50245652 tipe bejana vessel

TIPE-TIPE BEJANA / TANGKI

Head adalah bagian tutup suatu bejana (vessel) yang penggunaan

disesuaikan dengan tekanan operasi bejana. Tutup bejana ini tebagi menjadi 6

bentuk yaitu:

a. Bejana ½ Bola (Hemispherical)

Suatu tutup bejana setengah bola adalah bentuk yang paling kuat, mampu

menahan tekan dua kali banyak dari bentuk tutup torispherical dilihat dari

ketebalan yang sama. Ongkos pembentukan suatu tutup bejana setengah bola,

bagaimanapun lebih tinggi dibandingkan dengan yang untuk suatu tutup

berbentuk torispherical. Tutup bejana yang setengah bola ini biasanya digunakan

pada tekan tinggi.

Gambar 1. Bejana ½ Bola (Hemispherical)

Dari berbagai macam pengujian, didapat bahwa untuk tekanan sama di

bagian yang silindris dan tutup setengah bola dari suatu bejana, ketebalan dari

1

tutup yang diperlukan adalah separuh silinder tangkinya. Bagaimanapun, ketika

pembesaran dari dua bagian berbeda, tekan discontinuitas akan di-set ke arah

tutup dan sampingan silinder. Untuk tidak ada perbedaan di dalam pembesaran

antara kedua bagian (ketegangan diametral yang sama) dapat ditunjukkan bahwa

untuk baja (perbandingan Poisson D 0.3) perbandingan dari ketebalan tutup

bejana setengah bola ketebalan jumlah maksimumnya, secara normal sama

dengan 0.6 (Brownell dan Young 1959). Cara perancangan tutup tipe

Hemispherical adalah sebagai berikut :

1. Cara Brownell & Young

Hemispherical head

Langkah-langkah perancangan:

◘ Trial th

◘ Tentukan nilai rc (radius of curvature)

rc = d/2 (1)

◘ Tentukan nilai rc/(100 th)

◘ Pilih grafik sesuai dengan bahan konstruksi pilihan yang

memberikan nilai yield point (Tabel 5.1 Brownell dan Young

1959) yang masuk dalam kisaran grafik tersebut.

◘ Tentukan nilai f/E

Tarik garis horizontal dari nilai (l1/100 th) = rc/(100 th) ke arah kanan

memotong garis “sphere line”, Kemudian tarik garis ke arah

bawah.

◘ Tentukan nilai B

Dari nilai f/E tarik garis vertikal ke arah suhu operasi bejana,

kemudian dari perpotongan garis tersebut tarik garis horizontal

ke kanan.

◘ Tentukan nilai r/th

(2)

◘ Tentukan Pallow.

2

(3)

◘ Bandingkan nilai Pallow. dengan Plingkungan = 15 psi.

Perhitungan benar jika Pallow. > Plingkungan, tapi tidak Pallow. > >>

Plingkungan.

Jika Pallow. < Plingkungan. maka lakukan trial th kembali dengan

langkah sama seperti di atas ( dengan nilai trial th berikutnya >

nilai trial th sebelumnya).

2. Cara Buthod & Megyesy

Hemispherical head


◘ Trial th

◘ Tentukan nilai A

(4)

Ro = Do/2

◘ Pilih Grafik (hal. 41-45 Brownell dan Young 1959) sesuai

dengan bahan konstruksi yang digunakan.


Dengan cara menarik garis vertikal dari nilai A yang diperoleh ke

arah suhu operasi bejana, kemudian tarik garis horizontal ke arah

kanan.

◘ Tentukan

tekanan

kerja

maksimum

yang

3

diizinkan

(Pa)

(5)

Pa = tekanan kerja maksimum yang diizinkan, psi.

Jika nilai A berada di daerah sebelah kiri garis-garis suhu maka

Pa ditentukan menggunakan rumus sebagai berikut:

(6)

dengan: E = Modulus elastisitas bahan konstruksi pada suhu

tertentu.

◘ Bandingka

n nilai Pa

dengan

Plingkungan = 15

psi.

Perhitungan benar jika Pa > Plingkungan, tapi tidak Pa. > >>Plingkungan.

