assem banget

Jurnal Tugas Akhir

1

ANALISA VARIASI DIAMETER DAN VARIASI DESIGN BY-PASS PADA SISTEM PERPIPAAN

ROPP-030.

Widhia Krisna Prayuda1, Wisnu Wardhana2, Murdjito3 1Mahasiswa Teknik Kelautan, 2,3Staf Pengajar Teknik Kelautan

Abstrak

Suatu sistem perpipaan membutuhkan adanya by-pass yang digunakan sebagai jalur alternatif apabila main line mengalami kerusakan atau dalam keadaan maintenance. Untuk perancangan by-pass suatu system perpipaan perlu dilakukan stress analysis dan flexibility analysis. Analisa ini berguna untuk melihat apakah system by-pass tersebut memenuhi code untuk diaplikasikan. Dalam perancangan by-pass system perpipaan ini perlu dilakukan variasi, baik itu variasi diameter ataupun design. Penelitian ini membahas tentang variasi terhadap diameter dan design by-pass pada sistem perpipaan ROPP 030. Yang dianalisa dengan menggunakan bantuan software CAESAR 5.1. Dari hasil analisa yang telah dilakukan diperoleh nilai tegangan maksimum adalah 249422.4 Kpa dengan Allowable stress 183400.5 Kpa pada load case Occasional yang terjadi pada design alternatif 2 diameter 8 inchi dan nilai displacement maksimum yang terjadi adalah 5.781 mm ke arah negatif pada sumbu z dengan allowable displacement 5 mm yang terjadi pada design alternatif 1 diameter 4 inchi. Sebelum melakukan analisa menggunakan CAESAR 5.1 perlu dilakukan analisa pressure input pada by-pass dengan menggunakan software ANSYS. Dari analisa pressure input diperoleh nilai pressure input maksimum sebesar 20.1 kg/cm2 yang terjadi pada by-pass diameter 4 inchi. Kata Kunci : by-pass, stress analysis, flexibility analysis, CAESAR II, ANSYS.

1. PENDAHULUAN Pada era globalisasi ini hampir seluruh aspek kehidupan menggunakan teknologi. Dan untuk perkembangan teknologi dibutuhkan sumber daya alam yang cukup. Oleh karena itu, banyak pihak yang melakukan eksplorasi sumber daya alam di seluruh dunia. Salah satu sumber daya alam yang banyak dicari adalah minyak dan gas bumi. Banyak teknologi yang dikembangkan untuk menunjang kegiatan eksplorasi minyak dan gasbumi. Baik itu digunakan untuk kegiatan eksplorasi ataupun distribusi. Salah satu teknologi yang digunakan untuk kegiatan eksplorasi minyak dan gas bumi adalah sistem perpipaan. Sistem perpipaan ini digunakan untuk mengalirkan minyak dan gas hasil eksplorasi baik itu dari suatu sistem produksi atau antar sistem produksi. Suatu sistem perpipaan yang digunakan untuk kegiatan eksplorasi melwati proses perancangan yang cukup rumit dan panjang. Hal ini dikarenakan ketersediaan lahan dan finansial yang terbatas untuk mengakomodasi sistem perpipaan dalam suatu sistem produksi. Selain itu suatu sistem perpipaan juga dirancang untuk tetap beroperasi meski dalam keadaan maintenance. Karena apabila sistem perpipaan berhenti dalam waktu yang cukup lama dapat menyebabkan perusahaan merugi dengan jumlah yang tidak kecil.

Oleh karena itu diperlukan suatu saluran alternatif dalam sistem perpipaan yang berfungsi untuk menjadi aliran sementara ketika aliran utama sedang dalam proses perawatan. Saluran alternatif tersebut dirancang dengan ukuran diameter yang lebih kecil atau paling tidak sama dengan diameter main line. Hal ini dikarenakan saluran tersebut tidak selalu dipergunakan dalam keadaan operasi, apabila diameter pipa yang digunakan sama dengan ukuran diameter main line maka biaya yang dipergunakan akan membengkak. Untuk itu perlu dilakukan analisa terhadap variasi ukuran diameter dan jalur saluran alternatif tersebut. Analisa tersebut dpat dilakukan dengan software komputer, salah satunya adalah dengan menggunakan software CAESAR 5.1. Namun dalam perancangan dan analisa yang dilakukan perlu diberi kondisi batas yang berfungsi agar analisa yang dilakukan tidak terlalu luas. Selain itu juga digunakan untuk berjaga-jaga karena pada kondisi riil suatu sistem perpipaan tidak selalu berada seperti yang direncanakan saat melakukan design.

