pipeline stress analysis pada onshore design jalur … · menyalurkan crude oil dari sumur menuju...

FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN

Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111 Telp. 031 599 4251 ext. 1102

Fax. 031 599 4757

Pipeline Stress Analysis Pada Onshore Design Jalur Pipa Baru Dari

Central Processing Area (CPA) Ke Palang Station JOB PPEJ Dengan Pendekatan Caesar II

Suududdin 1), Hari Prastowo 2), Dwi Priyanta3)

1Mahasiswa Teknik Sistem Perkapalan,²·³ )

Staf Pengajar Teknik Sistem Perkapalan Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya

[email protected]

ABSTRAK Salah satu cara untuk mentransportasikan fluida adalah dengan menggunakan pipa. Pemakaian pipa menjadi pilihan utama karena lebih optimal dan pengoperasiannya lebih mudah. Terdapat dua cara yang umum dilakukan untuk mentransportasikan minyak bumi (crude oil) sebagai suatu bentuk fluida, dengan kendaraan pengangkut (kapal tanker dan truk) serta jaringan pipa. Distribusi minyak bumi dengan sistem perpipaan melibatkan komponen-komponen yang umum terdapat pada sistem perpipaan seperti kompressor, pipa, dan katup-katup. Pada tugas akhir ini akan dikaji fleksibilitas dari desain sistem perpipaan pada jalur pipa (pipeline), atau lebih dikenal dengan analisa tegangan pipa (pipeline stress analysis). Tujuan dari analisa ini adalah untuk mengetahui tingkat defleksi dari pipa, beban yang diterima oleh pipa, dan keamanan dari pipa serta pendukungnya. Pemodelan dilakukan dengan menggunakan program caesar 5.10 dengan variasi beban pressure, temprature dan variasi terhadap perletakan tanah. Hasil analisa menunjukkan bahwa tegangan yang terjadi pada pressure 1300 psi, temprature 375 0F dan kedalaman perletakan pada 2 meter, tegangan pipa yang terjadi pada Pig Launcher sebesar 32.115,1 psi, Block Valve 1 sebesar 31.800,2 psi, sehingga pipa mengalami overstress karena telah melebihi maximum allowable stress dari pipa yaitu 31500 psi. Tegangan pipa yang terjadi pada Block Valve 2 sebesar 30.365,3 psi, Block Valve 3 sebesar 29.432,2 psi, Block Valve 4 sebesar 30.411,5 psi dan Pig receiver sebesar 21.424,5 psi, Pipa tidak mengalami overstress karena tidak melebihi batas maximum yang diijinkan yaitu kurang dari 31.500 psi. KATA KUNCI : Pipeline, Stress Analysis, Combined Stress, ASME B31.4, CAESAR II.

1. PENDAHULUAN Latar belakang

Salah satu cara untuk mentransportasikan fluida adalah dengan menggunakan pipa. Pemakaian pipa menjadi pilihan utama karena lebih optimal dan pengoperasiannya lebih mudah. Terdapat dua cara yang umum dilakukan untuk mentransportasikan minyak bumi (crude oil) sebagai suatu bentuk fluida, dengan kendaraan pengangkut (kapal tanker dan truk) serta jaringan pipa. Distribusi minyak bumi dengan sistem perpipaan melibatkan komponen-komponen yang umum terdapat pada sistem perpipaan seperti kompressor, pipa, dan katup-katup.

Pada tugas akhir ini akan dikaji fleksibilitas dari desain sistem perpipaan pada jalur pipa (pipeline), atau lebih dikenal dengan analisa tegangan pipa (pipeline stress analysis). Tujuan dari analisa ini adalah untuk mengetahui tingkat defleksi dari pipa, beban yang diterima oleh pipa, dan keamanan dari pipa serta pendukungnya.

Sebagai parameter perhitungan analisa digunakan peraturan standar, baik yang berlaku secara nasional maupun internasional. Peraturan yang digunakan adalah ASME B31.4, API RP 1102, dan Kepmen

Pertambangan dan Energi Nomor 300.K/38/M.pe/1997 Tentang Keselamatan Kerja Pipa Penyalur Minyak Dan Gas Bumi. Peraturan tersebut dijadikan acuan harga minimum kebutuhan properties dari komponen pipa sehingga dapat mencegah terjadinya kegagalan dalam pengoperasian dan memenuhi regulasi yang ditetapkan pemerintah.

Pipeline stress analysis adalah untuk menjamin bahwa sistem jalur perpipaan yang kita rancang dapat beroperasi dengan aman tanpa mengalami kecelakaan. Pipe stress dapat berasal dari beberapa sumber. Untuk menjamin keamanan operasi, kita harus mengkombinasikan efek dari semua gaya yang berhubungan dengan hot and cold piping. Gaya-gaya yang dimaksud, secara garis besar adalah:

• Momen tekuk yang terjadi di antara penopang dan disebabkan oleh berat pipa dan fluida yang mengalir.

