bab 4 metode dan analisis instalasi pipa bawah · pdf filerute yang ditentukan sangat...

BAB 4 METODE DAN ANALISIS INSTALASI PIPA BAWAH LAUT

Laporan Tugas Akhir IV- 1 Analisis On-Bottom Stability dan Instalasi Pipa Bawah Laut Di Daerah Shore Approach

BAB

4 METODE DAN ANALISIS INSTALASI PIPA BAWAH LAUT

4.1 Pendahuluan

Semenjak ditemukanya ladang minyak di perairan dangkal di daerah Teluk Meksiko

sekitar tahun 1940-an, maka berkembang teknologi instalasi pipa di bawah laut.

Sekarang, dengan ditemukanya banyak ladang minyak dan gas diperairan dalam

membuat metode instalasi pipa bawah laut semakin maju dan berkembang, ada beberapa

metode yang biasa digunakan yaitu:

• Metode S-lay.

Digunakan untuk instalasi didaerah perairan dangkal/Shallow water dengan

kedalaman sampai dengan 500 ft.

• Metode J-lay.

Digunakan untuk instalasi didaerah perairan intermediate dengan kedalaman 500

ft sampai dengan 1000 ft.

• Metode Reel lay (kedalam 1000 ft keatas).

Digunakan untuk instalasi didaerah perairan dalam dengan kedalaman lebih dari

1000 feet.

Metode lain yang digunakan untuk instalsi pipa adalah shore pull methode dan tow

method yang bisa dibagi menjadi beberapa jenis yaitu, bottom tow, off-bottom tow, mid

depth tow, dan surface tow. Metode ini dapat digunakan untuk instalasi pipa pada daerah

laut dangkal ke laut dalam bergantung pada kebutuhan disain.



4.2 Metode Pemasangan Pipa (Lay Method)

4.2.1 Metode S-Lay

Metode yang paling sering digunakan dalam proses instalasi pipa untuk daerah perairan

dangkal adalah metode S-lay. Dalam metode S-lay, yang sketsa gambarnya dapat dilihat

pada Gambar 4.1, proses pengelasan pipa dilakukan bagian roller pada barge,

sedangkan keberadaan stinger digunakan untuk membentuk overbend dan ketika pipa

telah menyentuh dasar perairan maka akan membentuk sagbend. Overbend dan sag-

bend pada proses ini akan membentuk seperti huruf “S” sehingga disebut metode S-lay.

Gambar 4. 1 Sketsa metode instalasi S-lay.

Dalam metode S-lay tensioner yang berada pada barge akan menarik pipa yang akan

dipasang ke arah dalam dan memastikan bahwa tegangan dari semua pipa tidak melebihi

tegangan izin. Dalam barge dilengkapi dengan alat pengatur tegangan pipa (tension

machines), abandobmet and recovery winch, dan crane untuk mengangkat pipa.

Dalam proses instalasi setelah pipa ditempatkan pada roller yang kemudian akan

disambungkan dengan pipa melalaui proses las dalam sebuah tempat (welding stasion),

dalam welding station pipa akan mengalami pengelasan, kemudian dilakukan proses

Welding, coating stasion



pengecekan kekuatan las dengan non distucted test (NDT), setelah pipa lolos NDT maka

kemudian akan dilakukan pelapisan pada sambungan / field joint coating.

Gambar 4. 2 Contoh barge S-lay (Lorelay Barge (LB) 200).

4.2.2 Metode J-Lay

Untuk melakukan proses instalasi pipa bawah laut untuk perairan dalam digunakan

methode J-lay. Seperti yang terlihat pada sketsa proses J-lay pada Gambar 4.3, pada

metode J-lay ini tidak terjadi overbend seperti yang terjadi pada metode S-lay, tidak ada

stinger untuk menempatkan pipa dan pipa yang akan dilas dalam posisi mendekati

vertikal yang kemudian akan diturunkan ke laut. Pada barge J-lay dilengkapi dengan

tower yang digunakan untuk memposisikan pipa dan tempat penyambungan pipa.



Gambar 4. 3 Sketsa metode instalasi J-lay.

Gambar 4. 4 Contoh J-lay barge (Heerema’s Balder).

Wlding, coating stasion



4.2.3 Metode Reel Lay

Metode reel lay merupakan metode instalasi pipa dengan cara menggulung pipa panjang

pada sebuah gulungan berukuran raksasa yang kemudian pipa tersebut akan dipasang di

dasar laut seperti pada pemasangan kabel bawah laut.

Barge yang digunakan untuk menginstalasi pipa dilengkapi dengan gulungan (reel)

raksasa yang terdapat dibagian tengah barge, dilengkapi pula dengan adanya chute yang

berfungsi sebagai landasan sebelum pipa diturunkan agar pipa tidak tertekuk pada saat

instalasi.

