jurusan teknik kelautan ftk...
TRANSCRIPT
Mahasin Maulana Ahmad (4309.100.704)Jurusan Teknik Kelautan FTK ITS
2013
Dosen Pembimbing :Prof. Ir. Eko Budi Djatmiko, M.Sc, Ph.DIr. Murdjito, M.Sc.Eng
Pergerakan FPSO di laut dalam sangatlahrentan terhadap keamanan produksi saatberoperasi
Kinerja sistem tambat Single Point MooringFPSO
Tension pada mooring line Kestabilan buoy saat beroperasi
Bagaimana perilaku gerak FPSO pada saat freefloating dan pada saat tertambat ke SPM CALMBuoy dengan variasi tipe buoy?
Bagaimana perilaku gerak SPM CALM Buoy padasaat terikat dengan FPSO?
Berapa besar Tension pada mooring FPSO akibatpengaruh variasi tipe buoy?
Bagaimana stabilitas dan juga offset maksimumyang terjadi pada SPM saat terikat pada FPSO?
Mengetahui perilaku gerak FPSO pada saatfree floating dan pada saat tertambat ke SPMCALM Buoy dengan variasi tipe buoy.
Mengetahui perilaku gerak SPM CALM Buoypada saat terikat dengan FPSO. Mengetahuibesar Tension pada mooring FPSO akibatpengaruh variasi tipe buoy?
Mengetahui stabilitas dan offset maksimumyang terjadi pada SPM CALM Buoy saat terikatpada FPSO.
Manfaat yang dapat diambil dalam penelitiantugas akhir ini adalah dapat mengetahuiperilaku gerak FPSO dan SBM pada saat freefloating dan pada saat tertambat serta untukmengetahui tension pada mooring line danjuga offset dan kestabilan buoy saatberoperasi dengan variasi tipe buoy
FPSO yang digunakan adalah FPSO "Brotojoyo" dengan met-ocean Cinta Natomas(Labuhan Maringgai Sumatra) diamana FSRU pernah beroperasi.
Tipe buoy yang digunakan adalah SBM Inc, SBM #1134, SBM #1039 dan SBMBelanak.
Analisis dilakukan pada saat CALM buoy tertambat dengan FPSO. Analisis dilakukan pada kondisi weather vanning dengan kondisi inline dan
between line. Analisis dilakukan pada kondisi ULS dan ALS. Kondisi seabed dianggap datar. Jangkar dianggap mampu menahan beban yang bekerja dan tidak mengalami
perpindahan. Segala peralatan dan perlengkapan yang ada diatas FPSO maupun buoy tidak
dimodelkan. Beban lingkungan yang digunakan adalah beban gelombang, angin dan arus
dengan arah pembebanan head seas. Riser tidak dimodelkan. Desain pemodelan FPSO dengan menggunakan bantuan perangkat lunak Maxsurf
dan juga Moses. Perhitungan RAO FPSO dan Tension menggunakan perangkat lunak Moses. Standart yang digunakan adalah ABS (American Bureau of Shipping.
