keandalan flexible riser porch fpso belanak terhadap beban...

KEANDALAN FLEXIBLE RISER PORCH FPSO BELANAK TERHADAP BEBAN EKSTREM

Disusun oleh :

Ali Solihin Siregar (4305 100 070)

Dosen Pembimbing :

1. Ir. Handayanu, M.Sc,.Ph.D.

2. Dr. Ir. Rudi Walujo P, M.T.

OutLine

Latar Belakang

Perumusan Masalah

Tujuan

Manfaat

Batasan Masalah

Metodologi

Analisa dan Pembahasan

Kesimpulan

Daftar Pustaka

Latar Belakang

Perilaku material secara garis besar dibagi menjadi;

deformasi elastis

2 deformasi plastis

deformasi elastis adalah:

Perubahan dimensional yang bersifat sesaat ketika diberikanbeban sebesar X.

deformasi plastis adalah:

Perubahan dimensional yang bersifat tetap ketika bebansebesar X dihilangkan.

2

Dalam kurve tegangan dan regangan :

Yield strength

dan

Ultimate strength

latar belakang…(lanjutan).

latar belakang…..(lanjutan)

Daerah interface riser berupa riser porch sangat kritis mengalami kegagalan.

Beban ekstrem adalah salah satu faktor yang berpengaruh pada kekuatan struktur. Sebab beban ekstrem ini dapat mengakibatkan terjadinya kolaps.

Sehingga, perlu dikaji keandalan flexible riser porch setelah mengalami pembebanan yang ekstrem.

Perumusan Masalah

Mendapatkan besarnya tension pada flexible riser porch pada pembebanan ekstrem?

Menganalisa berapa besarnya von Mises stress terhadap beban ekstrem?

Menghitung berapa besarnya indeks keandalan (reliability) flexible riser porch FPSO Belanak terhadap beban ekstrem?

Tujuan

Mengetahui nilai tension di flexible riser porch pada kondisi pembebanan yang ekstrem.

Mengetahui berapa besarnya von Mises stress terhadap beban ekstrem.

Untuk mendapatkan besarnya indeks keandalan (reliability) flexible riser porch FPSO Belanak terhadap beban ekstrem.

Manfaat

Dari hasil analisa keandalan yang dilakukan terhadap perilaku plastis struktur akibat pengaruh beban ekstrem, diharapkan akan mendapatkan keandalan struktur berupa indeks keselamatan flexible riser porch, yang berpengaruh terhadap perencanaan inspeksi, sehingga efisiensi biaya pemeliharaan dapat tercapai

Batasan Masalah

Struktur terapung yang digunakan adalah jenis FPSO yang dioperasikan di perairan Natuna.

Semua peralatan dan perlengkapan diatas FPSO tidak dimodelkan. Sehingga berat kapal yang diasumsikan hanya pada kondisi ballast.

Beban lingkungan yang digunakan adalah beban lingkungan ekstrem100 tahunan. Diambil beban gelombang yang resikonya besar bagikeandalan struktur.

Semua flexible riser porch yang ada pada FPSO Belanak dimodelkan, yang dibagi kedalam 4 kategori berdasarkan ukuran diameter riser porch-nya, hal ini bertujuan untuk lebih memudahkan dalam analisa.

Analisa global yang dilakukan hanya sebatas untuk mendapatkan nilaitension pada flexible riser. Untuk analisa statis dan dinamis flexible riser digunakan heading00,22.50,450,67.50,900,112.50,1350,157.50,1800 (relative terhadaparah utara sebenarnya).

Batasan Masalah…(lanjutan)

Pembebanan statis dan dinamis digunakan untuk mengetahui ResponAmplitude Operator (RAO) sebagai dasar dalam mendapatkan respontegangan dari flexible riser.

Perhitungan tension pada flexible riser mempertimbangkan beban FPSO dan beban lingkungan (gelombang, arus, angin) untuk analisa statisnyaserta beban siklis akibat gelombang untuk analisa dinamisnya.

Material properties yang digunakan pada analisa lokal dengan software ANSYS 11 adalah jenis structural yang elastic.

Von Mises stress pada flexible riser porch didapatkan dari analisa lokaldengan menggunakan software ANSYS, data inputan yang digunakanadalah nilai tension yang diperoleh dari analisa global menggunakansoftware ORCAFLEX.