2. Dasar Teori 2.1 Sistem Perpipaan Sistem perpipaan memegang peranan penting dalam industri di dunia sekarang ini. Seperti pembuluh darah yang terdapat dalam tubuh kita (arteri dan vena),

Jurnal Tugas Akhir

2

sistem perpipaan digunakan untuk mengalirkan cairan, mencampur, serta barmacam-macam proses lainnya, baik yang sederhana maupun yang kompleks seperti di industri kimia dimana menggunakan berbagai jenis komponen-komponen pipa berbeda untuk mengukur, mengkondisikan, bahkan mengatur aliran fluida itu sendiri. Adapun bagian-bagian dari sistem perpipaan itu sendiri terdiri dari pipa, flange, sambungan (fitting), gasket, katup, reducer, belokan serta komponen-komponen pendukung lainnya. Komponen 2.2 Teori dasar tegangan pipa

Tegangan (stress) Intensitas gaya yang tegak lurus atau normal terhadap irisan disebut tegangan normal (normal stress) pada sebuah titik. Tegangan dilambangkan dengan σ. Secara matematis didefinisikan sebagai :

A

F

dengan : σ = tegangan (N/m2) F = gaya tegak lurus terhadap potongan (N) A = luas (m2)

Regangan (strain) Jika sebuah batang diberikan pembebanan langsung kemudian timbul tegangan, panjang batang akan berubah. Jika panjang awal batang adalah L dan perubahan panjang batang adalah δ L, maka regangan adalah hasil dari sebagai berikut :

Regangan (ε) = AwalPanjang

PanjangPerubahan =L

L

Regangan adalah ukuran deformasi dari bahan, tidak mempunyai satuan

Gambar 2. 1 Regangan Pada Batang

2.3 Kriteria analisis tegangan sistem perpipaan Seperti diketahui bahwa tujuan dilakukannya perhitungan analisis tegangan dari sistem perpipaan, secara singkat adalah untuk menjamin bahwa sistem perpipaan tersebut dapat beroperasi dengan aman tanpa mengalami kegagalan. Dalam kenyataannya, pipa yang didalamnya mengalir fluida, baik panas, dingin atau hangat - hangat kuku, akan mengalami pemuaian (expansion) atau pengkerutan (contraction) yang berakibat timbulnya gaya yang bereaksi pada ujung koneksi (connection), akibat dari temperatur, berat pipa dan fluida itu sendiri serta tentu saja

tekanan didalam pipa. Dengan demikian, sebuah sistem perpipaan haruslah didisain se-fleksibel mungkin demi menghindari pergerakan pipa (movement) akibat ekspansi termal atau thermal contraction yang bisa menyebabkan: 1. Kegagalan pada material pipa karena terjadinya

tegangan yang berlebihan atau over stress maupun fatigue.

2. Terjadinya tegangan yang berlebihan pada penyangga pipa atau titik tumpuan. 3. Terjadinya kebocoran pada sambungan flanges maupun di katup. 4. Terjadi kerusakan material di nozzle peralatan

(Pump, Tank, Pressure Vessel, Heat Exchanger dan lain sebagainya) akibat gaya dan momen yang berlebihan akibat ekspansi atau kontraksi pipa tadi.

5. Resonansi akibat terjadi getaran. Dalam system engineering terdapat dua kriteria (Chamsudi, 2005) yaitu Non Critical Piping dan Critical Piping. Non Critical Piping adalah jalur pipa tidak diperhitungkan dalam analisis tegangan pipa karena dimungkinkan tidak terjadi beban berlebih yang dapat mengganggu sistem perpipaan. Critical Piping adalah jalur pipa yang harus diperhitungkan dalam analisis karena dimungkinkan dapat terjadi beban – beban, yang nantinya dapat melebihi batasan beban yang diijinkan pada sistem perpipaan tersebut. Adapun beban – beban yang dimungkinkan terjadi tersebut disebabkan oleh : Hubungan temperatur dengan diameter pipa Fluida yang mengalir dalam pipa adalah fluida

aliran 2 fase Sistem perpipaan berhubungan dengan rotating

equipment Batasan beban yang diijinkan pada nozzle

equipment kecil Adanya gaya yang timbul secara periodik dari

komponen pipa, seperti PSV ( pressure safety valve)

Tegangan dan beban yang dianalisis harus dibuat sedemikian rupa sehingga memenuhi standard internasional. Kriteria untuk critical line merupakan fungsi suhu dan diameter pipa yang ditunjukkan dalam bentuk grafik pada Gambar 2.10 (Chamsudi, 2005) dengan sumbu absis adalah diameter pipa dan sumbu ordinat adalah suhu yang bekerja pada sistem perpipaan. Kategori 1 : Sistem Perpipaan yang dihubungkan dengan Static Equipment Kategori ini merupakan kategori untuk sistem perpipaan yang berhubungan dengan peralatan ( equipment ) yang statik atau diam. Adapun perlatan yang dimaksud antara lain vessel, coulum, heat exchanger dan lainnya.