• Stress yang ditimbulkan oleh internal pressure pada pipa.

• Moment tekuk (linear atau torsional) yang ditimbulkan oleh displasemen yang terjadi akibat thermal expansion.

2. Tinjauan Pustaka 2.1 Umum

Pipeline mempunyai fungsi untuk mengalirkan fluida dari satu tempat ke tempat lainnya. Fluida yang berada didalamnya bisa berupa gas ataupun air yang mempunyai tekanan dan temperature tertentu. Karena umumnya material pipa terbuat dari metal (carbon steel), maka sesuai dengan karakteristiknya yaitu jika diberi tekanan dan temperatur yang mengalir didalamnya, maka metal atau pipa tadi akan mengalami pemuaian, jika fluidanya panas dan akan terjadi pengkerutan jika fluidanya dingin. Pada perencanaan proyek pembangunan instalasi pipa tahap ke-2 yang akan dilakukan oleh JOB P-PEJ ini akan dilakukan dengan pipa yang berdiameter 10” dari CPA menuju Palang Sation sepanjang 10 km dan diletakkan bersebelahan dengan instalasi pipa lama yang mempunyai diameter 8”.

pentingnya kita melakukan analisa distribusi tegangan (stress analysis) adalah kita mengetahui bahwa perhitungan Stress Analysis dari sistem perpipaan tersebut secara keseluruhan adalah untuk menjamin bahwa suatu sistem perpipaan dapat beroperasi dengan baik dan aman tanpa mengalami kecelakaan serta bahaya yang dapat mengakibatkan suatu kerugian baik operasional ataupun bagi lingkungan dan masyarakat yang terdapat pada aliran sepanjang pipa tersebut. 2.1.1 Penjelasan Umum Mengenai Pipeline Jaringan pipa digunakan sebagai alat transportasi fluida (liquid atau gas), mixed of liquid, solid dan fluid-solid mixture. Segmen pipa yang panjang biasanya terhubung dengan pompa, valve, alat control dan peralatan yang lain selama beroperasi. Beberapa Negara maju telah menggunakan pipeline sebagai sarana transportasi untuk berbagai pengangkutan diantaranya sebagai berikut (Liu, 2005).

1. Menyalurkan air dari treatment plant menuju perumahan atau bangunan-bangunan lain.

2. Menyalurkan kotoran dari rumah dan tempat industri menuju tempat pengolahan limbah.

3. Menyalurkan natural gas ke daerah-daerah yang jaraknya ribuan mil.

4. Menyalurkan crude oil dari sumur menuju kilang minyak.

5. Menyalurakan hasil proses crude oil (bensin, solar, oli dll) dari kilang minyak ke beberapa kota dengan jarak ratusan mil.

2.2. Dasar Teori 2.2.1. Standar dan code sistem perpipaan Dalam suatu desain sistem perpipaan harus memperhatikan kelayakan rancangan baik itu dari segi teknis maupun segi ekonomis. Kelayakan sistem perpipaan dari segi mekanik dapat diketahui dengan melakukan beberapa analisis seperti analisis untuk mengetahui tegangan pipa, analisis untuk mengutahui berat pipa, sedangkan dari segi ekonomis kelayakan rancangan sistem perpipaan sangat tergantung pada kebijakan finansial dari perusahaan atau industri dengan tetap didasari oleh kelayakan segi mekanik yang telah diatur oleh Code dan standar guna menjamin keamanan rancangan saat sistem perpipaan dioperasikan bagi keselamatan segala makhluk hidup. Dalam pengerjaan

