Sumber : Brownell & Young. 1959. Process Equipment design. USA : Jon Wiley &Sons, Inc. Chapter 3, hal : 36-57
3 Abdul Wahid Surhim
* *Vessel merupakan perlengkapan paling dasar dari industri kimia dan petrokimia
*Digunakan
sebagai tempat penyimpanan, maupun proses dari berbagai macam gas, cairan, dan padatan
*Pendesainannya
mencakup dasar desain perlengkapan lainnya yang
lebih kompleks
*Diatur dalam API Standard 12 C [USA]
* *Biasanya dibuat dari logam, alloy, clad-metals
* *Tangki Penampungan
merupakan salah satu investasi yang signifikan
*Tangki yang lebih besar menghasilkan biaya yang lebih rendah per volume cairan yang disimpan
* * Diameter standar dari steel tanks pada tekanan
atmosferik adalah 10 – 220 ft dengan tinggi 6 – 64 ft * Rasio antara tinggi dan diameter dipengaruhi oleh proses yang terjadi, luas lahan, dan juga batasan tinggi * Ukuran tank juga dipengaruhi oleh kapasitas produksi ataupun seasonal variations * Proporsi optimum dari D dan H terdapat diantara 2 batasan * Batas bawah terjadi ketika nilai dari shell, bottom, dan roof per satuan luas tidak dipengaruhi nilai D dan H * Batas atas terjadi ketika ketebalan shell dipengaruhi oleh D dan H
*Menyederhanakan persamaan dengan substitusi H dalam bentuk D akan diperoleh:
*Untuk menentukan proporsi optimum tank menggunakan persamaan 3.3, perlu ditentukan variabel harga untuk diferensiasi
* *Karena alasan stabilitas elastisitas, ketebalan
dinding minimal untuk tanki ≥45ft = 3/16 in, sedangkan yang ukurannya lebih besar tebalnya ¼ in. Sehingga tangki dengan tebal dinding ≥¼ in dianggap bebas dari D dan H. Substitusi ¼ in ke persamaan 3.18 dan 3.19:
*Dengan menggunakan Persamaan 3.3 dan
mendiferensiasi biaya total C terhadap diameter vessel D, dengan volume V diketahi dan faktor biaya c1, c2, c3, c4, dan c5 sebagai konstanta diketahui akan diperoleh:
*Untuk biaya minimum, dC/dD=0 sehingga:
* * Biaya tangki ini merupakan fungsi sebagai berikut:
D dan H
* Setelah dilakukan penurunan rumus akan diperoleh:
* *Biasanya dibuat dari pelat tunggal baja dengan proporsi D= H
*Tebal pelat antara 3/16 in atau ¼ in dengan lebar kurang dari 60 in
*Baja ringan SA-7, SA-283, Grade C or D
* Mayoritas berbentuk silinder karena struktur yang kuat dan mudah dibentuk. Beberapa jenis stress dapat terjadi pada silinder ini antara lain:
*Longitudinal > tekanan dari dalam tangki *Circumferensial> tekanan dari dalam tangki *Residual weld> panas terlokalisir *Stress akibat angin, salju, dan es, peralatan tambahan dan dampak masukan
*Stress karena perbedaan suhu
*
* * Untuk double-welded butt-joint:
* Untuk konstruksi lap-welded:
*Butt-Welding vs Lap-Welding
*
* *Pilih butt atau lap-welding tergantung bagaimana desain dan analisa keekonomian dalam pembuatan tangki
*Untuk tipe lap-welded horizontal joint, tebal maksimum lempengan adalah 5/8 inci.
*Untuk tipe lap-welded vertical joint, tebal maksimum lempengan adalah 3/8 inci.