Jurnal Tugas Akhir

3

Gambar 2. 2 Kriteria Critical Line untuk Pipa Terhubung Static Equipment

Kategori 2: Sistem Pipa yang dihubungkan dengan Mesin Rotasi Untuk semua sistem perpipaan yang dihubungkan dengan nozzle critical (rotating) equipment seperti turbin, kompresor, pompa dan lain-lain., harus dianalisa secara formal.

Gambar 2. 3 Kriteria Critical Line untuk Pipa Terhubung rotating Equipment Catatan : 1.) Kriteria “A” : Tidak Perlu dianalisis 2.) Kriteria “B” : Harus dikoreksi dengan metode sederhana yang ada 3.) Kriteria “C” : Detail analisis harus dihitung dengan computer. Selain dua kategori di atas, ada pengecualian khusus untuk sebuah sistem perpipaaan diperlukan analisis, yaitu karena bahan/material dari nozzle yang menghubungakn pipa dengan equipment memiliki batas beban yang diijinkan kecil. Seperti nozzle pada equipment air cooler yang biasanya dibuat dari material aluminium, mempunyai batasan beban lebih kecil daripada nozzle yang berasal dari meterial carbon steel. Analisis fleksibilitas haruslah berdasarkan pada batasan-batasan yang telah ditetapkan oleh standard yang ada, seperti API 610 dan/atau NEMA SM-23, jika manufaktur tidak mempunyai batasan. Code adalah sekelompok peraturan umum atau standar sistematis untuk disain, material, fabrikasi, instalasi, dan inspeksi yang dipersiapkan dalam suatu aturan

yang dapat diterapkan pada wilayah khusus tertentu dan juga dapat dibuat menjadi hukum. Standard adalah dokumen yang dipersiapkan oleh sekelompok profesional yang mempunyai kemampuan yang sangat baik dan pekerjaan engineering yang tepat dimana ditulis dengan kebutuhan yang diperintahkan. 2.4 Code dan Standard

Code adalah sekelompok peraturan umum atau standar sistematis untuk disain, material, fabrikasi, instalasi, dan inspeksi yang dipersiapkan dalam suatu aturan yang dapat diterapkan pada wilayah khusus tertentu dan juga dapat dibuat menjadi hukum. Standard adalah dokumen yang dipersiapkan oleh sekelompok profesional yang mempunyai kemampuan yang sangat baik dan pekerjaan engineering yang tepat dimana ditulis dengan kebutuhan yang diperintahkan. ASME/ANSI B31.3 ASME/ANSI B31.3 adalah code yang berisi peraturan untuk perpipaan yang umumnya ditemukan pada petroleum refineries, pabrik kimia, pabrik farmasi, tekstil, kertas, semikonduktor, dan pabrik-pabrik berkaitan dengan proses dan terminal. Tegangan yang Diijinkan ( Allowable Stress ) Kegagalan biasanya terjadi pada bagian yang mendapatkan regangan terbesar (highest cyclic strain). Tegangan yang diijinkan untuk thermal expansion stress adalah:

SA = 1.25 Sc + 0.25 Sh dimana : Sc = tegangan yang diijinkan pada temperaur lingkungan Sh = tegangan yang diijinkan pada temperatur operasi Tegangan yang diijinkan ini akan menjadikan sistem perpipaan aman beroperasi dalam siklus 7000 kali.

Tabel 2.1 Nilai faktor pengurang tegangan (f) Siklus (N) f <7000 7000-14000 14000-22000 22000-45000 45000-100000 >100000

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

Jika siklus yang terjadi diharapkan lebih dari 7000 kali dalam umurnya sistem perpipaan, maka tegangan yang diijinkan juga akan berkurang dengan menambahkan faktor pada formula diatas.

