DESAIN DAN ANALISIS INSTALASI STRUKTUR PIPA BAWAH LAUT

TUGAS AKHIR

Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana

Oleh Fantri C. Sianturi NIM 15503013

Program Studi Teknik Kelautan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

Lembar Pengesahan

Tugas Akhir Sarjana

DESAIN DAN ANALISIS INSTALASI STRUKTUR PIPA BAWAH LAUT

Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan

sebelumnya baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya.

Bandung, _______________ Penulis

Fantri C SianturiNIM 15503013

Bandung, ________________

Pembimbing

Ricky Lukman Tawekal, Ph.D NIP 131 476 534

Mengetahui:

Program Studi Teknik Kelautan Ketua,

Dr.Ir. Muslim Muin, MSOE NIP 131 570 005

Pasfoto 3x4

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

TUGAS AKHIR Diberikan kepada :

Nama : Fantri C Sianturi NIM : 15503013 Judul Tugas Akhir adalah “ Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut “ , dengan isi Tugas Akhir sebagai berikut :

• BAB I PENDAHULUAN • BAB II DASAR TEORI • BAB III METODE DAN ANALISIS INSTALASI • BAB IV STUDI KASUS • BAB V PENUTUP

Tugas Akhir ini dibuat rangkap enam dengan rincian sebagai berikut : 1. Untuk Mahasiswa 1 buah 2. Untuk Pembimbing Tugas Akhir 1 buah 3. Untuk Penguji Sidang Tugas Akhir 2 buah 4. Untuk Tata Usaha Program Studi Teknik Kelautan 1 buah 5. Untuk Perpustakaan 1 buah

Bandung, Februari 2008

Menyetujui,

Koordinator Tugas Akhir, Pembimbing,

Krisnaldi Idris, Ph.D Ricky Lukman Tawekal, Ph.D NIP. 131 570 002 NIP. 131 476 534

Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut i

KATA PENGANTAR

Pertama-tama, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa

karena atas berkat Nya, penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir dengan judul “Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut”

ini dibuat sebagai salah satu syarat menyelesaikan tahap pendidikan sarjana (Strata-1)

di Program Studi Teknik Kelautan, Institut Teknologi Bandung.

Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak saran, bantuan, dan

dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan

ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak berikut ini.

� Ayah tercinta, Bitner Sianturi dan Ibu tercinta, Raudur Sidabutar atas

dukungan yang diberikan kepada penulis sampai penulis menyelesaikan

pendidikan sebagai sarjana dan doa yang tak pernah putus. Terima kasih telah

membesarkan saya hingga kini dengan penuh kasih sayang.

� Bapak Ricky Lukman Tawekal, Ph.D sebagai dosen pembimbing yang telah

bersedia membimbing, memberikan saran, dan memeberikan perhatian kepada

penulis selama mengerjakan Tugas Akhir.

� Bapak Krisnaldi Idris, Ph.D dan Bapak Ir. A. Hasan Bachri, M.Eng sebagai

dosen penguji seminar Tugas Akhir atas segala masukan dan koreksi terhadap

Tugas Akhir ini dan Bapak Krisnaldi Idris, Ph.D selaku koordinator Tugas

Akhir di Program Studi Teknik Kelautan ITB.

� Bapak Rildova, Ph.D dan Ibu Dr. Nita Yuanita, ST, MT sebagai dosen penguji

sidang Tugas Akhir atas semua masukan terhadap Tugas Akhir ini.

� Abang Omry P. Sianturi, Kakak Osmy Jenni Sianturi dan adik-adikku Sri Esry

Sianturi & Sanrose Novely Sianturi atas kasih sayang yang diberikan kepada

penulis dalam keluarga.

� Seluruh staff pengajar di lingkungan Program Studi Teknik Kelautan atas

pendidikan ilmu pengetahuan yang telah diberikan kepada penulis.

Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut ii

� Tata Usaha dan karyawan di lingkungan Program Studi Teknik Kelautan. Pak

Yatno, Pak Isep, Bu Nunung, Bu Witri, Pak Tumin, dll, atas perhatian dan

bantuannya kepada penulis selama menjalani perkuliahan di ITB.