Perilaku struktur akibat beban ekstrem ditinjau dari kondisi batasultimated , dalam hal ini kekuatan ultimate menjadi factor yang diperhitungkan dalam menentukan nilai keandalan struktur.

Analisa keandalan struktur dilakukan dengan menggunakan metodependekatan simulasi Monte Carlo, dengan melakukan 10000 kali simulasi.

Metodologi

START

STUDI LITERATUR

-Flexible Riser

-Ultimated Strength

-Metode Elemen Hingga

PENGUMPULAN DATA

DATA LINGKUNGAN

-Gelombang ekstrim 100

tahunan.

-Arus

-Kedalaman

DATA FPSO Belanak

-Length over all (Loa)

-Breadth (B)

-Vessel Draft (T)

-Kedalam Operasi (d)

DATA FLEXIBLE

RISERS

-Outside Diameter (OD)

-Ketebalan (t)

-Lokasi pada FPSO

PEMODELAN FPSO

(Dengan Moses)

AC B

ANALISA GLOBAL

Metodologi (lanjutan…)

TENSION PADA

RISER PORCH

RAO (Respon Amplitud Operator)

Motion dan Wave Drift

ACB

RUNNING MOSES

PEMODELAN ULANG FPSO DENGAN FLEXIBLE RISER

(Dengan ORCAFLEX)

RUNNING

ORCAFLEX

FINISH

ANALISA GLOBAL

Metodologi (lanjutan…)

-DIMENSI

FLEXIBLE

RISER

-DIMENSI RISER

PORC

START

PEMODELAN LOKAL JOINT RISER PORCH

(Dengan ANSYS 11)

Finish

INPUT DATA

MATERIAL

PROPERTIES

-Tegangan Ijin (σy)

--Modulus Young (E)

--Poisson ratio (v)

PEMBEBANAN

(Tension maksimum

pada joint Riser Porch)

Von Mises Stress

ANALISA LOKAL

1. Moda kegagalan terhadap yield stress

MK = √σh²+σι²-σισh+3τι² ≤ o.8 SMYS

2. Moda kegagalan terhadap ultimate strength

MK = √σh²+σι²-σισh+3τι² ≤ 1.2 SMYS

Dengan variabel acak P,t,dan ν

Dimana: P = pressure

t = thickness

D = diameter luar

ν = poisson ratio

τι = shear stress

Metodologi (lanjutan..)

Keandalan flexible riser porch

Data lingkungan.

Steel catenary riser yang akan ditinjau dalam tugas akhir ini merupakan bagaian dari fasilitas FPSO Belanak yang beroperasi di daerah perairan natuna dengan karakteristik lingkungan sebagai berikut:

Kedalaman : 90 m

Massa Jenis air laut : 1025 kg/m

1. Beban Gelombang

Data gelombang 100 tahun RP

Data Struktur

Data gelombang metocean (untuk perairan Natuna)

Wave

ClassH max Th max

Surface

Current

Mid-Depth

Current

Near Bottom

Current

Number of

Cycles

(m) (s) (m/s) (m/s) (m/s)

1 0.50 5.25 0.5 0.3 0.3 93,350,538

2 1.00 6.25 0.5 0.3 0.3 71,519,354

3 1.50 7.37 0.5 0.3 0.3 31,774,805

4 2.00 8.64 0.5 0.3 0.3 13,717,908

5 2.50 9.57 0.6 0.4 0.4 6,707,238

6 3.00 10.18 0.6 0.4 0.4 3,461,658

7 4.00 10.79 0.6 0.4 0.4 2,802,540

8 5.00 11.31 0.6 0.4 0.4 772,997

9 6.00 11.69 0.7 0.5 0.5 197,245

10 7.00 11.97 0.7 0.5 0.5 45,165

11 8.00 12.23 0.7 0.5 0.5 9,160

12 9.00 12.47 0.7 0.5 0.5 1,643

13 10.25 12.67 0.8 0.6 0.6 281

Data Lingkungan (lanjutan..)

2. Beban Arus

Data arus 100 tahunan

Data Struktur

Spesifikasi FPSO BELANAK

Data Struktur (lanjutan..)

Spesifikasi Catenary Riser :

Letak Flexible Riser porch

Tabel 1

Data riser porch Posisi Riser Porch

Klasifikasi : High carbon steel

Tipe material : ASTM A 694 grade F60

Tegangan ijin : 416 MPa

Ultimate strength : 499 MPa

Modulus Young : 210 MPa

Poisson ratio : 0.29

Data Struktur (lanjutan..)