Jika Pa < Plingkungan. maka lakukan trial th kembali dengan langkah

sama seperti di atas ( dengan nilai trial th berikutnya > nilai trial th

sebelumnya).

b. Bejana Ellips Piring (Ellipsoidal)

Kode spesifikasi untuk head ini sudah dibakukan oleh ASME-API

(American Petroleum Institute) pada konferensi ASME. Head tipe ini digunakan

pada bejana yang beroperasi pada tekanan > 200 sampai 400 psig.

4

Gambar 2. Bejana Ellips Piring (Ellipsoidal)

Tutup bejana Ellipsoidal yang standar dihasilkan dengan suatu perbandingan

poros utama dan kecil sebesar 2:1. Cara perancangan tutup tipe Ellipsoidal adalah

sebagai berikut :


Ellipsoidal head

Langkah-langkah perancangannya sama dengan Hemispherical head.

Perbedaan hanya pada perhitungan rc awal dengan menggunakan

persamaan di bawah ini:

rc = k * d (7)

Nilai k tergantung pada nilai (a/b) (Fig. 5.2 Brownell dan Young

1959), distribusi nilai k pada berbagai nilai (a/b) dapat dilihat pada

Tabel 2 di bawah ini. Umumnya a/b yang digunakan adalah 2.

5

Tabel 1. Distribusi Nilai k pada Berbagai Nilai a/b

a/b 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1

k 1,36 1,27 1,18 1,08 0,99 0,9 0,81 0,73 0,65 0,57 0,5


Elliptical head

Langkah-langkah perancangannya sama dengan Hemispherical

head.

Perbedaanya pada nilai Ro, setiap Do pada persamaan torispherical

diganti dengan Ro.

Ro = k Do (8)

Nilai k dapat dilihat pada Tabel 1 pada setiap distribusi a/b.

Umumnya digunakan a/b = 2.

c. Torispherical Head

Suatu bentuk torispherical, yang mana sering digunakan sebagai penutup

akhir dari bejana silindris, dibentuk dari bagian dari suatu torus dan bagian dari

suatu lapisan. Bentuknya mendekati dari suatu bentuk lonjong tetapi adalah lebih

murah dan lebih mudah untuk membuatnya.

6

Gambar 3. Torispherical Head

Keterangan : * (on demand)

d = inside diameter

D = outside diameter

S = thickness

R = dishing radius

r = knuckle radius

h = straight flange

H = total depth

Tutup torispherical yang standar adalah penutup yang paling umum

digunakan sebagai penutup akhir untuk bejana yang beroperasi pada tekan 15 bar.

Dia dapat digunakan untuk tekan yang lebih tinggi, tetapi di atas 10 bar, biayanya

harus dibandingkan dengan suatu tutup ellipsoidal. Diatas 15 bar, suatu tutup

7

ellipsoidal pada umumnya terbuktikan sebagai penutup paling hemat untuk

digunakan.

Head tipe ini digunakan pada bejana yang beroperasi pada tekanan 15-200

psig dan dapat dinaikkan dengan mengurangi local stress yang berada pada sudut

head, yaitu dengan cara membuat ior head ini sekurang-kurangnya 3 kali tebal

shell atau 6 % diameter dalam bejana.

Bentuk torispherical yang sering digunakan sebagai penutup akhir dari

bejana silindris, dibentuk dari bagian suatu torus dan bagian dari suatu lapisan.

Bentuknya mendekati bentuk lonjong tetapi lebih murah dan lebih mudah untuk

membuatnya. Perbandingan radius sendi engsel dan radius mahkota harus dibuat

kurang dari 6/100 untuk menghindari tekuk. Tekan akan menjadi lebih tinggi di

bagian torus dibanding bagian yang berbentuk bola.

Ada dua ujung batas tutup bejana torispherical: bahwa antar bagian yang

silindris dan tutupnya, adan itu adalah pada ujung dari radius mahkota dan radius

sendi engsel. Penekukan dan shear stress disebabkan oleh pembesaran diferensial

yang terjadi pada titik-titik ini harus diperhitungkan di perancangan tutup bejana

tersebut. Suatu pendekatan yang diambil adalah menggunakan persamaan dasar

untuk suatu bentuk setengah bola dan untuk memperkenalkan konsentrasi tekan

atau bentuk, faktor yang memungkinkan tekan bisa ditingkatkan dalam kaitan

dengan discontinuitas.