Tori Gerak bangunan Apung
Dimana: Mjk = matriks massa dan momen inersia massa bangunan laut Ajk = matriks koefisien-koefisien massa tambah hidrodinamik Bjk = matriks koefisien-koefisien redaman hidrodinamik Kjk = matriks koefisien-koefisien kekakuan atau gaya dan momen
hidrostatik Fj = matriks gaya eksitasi (F1, F2, F3) dan momen eksitasi (F4, F5, F6)
dalamfungsi kompleks (dinyatakan oleh eiωt)
( )[ ] 6,....3,2,1,;6
1==+++∑
=
kje tij
nkjkkjkkjkjk
ωζζζ FKBAM
Beban Angin Beban Arus Beban Gelombang Wave Drift Forces
ρw = massa jenis udara AT = total tranverse area(m2) AL = total lateral area (m2) C1W = koefisien tahanan dalam arah longitudinal C2W = koefisien tahanan dalam arah transversal C6W = koefisien tahanan dalam arah yaw VWR = kecepatan angin(m/s) ψWR = sudut relatif angin V10 = kecepatan angin pada ketinggian 10 m (m/s) y = ketinggian dimana kecepatan angin dihitung (m) x = faktor eksponen (≈0,16) , (m)
Dengan: ρ = massa jenis air laut L = panjang vessel T = tinggi sarat vessel C1C = koefisien tahanan arah longitudinal C2C = koefisien tahanan arah transversal C6C = koefisien tahanan arah yaw kecepatan relativ pada vessel berhubungan dengan arus sudut relativ pada arus
( )( )( ) 2
66
222
211
5.0
5.0
5.0
CRCRCStatC
CRCRCStatC
CRCRCStatC
VLTCFVLTCFVLTCF
ψρψρψρ
=
=
=
−
−
−
( )22RRCR vuV +=
( )RRCR uv /arctan −=ψ
Beban Gelombang First Order
: gaya gelombang first order tergantung waktu: gaya exciting gelombang first order per unit amplitudo gelombang: sudut fase komponen gelombang first order: amplitudo komponen gelombang first order: fungsi spektra gelombang
Beban Gelombang Second Order
: drift force per unit amplitudo gelombang
Dengan:
Dengan: ζ : fungsi tinggi gelombang terhadap waktu F(t) : wave drift force (N) Pij dan Qij : amplitudo fase : sudut fase komponen gelombang ω : frekuensi gelombang
Faltinsen (1990)
dengan, Tmax = tegangan maksimum tali tambat (ton) TH = horizontal pre-Tension (ton) w = berat chain di air (ton/m) h = kedalaman laut (m)
Hubungan panjang tali dan offset X (Faltinsen, 1990)
MULAI
Studi Literatur
Pemodelan Struktur
Validasi Model
Analisis Hidrodinamis (RAO) Struktur saat Free Floating
Cek Hidrostatis struktur pada Booklet
A
TIDAK
SESUAI
TIDAK
SESUAI
Analisis RAO FPSO dan SBM akibat beban
lingkungan
Kesimpulan
SELESAI
Pemodelan Konfigurasi FPSO dengan SBM 1039 menggunakan Moses
A
Analisis Tension pada Mooring Line SPM dan analisis Air Gap, serta analisa offset pada
buoy
Pemodelan Konfigurasi FPSO d SBM 1041 menggunakan Mo
Data FPSO Data buoy SPM Data Lingkungan
Parameter Unit Value
Length Overall m 202.517
Length B.P m 194.0
Extream Breadth m 38.4
Breadth Moulded m 38.436
Depth Moulded m 18.6
Draught m 11.8
Parameter Unit SBM IncSBM
#1134
SBM
#1039
SBM
Belanak
Buoy
Diameter OD m 12.00 13.50 11.00 13.00
Outer Skirt
Diameterm 16.00 17.50 15.00 17.00
Height H m 5.3 4.30 3.66 4.8
Draught T m 3.20 2.27 2.80 1.65
Displacement Buoy ton 380.04 332.88 272.607 206
Descripotion Unit BuoyMooring Leg
OD m 0.095Number of Leg 4
Chain Type Studlink ChainMBL ton 584MBL kN 5727.084
Pre-Tension Ton 17.89Length of Leg m 509.02
HawserOD m 0.4318
Length m 125MBL ton 300MBL kN 2941.995
Parameter 100-Years Return PeriodKedalaman 48 m
Gelombang :Tinggi Gelombang Signifikan.