tugas akhir ini menggunakan beberapa pendekatan standar atau code diantaranya adalah code ASME B31.4 dan API RP 1102, karena mempunyai standar atau ketentuan untuk perancangan pipa pada kedalaman tanah (buried pipe) 2.2.2 Beban-beban pada sistem perpipaan Sistem perpipaan dalam operasinya menerima beban yang sangat banyak dan kompleks,yaitu meluputi beban sustain,bebaan ekspansi,beban operasi dan beban occasional. Masing masing beban yang terjadi pada sistem tersebut diakibatkan oleh jenis input pembebanan yang berbeda-beda yang mungkin akibat dari kondisi operasi sistem perpipaan sendiri maupun dari lingkungan sekitar sistem perpipaan. Untuk memperoleh hasil rancangan sistem perpipaan yang aman,tiap komponen beban baik akibat kondisi dari beban internal maupun akibat beban eksternal harus diperhatikan pada saat melakukan analisis perancangan sistem perpipaan dengan melakukan perhitungan tegangan yang terjadi Analisis pada sistem perpipaan yang dilakukan dengan maksud untuk menjamin keamanan operasi sistem perpipaan sesuai dengan code atau ketentuan yang telah ditetapkan. Penggolongan pembebanan pada sistem perpipaan berdasarkan pada jenis beban-beban yang terjadi secara umum dapat diklasifikasikan secara sederhana meliputi beban-beban sustain,bebaan ekspansi,beban operasi dan beban occasional. seperti diurakan sebagai berikut: 2.2.2.1 Beban sustain (sustain loads) Beban sustain adalah beban yang dialami oleh instalasi pada pipa yang terjadi secara terus menerus. Beban ini merupakan kombinasi beban yang diakibatkan oleh tekanan internal (hoop stress) dan beban berat (berat fluida dan berat pipa). Pada sistem perpipaan, perancangan pipa yang dibuat haruslah dirancang mampu menahan beban berat fluid dan struktur pipa itu sendiri. Sistem perpipaan pada umumnya mendapatkan beban tekanan internal dari fluida yang mengalir didalamnya. Dari tekanan internal tersebut akan dilakukan perhitungan tegangan yang terjadi. Beban tekanan lebih berpengaruh pada tegangan yang terjadi pada dinding pipa dibandingkan dengan tegangan yang terjadi pada tumpuan. Hal tersebut diakibatkan karena beban akibat tekanan dinetralisasi oleh tegangan pada dinding pipa. Dari data pada tabel dibawah ini, maka didapatkan berat pipa dengan diameter 10” schedule 60 adalah 107.5 lb/ft dan berat air 73.4 lb/ft 2.2.2.2 Beban Ekspansi Termal (Expansion load) Beban ekpansi termal adalah beban yang timbul sebagai akibat adanya ekpansi termal pada sistem perpipaan. Beban ekpansi termal dapat dibagi menjadi :

Beban ekpansi termal akibat pembatasan gerak oleh tumpuan saat pipa mengalami ekpansi.

Beban termal akibat perbedaan tempratur yang besar dan sangat cepat dalam

dinding pipa sehingga mampu menimbulkan tegangan.

Beban akibat perbedaan koefisien ekpansi pipa yang tersusun dari dua atau lebih material logam yang berbeda.

2.2.2.3. Beban Operasi ( operating load ) Beban operasi adalah beban yang diterima oleh pipa selama operasi berlangsung, beban yang diterima pipa merupakan kombinasi dari beban sustain dan beban termal. 2.2.2.4 Beban occasional (occasional load) Beban occasional adalah beban yang terjadi ”kadang-kadang” pada sistem perpipaan selama operasi normal. Beban occasional dapat diartikan pula sebagai beban sistem perpipaan yang terjadi dalam periode sebagian saja dari total periode operasi sistem perpipaan, Pada semua persamaan tegangan yang terjadi pada sistem perpipaan diatas, kemudian dapat digabungkan untuk mendapatkan nilai tegangan maksimum yang terjadi berdasarkan jenis-jenis pembebanan pada pipa. Dalam perhitungan jenis-jenis pembebanan pipa hanya diambil tegangan yang memiliki nilai maksimum untuk mendapatkan hasil analisis tegangan yang akurat dan dapat diketahui apakah sistem perpipaan berada pada kondisi operasi yang aman atau tidak aman. Berikut merupakan persamaan tegangan berdasak jenis-jenis pembebanan yang terjadi pada sistem perpipaan.

1. Beban Sustain Teganan pada beban sustain = Tegangan Longitudinal akibat internal pressure + Tegangan akibat gaya berat sistem perpipaan. Tegangan Longitudinal akibat internal pressure memiliki nilai maksimum dibanding nilai hoop strees maupun tegangan radial. 2. Beban Ekspansi Tegangan yang terjadi pada beban ekspansi merupakan tegangan normal maupun tegangan geser yang diakibatkan oleh adanya ekspansi material pipa akibat perbedaan tempratur pipa dengan tempratur lingkungan sekitar. Momen dan gaya akibat ekspansi termal yang telah diketahui dapat digunakan sebagai salah satu parameter dalam analisis tegangan akibat beban ekspansi pada sistem perpipaan. 3. Beban Operasi Beban operasi adalah beban yang diterima oleh pipa selama operasi berlangsung, beban yang diterima pipa merupakan kombinasi dari beban sustain dan beban termal, Dengan kata lain Beban operasi dapat dituliskan sebagai berikut Beban operasi = Beban Sustain + Beban Ekspansi

4. Beban occasional Tegangan pada beban occasional = Tegangan akibat beban sustain + Teganan akibat gaya occasional Tegangan akibat gaya-gaya occasional merupakan tegangan yang ditimbulkan akibat gaya eksternal yang terjadi dan bersifat “kadang-kadang”, Misalnya akibat

gaya angin, gaya dinamik gempa bumi, gaya berat akibat kejatuhan benda dan gaya-gaya lain dalam beban occasional. 2.2.3. Tegangan-Tegangan pada sistem perpipaan Hoop Stress Tegangan tangensial atau hoop stress ditimbulkan oleh tekanan internal yang bekerja secara tengensial dan besarnya bervariasi tergantung pada tebal dinding pipa. Rumus untuk perhitungan hoop stress adalah

(1) dengan, σh

p = tekanan pada pipa = hoop stress, psi

t = Tebal pipa do

Longitudinal Stress = diameter luar pipa

Longitudinal Stress yang bekerja pada sistim perpipaan dapat dinyatakan dengan rumus di bawah ini. a. Tegangan Aksial σb. Tegangan Tekuk (σ

ax

b

c. Tegangan longitudinal tekan (σ)

Lp

Tegangan longitudinal dapat dituliskan dalam persamaan dibawah ini.