Pipa yang dipakai untuk metode ini tidak diselimuti dengan beton akan tetapi pipa harus

tetap didisain supaya stabil setelah proses instalasi, hal ini dimaksudkan agar pipa dapat

digulung dalam reel. Adapun selimut yang digunakan untuk melindungi pipa adalah

digunakan bahan yang dapat digulung tanpa mengalami kerusakan seperti seperti jenis

bahan epoxy.

Pada proses instalasi dengan metode ini pipa yang akan dipasang dibuat terlebih dahulu

didarat kemudian akan ditarik dan digulung di reel raksasa dalam barge. Pada saat

penggulungan kurfatur pipa harus didisain agar tidak mengalami buckling dan ovalisasi

yang signifikan, selain itu tekukan pipa yang terjadi harus lebih kecil dari nilai leleh pipa

yang digunakan.

Setelah proses penggulungan kemudian kapal/barge akan bergerak menuju tempat

pemasangan pipa, pada lokasi ini pipa akan ditarik menuju chute yang kemudian di

turunkan. Barge kemudian bergerak menyusuri rute pipa yang telah direncanakan.

Setelah semua pipa terpasang kemudian ujung pipa diberi pelampung untuk

disambungkan dengan reel barge berikutnya. Akan tetapi biasanya satu reel barge

mempunyai kapasitas untuk menginstal seluruh pipa pada satu kali penggulungan. Pada

Gambar 4.5 dan Gambar 4.6 adalah contoh reel barge.



Chute

Reel

Barge

Sea Bottom

Sagbend

Gambar 4. 5 Sketsa metode instalasi Reel lay.

Gambar 4. 6 Technip’s DP vertical reel vessel Deep Blue (J-lay).

4.2.4 Tow Methods

Secara umum dapat digambarkan bahwa dalam tow method ini pipa akan dirakit di darat

dengan masing-masing segmen antara 200-300 meter yang kemudian akan diberi akses

menuju perairan melalui launching ramp atau roller yang dibangun sepanjang pantai

menuju surf zone. Setelah itu segmen pipa yang telah siap (telah melewati test) ditarik ke



laut dengan menggunakan barge/tow vessel yang berada 1000 meter atau lebih dari

pantai. Setelah segmen pipa pertama ditarik kemudian ujung segmen yang berada di

darat akan dilas dengan segmen berikutnya, sementara barge berpindah maju untuk

bersiap menarik kembali. Hal ini akan dilakukan sampai panjang pipa yang direncanakan.

a) Bottom Tow

Seperti namanya, pada metode ini pipa yang telah dirakit didarat akan di tarik ke laut

sampai dengan lokasi yang ditentukan tanpa menggunakan pelampung. Panjang pipa

pada setiap segmen ditentukan sesuai dengan kapasitas dari barge penarik yang

digunakan. Kapasitas barge penarik harus lebih besar dengan berat pipa di air (Ws)

ditambah dengan gesekan yang dialami pipa dengan tanah. Oleh karena itu besarnya

koefisien gesek tanah sepanjang jalur pipa harus diketahui.

Dalam perencanaanya, survey rute pernarikan pipa menjadi hal yang sangat mendasar

untuk dilakukan. Rute yang ditentukan sangat berpengaruh terhadap disain selimut pipa

(coating) untuk perhitungan kriteria abrasi, stabilitas selama penarikan (towing), ukuran

kapal penarik dan panjang optimum segmen pipa. Survey rute dan survey tempat instalasi

menyakut detail insvestigasi terhadap kondisi tanah, arus dasar perairan, kontur dasar

perairan, dan indentifikasi terhadap halangan sepanjang jalur penarikan.

Untuk pipa yang di bangun di daerah perairan dangkal maka pembuatan parit/trench perlu

dilakukan sesuai dengan peraturan yang berlaku dan untuk kepentingan stabilitas pipa itu

sendiri. Sketsa dari metode ini dapat dilihat pada Gambar 2.7.

Gambar 4. 7 Sketsa metode bottom tow.

Pipe

Tow cable

Tow vassel

Sea bed



b) Surface tow dan Mid-depth tow

Surface tow, seperti yang digambarkan pada Gambar 2.8, menggunakan ponton untuk

menopang pipa agar berada di permukaan atau dekat permukaan air. Sedangkan mid

depth tow, seperti yang di gambarkan pada Gambar 2.9, menggunakan peralatan untuk

mengapungkan pipa di bawah permukaan air untuk menghindari dari beban gaya

gelombang yang besar selama proses penarikan.