Torispherical head


Perbedaanya pada nilai rc yaitu:

rc = d (9)


Torispherical head


Perbedaanya pada nilai Do, setiap Ro pada persamaan Hemispherical

diganti dengan Do.

8

d. Bejana Piring Standar (Flanged Standart Dished & Flanged Shallow

Dished Heads)

Tutup jenis ini umunya digunakan untuk bejana horizontal yang

menyimpan cairan yang mudah menguap (volatile), seperti: nafta, bensin, alkohol

dan lain-lain. Sedangkan pada bejana silinder tegak biasanya digunakan sebagai

bejana proses yang beroperasi pada tekan rendah (vakum).

Jika diinginkan diameter tutup ≤ diameter shall maka digunakan flanged

standart dished sedangkan jika diinginkan diameter tutup ≥ diameter shell maka

digunakan flanged shallow dished head.

Sizes 14 to 252 inches diameter. From 12 gauge to 1-1/8 inches thick.

Gambar 4. Flanged Standard Dished & Flanged Shallow Dished Heads

e. Bejana Konis (Conical Head)

Tutup bejana konis biasanya digunakan sebagai penutup atas pada tangki

silinder tegak dengan alas flat bottom yang beroperasi pada tekan atmosperik.

Disamping itu juga digunakan sebagai tutup bawah pada alat-alat proses seperti:

evaporator, spray dryer, crystallizer, bin, hopper, tangki pemisah dan lain-lain.

9

Gambar 5. Conical Head

Besarnya sudut (α) yang dibentuk pada jenis konis pada tutup atas tangki

silinder tegak dengan alas flat bottom adalah < 450C (menurut Morris), tetapi

menurut Buthod & Megsey < 300C. sebaiknya menggunakan α < 300C, karena

300C < α < 600C adalah kemiringan sudut yang dibentuk tutp konis untuk tutup

bawah bejana (bin, hopper) yang mengalirkan cairan 300C < α < 450C dan 450C <

α < 600C untuk mengalirkan butiran padatan.


Conical head


◘ Trial th

◘ Tentukan nilai l

(10)

α adalah sudut puncak. Jika α = 45o maka bejana tanpa stiffeners.

◘ Tentukan nilai l/do = l/d

◘ Tentukan nilai do/th = d/th

◘ Pilih grafik sesuai dengan bahan konstruksi pilihan yang

memberikan nilai yield point (Tabel 5.1) yang masuk dalam

kisaran grafik tersebut.

◘ Tentukan nilai f/E

Tarik garis horizontal dari nilai (l/do) ke arah kanan memotong

garis do/th = do/t, Kemudian tarik garis ke arah bawah.


Dari nilai f/E tarik garis vertikal ke arah suhu operasi bejana,

kemudian dari perpotongan garis tersebut tarik garis horizontal

ke kanan.

◘ Tentukan Pallow.

10

(11)

◘ Bandingkan nilai Pallow. dengan Plingkungan = 15 psi.

Perhitungan benar jika Pallow. > Plingkungan, tapi tidak Pallow. >

>>Plingkungan.

Jika Pallow. < Plingkungan. maka lakukan trial th kembali dengan

langkah sama seperti di atas ( dengan nilai trial th berikutnya >

nilai trial th sebelumnya).


Conical head

Gambar 6a.

Gambar 6b.

Langkah-langkah perancangan untuk Gambar 6a:

11

αL

Dl

te

α

Dl

DS

Lte

◘ Trial th

◘ Tentukan nilai L (in)

(12)

dengan: Dl = Do

◘ Tentukan nilai te

te = th cos α (13)

◘ Tentukan nilai Le

Le = L/2 (14)

◘ Tentukan nilai Le/Dl dan Dl /te

◘ Tentukan nilai A (Grafik hal. 40)

Dari nilai Le/Dl (= L/Do pada Grafik ) tarik horizontal ke kanan

momotong nilai Dl /te (= Do/t pada Grafik). Kemudian tarik garis

ke bawah

◘ Pilih Grafik (hal. 41-45) sesuai dengan bahan konstruksi yang

digunakan.