)

(2)

Tegangan Combined Stress. Tegangan yang terjadi akibat beberapa tegangan yang terjadi pada pipa diantaranya adalah :

• Axial stress, psi • Hoop stress, psi • Torsional stress, psi

Tegangan ini juga disebut tegangan gabungan dari seluruh tegangan yang terjadi pada pipa, rumus combined stress adalah sebagai berikut

(3)

Dengan SL

S= tegangan longitudinal (longitudinal stress), psi

h

St = Torsional stress, psi = hoop stress, psi

F3 = combined stress design factor from Table2.1 S = specified minimum yield strength, psi Tabel 2.1 Design Factors for Offshore pipelines, platform piping, and pipeline Risers

2.3. Analisis pada Pipa dari sukowati ke CPA Analisis Pipa pada pipa sukowati ke CPA diatur pada API RP 1102. Analisis ini untuk menentukan kedalamnya pipa yang dikubur pada tiap daerah yang dilewati pipa, dan diperiksa apakah dengan kedalaman yang telah ditentukan pada standar code yang digunakan yaitu API RP 1102 tegangan-tegangan yang terjadi tidak melebihi tegangan yang diizinkan. 2.3.1 Panjang Virtual Angkor Panjang virtual angkor merupakan panjang dari posisi awal pipa masuk ke tanah sampai posisi dimana pipa tidak mengalami pergerakan akibat gaya tahanan tanah terhadap pipa. Manfaat menentukan panjang virtual angkor adalah sebagai dasar peletakkan posisi blok angkor. Dianjurkan blok angkor diletakkan pada daerah panjang virtual angkor (L). Apabila blok angkor diletakkan pada posisi setelah panjang virtual, maka peletakkan tersebut akan sia-sia, karena keadaan setelah posisi itu sudah tidak ada pergerakan. Padahal fungsi peletakkan blok angkor untuk menahan pipa agar tidak terjadi pergerakkan akibat beban termal. Beban tanah penutup terhadap pipa adalah

(4) dimana :

= beban pada pipa akibat tanah penutup ( lb/ft ) Cd

W = densitas tanah (

= koefisien beban

) B = lebar tempat pipa dikubur ( ft )

Gambar 2.1 Skema pipa yang dikubur. Untuk mendapatkan nilai Cd maka perlu diperhatikan gambar grafik 2.2 seperti yang ada dibawah ini:

Gambar 2.12 Grafik untuk menentukan nilai Cd akibat beban tanah Berat total dari keseluruhan pipa adalah seperti di bawah ini:

= + +

+ ( ) (5) Besar gaya tahanan pipa terhadap tanah adalah :

(6) Tegangan longitudinal akibat temperatur . Karena letak pipa baru yang dibangun pada aliran Bengawan Solo River crossing ini terletak didalam tanah(unburried pipe) ,maka perlu dilakukan perhitungan Tegangan longitudinal akibat temperatur didasarkan pada pipa yang mendapatkan beban dan dapat dituliskan Rumus nya sebagai berikut : SL = Eα (T2 – T1) - ύ SH (7) Gaya ekspansi akibat temperatur :

Ftermal = SL x Apipa (8)

Dimana : SL =

SLongitudinal stress . psi

H = Hoop

Tstress karena aliran fluida. Psi

1 = Tempratur saat waktu penginstalan o

TF

2

operasi = Maksimal atau minimal tempratur saat

o

E = Modulus elastisitas. Psi F

α = kooefisien linear untuk thermal expansion, in(in. o

ύ = poisson ratio = 0,30 for steel F)

Ftermal

A= Gaya ekspansi akibat temperatur

pipa

= luas area pipa

Titik awal dimana tidak ada pergerakan dihitung dari posisi pipa masuk ke tanah ( L ) adalah: (9)

Gambar 2.2 Titik awal zero of movement pada pipa bawah tanah. 3. Metodologi

Metodologi tugas akhir ini, untuk lebih jelasnya dijabarkan sebagai berikut:

4.Analisa Dan Pembahasan 4.1 Analisa Data Data yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah data pipeline Sukowati - CPA milik JOB P-PEJ Tuban,Jawa Timur. Pipeline yang dianalisa adalah pipeline 16 inch yang berada pada kondisi kedalaman normal yaitu pada kedalaman 2 meter dari permukaan tanah dan pipa ini mempunyai panjang 11 kilometer yang terbentang dari Sukowati A menuju CPA.