Gambar 4. 8 Sketsa metode surface tow.

Gambar 4. 9 Sketsa metode mid-dept tow.

Pipe

Bouy

Tow va ss el Hold-back vassel

Sea bed

Pipe Bouy

Tow va ss el Hold-back vassel Spar Bouy

Sea bed



Pada pelaksanaan kedua metode ini diperlukan dua buah barge/kapal untuk mengontrol

pengapungan rangkaian pipa, dua kapal tersebut terdiri dari kapal penarik (tow vessel)

dan kapal penahan (hold-back vessel).

Pelampung pada rangkaian pipa ini dipasang ketika pipa masih di darat, dan ketika sudah

berada pada tempat pipa tersebut digelar/diinstal menggunakan lay-barge yang dilengkapi

dengan stinger seperti pada Gambar 2.10 berikut.

Joining Barge

Pipe Bouy

Hold back vassel Spar Bouy

Stinger

Pipe Sea bed

Gambar 4. 10 Sketsa instalasi pipa.

c) Off-Bottom Tow

Off bottom tow adalah metode instalasi yang diadaptasi dari metode mid-depth tow.

Dalam pelaksanaanya metode ini juga mengunakan dua buah kapal sama seperti pada

metode mid-depth tow. Yang membedakan dari metode ini adalah digunakanya rantai

yang menggantung pada setiap pelampung, rantai ini berfungsi sebagai penyeimbang

agar rangakaian pipa berada pada kedalaman yang telah ditentukan dan dapat menahan

pipa tetap stabil ketika ada arus lateral selama proses penarikan. Ilustrasi metode ini

dapat dilihat pada Gambar 2.10.



Gambar 4. 11 Sketsa metode off-bottom tow.

4.2.5 Metode Shore Pull

Biasanya, untuk instalasi pipa dekat dengan pantai dan arahnya tegak lurus pantai

digunakan teknik dengan menarik pipa dari pantai. Pipa dilas disebuah lay barge dimana

pada ujung pipa pertama yang menuju darat dipasangi pull head, sebuah struktur

tambahan pada pipa dengan bentuk seperti pad-eye besar yang digunakan untuk

mengaitkan tali penarik dari darat.

Satu atau beberapa kabel penarik dipasangkan pada pull head dan disambungkan ke

winch yang berada di darat. Pipa yang ditarik kemudian diluncurkan ke air melalui jalur

pipa yang telah ditetukan. Selama proses penarikan, hal yang penting untuk diperhatikan

adalah gesekan antara pipa dan dengan tanah yang menentukan penentuan kapasitas

dari winch yang akan digunakan. Akan tetapi, untuk mengatasi adanya gesekan tesebut

dapat digunakan pelampung yang diikatkan pada pipa, fungsi dari pelampung ini adalah

untuk mengapungkan pipa aga tidak bergesekan dengan tanah sehingga dapat titarik

dengan winch dengan kapasitas yang lebih kecil. Pelampung ini diikatkan kesetiap

segmen pipa dengan jumlah tertentu sesuai disain yang direncanakan, pelampung-

pelampung ini akan dilepas ketika pipa sudah semua terpasang sehingga pipa tenggelam

kedalam air sesuai jalur pipa yang ditentukan.

Dalam pelaksanaannya pipa disambungkan di barge yang kemudian setelah diberi

pelampung kemudian diturunkan, sementara winch menarik pipa dari darat. Hal ini

Pipe Bouy

Tow va ss el Hold-back vassel

Sea bed Chain

Tow cable Tow cable



dilakukan sampai pipa terpasang semua, biasanya sampai dengan pipa sampai ke darat

atau ujung trench yang dibuat masuk kearah darat.

Berdasarkan kapasitas dari winch penarik yang digunakan, ada dua variasi dari metode

shore pull, yaitu:

a. Winch yang diletakan pada lay barge

Jika total berat di air pipa yang dianalisis masih pada kapasitas dari kapasitas winch yang

terdapat pada lay barge maka tidak diperlukan winch dengan kapasitas yang lebih besar

di darat. Penarikan pipa dilakukan dengan winch yang ada pada lay barge, seperti yang

telihat pada Gambar 4.12.

Gambar 4. 12 Metode shore pull dengan winch di lay barge.

b. Winch yang diletakan didarat

Pada keadaan dimana kapasitas winch yang dimiliki oleh lay barge tidak memenuhi

kapasitas yang dibutuhkan untuk menarik pipa walupun sudah ditambahkan alat

pelampung pada pipa maka digunakan winch yang diletakan didarat dengan kapasitas

yang lebih besar dan memenuhi kapasitas yang dibutuhkan, seperti yang terlihat pada

Gambar 4.13.