� Teman-teman KL angkatan 2003 yang juga teman seperjuangan : Andreas,

Rudi, Reza, Ridho, Amri, Anton, Dimas, Mendy, Mico, Mice, Yaser, Gusti,

Priyo, Iyus, Ica, Rahma, Ana, Nana, Wistie, Wawan, Andri, Leo, Iwan, Oki,

Erik, Utek, Mamin, Frans. Terimakasih untuk menjadi teman-teman penulis

selama ini. Sekali teman, tetap teman selama-lamanya.

� Teman-teman semua angkatan di KL yang penulis kenal dan mengenal

penulis, penulis ucapkan terimakasih atas dukungannya.

� Dwi Haryo Wibisono “Bang Karyo” yang membimbing dan mengajarkan

penulis dalam mengerjakan TA. Terimakasih banyak bang atas segalanya,

semoga sukses selalu.

� Teman-teman UKSU’ers, terutama teman seperjuangan angkatan 2003 : Juli

“Joe”, Toguh, Romi, Apri, Daniel Mare, Adi domu, Ryan, Ondoran, Lae

Ricardi, Ndung, Uces, Yosafat, dll dan juga senior dan junior yang penulis

kenal dan mengenal penulis atas persahabatan yang terjalin selama ini.

� Teman-teman kost, Bang Hotma, Bang Roy, Binje, Ucup, Bembeng, Bang

Agra, dll. Terimakasih atas persahabatan selama ini.

� Teman-teman yang lain yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Terimakasih

atas dukungannya.

Penulis menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan,

oleh karena itu penulis memohon maaf atas segala kesalahan dan kekurangan yang

ada pada laporan ini dan penulis menerima kritik dan saran atas laporan ini. Akhir

kata, penulis berharap semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua

pihak. Terimakasih.

Bandung, Februari 2008

Fantri C. Sianturi

15503013

Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut iii

ABSTRAK

Tugas akhir ini berisikan hal yang berhubungan dengan desain dan analisis instalasi di

Laut Jawa. Pada tugas akhir ini dilakukan perhitungan desain ketebalan pipa yang

dibutuhkan, perhitungan kestabilan pipa di dasar laut (on-bottom stability), dan

analisis bentang bebas (free span) pada pipa bawah laut untuk berbagai kondisi yang

terjadi pada pipa dengan menggunakan standar DNV serta analisis terhadap pipa pada

saat proses instalasi berlangsung dengan menggunakan bantuan perangkat lunak yang

khusus untuk melakukan analisis instalasi. Tujuan dari perhitungan dan analisis

tersebut adalah untuk mendapatkan parameter-parameter yang dibutuhkan pada

instalasi dan operasi struktur pipa bawah laut untuk keperluan penyaluran gas dengan

diameter pipa sebesar 6.625 inci sehingga struktur pipa bawah laut yang direncanakan

diharapkan dapat beroperasi sesuai dengan tujuan struktur itu dibuat.

Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut iv

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .......................................................................................

ABSTRAK ..........................................................................................................

DAFTAR ISI ......................................................................................................

DAFTAR GAMBAR .........................................................................................

DAFTAR TABEL ..............................................................................................

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG .............................................................................