(Hs)1.9 m
Periode Puncak. (Tp) 5.3 sSpektrum JONSWAP
Arus :Kecepatan (Permukaan) Vs 0.1 m/s
Angin :Kecepatan (1 jam) 21.57 m/s
Met-Ocean Cinta Field
MAXSURF FPSO "Brotojoyo"
MOSES FPSO "Brotojoyo"
MOSES Buoy
Parameter unit Data Maxsurf Selisih Maxsurf Selisih
Displacement ton 71943.2 71835.2 0.15 % 71943.2 0 %
Loa m 202.517 202.517 0 % 202.517 0 %
Lebar m 38.4 38.4 0 % 38.4 0 %
Tinggi m 18.6 18.6 0 % 18.6 0 %
Tinggi Sarat m 11.8 11.8 0 % 11.8 0 %
cb - 0.76 0.78 2 % 0.76 0 %
WSA m2 6458 6539 1.25 % 6522 0.99 %
FPSO "Brotojoyo"
Parameter unit SBM Inc MosesSelisih
(%)SBM
#1134Moses
Selisih (%)
Displacement ton 380.04 379.57 0.47 332.88 332.39 0.49OD m 12 12 0 13.5 13.5 0
Tinggi m 5.3 5.3 0 4.3 4.3 0Tinggi Sarat m 3.2 3.2 0 2.27 2.27 0
Parameter unitSBM
#1039Moses
Selisih (%)
SBM Belanak
MosesSelisih
(%)
Displacement ton 272.607 272.38 0.23 206 205.802 0.198OD m 11 11 0 13 13 0
Tinggi m 3.66 3.66 0 4.8 4.8 0Tinggi Sarat m 2.8 2.8 0 1.65 1.65 0
Validasi Model Buoy
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 0,5 1 1,5 2 2,5
RAO
(m/m
)
frequency (rad/sec)
RAO Gerakan Surge
Head 0
Head 45
Head 90
Head 135
Head 180
Head (deg) 0 45 90 135 180Value (m/m) 0.91 0.658 0.078 0.658 0.91
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 0,5 1 1,5 2 2,5
RAO
(m/m
)
frequency (rad/sec)
RAO Gerakan Sway
Head 0
Head 45
Head 90
Head 135
Head 180
0 45 90 135 1800.004 0.651 0.942 0.651 0.004
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
0 0,5 1 1,5 2 2,5
RAO
(m/m
)
frequency (rad/sec)
RAO Gerakan Heave
Head 0
Head 45
Head 90
Head 135
Head 180
0 45 90 135 1800.945 0.969 1.471 0.968 0.944
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 0,5 1 1,5 2 2,5
RAO
(deg
/m)
frequency (rad/sec)
RAO Gerakan Roll
Head 0
Head 45
Head 90
Head 135
Head 180
0 45 90 135 1800.326 2.497 3.33 2.49 0.276
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 0,5 1 1,5 2 2,5
RAO
(deg
/m)
frequency (rad/sec)
RAO Gerakan Pitch
Head 0
Head 45
Head 90
Head 135
Head 180
0 45 90 135 1801.466 1.625 0.402 1.433 1.364
-0,05
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0 0,5 1 1,5 2 2,5
RAO
(deg
/m)
frequency (rad/sec)
RAO Gerakan Yaw
Head 0
Head 45
Head 90
Head 135
Head 180
0 45 90 135 1800.006 0.342 0.032 0.363 0.006
0,000
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500
RAO
(ɀ/ɀ
)
Frequency (rad/sec)
RAO Buoy Inc
Surge
Sway
Heave
Roll
Pitch
Yaw
Head (deg) 0 45 90 135 180Value (m/m) 0.98 0.00 1.107 0.00 5.209
0,000
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
8,000
9,000
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500
RAO
(ɀ/ɀ
)
Frequency (rad/sec)
RAO Buoy #1134
Surge
Sway
Heave
Roll
Pitch
Yaw
Head (deg) 0 45 90 135 180Value (m/m) 0.988 0.00 1.042 0.00 7.956 0.00
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500
RAO
(ɀ/ɀ
)
Frequency (rad/sec)
RAO Buoy #1039
Surge
Sway
Heave
Roll
Pitch
Yaw
Head (deg) 0 45 90 135 180Value (m/m) 0.996 0.00 1.182 0.00 2.755 0.00
0,000
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
8,000
9,000
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500
RAO
(ɀ/ɀ
)
Frequency (rad/sec)