SA = f(1.25 Sc + 0.25 Sh) dimana : Sc = tegangan yang diijinkan pada temperatur lingkungan

Jurnal Tugas Akhir

4

hLtbax

n

SSSSA

F

t

PD 22 4

4

hLtbax kSSSSA

F 22 4

Sh = tegangan yang diijinkan pada temperatur operasi f = factor tegangan (fig. 302.3.5 ASME B31.3) Beban-beban pada Sistem Perpipaan

Beban Sustain Stress yang terjadi pada beban sustain

merupakan jumlah stress longitudinal Si akibat efek tekanan, berat, dan beban sustain yang lain dengan tidak melebihi dari Sh. Persamaan matematis dapat dinyatakan sebagai berikut:

Beban Occasional Stress yang terjadi pada beban occasional

merupakan jumlah stress longitudinal akibat tekanan, berat, dan beban sustain lain serta stress yang dihasilkan oleh beban occasional misalnya angin atau gempa. Stress ini tidak boleh melebihi 1.33Sh.

Beban Ekspansi

Stress yang diakibatkan oleh adanya ekspansi termal dan atau displacement Se akan dihitung dengan persamaan:

atbe SSSS 22 4 (2.26)

2221tOOiie MMiMi

ZS

(2.27)

2221000tOOiie MMiMi

ZS

(2.28) Dengan :

Z

MiMiS OOii

b

22

Z

MiMiS OOii

b

221000

Z

MS t

t 2 psi atau

Z

MS t

t 2

1000 kpa

Stress limit displacement dapat diberikan sebagai berikut:

ae SS dan

hca SSfS 25.025.1 , psi (kpa)

atau

lhca SSSfS )(25.1 , psi (kpa)

dengan : S

b = Resultan tegangan akibat beban lentur, psi

St = Tegangan puntir, psi

Mi = In-plane bending moment, in-lb

Mo = Out-of-plane bending moment, in-lb

ii = In-plane stress intensification factor

io = Out-of-plane stress intensification factor

Z = Section modulus of pipe, in3

Sa = Allowable stress untuk ekspansi termal, psi

Sc = Tegangan pada pipa dalam keadaan dingin Sh = Tegangan pada pipa dalam keadaan suhu tertentu

f = faktor pengurangan stress S

l = Stress sustain yang terhitung, psi

2.5 Penyangga Pipa Support adalah alat yang digunakan untuk menahan atau memegang sistem perpipaan. Support dirancang untuk dapat menahan berbagai macam bentuk pembebanan baik statis maupun dinamis. Penempatan support harus memperhatikan dari pergerakan sistem perpipaan terhadap profil pembebanan yang mungkin terjadi pada berbagai kondisi. Berdasarkan pembebanannya penyangga pipa dapat dibagi menjadi dua (Raswari, 1986) yaitu pembebanan statis dan pembebanan dinamis. Metode yang sederhana dalam memperkirakan tegangan yang terjadi pada pipa dan beban pada penyangga terhadap berat adalah (Smith, 1987) memodelkan pipa sebagai batang yang mempunyai beban terbagi rata pada panjangnya. Panjang batang sama dengan jarak antara penyangga. Jarak antar penyangga secara sederhana (Smith, 1987) ditentukan oleh persamaan sebagai berikut :

W

ZSL

10

Dimana : L = Jarak maksimum yang diizinkan antara

penyangga untuk pipa horizontal lurus (mm)

Z = Modulus pipa (mm3) S = Tegangan yang diijinkan (tergantung

pada bahan pipa, suhu, tekanan, dan code yang digunakan)

W = Berat per-satuan panjang (N/mm) Untuk pipa kritikal (Santoso, 2006) penentuan peletakan penyangga untuk pipa ditentukan oleh analisis dengan bantuan komputer. Peletakan penyangga juga harus memperhatikan letak pipa yang terdapat pada sekitarnya, letak pondasi struktur penyangga sipil (pipe rack).

Jurnal Tugas Akhir

5

3. Pengumpulan Data 3.1 Code dan standard Dalam penelitian tugas akhir ini code dan standart yang digunakan sebagai acuan adalah sebagai berikut:

ASME B31.3 PROCESS PIPING

3.2 Data-data system perpipaan NPS : 12 SCH : 10S Material : A312-TP-304 Design Temp : 65˚C Operating Temp : -85˚C Design Pressure : 16.5 Kg/cm-2 Fluid : 7.88 Kg/cu.m Insulation : 136 Kg/cu.m Insul thickness : 150 mm