* * Pengelasan tipe butt-welded joints bisa dilakukan pada
lempengan dengan berbagai ketebalan sampai dengan 1,5 inci untuk yang berbahan carbon-steel
* Pengelasan tipe butt-welded joints juga bisa dilakukan pada lempengan dengan berbagai ketebalan sampai dengan 13 inci untuk yang berbahan low-alloy high-strength steel
* Pengelasan butt-welding lempengannya harus dibentuk
16
persegi terlebih dahulu, sedangkan lap-welding tidak perlu
* Karena hal tersebut lap-welding terbilang lebih murah, namun pemasangan butt-welding sedikit lebih cepat
* *Struktur single-bevel double-welded butt joint
merupakan struktur pengelasan tangki yang kuat menahan angin (cocok untuk tangki yang tinggi)
*Struktur square-groove double-welded butt joint dan double-bevel double-welded butt joint dipilih untuk pengelasan tangki standar karena lebih ekonomis
*Panjang tumpukan pada lap-welding
sekurang-kurangnya adalah 5 kali tebal lempeng di mana dalam prakteknya tidak ada yang panjangnya kurang dari 1 inci
t
5t
*
* * Adalah pipa pendek yang dilas pada tangki yang berguna sebagai lubang masuk atau keluarnya fluida menuju atau keluar tangki
* Nozzle jenis ulir biasa digunakan bila
disambungkan dengan pipa berdiameter maksimal 3 inci
* Nozzle rata (tak berulir) digunakan untuk pipa berdiameter di atas 3 inci
* Letak nozzle keluaran biasanya terletak sedikit di atas dasar tangki yang bertujuan agar endapan tidak ikut terbawa fluida
* Di dasar tangki biasanya ada nozzle tambahan untuk menguras tangki
*
*
*
* Adalah lubang yang biasanya ada pada tangki ukuran besar untuk keluar masuknya orang dalam rangka mengamati kondisi ataupun membersihkan tangki
* *Semua
asesoris yang “terbuka” seperti nozzle dan manhole dengan diameter di atas 2 inci yang dipasang pada tangki harus diberi lempeng penguat
*Lempeng
penguat ini berfungsi untuk mencegah terjadinya kelebihan tekanan (overstressing) di sekeliling bagian yang terbuka tersebut
*
Cincin penguat (stiffening rings) http://www.mixtecna.com/products/mixers/1000-series-top-entry-open-tank-mixers
* Mengapa perlu struktur penguat? * Pada tangki besar biasanya rentan terjadi pembengkokan pelat tangki, biasanya terjadi karena faktor alam seperti angin atau gempa
* Struktur penguat pada tangki besar terbuka biasanya berupa logam berbentuk balok cincin yang dipasang mengelilingi tangki di bagian agak atas tangki (seperti terlihat pada gambar sebelumnya)
* Sebenarnya ada 2 cara untuk membuat tangki besar menjadi kokoh: 1. 2.
Memberi cincin penguat seperti disebutkan di atas Menambah ketebalan tangki
* Lebih dipilih poin 1 karena bila menambah ketebalan tangki biayanya lebih mahal
Top Angle
Curb Angle
*
One Angle
Two Angles
Formed Plate
*Untuk
mendesain cincin penguat, bisa melihat tabel yang telah dibuat oleh API (American Petroleum Institute) di samping
*Kita
perlu tahu nilai Section Modulus (akan dijelaskan pada slide selanjutnya)
* * Section
Modulus bisa dinyatakan secara langsung sebagai kemampuan/daya tahan suatu balok terhadap pembebanan (Tui, 2010) * Karena pada dasarnya cincin penguat adalah balok yang dibentuk melingkar, kita perlu mencari nilai Section Modulus dalam mendesainnya sebagai struktur penguat * Persamaan untuk mencari nilai Section Modulus pada cincin penguat adalah sebagai berikut: di mana: z = Section Modulus (inci3) D = diameter tangki (ft) H = tinggi tangki (ft) * Dengan memperoleh nilai Section Modulus ini kita bisa langsung melihat tabel sebelumnya untuk mengetahui berapa ukuran dari cincin penguat yang dikehendaki
* *Diketahui: *Diameter tangki = 80 ft *Tinggi tangki = 40 ft *Ingin dipasang cincin penguat jenis Formed Plate
*Cincin penguat dibuat dari 20 buah balok *Ditanya: Bagaimana desainnya?