1.2 TUJUAN .................................................................................................

1.3 RUANG LINGKUP ................................................................................

1.4 SISTEMATIKA PENULISAN ...............................................................

BAB II DASAR TEORI

2.1 TEKANAN INTERNAL .........................................................................

2.2 PRESSURE CONTAINMENT .................................................................

2.3 BUCKLING .............................................................................................

2.3.1. Umum ..........................................................................................

2.3.2. System Collapse ..........................................................................

2.3.3. Combined Loading Criteria ........................................................

2.3.4. Propagation Buckling ..................................................................

2.4 KESTABILAN PIPA DI DASAR LAUT ...............................................

2.4.1. Umum ..........................................................................................

2.4.2. Gaya Horizontal ..........................................................................

2.4.3. Gaya Vertikal ..............................................................................

2.4.4. Analisis Kestabilan Pipa ..............................................................

2.5 FREE SPAN PADA PIPELINE ..............................................................

2.5.1. Umum ..........................................................................................

2.5.2. Analisis Free Span pada Pipa Bawah Laut .................................

i

iii

iv

viii

x

I-1

I-3

I-3

I-4

II-1

II-2

II-3

II-3

II-4

II-6

II-8

II-10

II-10

II-11

II-15

II-16

II-19

II-19

II-20

Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut v

2.6 PROSEDUR PERHITUNGAN ..............................................................

2.6.1. Desain Ketebalan Pipa .................................................................

2.6.2. Analisis Kestabilan Pipa di Dasar Laut .......................................

2.6.3. Analisis Free Span pada Pipa Bawah Laut .................................

BAB III METODE DAN ANALISIS INSTALASI

3.1 UMUM ....................................................................................................

3.2 METODE INSTALASI ...........................................................................

3.2.1 Metode S-Lay ..............................................................................

3.2.2 Metode Reel ...............................................................................

3.2.3 Metode Bottom Pull ....................................................................

3.3 ANALISIS INSTALASI METODE S-LAY ...........................................

BAB IV STUDI KASUS

4.1 DESKRIPSI STUDI KASUS ..................................................................

4.2 DESAIN KETEBALAN PIPA ................................................................

4.2.1 Perhitungan Ketebalan Pipa akibat Pressure Containment .........

4.2.2 Perhitungan Ketebalan Pipa akibat System Collapse ..................

4.2.3 Pengecekan ketebalan Pipa terhadap Kriteria Combined

Loading ........................................................................................

4.2.4 Pengecekan Ketebalan Pipa akibat Buckling Propagation .........

4.2.5 Ketebalan Pipa yang Dibutuhkan ................................................

4.3 ANALISIS KESTABILAN PIPA DI DASAR LAUT ...........................

4.3.1. Analisis Kestabilan Pipa pada Kondisi Instalasi .........................

4.3.2. Analisis Kestabilan Pipa pada Kondisi Hidrotes,

Operasi, dan Operasi Terkorosi ...................................................

4.3.3. Hasil Perhitungan Analisis Kestabilan Pipa di dasar laut ...........

4.4 ANALISIS FREE SPAN PADA PIPELINE BAWAH LAUT ..............

4.5 ANALISIS INSTALASI PIPELINE BAWAH LAUT ...........................

4.5.1 Parameter Barge dan Stinger .......................................................

4.5.2 Metodologi Analisis ....................................................................

4.5.3 Data Pemodelan ...........................................................................

4.5.4 Hasil Analisis ..............................................................................

II-28

II-28

II-34

II-40

III-1

III-1

III-1

III-8

III-10

III-14

IV-1

IV-4

IV-5

IV-5

IV-7

IV-7

IV-8

IV-9

IV-9

IV-15

IV-15

IV-16

IV-17

IV-17

IV-18

IV-19

IV-20

Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut vi

4.6 PENGECEKAN KETEBALAN PIPA TERHADAP COMBINED

LOADING ...............................................................................................

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN .......................................................................................

5.2 SARAN ...................................................................................................

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................

LAMPIRAN A. PERHITUNGAN KETEBALAN PIPA PADA KONDISI

INSTALASI .............................................................................

LAMPIRAN B. PERHITUNGAN KETEBALAN PIPA PADA KONDISI

HIDROTES ..............................................................................

LAMPIRAN C. PERHITUNGAN KETEBALAN PIPA PADA KONDISI

OPERASI .................................................................................

LAMPIRAN D. ANALISIS KESTABILAN PIPA PADA KONDISI

INSTALASI .............................................................................

LAMPIRAN E. ANALISIS KESTABILAN PIPA PADA KONDISI

HIDROTES ..............................................................................

LAMPIRAN F. ANALISIS KESTABILAN PIPA PADA KONDISI

OPERASI .................................................................................

LAMPIRAN G. ANALISIS KESTABILAN PIPA PADA KONDISI

OPERASI TERKOROSI ..........................................................

LAMPIRAN H. ANALISIS FREE SPAN (BENTANG BEBAS) PIPA PADA

KONDISI INSTALASI ............................................................

LAMPIRAN I. ANALISIS FREE SPAN (BENTANG BEBAS) PIPA PADA

KONDISI HIDROTES .............................................................

LAMPIRAN J. ANALISIS FREE SPAN (BENTANG BEBAS) PIPA PADA

KONDISI OPERASI ................................................................

LAMPIRAN K. ANALISIS FREE SPAN (BENTANG BEBAS) PIPA PADA

KONDISI OPERASI TERKOROSI ........................................