3.3 Data-data gambar isometric sistem perpipaan

Gambar 2.7 Gambar Isometrik 1



3.4 View layout design dengan menggunakan

software SPR (Smart Plant Review) Dalam pengerjaan tugas akhir ini, sebelum melakukan analisa tegangan menggunakan software Caesar II 5.1. kita harus melihat layout design dengan menggunakan software SPR (Smart Plant Review). Untuk dapat mengetahui routing pada pipa. Sehingga nantinya kita dapat melakukan redesign sesuai dengan layout design tersebut. 3.5 Pemodelan menggunakan Software ANSYS

Pemodelan sistem by-pass perpipaan ROPP 030 yang terhubung dengan saluran utama perpipaan. Hal ini bertujuan untuk menganalisa presure input pada by-pass yang selanjutnya akan dianalisa menggunakan software CAESAR II 5.1. 3.6 Pemodelan menggunakan Software Caesar II 5.1 Permodelan system perpipaan dengan menggunakan software Caesar II 5.1 memberikan gambaran baik visual berupa bentuk sistem perpipaan maupun hasil analisis mengenai tegangan, gaya, displacement dan momen yang terjadi maupun melaporkan terjadinya overstress. Kemudian dari hasil analisis (output) CAESAR II 5.1 diperoleh nilai force dan moment yang bekerja pada support dan equipment, yg kemudian dilakukan pipe stress analysis untuk mendapatkan suatu system perpipaan yg sesuai dengan allowable stress sehingga pipa tidak mengalami overstress.

4. ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Pressure Input pada By-pass Sistem

Perpipaan ROPP 030

Dalam sub bab ini mencantumkan berapa besar pressure input by-pass sistem perpipaan ROPP 030. Hal ini dilakukan karena data yang diperoleh hanya pressure input. Sedangkan by-pass yang menghubungkan by-pass dengan main line mengalami perubahan diameter dan perbedaan elevasi yang

Jurnal Tugas Akhir

6

menyebabkan besar pressure input berubah. Untuk memperoleh besar pressure input dapat dengan menggunakan software ANSYS. Langkah pertama yang dilakukan adalah dengan memodelkan sistem perpipaan ROPP 030 yang terhubung dengan by-pass seperti yang tertera pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.1 Model By-pass yang terhubung dengan Main Line pada ANSYS tampak samping

Gambar 4.2 Model By-pass yang terhubung dengan Main Line pada ANSYS tampak depan

Setelah melakukan pemodelan selanjutnya menganalisa model dengan software ANSYS. Analisa dengan ANSYS bertujuan untuk memperoleh besar pressure yang selanjutnya akan digunakan sebagai input pressure pada program CAESAR 5.1. Dari output pada software diambil local analisis pada daerah antara main line dan by-pass. Pada daerah tersebut diambil stress maksimum yang terjadi pada daerah tersebut. Stress maksimum dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.3 Pressure input pada by-pass diameter 4 inchi.



Jurnal Tugas Akhir

7


Dari hasil analisa dengan menggunakan program ANSYS diperoleh nilai pressure seperti tertera pada tabel berikut.

Tabel 4.1 Pressure Maksimum pada By-pass ROPP 030

Diameter By-pass (inch)

Pressure (kg/cm2)

4 20.1 5 18.1 6 14.9 8 8.46

4.2 Tegangan Maksimum pada By-pass Sistem

Perpipaan ROPP 030 Design Awal

Dalam sub bab ini hanya mencantumkan tegangan terbesar yang terjadi pada sistem perpipaan ROPP 030. Berikut adalah tabel hasil perhitungan tegangan yang diperoleh dari analisis statis menggunakan program CAESAR 5.1 :

Tabel 4.2 Tegangan Maksimum ROPP 030 pada Model Awal diameter 4 inchi

Actual Maximum Stress of Pipe Sistem

Node Cases Actual Stress (Kpa)

Allowable Stress (Kpa)