RAO Buoy Belanak
Surge
Sway
Heave
Roll
Pitch
Yaw
Head (deg) 0 45 90 135 180Value (m/m) 1.078 0.00 1.169 0.00 8.38 0.00
Tipe Buoy
Moda Gerak Struktur
Translational (m/m) Rotational (deg/m)
Surge Sway Heave Roll Pitch Yaw
SBM Inc 0.98 0.00 1.107 0.00 5.209 0.00
SBM #1134 0.988 0.00 1.042 0.00 7.956 0.00
SBM #1039 0.996 0.00 1.182 0.00 2.755 0.00
SBM Belanak 1.078 0.00 1.169 0.00 8.38 0.00
KondisiModa Gerak Struktur
Translational (m/m) Rotational (deg/m)
surge Sway Heave Roll pitch YawFree Floating 0.91 0.004 0.944 0.276 1.364 0.01
Tertambat buoy SBM Inc 0.947 0.000 0.945 0.059 1.370 0.001Tertambat buoy SBM #1134 0.952 0.000 0.945 0.023 1.369 0.001Tertambat buoy SBM #1039 0.953 0.000 0.945 0.056 1.372 0.001
Tertambat buoy SBM Belanak 0.949 0.000 0.945 0.057 1.373 0.001
Tipe BuoyModa Gerak Buoy Free Floating
Translational (m/m) Rotational (deg/m)
Surge Sway Heave Roll Pitch YawSBM Inc 0.98 0.00 1.107 0.00 5.209 0.00
SBM #1134 0.988 0.00 1.042 0.00 7.956 0.00SBM #1039 0.996 0.00 1.182 0.00 2.755 0.00
SBM Belanak 1.078 0.00 1.169 0.00 8.38 0.00
Tipe BuoyModa Gerak Buoy terikat FPSO
Translational (m/m) Rotational (deg/m)
Surge Sway Heave Roll Pitch YawSBM Inc 1.003 0.00 1.137 0.059 1.370 0.00
SBM #1134 1.011 0.00 1.037 0.060 1.369 0.00SBM #1039 1.013 0.00 1.141 0.056 1.372 0.00
SBM Belanak 1.006 0.00 1.129 0.057 1.373 0.00
In-line
Between ine
Tension Maksimum Mooring line kondisi ULS
21,9222,01
21,53
22,05
21,2021,4021,6021,8022,0022,20
L3 L3 L3 L3
SBM Inc SBM #1134
SBM #1039
SBM Belanak
Maksimum Tension (te)
Maximum Tension
20,5720,70
20,34
20,62
20,1020,2020,3020,4020,5020,6020,7020,80
L2 & L3 L2 & L3 L2 & L3 L2
SBM Inc SBM #1134
SBM #1039
SBM Belanak
Maximum Tension (te)
Maximum Tensio
In-Line Between Line
Tension maksimum pada Hawser
3,63,623,643,663,683,7
H1 & H2 H1 & H2 H1 & H2 H1 & H2
SBM Inc SBM #1134
SBM #1039
SBM Belanak
Maximum Tension Hawser (te)
Maximum Tension3,6
3,623,643,663,683,7
3,72
H1 & H2 H1 & H2 H1 & H2 H1 & H2
SBM Inc SBM #1134
SBM #1039
SBM Belanak
Maximum Tension (te)
Maximum Tension
In-Line Between Line
Tension Maksimum In Line Damage
Tipe BuoyDamag
e
Max Tension
(Te)
Line Moorin
g
Safety Factor
Remarks
SBM Inc L4 736.9 L3 0.793 Failed
SBM #1134 L3 37.750 L4 15.470 OK
SBM #1039 H12080.58
0 L40.281 Failed
SBM Belanak L3 37.460 L2 15.590 OK
Tension Maksimum Between Line Damage
Tipe Buoy DamageMax
Tension(Te)
Line Mooring
Safety Factor
Remarks
SBM Inc L2 32.970 L3 17.713 OK
SBM #1134 L3 33.340 L2 17.516 OK
SBM #1039 L2 32.220 L3 18.125 OK
SBM Belanak L2;L3 33.350 L3;L2 17.511 OK
Tipe buoy H (m)
In Line Between Line
Z positionAir gap min (m)
Z positionAir gap min (m)
SBM Inc 5.3 -3.5 1.8 -3.51 1.79
SBM #1134 4.3 -2.52 1.78 -2.53 1.77
SBM #1039 3.66 -3.17 0.49 -3.17 0.49
SBM Belanak 4.8 -1.95 2.85 -1.96 2.84
Tipe Buoy
Offset Maksimum (m)
In-Line Between Line
Arah x Arah y Arah x Arah y
SBM Inc 0.72 0 0.74 0
SBM #1134 0.76 0 0.8 0
SBM #1039 0.7 0 0.74 0
SBM Belanak 0.79 0 0.8 0
Tipe Buoy H (m)
In Line Between Line
Z position
Air gap min (m)
Tali Putus
Z positio
n
Air gap min (m)
Tali Putus
SBM Inc 5.3 -3.44 1.86 L3 -3.49 1.81 H1/H2
