pressure vessel

Download pressure vessel

Post on 20-Nov-2015

267 views

Category:

Documents

35 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

belajar pv

TRANSCRIPT

  • 12

    BAB III

    DASAR TEORI

    3.1. Pengertian Bejana Tekan dan Separator

    Tugas akhir ini mengangkat materi perancangan bejana tekan vertikal

    yang berfungsi sebagai separator, oleh karena itu perlu dijelaskan pengertian

    bejana tekan dan separator sebagai dasar perancangan.

    3.1.1. Bejana tekan

    Bejana tekan adalah suatu benda yang berfungsi untuk menampung atau

    memproses suatu fluida. Contoh aplikasi bejana adalah sebagai berikut:

    1. Storage tank

    Fungsi untuk menampung fluida, contoh tangki bahan bakar.

    2. Tempat proses atau reaksi

    Fungsi untuk suatu proses kimia pada suatu fluida tertentu, contoh

    separator, scrubber, dan slug catcher.

    3. Alat bantu

    Fungsi untuk menunjang suatu proses, contoh pada sistem pneumatik

    diperlukan udara bertekanan yang disimpan di bejana tekan.

    4. Transportation tank

    Fungsi untuk mengangkut fluida, contoh mobil tangki bahan bakar.

    Bejana tekan beroperasi pada tekanan operasi. Berdasarkan tinggi tekanan

    operasi bejana tekan bisa dibagi menjadi sebagai berikut:

    1. Atmospheric tanks

    Beroperasi pada tekanan atmosfer atau pada tekanan maksimal 0,5

    psig, contoh : atmospheric tanks atau silincer pada sistem geothermal.

    2. Low pressure tanks

    Beroperasi pada tekanan rendah (0,5 psig sampai 15 psig).

    3. Pressure vessel

    Beropersi pada tekanan tinggi lebih dari 15 psig.

    4. Pressure vessel vakum

  • 13

    Beroperasi pada tekanan di bawah tekanan atmosfer (terjadi eksternal

    pressure).

    Berdasarkan hubungan tekanan operasi pada bejana tekan dengan udara

    luar, tekanan operasi dapat dibedakan menjadi:

    1. Tekanan internal

    Bila tekanan dalam bejana melebihi tekanan atmosfer di luar bejana.

    2. Tekanan eksternal

    Bila tekanan dalam bejana kurang dari tekanan atmosfer dari luar,

    termasuk juga bejana yang menderita tekanan vakum.

    Bejana tekan dapat dibedakan berdasarkan bentuk shell. Shell mempunyai

    beberapa bentuk, pemilihan bentuk mempertimbangkan tekanan operasi, fungsi,

    dan harga. Jenis bejana tekan berdasarkan bentuk shell adalah sebagai berikut:

    1. Silinder

    Bentuk shell silinder dibuat untuk incompressible fluid dan mix.

    2. Bola

    Bentuk bola dibuat untuk compressible fluid. Dengan bentuk bola

    pada ketebalan yang sama maka ketahanan menahan tekanan lebih

    baik daripada bentuk silinder.

    3. Rectangular

    Bentuk sederhana dan pembuatan mudah. Bentuk persegi tidak

    dipakai untuk tekanan tinggi, biasanya dipakai untuk menampung

    fluida dengan tekanan hidrostatik. Bentuk rectangular sangat jarang

    digunakan dan dirancang dengan standar API.

    Bejana tekan silinder dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan posisi

    pemasangan shell:

    1. Horisontal

    Pada pressure vessel horisontal, vessel ditumpu oleh saddle.

    Keuntunganya adalah kontruksi lebih mudah karena beban angin dan

    gempa lebih kecil daripada vessel vertikal. Kerugian membutuhkan

    tempat lebih luas.

  • 14

    2. Vertikal

    Pada konstruksi posisi vessel vertikal, vessel ditumpu oleh skirt atau

    leg. Keuntungan membutuhkan tempat lebih sempit daripada

    horisontal. Kerugian beban angin dan gempa harus dipertimbangkan.

    Contoh bejana tekan dapat dilihat pada Gambar 3.1. sebagai berikut.

    Gambar 3.1. Contoh bejana tekan vertikal dalam proses pabrikasi

    Pada tugas akhir ini akan dirancang pressure vessel atau bejana tekan

    dengan bentuk shell silinder, dengan posisi vertikal. Bejana tekan yang dirancang

    akan berfungsi sebagai separator pada instalasi geothermal. Bejana tekan

    dirancang berdasarkan tekanan internal.

    3.1.2. Separator

    Separator adalah suatu alat untuk memisahkan fasa fluida. Dalam

    perancangan ini separator diklasifikasikan sebagai separator dua fasa, separator

    akan memisahkan brine dan uap dari sumur produksi geothermal. Brine kemudian

    akan dialirkan ke silencer dan selanjutnya akan dipompa ke sumur injeksi. Uap

  • 15

    selanjutnya akan dialirkan ke scrubber dan selanjutnya akan digunakan untuk

    menggerakkan turbin.