4.2 Transfer Produksi Produksi kumulatif yang dimiliki oleh JOB-PPEJ saat ini sekitar 41000 BOPD (produksi rata-rata sampai Agustus 2010). Jumlah tersebut belum ditambah titipan hasil

produksi Mobile Cepu Limited dan Pertamina EP. Maka total flow rate dalam sehari sekitar 60000 BOPD. Oleh karena itu transfer crude oil melalui trucking tidak efektif, karena jumlah produksi minyak yang sangat besar, maka transfer production melalui jalur pipeline adalah jalur yang efektif, karena dianggap cara yang aman, ekonomis, dan dapat diandalkan. Namun pemasangan pipeline dan instalasi penunjang lainnya membutuhkan biaya investasi yang sangat tinggi dan bila terjadi kegagalan akan mempunyai pengaruh yang besar akibat hilang atau berkurang kapasitas produksi bahkan dapat membahayakan keselamatan umum dan merusak lingkungan. System transmisi crude oil pada JOB-PPEJ sebagian besar tertanam dalam tanah (onshore pipeline). Standar teknik yang dipakai sebagai dasar acuan dalam design, konstruksi, operasi, dan pemeliharaan adalah : standard ANSI/ASME B31.4 untuk “Oil Transmission & Distribution Piping Systems”¸ semua proses ini harus diawasi oleh BP MIGAS selaku pemegang kebijakan Minyak dan Gas di Indonesia. Jalur transmisi yang dimiliki oleh JOB-PPEJ meliputi :

• Mudi : Mudi Pad A – CPA : 100 m Mudi Pad B – CPA : 2500 m Mudi Pad C – CPA : 3500 m

• Sukowati : Sukowati Pad A – CPA : 10 km Sukowati Pad B – CPA : 11 km

• CPA – Palang Station : 37 km • Palang Station – FSO : 20 km

4.3 Perhitungan Panjang virtual Anchor Perhitungan panjang virtual anchor digunakan untuk mengetahui seberapa panjang pipa yang dapat ditahan oleh anchor (virtual)agar dapat menahan pipa yang mengalami pergerakan akibat beban thermal. Panjang virtual anchor yang akan dihitung adalah untuk pipa bawah tanah (underground pipe) yang dimulai dari pig launcher CPA, Block Valve 1,2,3, dan 4, dan pig receiver Palang Station. 4.4 Hasil Perhitungan Beban dan Spring Tanah Tanah merupakan salah satu sumber beban (external pressure) pada buried pipe. Selain sebagai beban (external pressure) tanah juga sebagai tumpuan (daya dukung / spring) pada bagian bawah pipa. Dalam perhitungan daya dukung tanah ini akan dilakukan sepanjang desain pipa dari Sukowati ke CPA ini yaitu sepanjang 210 meter tiap kasus.

• Beban tanah (external pressure/dead load) diatas pipa adalah sebesar = 2.126 psi (mengacu pada Persamaan 2.24)

• Daya dukung / spring tanah disamping pipa (Lateral Soil Spring) adalah sebesar = 21 x 106

• Daya dukung / spring tanah diatas pipa (Vertical Uplift Soil Spring) adalah sebesar = 25 x 10

lb (mengacu pada Persamaan 2.25)

6

• Daya dukung / spring tanah dibawah pipa (Vertical Bearing Soil Spring) adalah sebesar = 16 x 10


6


4.5 Hasil Pemodelan 4.5.1 Pemodelan pipa diatas tanah Pertama-tama pipeline dimodelkan sebagai pipa diatas tanah, Titik awal pipa diberi node 10. Pada gambar 4.5, adalah bagian pipa yang diatas tanah diberi Angkor sebagai tandan kondisi batas analisis pipa dimana pada titik itu tidak ada perpindahan dalam arah sumbu x, y dan z. Gambar 4.4 menunjukkan kondisi awal pipeline sebelum di konversi ke buried pipe.

Gambar 4.4. Plot 2 dimensi pipa pada sumbu z-y 4.5.2 Pemodelan pipa dibawah tanah Setelah pipeline dimodelkan seperti pada pipa diatas tanah, kemudian di konversikan ke pipa bawah tanah (burreid pipe). Data tanah pada pipa bawah tanah adalah seperti pada gambar 4.6. Memiliki satu jenis soli model. Hal ini berarti selama proses pemodelan maka input dari data tanah yang digunakan tidak mengalami perubahan dan hanya memiliki 1 jenis data tanah sesuai kondisi dan data-data yang telah didapatkan dari JOB-PPEJ Tuban-Jawa Timur

Gambar 4.5 Pengisian data tanah

4.5.3 Tegangan yang Terjadi pada Pig Launcher pada kedalaman 2 meter. Pada pipa yang terletak di kedalaman 2 meter didalam tanah, Dengan kondisi pembebanan yang terjadi dengan desain pressure pipa sebesar 665 psi dan temperature operasi desain sebesar 250 0F, serta saat pipa beroperasi dengan pressure operasi sebesar 300 psi dan temperature operasi sebesar 230 0 F. Pada pemodelan pipa ini juga dilakukan saat beroperasi pipa mengalami perubahan tekanan dan temperature yang meningkat menyamai tekanan dan tempratur desainnya ( 665 psi, 250 0

F ) dan saat terjadi tekanan dan tempratur pada pipa yang meningkat kurang lebih 2 kali dari desain pressurenya sebesar 1300 psi. Tabel 4.1 dibawah ini adalah hasil tegangan gabungan dari variasi pressure dan temperature yang dihasilkan pada kedalaman 2 meter .