Heading

RAO dari struktur FPSO sangat ditentukan oleh geometri FPSO dan wave heading.

Untuk FPSO belanak menggunakan wave heading

0.0 , 22.5, 45 , 67.5, 90, 112.5, 135, 157.5, 180,

dengan wave period pada rentang 4 detik sampai 31 detik

Pemodelan AutoCad

AutoCad digunakan untukmempermudah proses pemodelan dengan menggunakan software maxsurf dan moses.

Pemodelan yang dilakukan berupa lines plan FPSO Belanak.

Pemodelan Maxsurf

Pemodelan dengan sofware Maxsurf ver 9 bertujuan untuk :

1. Memodelkan struktur FPSO secara lebih detail dan spesifik, karena : a. dimensi utama yang didapat dari

gambar lines plan akan digenerate ke dalam Maxsurf.

b. section, buttock, serta waterline dari FPSO Belanak lebih didetailkan.

Sebab dimensi-dimensi tiap section akan dikonversikan pada pemodelan hull FPSO dengan menggunakan software Moses 7

Pemodelan Moses

Pemodelan FPSO Belanak dengan menggunakan Mosesbertujuan untuk :

1. mendapatkan wafe drift dan

2. mendapatkan RAO pada 6 DOF dari struktur terhadaparah pembebenannya.

1. RAO surge motion 2. RAO sway motion

Respon Amplitudo Operator (RAO)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.5 1 1.5 2

RA

O (

m/m

)

Freq (rad/sec)

RAO motion surge

0 degree

22.5 degree

45 degree

67.5 degree

90 degree

112.5 degree

135 degree

157.5 degree

180 degree

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2

RA

O (

m/m

)

Freq (rad/se)

RAO motion sway

o degree

22.5 degree

45 degree

67.5 degree

90 degree

112.5 degree

135 degree

157.5 degree

180 degree

3. RAO heave motion 4. RAO roll motion


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2

RA

O (

m/m

)

Freq (rad/sec)

RAO motion heave

0 degree

22.5 degree

45 degree

67.5 degree

90 degree

112.5 degree

135 degree

157.5 degree

180 degree

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 0.5 1 1.5 2

RA

O (

de

g/m

)

Freq (rad/sec)

RAO motion roll

0 degree

22.5 degree

45 degree

67.5 degree

90 degree

112.5 degree

135 degree

157.5 degree

180 degree

5. RAO pitch motion 6. RAO yaw motion


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 0.5 1 1.5 2

RA

O (

de

g/m

)

Freq (rad/sec)

RAO motion pitch

0 degree

22.5 degree

45 degree

67.5 degree

90 degree

112.5 degree

135 degree

157.5 degree

180 degree

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0 0.5 1 1.5 2

RA

O (

de

g/m

)

Freq (rad/sec)

RAO motion yaw

o degree

22.5 degree

45 degree

67.5 degree

90 degree

112.5 degree

135 degree

157.5 degree

180 degree

Koordinat sumbu padapemodelan MOSES

Koordinat sumbu padapemodelan ORCAFLEX

Transformasi MOSES ke ORCAFLEX

Pemodelan Orcaflex (analisa global)

Tujuan utama dari pemodelan ini adalah untuk mendapatkan nilai tension secarab global pada flexible riser.

Inputan ocaflex :

1. Sumbu global ORCAFLEX berkebalikan dari sumbu global MOSES.

2. wave drift dan RAO untuk masing masing arah, dari output MOSES.

3. Parameter beban lingkungan yang dimasukkan adalah sebagai berikut

a. Tinggi gelombang (Hmax)

b. Periode gelombang

c. Arah datang gelombang

d. Tipe spektrum yang digunakanadalah spektrum Jonswap

e. Kedalaman operasi

f. Kecepatan arus dan angin

Pada kondisi beban ekstrem, tension terbesar adalahsebagai berikut :

Tension Maximum

Tegangan di titik A yang paling

maximum berada pada flexible riser

#5 pada heading 45°

Tabel 2

Pemodelan dengan ANSYS ini bertujuan untuk mendapatkan tegangan lokal pada riser porch

(jenis pemodelan dan perhitungan yang dilakukan adalah struktural elastis)

Pemodelan ANSYS

Meshing dilakukan untuk membagi struktur menjadi elemen yang lebih kecil.

Meshing dilakukan menggunakan tipe element solid 95, brick element 20 nodes.