Ratio Remark

660 Hidrotest 52992.7 241316.5 22.7 Pass

660 Sustain 57126.5 137895.1 41.4 Pass

69 Occasional 77617.0 183400.5 42.3 Pass

90 Occasional 137026.4 183400.5 74.7 Pass

58 Expansion 20584.3 325060.2 6.3 Pass

69 Expansion 38170.6 324776.4 11.8 Pass

90 Expansion 79232.8 325308.2 24.4 Pass

Tabel 4.3 Tegangan Maksimum ROPP 030 pada Model Awal diameter 5 inchi




Ratio Remark

599 Hidrotest 55171.8 241316.5 22.9 Pass

599 Sustain 49712.6 137895.1 36.1 Pass

69 Occasional 56336.0 183400.5 30.7 Pass

90 Occasional 92982.1 183400.5 50.7 Pass

58 Expansion 21780.0 323236.7 6.7 Pass

69 Expansion 22128.8 322636.8 6.9 Pass

90 Expansion 47863.3 323165.0 14.8 Pass

Tabel 4.4 Tegangan Maksimum ROPP 030 pada

Model Awal diameter 6 inchi




Ratio Remark

220 Hidrotest 60495.4 241316.5 25.1 Pass

220 Sustain 45196.6 137895.1 32.8 Pass

220 Occasional 45707.8 183400.5 24.9 Pass

200 Occasional 71482.1 183400.5 39.0 Pass

20 Expansion 23576.9 323543.4 7.3 Pass

20 Expansion 17115.7 322362.2 5.3 Pass

200 Expansion 33518.7 323405.1 10.4 Pass

Tabel 4.5 Tegangan Maksimum ROPP 030 pada

Model Awal diameter 8 inchi




Ratio Remark

599 Hidrotest 71499.9 241316.5 29.6 Pass

500 Sustain 34775.2 137895.1 25.2 Pass

69 Occasional 37092.3 183400.5 20.2 Pass

90 Occasional 44730.9 183400.5 24.4 Pass

660 Expansion 27511.7 313280.5 8.8 Pass

69 Expansion 15288.2 328286.5 4.7 Pass

90 Expansion 18704.4 328409.5 5.7 Pass

Jurnal Tugas Akhir

8

Gambar 4.7 Grafik Tegangan Maksimum Model Awal Dari hasil tegangan maksimum yang terjadi pada sistem perpipaan disajikan di table tegangan maksimum diatas dapat diketahui bahwa tegangan maksimum yang terjadi pada sistem perpipaan ada yang melebihi batas allowable strees (tegangan yang dijinkan) yang ditetapkan telah ASME B31.3. 4.3 Analisa Gaya dan Momen By-pass Sistem

Perpipaan ROPP 030 Design Awal

Analisa gaya dan momen pada intinya bertujuan untuk mengetahui besarnya gaya dan momen yang diterima oleh nozzle peralatan (equipment), dalam hal ini adalah nozzle vessel dan pompa. Pada analisa ini besarnya gaya dan momen yang bekerja pada nozzle vessel dan pompa dapat dimodifikasi. Modifikasi dapat dilakukan adalah dengan cara mengubah penyangga ataupun jalur pipa. Selain untuk mengetahui beban pada nozzle, analisis ini juga digunakan untuk mengetahui besarnya beban yang diterima pada penyangga yang ada pada sistem perpipaan, sehingga dapat dibuat penyangga yang mampu menahan beban dari hasil analisis tersebut. Berikut adalah tabel beban yang diterima pada nozzle Vessel dan pompa dalam kasus pembebanan operasi dan sustain.

Tabel 4.6 Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 4 inchi

CASES Nozzle Item

Forces (N) Moments (N.m)

Fx Fy Fz Mx My Mz

Operasi N17 15 -966 53 344 14 2

Operasi N17 15 -749 7 77 11 0

Operasi N17 15 -966 53 344 14 2

Sustain N17 -2 -740 3 63 -6 0

Tabel 4.7 Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 5 inchi

CASES Nozzle Item


Fx Fy Fz Mx My Mz

Operasi N17 19 -1152 86 513 0 -6

Operasi N17 18 -808 10 99 -4 -10

Operasi N17 19 -1152 86 513 0 -6

Sustain N17 -5 -793 4 77 -12 0

Tabel 4.8 Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada

diameter 6 inchi

CASES Nozzle Item


Fx Fy Fz Mx My Mz

Operasi N17 19 -1345 121 683 -21 -20

Operasi N17 18 -865 14 120 -29 -27

Operasi N17 19 -1345 121 683 -21 -20

Sustain N17 -9 -846 4 90 -17 0

Tabel 4.9 Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada

diameter 8 inchi

CASES Nozzle Item


Fx Fy Fz Mx My Mz

Operasi N17 18 -

1749 197 1038 -85 -59

Operasi N17 17 -979 18 165 -98 -73

Operasi N17 18 -

1749 197 1038 -85 -59

Sustain N17 -16 -952 3 121 -29 1

Tabel 4.10 Beban Nozzle pada Pompa 37-P-102A/B

pada diameter 4 inchi

Nozzle Item

Cases Forces (N) Moments (N.m)

