasarkan
: 56 km/jam
ASME section II : Faktor gempa : diasumsikan
3.3 Penentuan tipe bejana tekan Penentuan tipe bejana tekan (pressure vessel) berdasarkan bentuk head yang dipakai oleh bejana tersebut. dibawah ini ada beberapa tipe head : Ellipsoidal head Torispherical head
-
Shell = SA 516 Gr 70
-
Head = SA 516 Gr 70
-
Nozzle = SA 106 Gr B
-
Reinforcement pad = Sa 516 Grade 70
-
Flange = SA 105
-
Skirt Support = SA 36
4. HASIL PERENCANAAN DAN PEMBAHASAN
Flange = SA 105 Skirt Support = SA 36
4.1 Spesifikasi Hasil Perencanaan Fluida : Crude Oil ( Gas )
Anchor Bolt = SA 193 B
Position PV: Vertical
Base ring = SA 283 Gr C
Location : Pulau Natuna Design Pressure: 1600 psi Operating Pressure: 1400 psi Design Temperature : 392 0 F Operating Temperature: 302 0 F Wind Load
: 56 km/jam
faktor gempa: diasumsikan Weld Joint Efficiency : 1 Jari-Jari shell
: 48 in
4.2 Shell
Jumlah Nozzle : 6 Nozzle (9”, t
9”, 9”,12”, 14”, 18”) Jumlah flange : 6 buah Skirt Support : 4 buah CA
: 0,185 mm/year
Design Life
: 25 year
Construction Material : Shell = SA 516 Gr 70 Head = SA 516 Gr 70 Nozzle = SA 106 Gr B
PD 2( SE 0,6 P )
4.2 Head
t
PD 2( SE 0,2 P )
(Ellipsoidal Head
5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
4.3 Nozzle
Trn
Berdasarkan perhitungan yang
PRn SE 0,6 P
telah dilakukan, untuk bejana tekan (pressure vessel) tipe separator untuk fluida gas dengan posisi vertikal dan
4.4 Skirt Support
T
12Mt R 2 SE
2W R SE
lokasi
di
pulau
Natuna
dengan
menggunakan head ellipsoidal dengan pressure operating 1400 psi, dan temperature operating 150 0C dengan kecepatan angin di lingkungan operasi bejana tekan (pressure vessel) 56 km/jam dan juga Corrosion Allowance (CA) 0,185/years.
Maka dimensi akhir komponenkomponen
bejana
tekan
yang
Jenis Support : skirt support Material skirt : SA 36
digunakan untuk perancangan bejana
Tinggi keseluruhan
: 650 in
tekan (pressure vessel) tipe separator
Tinggi skirt
: 177 in
untuk
Tebal skirt
: 11/16 in
fluida
gas
adalah
sebagai
berikut:
5. Anchor bolt
1. Shell
Material anchor bolt: SA 193 B
Material Shell : SA 516 Gr 70
6. Base ring
Tebal dinding Shell
Material base ring : SA 283
: 1,3 in
2. Head
grade C
Bentuk head : Ellipsoidal Material head : SA 516 gr 70 Tebal head
Jenis base ring: base ring tanpa gusset Tebal : 1 in
: 1,3 in
3. Nozzle
7. Reinforcement Pad
Material nozzle: SA 106 Gr B
Material reinforcement pad :
Tebal nozzle neck1
: 0,24 in
Tebal nozzle neck2
: 0,24 in
Luas reinforcement 1: 9,73 in2
Tebal nozzle neck3
: 0,24 in
Luas reinforcement 2: 9,73 in2
Tebal nozzle neck4
: 0,32 in
Luas reinforcement 3 : 9,73 in2
Tebal nozzle neck5
: 0,37 in
Luas reinforcement 4:12,98 in2
Tebal nozzle neck6
: 0,48 in
Luas reinforcement 5:15,14 in2
: Slip on flange
Luas reinforcement 6: 19,17 in2
Jenis flange 4.
Support
SA 515 Gr 70
Van
DAFTAR PUSTAKA 1) Rule
For
Construction
of
Pressure Vessel, Section VIII Division1,
Materials
boiler
and
II Part A-Properties, ASME, New York, 2010 H
Pressure
Henry, Vessel
Handbook,
Van
1981, Design Nostrand
Reinhold Company, New York. 4) Buthod Paul, 1986, Pressure Vessel
Handbook,
Pressure
Vessel Handbook Publishing Inc, Tulsa. 5) Eugene F.Megyesy, Pressure Vessel
Company, New York. 7) A.Keith Escoe,1986, Mehanical
1,
pressure vessel code, Division
3) Bednar
Reinhold
design of proses system volume
ASME,NewYork,2010 2) Rule
Nostrand
Design
Handbook,
eleven edition,Company, New York. 6) John F.Harvey PE, 1985, Teory and design of pressure vessels,
Gulf
Company,London.
Publishing