Tarik garis vertikal ke arah suhu operasi bejana (pada grafik yang

dipilih). Kemudian perpotongan garis tersebut, tarik garis

horizontal ke kanan.

◘ Tentukan Pa

(15)

Jika nilai A berada di daerah sebelah kiri garis-garis suhu maka Pa

ditentukan menggunakan rumus sebagai berikut:

(16)

◘ Bandingka

n nilai Pa

dengan

12

Plingkungan = 15

psi.

Perhitungan benar jika Pa > Plingkungan, tapi tidak Pa. > >>Plingkungan.

Jika Pa < Plingkungan. maka lakukan trial th kembali dengan langkah

sama seperti di atas ( dengan nilai trial th berikutnya > nilai trial th

sebelumnya).

Langkah-langkah perancangan untuk Gambar 6b:

◘ Trial th

◘ Tentukan nilai L (in)

(17)

dengan: Dl = Do

◘ Tentukan nilai te

te = th cos α (18)

◘ Tentukan nilai Le

Le = (L/2)(1+ DS /Dl) (19)

Langkah-langkah selanjutnya sama dengan cara Gambar 1.

f. Bejana Datar (Flanged – Only Head)

Perancangan tutup bejana ini adalah yang paling ekonomis karena

merupakan gabungan antara flange dan flat plate.

13

Sizes 14 to 275 inches diameter. From 12 gauge to 1 inch thick. I.D. or O.D.

Gambar 7. Flanged – Only Head

Aplikasi dari flanged-only dapat digunakan sebagai tutup bejana

penyimpan jenis silinder horizontal yang beroperasi pada tekan atmosferik. Tipe

bejana dengan jenis tutup ini dapat digunakan unutk menyimpan fuel oil (minyak

bahan bakar), kerosin, minyak solar ataupun cairan yang mempunyai tekanan uap

rendah, disamping itu dapat juga digunakan sebagai tutup atas konis, kisaran

diameternya ≤ 20 ft.

Tutup bejana setengah bola, ellipsoidal dan torispherical secara bersama

dikenal sebagai tutup bejana yang bundar. Mereka dibentuk dengan menekan atau

memutar, diameter yang besar dibuat dari bagian pembentukan. Tutup

torispherical sering dikenal sebagai tutup bagian akhir. Ukuran yang lebih

disukai dari tutup bejana yang bundar diberikan didalam standard dan kode.

Persamaan untuk ketebalan dinding pada table 1.1. Volume penuh Vo dan

permukaan S sebagai V/Vo yang akan berhubungan dengan kedalaman atau

ketinggian H/D pada vessel horizontal.

14

Tabel 1 Tabel Data-data Standar API untuk Tangki

Kode ASME memberikan persamaan yang berhubungan ketebalan dinding

terhadap diameter, tekanan, ketegangan, dan efisiensi sambungan. Sejak ASME

hanya menyebutkan hubungannya dengan shell yang tipis, beberapa pembatasan

diletakkan pada aplikasinya. Untuk bentuk yang tidak biasanya, tidak ada metode

perancangan yang sederhana, uji coba harus dilakukan untuk bentuk yang

15

dibutuhkan. Persamaan diekpresikan dalam bentuk berdimensi. Walaupun jarang

dipergunakan,persamaan yang tak berdimensi, misalnya Do, dapat diturunkan

dengan mensubstitusikan Do = 2t untuk D. Untuk perbandingan 2:1, ellipsoidal

head misalnya:

Sebagai tambahan pada shell dan head, kontirbusi berat pada vessel dapat

memerlukan nozzle, manway, kebutuhan internal lainnya, dan struktur pendukung

seperti lugs untuk vessel horizontal dan skirt untuk vessel vertical. Nozzle dan

manway distandarisasi untuk perhitungan tekanan yang berlainan; dimension dan

beratnya ditunjukkan pada catalog pabrik. Perhitungan alat ini akan membantu

sekitar 10-20% dalam perhitungan berat vessel.

Persamaan Brownell & Young untuk head jenis flange-only :

cf

CPdth

Keterangan :

th = tebal head, in

d = diameter dalam shell, in

P = tekanan perancangan, psi

f = stress yang diizinkan, psi

C = konstanta dari appendix H atau Fig 13.8

c = faktor koreksi

16

50245652 tipe bejana vessel

Documents