Fx Fy Fz Mx My Mz

(4010)/A

Operasi -7 -187 16 -60 -33 81

Operasi -14 -161 51 -33 -53 99

Operasi -7 -187 16 -60 -33 81

Sustain -9 -290 24 6 -20 12

(4020)/B

Operasi -7 68 10 -168 -31 108

Operasi -9 -2 2 -153 -27 96

Operasi -7 68 10 -168 -31 108

Sustain -32 -213 -3 -51 -19 4

Jurnal Tugas Akhir

9

Tabel 4.11 Beban Nozzle pada Pompa 37-P-102A/B pada diameter 5 inchi

Nozzle Item


Fx Fy Fz Mx My Mz

(4010)/A

Operasi -8 48 18 -186 -45 149

Operasi -22 116 74 -161 -74 185

Operasi -8 48 18 -186 -45 149

Sustain -17 -180 28 -53 -25 19

(4020)/B

Operasi -1 503 20 -369 -39 210

Operasi -4 320 -1 -321 -31 177

Operasi -1 503 20 -369 -39 210

Sustain -47 -21 -1 -154 -27 7



Nozzle Item


Fx Fy Fz Mx My Mz

(4010)/A

Operasi -7 336 23 -333 -57 231

Operasi -29 464 101 -319 -94 289

Operasi -7 336 23 -333 -57 231

Sustain -27 -68 32 -111 -29 24

(4020)/B

Operasi 10 1000 33 -585 -41 337

Operasi 8 640 -7 -483 -27 269

Operasi 10 1000 33 -585 -41 337

Sustain -64 166 1 -252 -35 7



Nozzle Item


Fx Fy Fz Mx My Mz

(4010)/A

Operasi -11 1191 45 -737 -82 438

Operasi -60 1554 178 -788 -138 564

Operasi -11 1191 45 -737 -82 438

Sustain -56 210 45 -248 -42 23

(4020)/B

Operasi 37 2283 80 -

1103 -32 656

Operasi 49 1370 -13 -811 -6 506

Operasi 37 2283 80 -

1103 -32 656

Sustain -117 514 4 -435 -57 -48

Dari beban pada nozzel vessel dan nozzle pada pompa yang tertera pada table-tabel diatas , gaya dan momen yang terjadi pada sistem perpipaan untuk selanjutnya dibandingkan dengan besar gaya dan momen yang diijinkan oleh fabrikasi.

4.4 Analisis Displacement By-pass Sistem

Perpipaan ROPP 030 Model Awal

Karena dalam sistem perpipaan bekerja beban-beban (beban operating, beban sustain) maka terjadi defleksi pada pipa sehingga terjadi pergeseran nodal (displacement) pada sistem perpipaan. Analisa displacement dilakukan terhadap semua kasus pembebanan. Berikut adalah tabel analisis displacement yang paling besar terjadi pada kasus pembebanan operating dan sustain yang didapat dari analisa statis program Caesar 5.1 :

Tabel 4.14 Tabel hasil analisa displacement pada

sistem perpipaan ROPP 030 pada Model Awal diameter 4 inchi

Kondisi

Displacement

Node Orientasi

Defleksi (mm)

Operasi

Dx -4.517 79

Dy -3.84 519

Dz 2.301 618

Operasi

Dx -3.563 220

Dy -1.971 660

Dz 1.619 909

Operasi

Dx -4.517 79

Dy -3.84 519

Dz 2.301 618

Sustain

Dx -0.735 678

Dy -0.762 670

Dz -0.346 129

Jurnal Tugas Akhir

10

Tabel 4.15 Tabel hasil analisa displacement pada sistem perpipaan ROPP 030 pada Model Awal

diameter 5 inchi

Kondisi

Displacement

Node Orientasi

Defleksi (mm)

Operasi

Dx -4.63 79

Dy -3.731 519

Dz 2.197 618

Operasi

Dx -3.447 220

Dy -1.96 660

Dz 1.381 160

Operasi

Dx -3.447 220

Dy -1.96 660

Dz 1.381 160

Sustain

Dx -0.38 678

Dy -0.506 670

Dz 0.231 598

Tabel 4.16 Tabel hasil analisa displacement pada

sistem perpipaan ROPP 030 pada Model Awal diameter 6 inchi

Kondisi

Displacement

Node Orientasi

Defleksi (mm)