Error meshing pada model yang digunakan sebesar 0.23%

Meshing Model

Pada daerah sambungan (interface), derajat kebebasan dikunci pada semua arah sehingga displacement pada daerah ini sebesar nol

Kondisi Batas Pemodelan

Input untuk arah x dan y adalah nilai tension dari ORCAFLEX.


Pembebanan pada node

Input beban searah z adalah beban pressure, yang diperoleh dari nilai tension dibagikan dengan luasan (A)

σ =F/A


Beban Pressure

Von Mises stress #1 Von Mises stress #5

Hasil ANSYS

Von Mises stress #7 Von Mises stress #11

Hasil ANSYS

Hasil ANSYS

Nilai von Mises stress maksimum untuk semua riser porch:

Tegangan von mises akibat beban ekstrem terhadap yield stress.

σe < 0.8σy (DnV OS F201 Dynamic Riser)

Tabel 4Tabel 3

MODA KEGAGALAN (simulasi Monte Carlo)

Untuk mendapatkan keandalan riser porch yang ditinjau dari yield stress dan ultimate strength pada saat terjadi deformasi plastis, dilakukan penambahan beban hingga mencapai ultimate strengthnya.

beban dapat ditambahkan 20%,50%, sampai 100% dari beban awalnya(yong bai,2001).

1. Moda kegagalan terhadap yield stress

MK = √σh²+σι²-σισh+3τι² ≤ o.8 SMYS

2. Moda kegagalan terhadap ultimated strength

MK = √σh²+σι²-σισh+3τι² ≤ 1.2 SMYS

Variabel acak yang digunakan adalah

1. pressure (P)

2. thickness (t)

3. poisson ratio (ν)

Analisa Keandalan

Jenis distribusi variabel acakGrafik Keandalan

Keandalan struktur semakin kecil akibat penambahan beban.

Keandalan riser porch 1 (R#1)

Keandalan terhadap ultimate strength

0.9500

0.9600

0.9700

0.9800

0.9900

1.0000

0 20 40 60 80 100

Ke

an

da

lan

INCREMENT BEBAN PRESSURE (%)

KEANDALAN R#1

Keandalan sebesar 0.993

dengan indeks keandalan 2.45.


Keandalan terhadap yield stress

Jenis distribusi variabel acak Grafik Keandalan



0.9500

0.9600

0.9700

0.9800

0.9900

1.0000

1.0100

0 20 40 60 80 100

Ke

an

da

lan

INCREMENT BEBAN PRESSURE(%)

NILAI KEANDALAN R#5

Tegangan von mises pada R#5 telahmelampaui kekuatan puncaknya


dengan indeks keandalan 2.19.




Keandalan riser porch 7 (R7)


0.998

0.9982

0.9984

0.9986

0.9988

0.999

0.9992

0.9994

0.9996

0.9998

1

1.0002

0 20 40 60 80 100

Ke

an

da

lan

INCREMEENT BEBAN PRESSURE (%)

KEANDALAN R#7


dengan indeks keandalan 3.29






0.994

0.995

0.996

0.997

0.998

0.999

1

1.001

0 20 40 60 80 100

Ke

an

da

lan

INCREMENT BEBAN PRESSURE (%)

KEANDALAN R#11


dengan indeks keandalan 3.15



dalam tugas akhir ini keandalan yang diharapkan pada semua riser porch akibat beban ekstrem adalah 0.999 atau dengan indeks keandalan sebesar 3.0.

untuk mendapatkan keandalan sebesar 99.9%, maka Probability of Failure (PoF) tidak boleh melebihi dari 0.001.

nilai PoF yang digunakan mengacu pada DnV OS F201 dynamic riser.

Kesimpulan dan Saran

Hasil analisa global dengan menggunakan software ORCAFLEX dan MOSES didapatkan tension maksimum260.63 kN. Tension maksimum ini berada pada riser porch 5 (R#5) pada arah 45 dari utara sebenarnya.

Analisa lokal dengan menggunakan software ANSYS 11 didapatkan hasil berupa tegangan lokal pada tiap-tiapelement. Pada riser porch 5 dengan tension maksimumdidapatkan tegangan lokal maksimumnya sebesar 5.3x108

Pa, yang terletak pada node 714.


Pada analisa lokal tidak semua riser porch mengalami deformasi plastis, sehingga untuk mengetahui perilaku plastis struktur tersebut dilakukan penambahan beban sebesar 20%,50%,80%,dan 100% dari beban awalnya (Yong Bai,2001).