LAMPIRAN L. ANALISIS INSTALASI PADA KEDALAMAN 30.8

METER ....................................................................................

IV-24

V-1

V-2

xii

A-1

B-1

C-1

D-1

E-1

F-1

G-1

H-1

I-1

J-1

K-1

L-1

Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut vii

LAMPIRAN M. ANALISIS INSTALASI PADA KEDALAMAN 36

METER ....................................................................................

LAMPIRAN N. ANALISIS INSTALASI PADA KEDALAMAN 40.8

METER ....................................................................................

M-1

N-1

Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Lokasi Gulf of Mexico .............................................................

Gambar 1.2 Ilustrasi Pipeline Bawah Laut .................................................

Gambar 2.1 Beban Tekanan (P) yang Terjadi pada Pipa (Cross Section

Pipa) ........................................................................................

Gambar 2.2 Local Buckling pada Penampang Pipa ....................................

Gambar 2.3 Jenis Propagation Buckling pada Pipa ....................................

Gambar 2.4 Diagram Gaya yang Bekerja pada Pipa di Dasar Laut ............

Gambar 2.5 Vortex dan Flow Separation ....................................................

Gambar 2.6 Gaya Gesek Dasar Laut pada Pipa ..........................................

Gambar 2.7 Osilasi Vortex Shedding ..........................................................

Gambar 2.8 Ilustrasi VIV (Vortex Induced Vibration) ...............................

Gambar 2.9 Ilustrasi VIV dengan Berbagai Bentuk ...........................

Gambar 2.10 Kecepatan Arus untuk Gerakan In-line (DnV 1981 App A) ...

Gambar 2.11 Strouhal Number untuk Silinder Sirkular (DnV 1981 App A)

Gambar 2.12 Kecepatan Arus untuk Gerakan Cross-flow (DnV 1981 App

A) .............................................................................................

Gambar 2.13 Proses Desain Ketebalan Pipa .................................................

Gambar 2.14 Potongan Melintang Pipa ........................................................

Gambar 2.15 Grafik Kecepatan Arus Signifikan ..........................................

Gambar 2.16 Grafik Periode Zero-up Crossing ............................................

Gambar 2.17 Grafik Faktor Kalibrasi ...........................................................

Gambar 3.1 Lay-barge yang Digunakan pada Instalasi Metode

S-Lay ........................................................................................

Gambar 3.2 Ilustrasi Instalasi Metode S-Lay...............................................

Gambar 3.3 Sketsa Penempatan Jangkar Lay-barge ...................................

Gambar 3.4 Layout Peralatan Utama pada Lay-barge ................................

Gambar 3.5 Bagian Storage di Atas Lay-barge ..........................................

Gambar 3.6 Penggerindaan Sambungan Pipa yang Telah Dilas .................

I-2

I-3

II-1

II-4

II-9

II-11

II-12

II-15

II-22

II-22

II-23

II-26

II-26

II-27

II-28

II-34

II-37

II-37

II-39

III-2

III-2

III-3

III-4

III-5

III-5

Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut ix

Gambar 3.7 Tensioner Pipa pada Lay-barge ...............................................

Gambar 3.8 Pemasangan Coating Anti korosi pada Sambungan Pipa .......

Gambar 3.9 Pemasangan Lapisan Aspal pada Sambungan Pipa ................

Gambar 3.10 Reel Barge yang Digunakan pada Metode Reel ......................

Gambar 3.11 Struktur Chute .........................................................................

Gambar 3.12 Segmen Pipa yang Diletakkan di Atas Launching Ramp ........

Gambar 3.13 Pemasangan Penahan pada Bagian Ujung Pipa ......................

Gambar 3.14 Susunan Nose pada Bagian Ujung Pipa ..................................

Gambar 3.15 Winch yang Dipasang di atas Barge ........................................

Gambar 3.16 Winch yang Dihubungkan dengan Katrol Pengatur ................

Gambar 3.17 Penarikan Segmen Pipa Pertama .............................................

Gambar 3.18 Gaya-gaya yang Terjadi pada Pipeline Saat Instalasi .............

Gambar 3.19 Daerah Overbend dan Sagbend ...............................................

Gambar 3.20 Deformasi pada Segmen Balok ...............................................

Gambar 3.21 Pemodelan Daerah Sagbend ....................................................