SBM #1134 4.3 -2.48 1.82 L4 -2.51 1.79 H1/H2
SBM #1039 3.66 -7.2 -3.54 L4 -3.15 0.51 H1/H2
SBM Belanak 4.8 -1.96 2.84 L4 -1.94 2.86 H1/H2
Tipe Buoy
Offset Maksimum (m)
Arah x Tali putus Arah y Tali putus
SBM Inc 48.95 L3 36.39 L4
SBM #1134 49.94 L3 -16.87 L2
SBM #1039 48.64 L3 15.48 L4
SBM Belanak 50.33 L3 -17.05 L2
in Line
Tipe BuoyOffset Maksimum (m)
Arah x Tali putus Arah y Tali putusSBM Inc 30.2 L2 29.85 L3
SBM #1134 30.87 L2;L3 30.55 L3SBM #1039 29.98 L2 -29.79 L2
SBM Belanak 31.23 L2;L3 -30.9 L2
Between Line
Perilaku gerak FPSO pada saat free floating cukup baguskarena mempunyai nilai RAO maksimal kurang darisatu, akan tetapi berbeda dengan RAO maksimal yangterjadi pada mode gerak heave, roll dan pitch. Untukstruktur yang berbentuk kapal ini mode gerakanheave, roll dan pitch struktur bernilai besar, akan tetapimasih dalam kriteria aman untuk dioperasikan. Nilaimaksimum gerakan sruge, sway, heave, roll, pitch dan yawmasing-masing adalah 0.91 m/m, 0.942 m/m, 1.471m/m, 3.33 deg/m, 1.625 deg/m dan 0.363 deg/m.Sedangakan perilaku gerak FPSO pada saat tertambatdengan SPM CALM untuk setiap tipe buoy dengan arahpembebanan headseas mengalami perubahan yang cukupsignifikan untuk mode gerakan roll yakni mengalamipenurunan nilai RAO sampai 21,57% - 25,3% dari RAOFPSO pada saat free floating, hal ini berlaku untuk setiapvariasi tipe buoy.
Perilaku gerak buoy pada saat terikat denganFPSO untuk arah pembebanan headseas. RAOmaksimum yang terjadi pada setiap tipe buoysaat terikat dengan FPSO mempunyai nilai yanghampir sama, dimana mode gerakan strukturapung saat terkena beban arah headseas adalahterjadi pada surge heave dan pitch, sementarauntuk mode gerakan yang lain hampir tidakmengalami gerakan. Nilai maksimum RAO untuksetiap tipe buoy masih dalam kriteria amanapalagi dioeprasikan di lingkungan cinta fieldyang memiliki tinggi gelombang signifikansebesar 1.9 m.
Berdasarkan hasil analisa Tension yang dilakukanpada kondisi ULS dan ALS serta kondisi In-linedan Between Line didapat kesimpulan bahwasistem tambat buoy SBM Inc dan buoy SBM#1039 mengalami kegagalan dikarenakanTension yang terjadi pada mooring line saatsalah satu line damage menghasilkan safetyfactor Tension pada mooring line yang kurangdari kriteria ABS. Yakni mengalami safety factoruntuk buoy SBM Inc dan buoy SBM #1039masing-masing adalah 0.793 dan 0.281sementara kriteria yang diijinkan pada ABS untukkondisi ALS (damage) adalah tidak boleh kurangdari samadengan 1.25.
Berdasarkan hasil analisa yang sudahdilakukan diatas nilai minimum air gap terjadipada SPM CALM buoy tipe SBM Belanak yaknimengalami minimal air gap 2.85 mdibandingkan dengan tipe buoy SBM #1134yang mengalami minimal air gap 1.78 m.
Jadi, berdasarkan kelima kesimpulan yangsudah dijelaskan sebelumnya dapat ditarikkesimpulan akhir bahwasanya dari empat tipebuoy yang sudah dilakukan analisa, SPM yangpaling cocok untuk diterapkan pada kinerjasistem tambat FPSO "Brotojoyo" adalah SPMCALM buoy tipe SBM Belanak. Yang ditinjauberdasarkan kriteria Tension, offset danstability (air gap) nya.
TERIMAKASIH