Keandalan yang dicapai struktur akibat beban ekstrem ini menunjukkan perilaku yang menurun setiap kali beban pressure ditambahkan, dimana pada riser porch 5 (R#5) keandalan akibat beban ekstrim adalah 0.999 dengan indeks keandalan 3.09, namun pada penambahan beban 100% dari beban awalnya keandalan adalah 0.9529 dengan indeks keandalan 1.67.


• Dari semua riser porch yang dihitung keandalannya dapat disimpulkan bahwariser porch yang kritis mengalami kegagalan akibat beban ekstrem ditinjau dariultimate strengthnya berada pada R#1,R#2,R#5,R#8, R#9.R#12,R#15,dan R#16, sebab keandalan yang diharapkan mengacu dari code DnV OS F201 Dynamic Riser sebesar 0.999 dengan Probability of Failure (PoF) tidakmelebihi 0.001.

Perlu dilakukan analisa yang lebih komplex, dengan memperhatikan internal pressure yang terjadi pada flexible riser, berupa aliran fluida yang bekerja padariser.

Pemodelan yang dilakukan pada analisa global hanya berupa hull dari FPSO saja, sedangkan pengaruh peralatan di atas deck FPSO tidak diperhitungkansehingga diperlukan analisa lebih lanjut terhadap pembebanan tersebut.

Beban ekstrem yang terjadi perlu lebih divariasikan lagi dengan beban seismic dan beban yang terjadi pada kondisi accidental.

Sekian dan Terimakasih….

Daftar Pustaka

Almar-Naess,A.Ed,1985 FATIGUE HANDBOOK: Offshore Steel Structure,Trondheim,Norway:Tapir Publisher.

American Bureau of Shipping, 2003 Fatigue Assessment of Offshore Structures, New York.

American Petroleum Institute.2001.Recomended Practice for Planing Riser.API RP 2RD.Washington:API Publising Service

American Petroleum Institute.2001.Recomended Practice for Flexible Pipe.API RP 17B.Washington:API Publising Service

American Petoleum Institute.1997.Specification for UnbondedFlexible Pipe.API 17J.Washington:API Publising Service

Aulia.2005. Analisa Umur Kelelahan Turbular Joint Tipe T denganRetak Eliptis pada Chord Menggunakan Metode Elastic Plastic Fracture Mechanics.Tugas akhir:Jurusan Teknik Kelautan.

Barsom, John M&Rolfe,Stanley T.,1987, Fracture and Fatigue Control in Structures.Application of Fracture Mechanics,NewJersey.

Broek, David.1987. Elementary Engineering Fracture Mechanics.Martinus Nijhoff Publishers.Netherlands.

Chakrabarti S.K,2005,Offshore Structure Analysis.Handbook of Offshore Engineering vol 2.Oxford:Elsevier

Det Norske Veritas.2001.Dynamic Riser.DNV OS-F201.Oslo Norway:DNV

Dawson, T.H..(1983). Offshore Structural Engineering. Prentice Hall ,Inc., New Jersey.

Murdjito. (1996). Diktat Pengantar Bangunan Lepas Pantai, Kursus segitiga Biru ITS – Unhas – Unpati, FTK ITS, Surabaya.

Nowak, A. and Collins, KR., 2000, “Reliability Of Structures”, USA. Prashida, Roro. (2005).Analisa Umur Kelelahan Tubular Joint tipe

T yang Memiliki Retak Semi Elliptical pada Chord dengan Metode Linear Elastic fracture Mechanics.Tugas Akhir:Jurusan Teknik Kelautan

Rosyid, D.M.(1996). Perancangan Struktur Anjungan LepasPantai Filosofi, Prosedur, Model Analisis, ITS, Surabaya.

Soegiono.2007.Pipa Laut.Surabaya:Airlangga University Press

Sutomo,J. (1997). Diktat Mata kuliah Kelelahan danKepecahan, Jurusan Teknik Kelautan ITS, Surabaya.

Sarpkaya, T.(1981). Mechanics of Forces on Offshore Structures. Litton Educational publishing, Inc. USA.

SSC-351 Ship Structure Committee, 1990, “An Introduction To Structural Reliability Theory”, Washington, USA

Yong Bai.2001. Subsea Pipeline and Risers.Elsevier book series vol 3.Oxford : Elsevier

keandalan flexible riser porch fpso belanak terhadap beban...

Documents