Gambar 4.1 Lokasi Studi Kasus ..................................................................

Gambar 4.2 Grafik Kecepatan Arus Signifikan ...........................................

Gambar 4.3 Grafik Periode Zero-up Crossing ............................................

Gambar 4.4 Grafik Faktor Kalibrasi ...........................................................

Gambar 4.5 Diagram Momen Bending Disepanjang Pipa pada

Kedalaman 30.8 Meter ............................................................

Gambar 4.6 Diagram %SMYS Disepanjang Pipa pada Kedalaman 30.8

Meter .......................................................................................

Gambar 4.7 Diagram Momen Bending Disepanjang Pipa pada

Kedalaman 36 Meter ...............................................................

Gambar 4.8 Diagram %SMYS Disepanjang Pipa pada Kedalaman 36

Meter .......................................................................................

Gambar 4.9 Diagram Momen Bending Disepanjang pipa pada

Kedalaman 40.8 Meter ............................................................

Gambar 4.10 Diagram %SMYS Disepanjang Pipa pada Kedalaman 40.8

Meter .......................................................................................

III-6

III-7

III-7

III-9

III-9

III-11

III-11

III-12

III-12

III-13

III-14

III-15

III-15

III-16

III-19

IV-4

IV-11

IV-11

IV-13

IV-21

IV-21

IV-22

IV-22

IV-23

IV-23

Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Faktor Fabrikasi .......................................................................

Tabel 2.2 Material Resistance Factor .....................................................

Tabel 2.3 Safety Class Resistance Factor ...............................................

Tabel 2.4 Pendekatan Nilai CD, CL, CM ...................................................

Tabel 2.5 Nilai β ......................................................................................

Tabel 2.6 Nilai qh .....................................................................................

Tabel 3.1 Perbandingan Metode Analisis Stress pada Daerah Sagbend

Tabel 4.1 Koordinat Platform EZA dan URA ........................................

Tabel 4.2 Data Lingkungan .....................................................................

Tabel 4.3 Properti Air Laut .....................................................................

Tabel 4.4 Parameter Fungsional ..............................................................

Tabel 4.5 Properti Material .....................................................................

Tabel 4.6 Properti Tanah .........................................................................

Tabel 4.7 Proteksi Korosi ........................................................................

Tabel 4.8 Metocean Parameter ................................................................

Tabel 4.9 Pengecekan Ketebalan Pipa Terhadap Pressure Containment

Tabel 4.10 Pengecekan Ketebalan Pipa Terhadap System Collapse .........

Tabel 4.11 Pengecekan Ketebalan Pipa Terhadap Propagation Buckling

Tabel 4.12 Ketebalan Pipa yang Dibutuhkan ............................................

Tabel 4.13 Perhitungan Berat Terendam Pipa ...........................................

Tabel 4.14 Perhitungan Kecepatan Partikel Air ........................................

Tabel 4.15 Penentuan Faktor Kalibrasi .....................................................

Tabel 4.16 Perhitungan Gaya Hidrodinamika dan Berat Terendam Pipa

yang Dibutuhkan .....................................................................

Tabel 4.17 Perhitungan Faktor Keamanan ................................................

Tabel 4.18 Hasil Perhitungan Kestabilan Pipa di Dasar Laut ...................

Tabel 4.19 Panjang Free Span yang Diijinkan ..........................................

II-6

II-6

II-6

II-16

II-33

II-33

III-18

IV-1

IV-1

IV-2

IV-2

IV-2

IV-2

IV-3

IV-3

IV-5

IV-6

IV-8

IV-8

IV-10

IV-12

IV-13

IV-14

IV-15

IV-16

IV-17

Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut xi

Tabel 4.20 Specific Barge and Stinger Parameters yang Digunakan

pada Analisis Instalasi .............................................................

Tabel 4.21 Barge Rollers Profile ..............................................................

Tabel 4.22 Stinger Rollers Profile .............................................................

Tabel 4.23 Hasil Pemodelan ......................................................................

Tabel 2.24 Nilai Eγ , Aγ , Fγ .....................................................................

Tabel 2.25 Condition loads effect factor, Cγ ............................................

Tabel 4.26 Pengecekan Ketebalan Pipa terhadap Combined Loading ......

IV-19

IV-19

IV-20

IV-20

IV-25

IV-25

IV-26