Operasi

Dx -4697 79

Dy -3.67 519

Dz 2.122 618

Operasi

Dx -3.25 220

Dy -1947 660

Dz 1.39 160

Operasi

Dx -4.697 79

Dy -3.67 519

Dz 2.122 618

Sustain

Dx -0.261 220

Dy -0.38 898

Dz 0.183 598

Tabel 4.17 Tabel hasil analisa displacement pada sistem perpipaan ROPP 030 pada Model Awal

diameter 8 inchi

Kondisi

Displacement

Node Orientasi

Defleksi (mm)

Operasi

Dx -4792 79

Dy -3.595 519 Dz 2.015 618

Operasi

Dx -3.079 609 Dy -1915 660 Dz 1.37 170

Operasi

Dx -4.792 79 Dy -3595 519 Dz 2.015 618

Sustain

Dx -0.199 220 Dy -0.319 518 Dz 0.145 618

Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Displacement Model

Awal

Dari table diatas defleksi yang terjadi pada sistem perpipaan pada kondisi operasi dan kondisi sustain tidak ada yang melebihi batas aman yang telah ditentukan dalam proyek ROPP 030 yaitu <5 mm.

5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan Dari analisis Data yang telah dilakukan diperoleh beberapa kesimpulan antara lain sebagai berikut:

1. Dari hasil analisa tegangan dan displacement pada by-pass system ROPP 030. Stress dan displacement rata-rata masih memenuhi code dan standar fabrikasi equipment. Hasil analisa tegangan diperoleh nilai tegangan dan displacement maksimum yang

Jurnal Tugas Akhir

11

terjadi pada by-pass yang memenuhi code adalah:

Tegangan maksimum terjadi pada design alternatif 2 terjadi pada diameter 8 inchi dengan nilai actual stress 249422.4 Kpa dan Allowable stress 183400.5 Kpa pada load case Occasional, pada design alternatif tersebut terjadi over stress. Sedangkan yang masih memenuhi allowable stress terjadi pada design alternatif 1 diameter 8 inchi dengan nilai actual stress 186298.2 Kpa dan Allowable stress 311454.1 Kpa pada load case Expansion.

Displacement maksimum terjadi pada design alternatif 1 diameter 4 inchi dengan nilai 5.781 mm ke arah negatif pada sumbu z dengan allowable displacement 5 mm. Pada design tersebut perlu dilakukan penambahan pipe support atau redesign agar memenuhi allowable displacement yang telah ditentukan.

2. Dari hasil analisa tegangan dan fleksibilitas yang terjadi akibat gaya, momen dan defleksi pada by-pass sistem perpipaan ROPP 030. Semua variasi diameter dan design dapat diaplikasikan tergantung pada variasi pipe support.

5.2. Saran

1. Analisis dinamis by-pass system perpipaan ROPP 030.

2. Analisis statis by-pass sistem perpipaan ROPP 030 bisa dilakukan terhadap variasi material,thermal dan lain-lain.

3. Optimasi biaya by-pass dapat dianalisa apabila dilakukan variasi diameter, design dan thermal.

DAFTAR PUSTAKA Agustinus, Donny. 2009. Pengantar Piping Stress

Analysis. Jakarta: Entry Augustino Publisher ASME. 2004. B31.3-2004 Process Piping. New York

: American Society for Mechanical Engineer.

ASME. 2004. B31.3-2004 Power Piping. New York : American Society for Mechanical Engineer.

Chamsudy,Ahmad. 2005. “Diktat Pelatihan Pipe Stress Analysis”.Jakarta: Piping Departement. PT.Rekayasa Industri.

M, Victor Helguero. 1986. “Piping Stress Handbook”, 2nd Ed. Texas : Gulf Publishing Company.

Paul R.Smith –Thomas J.Van Laan, (1987), Piping and Support System, McGraw-Hill

Raswari,1986.”Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan UI-Press”,Jakarta .

Popov, E.P., Astamar, A. 1983. Mekanika Teknik Edisi Kedua (Versi SI). Jakarta : Erlangga

Hendra, Akbar, 2011. ”Analisa Pipe Support Terhadap Fleksibilitas dan Tegangan yang Terjadi pada Sistem Perpipaan Pt. PERTAMINA (Persero) Residu Catalyst Cracking Off Gas to Propylene Project (ROPP) 030”, FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

Ayesman, Dongky, 2011. ”Perancangan dan Analisa Konfigurasi Perpipaan dari Heat Exchanger ke Cooler Box Berdasarkan Stress Analysis (Studi Kasus : Pt. Rekayasa Industri)”, FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

Smith, Peter, 2005. “Piping Materials Selection and Applications”. United States of America.

assem banget

Documents