Gambar 4. 13 Metode shore pull dengan winch di darat.

4.3 Analisis Instalasi Pipa

Selama instalasi pipa, bending stress yang terjadi pada pipa harus dicek mengikuti

spesifikasi code yang dipakai. Seperti ditunjukan pada Gambar 14.14 untuk metode S-

lay, terdapat dua daerah dari pipeline yaitu daerah overbend dan sagbend. Daerah

overbend memanjang dari tensioner di barge deck, melewati barge ramp, dan turun ke

stinger sampai dengan titik lift-off dimana pipa tidak lagi ditumpu pada stinger.

Sedangkan daerah sagbend memanjang dari titik perubahan (inflection point) sampai

dengan thouch down point. Pada metode S-lay bending stress pada kedua daerah

tersebut adalah yang menjadi konsentrasi utama selama proses instalasi pipa, sedangkan

pada J-lay hanya sagbend yang menjadi perhatian. Sedangkan untuk reel lay bergantung

pada jenis instalasi yang dipakai antara S-lay atau J-lay.

Gambar 4. 14 Daerah overbend dan sagbend pada S-lay barge.



4.3.1 Overbend

Pipe curvature, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4.15, pada daerah overbend

selalu dikontrol posisi yang tepat untuk tahanan ramp, dan posisi dari stringer. Pada

umumya, radius kurfatur dari overbend ditentukan agar maksimum bending stress pipa

tidak lebih dari 85% SMYS. Persamaan regangan tekuk (bending strain) pipa adalah:

RD2

=ε

Dimana :

D = diameter luar pipa

R = jari-jari kurvatur dari onverbend

Sedangkan persamaan untuk tegangan aksial tekuk (axial bending stress) adalah:

RED2

=σ

Dimana :

E = Modulus elastisitas (3x106 psi)

Oleh karena itu, nilai minimum dari jari-jari overbend adalah:

FDEDR

.2 0σ=

Dimana :

F = factor disain (0.85)

0σ = specified minimum yield stress (SMYS)

Analisis diatas mengasumsikan bahwa pipa mengalami tekuk yang seragam/sama di atas

barge dan stinger. Pada kenyataanya, tekuk pipa dan tegangan pada overbend lebih dari

itu, oleh karena itu digunakan program komputer untuk menghitung secara akurat

tegangan pada analisis overbend.



Gambar 4. 15 Distribusi momen pada stinger.

4.3.2 Sagbend

Untuk dapat mengerti mengenai bending stress terutama untuk daerah sagbend, ada

beberapa metode untuk menganalisis stress di sagbend yaitu, metode linear beam,

nonlinear beam, natural catenary, stiffed catenary dan finite element. Setiap metode

memiliki persyaratan sesuai dengan kondisi instalasi pipa. perbandingan dari ketiga

metode analisa stress tersebut disajikan dalam Tabel 4.1.

Table 4.1 perbandingan metode analisis pipa

Metode Instalasi Aplikasi Kondisi batas Validitas

Linear beam Perairan dangkal Terpenuhi Defleksi kecil

Nonlinear beam Semua perairan Terpenuhi Defleksi besar dan

kecil

Natual catenary Perairan dalam Tidak terpenuhi Kekakuan kecil

Sitiffed catenary Periran dalam Terpenuhi Kekakuan kecil

Finite element Semua kedalaman Terpenuhi Defleksi besar dan

kecil

Metode finite element (FE), linear dan nonlinear adalah yang umum digunakan untuk

analisis pemasangan pipa. Beberapa program nonlinear finite element umum digunakan

untuk menganalisa pipeline selama instalasi. Berikut adalah persamaan nonlinear bending

stress :



Gambar 4. 16 Sktesa bending pada pipa.

dsdSecT

dsdSec

dsdEIq θθθθ 202

2

−

=− (4. 1)

Dimana:

q = berat satuan dalam pipa

EI = kekakuan tekuk pipa

T0 = tegangan efektif pipa bagian bawah

s = jarak panjang bentang pipa

θ = sudut pada jarak s

Beberapa program komputer yang dibuat berdasarkan metode analisa diatas dapat

digunakan untuk menganalisa instalasi pipa, beberapa program yang dapat digunakan

untuk menganalisa instalasi pipa diantaranya adalah OFFPIPE, ANSYS, FLEXCOM 3D,

dan ORCAFLEX. Pada Tugas Akhir ini digunakan program OFFPIPE yang memang

kusus digunakan untuk menganalisa pada saat disain instalasi pipa.

θ

bab 4 metode dan analisis instalasi pipa bawah · pdf filerute yang ditentukan sangat...

Documents