* Jawab: * Desain Formed Plate:
* Mencari nilai Section Modulus:
* Lihat Tabel:
* Tiap balok akan memenuhi sudut lingkaran tangki sebesar: 360o/20 = 18o * Desainnya seperti gambar di samping
* Menentukan nilai x:
* Panjang inside chord untuk 2 balok:
* Panjang outside chord untuk 2 balok:
* Panjang 1 balok:
* Jadi, dibutuhkan 20 balok dengan panjang masing-masing + 12 ft untuk membuat cincin penguat dengan lebar + 12 inci
* *Tangki tertutup mempunyai struktur tambahan di bagian atas, sehingga hanya memerlukan cincin penguat berukuran kecil. Diameter Penyangga Kolom (ft)
Ukuran minimum sudut penguat (in)
Kurang dari 35
2 1 2 𝑥2 1 2 𝑥 1 4
35-60
2 1 2 𝑥2 1 2 𝑥 5 16
Diatas 60
3𝑥3𝑥3 8
* *Self- supporting roof adalah atap yang
hanya disangga hanya pada lingkaran luar tanpa adanya tambahan penyangga terstruktur. *Jenis atap ini menyebabkan tegangan pada lapisan atap dan juga pada shell, maka dari itu diperlukan sudut penguat pada bagian persimpangan atap dan shell untuk menyerap tegangan.
Keterangan : 𝛼 = 𝑙𝑢𝑎𝑠 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑐𝑖𝑛𝑐𝑖𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑎𝑡 𝑖𝑛2 𝐷 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑡𝑎𝑛𝑔𝑘𝑖 𝑓𝑡 𝜃 = 𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 𝑘𝑒𝑟𝑢𝑐𝑢𝑡 𝑑𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 ° 𝑙𝑏 𝑃 = 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑎𝑡𝑎𝑝 𝑓𝑡 2
𝑇1 = 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑓 𝑝𝑒𝑟𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠 𝑝𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖𝑟 𝑘𝑒𝑟𝑢𝑐𝑢𝑡 𝑙𝑏 𝑖𝑛
𝑇2 = 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘 𝑝𝑒𝑟 𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠 𝑙𝑖𝑛𝑘𝑎𝑟𝑎𝑛 ( ) 𝑙𝑏 𝑖𝑛
𝑇3 = 𝐾𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙𝑇1 ( )
Gambar 3.19 Beban diatap kerucut
𝐹 = 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘 𝑙𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑟𝑎𝑛 𝑐𝑖𝑛𝑐𝑖𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑎𝑡 𝑙𝑏 𝜋𝐷2 𝑊 = 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑡𝑎𝑝 𝑙𝑏 . = 𝑃 4 𝑙𝑏 𝑓 = 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘 𝑖𝑛2
𝑙𝑏 𝑖𝑛
*
API Standard 12 C merekomendasikan Eq. 3.23 u/ menentukan luas penguat yang dibutuhkan
(3.23)
* Dik : - tangki steel dengan kapasitas minyak sebesar 55,000 bbl. - Beratap kerucut yang disangga dengan kolom internal, balok, dan kasau. Dit : Perhitungan desain tangki dan gambarnya Jawab:
* Asumsi : * Biaya shell per luas area (𝐶1) = 2x biaya dasar perluas area (𝐶2) * Biaya atap (𝐶3) = 1,8 𝐶2 * Biaya lahan (𝐶4) dan persiapan (𝐶5) = 0.4 𝐶2 Substitusi ke pers 3.9
D = 2.5 H
Substitusi ke persamaan 3.1 Jadi,tangki ini akan dibuat dengan diameter 100 ft dan tinggi 40 ft
* Tebal dasar shell (pers 3.18) Sedangkan tebal 𝑡3 dengan H= 24 ft adalah: 𝒕𝟏 = 𝟎. 𝟓𝟕 𝒊𝒏 𝒕𝟑 = 𝟎. 𝟑𝟒 𝒊𝒏
Digunakan 10 pirirngan dengan tebal sambungan lasnya adalah 5/32 in. panjang pusat masing-masing piring :
Tebal 𝑡4 dengan H= 15 ft adalah:
𝒕𝟒 = 𝟎. 𝟐𝟓 𝒊𝒏
Tinggi piringan shell adalah 8ft (sesuai standar)
Tebal shell kulit (pers 3.18) dengan tinggi 40 ft – 8 ft = 32 ft. 𝒕𝟓 = 𝟎. 𝟐𝟓 𝒊𝒏 𝒕𝟏 = 𝟎. 𝟒𝟔 𝒊𝒏
Gambar 3.21. Detail shell untuk contoh desain 3.23
* * Dengan menggunakan 10 kali panjang sudut atas, maka panjang setiap bagian sudut adalah :
Gambar 3.20 Tampilan elevasi shell untuk contoh desain 3.2