Tabel 4.1 Tegangan gabungan yang terjadi akibat internal pressure, temperature dan kedalaman 2 meter

Gambar 4.8 model pipa saat mengalami tegangan akibat pressure dan temperature pada kedalaman 2 meter

Gambar 4.9 model bend ( belokan ) pada pipa yang menunjukkan pipa berada pada kedalaman 2 meter (ditunjukkan dengan adanya restrain/buried pipe)

Gambar 4.10 Grafik pengaruh pressure dan temperature terhadap tegangan gabungan pada kedalaman 2 meter Berdasarkan hasil dari tegangan gabungan yang didapatkan dari pemodelan maka tegangan gabungan pada kedalaman pipa sedalam 2 meter dan dengan kondisi desain pressure pipa sebesar 665 psi dan temperature operasi desain sebesar 250 0F, serta saat pipa beroperasi dengan pressure operasi sebesar 300 psi dan temperature operasi sebesar 230 0

Struktur mengalami kondisi overstress atau melebihi tegangan yang diijinkan yaitu pada saat kondisi pressure yang bekerja sebesar 2 kali pressure desain atau sebesar 1300 psi dengan tempratur sebesar 375

F masih dalam kondisi aman atau belum melebihi maximum allowable stress struktur yaitu 31500 psi.

0

F yaitu sebesar 32115.10 psi seperti pada gambar grafik 4.11 yang ada diatas yaitu pipa mengalami overstress pada saat grafik melewati tegangan yang diijinkan pada gambar diatas yang ditunjukkan dengan adanya garis merah putus-putus yaitu pada saat tegangan yang diijinkan sebesar 31500 psi.

4.5.4. Tegangan yang Terjadi pada Block valve 1 pada kedalaman 2 meter.

Pada pipa yang terletak di kedalaman 2 meter didalam tanah, Dengan kondisi pembebanan yang terjadi dengan desain pressure pipa sebesar 665 psi dan temperature operasi desain sebesar 250 0F, serta saat pipa beroperasi dengan pressure operasi sebesar 300 psi dan temperature operasi sebesar 230 0F. Pada pemodelan pipa ini juga dilakukan saat beroperasi pipa mengalami perubahan tekanan dan temperature yang meningkat menyamai tekanan dan tempratur desainnya ( 665 psi, 250 0

F ) dan saat terjadi tekanan dan temperatur pada pipa yang meningkat kurang lebih 2 kali dari desain pressurenya sebesar 1300 psi, Tabel 4.2 dibawah ini adalah hasil tegangan gabungan dari variasi pressure dan temperature yang dihasilkan pada kedalaman 2 meter.

Tabel 4.2 Tegangan gabungan yang terjadi akibat internal pressure, temperature pada BV 1

Burried Depth to Top of pipe (d)

meter

Pressure (P 1) Desain

psi

Pressure (P 2)

operasi psi

Temperature (T 1) desain

F

Temperature (T 2) operasi

F

Combined Stress

psi

Maximum Allowable

Stress psi

Status

ok

ok

2 665

300

250

230 13483 31500

665 17403.1 31500

1300 375 31800.2 31500 overstress

250



Gambar 4.13 Grafik pengaruh pressure dan temperature terhadap tegangan gabungan pada kedalaman 2 meter Berdasarkan hasil dari tegangan gabungan yang didapatkan dari pemodelan maka tegangan gabungan pada kedalaman pipa sedalam 2 meter dan dengan kondisi desain pressure pipa sebesar 665 psi dan temperature operasi desain sebesar 2500F, serta saat pipa beroperasi dengan pressure operasi sebesar 300 psi dan temperature operasi sebesar 2300

Struktur mengalami kondisi overstress atau melebihi tegangan yang diijinkan yaitu pada saat kondisi pressure yang bekerja sebesar 2 kali pressure desain atau sebesar 1300 psi dengan tempratur sebesar 375

F masih dalam kondisi aman atau belum melebihi maximum allowable stress struktur yaitu 31500 psi.

0

4.5.5 Tegangan yang Terjadi pada Block valve 2 pada kedalaman 2 meter.

F yaitu sebesar 31800.2 psi seperti pada gambar grafik 4.14 yang ada diatas yaitu pipa mengalami overstress pada saat grafik melewati tegangan yang diijinkan pada gambar diatas yang ditunjukkan dengan adanya garis merah putus-putus yaitu pada saat tegangan yang diijinkan sebesar 31500 psi.

Pada pipa yang terletak di kedalaman 2 meter didalam tanah, Dengan kondisi pembebanan yang terjadi dengan desain pressure pipa sebesar 665 psi dan temperature operasi desain sebesar 2500F, serta saat pipa beroperasi dengan pressure operasi sebesar 300 psi dan temperature operasi sebesar 2300F. Pada pemodelan pipa ini juga dilakukan saat beroperasi pipa mengalami perubahan tekanan dan temperature yang meningkat menyamai tekanan dan tempratur desainnya (665 psi, 2500

F) dan saat terjadi tekanan dan tempratur pada pipa yang meningkat kurang lebih 2 kali dari desain pressurenya sebesar 1300 psi. Tabel 4.3 dibawah ini adalah hasil tegangan gabungan dari variasi pressure dan temperature yang dihasilkan pada kedalaman 2 meter .




Gambar 4.16 Grafik pengaruh pressure dan temperature terhadap tegangan gabungan pada kedalaman 2 meter Berdasarkan hasil dari tegangan gabungan yang didapatkan dari pemodelan maka tegangan gabungan pada kedalaman pipa sedalam 2 meter dan dengan kondisi desain pressure pipa sebesar 665 psi dan temperature operasi desain sebesar 2500F, serta saat pipa beroperasi dengan pressure operasi sebesar 300 psi dan temperature operasi sebesar 2300

Struktur tidak mengalami kondisi overstress atau melebihi tegangan yang diijinkan yaitu pada saat kondisi pressure yang bekerja sebesar 2 kali pressure desain atau sebesar 1300 psi dengan tempratur sebesar 375

F masih dalam kondisi aman atau belum melebihi maximum allowable stress struktur yaitu 31500 psi

0

F yaitu sebesar 30.653,3 psi seperti pada gambar grafik 4.20 yang ada diatas yaitu pipa tidak mengalami overstress pada saat grafik masih dibawah tegangan maksimum yang diijinkan pada gambar diatas yang ditunjukkan dengan adanya garis merah yaitu pada saat tegangan yang diijinkan sebesar 31500 psi, sehingga struktur pipa masih dalam batas aman.







Gambar 4.19 Grafik pengaruh pressure dan temperature terhadap tegangan gabungan pada kedalaman 2 meter

Berdasarkan hasil dari tegangan gabungan yang didapatkan dari pemodelan maka tegangan gabungan pada kedalaman pipa sedalam 2 meter dan dengan kondisi desain pressure pipa sebesar 665 psi dan temperature operasi desain sebesar 250 0F, serta saat pipa beroperasi dengan pressure operasi sebesar 300 psi dan temperature operasi sebesar 230 0



0

F yaitu sebesar 29.432,2 psi seperti pada gambar grafik 4.20 yang ada diatas yaitu pipa tidak mengalami overstress pada saat grafik masih dibawah tegangan maksimum yang diijinkan pada gambar diatas yang ditunjukkan dengan adanya garis merah yaitu pada saat tegangan yang diijinkan sebesar 31500 psi, sehingga struktur pipa masih dalam batas aman.










0F yaitu sebesar 30.411,5 psi seperti pada gambar grafik 4.20

yang ada diatas yaitu pipa tidak mengalami overstress pada saat grafik masih dibawah tegangan maksimum yang diijinkan pada gambar diatas yang ditunjukkan dengan adanya garis merah yaitu pada saat tegangan yang diijinkan sebesar 31500 psi, sehingga struktur pipa masih dalam batas aman. 4.5.8 Tegangan yang Terjadi pada Pig Receiver

pada kedalaman 2 meter. Pada pipa yang terletak di kedalaman 2 meter didalam tanah, Dengan kondisi pembebanan yang terjadi dengan desain pressure pipa sebesar 665 psi dan temperature operasi desain sebesar 250 0F, serta saat pipa beroperasi dengan pressure operasi sebesar 300 psi dan temperature operasi sebesar 230 0F. Pada pemodelan pipa ini juga dilakukan saat beroperasi pipa mengalami perubahan tekanan dan temperature yang meningkat menyamai tekanan dan tempratur desainnya ( 665 psi, 250 0



Gambar 4.23 model pipa saat mengalami tegangan akibat

pressure dan temperature pada kedalaman 2 meter





0

F yaitu sebesar 21424,5,2 psi seperti pada gambar grafik 4.25 yang ada diatas yaitu pipa tidak mengalami overstress pada saat grafik masih dibawah tegangan maksimum yang diijinkan pada gambar diatas yang ditunjukkan dengan adanya garis merah yaitu pada saat tegangan yang diijinkan sebesar 31500 psi, sehingga struktur pipa masih dalam batas aman.

5. Kesimpulan dan Saran Setelah melalui serangkaian proses analisa dan

perhitungan berdasarkan ASME B31.8 dan pemodelan CAESAR II didapatkan beberapa poin kesimpulan dari pipeline stress pada Jalur pipa 16 inch, yaitu:

5.1 Kesimpulan 1. Tegangan pada pipa akan meningkat jika

variabel input pressure dan temperature yang dimasukan semakin besar.

2. Pada saat dilakukan pemodelan dengan kondisi pressure operasi sebesar 665 psi, nilai tegangan pipa masih aman karena karena nilai tegangan ≤ 31.500 sehingga tidak ada yang mengalami overstress.

3. Hasil dari tegangan gabungan saat pressure 1300 psi, maka didapatkan nilai sebagai berikut :

Pig Launncher : 32.115,1 psi (Stress check failed)

Block Valve 1 : 31.800,2 psi (Stress check failed)

Block Valve 2 : 30.365,3 psi (Stress check passed)



Pig receiver : 21.424,5 psi (Stress check passed)

Pada Pig launcher dan Block valve 1 mengalami overstress karena nilai tegangan ≥ 31.500 psi, sehingga desain pipa tidak aman digunakan, sehingga harus didesain ulang jenis support yang digunakan pada pipa.

4. Pipa yang mengalami failed/overstress terjadi pada pemodelan pipa ketika input pressure yang dimasukan sebesar 1300 psi.

5.2 Saran Ada beberapa saran dalam tugas akhir ini, antara lain :

1. Pengaruh beban-beban luar lebih diperhitungkan lagi secara rinci.

2. Setelah dilakukan analisa stress bisa dilanjutkan dengan analisa keandalan dan perhitungan umur kelelahan bisa dilakukan.

Daftar Pustaka

[1] American Petroleum Institute, (2000), API Spec 5L: Specification For Line Pipe 42nd

[2] ASCE 2001 Guidelines for Design of Buried Steel Pipe.

Edition.

[3] ASME B31.8a Code. 2000. Gas Transmission and Distribution piping System. USA: New York.

[4] Bai, Y. 2001. Pipeline and Riser. Elsevier Ocean Engneering Book

[5] Pratama, Ardilla Dedy. 2010. Analisa Keandalan Pada Pipa Joint Operating Body Pertamina-Petrochina Bengawan Solo River Crossing. Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan

[6] E.W.McAllister, Pipeline Rules of Thumb HandBook, Gulf Professional Publishing , 1998.

[7] Chamsudi,Achmad, 2005. Diktat-Piping Stress Analysis, PT. Rekayasa Industri

[8] JOB Pertamina-Petrochina East Java. 2005. Pipeline Stress Analysis Report of 10 Inch Crude Pipeline From Sukowati Field To Mudi Gathering Station

[9] Kannappan,Sam.1985. “ Introduction to Pipe Stress Analysis”Tennese : A Wiley-Interscience Publication

[10] KepMentamben 1997 Keselamatan kerja pada pipa penyalur minyak dan gas bumi.

[11] Liu, H. 2005. Pipeline Engineering. Boca Raton: Lewis Publishers CRC Press Company

[12] Soegiono, (2007), Pipa Laut, Surabaya : Airlangga University Press.

[13] COADE Engineering Software, 2005, Caesar 5.10 Aplication Guide, Houston.

[14] COADE Engineering Software, 2005, Caesar 5.10 Technical Reference Manual, Houston.

[15] COADE Engineering Software, 2005, Caesar 5.10 Quick Reference Guide, Houston

[16] Migas-Indonesia Online. http://www.migas-indonesia.com

[17]

. 3 Februari 2010

http://www.pipingdesign.com/stressanalysis.pdf

[18] http://www.pipestress.com/papers/UnderGrd-2.pdf

[19] http://www.pipestress.com/papers/UnderGrd-1.pdf

[20] http://www.pm-pipeliner.safan.com/mag/ppl0909/cs10.pdf

[21] http://pipestress2009.wordpress.com/2008/08/04/asme-b31-code-pressure-piping/

[22] http://pipestress2009.wordpress.com/2009/01/12/pengantar-offshore-pipeline-enginering/

[23] http://ptsdm.com/pdf/sep/sep5.pdf

http://www.pipingdesign.com/stressanalysis.pdf�

http://www.pipestress.com/papers/UnderGrd-2.pdf�

http://www.pipestress.com/papers/UnderGrd-1.pdf�

http://www.pm-pipeliner.safan.com/mag/ppl0909/cs10.pdf�

http://www.pm-pipeliner.safan.com/mag/ppl0909/cs10.pdf�

http://pipestress2009.wordpress.com/2008/08/04/asme-b31-code-pressure-piping/�

http://pipestress2009.wordpress.com/2008/08/04/asme-b31-code-pressure-piping/�

http://pipestress2009.wordpress.com/2009/01/12/pengantar-offshore-pipeline-enginering/�

http://pipestress2009.wordpress.com/2009/01/12/pengantar-offshore-pipeline-enginering/�

http://ptsdm.com/pdf/sep/sep5.pdf�

pipeline stress analysis pada onshore design jalur … · menyalurkan crude oil dari sumur menuju...

Documents