    Jenis separator yang dipakai dalam perancangan ini adalah separator

    vertikal. Fluida masuk melalui nozzle pada dinding samping. Proses pemisahan

    fluida pertama aliran dua fasa masuk melalui cyclone inlet. Karena perbedaan

    densitas, brine akan turun ke bawah dan keluar melalui nozzle pada bottom head.

    Uap akan bergerak ke atas dan uap mengalir melalui lubang pipa yang ada di

    bagian atas dan keluar melalui nozzle outlet di bottom head, kemudian uap

    mengalir ke scrubber. Separator dilengkapi dengan peralatan internal dan

    peralatan pendukung. Contoh separator pada lapangan geothermal dapat dilihat

    pada Gambar 3.2.

    Gambar 3.2. Bejana tekan separator geothermal PT. Geodipa Energi Dieng

    3.1.3. Kriteria desain

    Kriteria perancangan merupakan kebutuhan minimum dalam

    perancangan dan pemilihan material bejana tekan. Prosedur umum dalam

  • 16

    perancangan bejana tekan adalah dengan menentukan kondisi desain dan

    pembebanan akibat gaya-gaya luar yang menyebabkan tegangan. Lingkup

    pekerjaan perancangan bejana tekan meliputi juga nozzle dan opening sampai

    muka flange-nya, penumpu, dan lifting lugs.

    Code dasar dalam perancangan bejana tekan adalah ASME (Boiler and

    Pressure Vessel Code), Section VIII divisi 1, penggunaan code atau metode

    lain hanya terbatas pada kasus-kasus yang tidak tercakup pada code (ASME

    VIII divisi 1). Simulasi pembebanan eksentrik pada nozzle berdasarkan code

    WRC 107.

    3.1.4. Data perancangan

    Kondisi perancangan harus diperhatikan sebelum perancangan. Data

    operasi diperoleh dari Process Flow Diagram (PFD) dan perhitungan proses

    untuk dimensi utama peralatan bejana tekan. Data-data tersebut meliputi

    temperatur operasi, tekanan operasi, dimensi utama (diameter dalam,

    tinggi/panjang), fasa/kondisi fluida. Data-data tersebut didapat dari lapangan

    dengan menguji sumur produksi dan memasang separator uji coba. Gambar dari

    sumur produksi dan separator uji coba dapat dilihat pada Gambar 3.3.

    Gambar 3.3. Sumur produksi dan separator uji coba di geothermal Karaha

  • 17

    Bejana tekan dirancang untuk kondisi yang paling buruk terhadap tekanan

    maupun temperatur seperti yang diperkirakan akan terjadi selama operasional

    normal. Tekanan dan temperatur perancangan akan dipakai sebagai dasar

    pemilihan material dan tidak boleh melebihi dari tekanan dan temperatur

    maksimum sesuai data material. Kondisi lingkungan juga perlu diperhatikan

    dalam perancangan. Data lingkungan yang dipakai dalam perancangan bejana

    tekan meliputi intensitas angin, zona gempa, kelembaban, temperatur lingkungan,

    dan tekanan atmosfer.

    3.1.5. Pembebanan

    Pembebanan yang terjadi pada bejana tekan perlu diperhitungkan agar

    bejana tekan mampu menahan beban tersebut. Beban-beban yang dialami oleh

    bejana tekan meliputi:

    a. Tekanan internal perancangan

    b. Berat bejana tekan, berat peralatan dan berat isi ketika operasi dan

    pengujian.

    c. Superposisi reaksi-reaksi statik dari berat peralatan yang menempel,

    seperti: perpipaan, lining, dan isolasi.

    d. Peralatan lain yang tertempel, seperti: platform dan ladder.

    e. Peralatan internal.

    f. Penumpu, seperti: skirt, saddle, lugs, dan legs

    g. Reaksi-reaksi dinamik/siklik akibat variasi tekanan atau temperatur, atau

    akibat peralatan yang menempel pada bejana

    h. Angin dan gempa

    i. Beban impak akibat aliran fluida yang masuk bejana

    j. Ekspansi termal

    3.2. Teori Tegangan

    Teori tegangan pada bejana tekan secara umum merupakan pengembangan

    dari teori tegangan dalam mekanika. Tegangan yang terjadi dalam bejana tekan

  • 18

    bisa disebabkan oleh tekanan internal bejana tekan dari fluida kerja, tekanan

    eksternal dari udara luar, beban berat dari bejana tekan, beban akibat gaya luar

    seperti beban angin, gempa dan beban eksentrik akibat perpipaan. Adapun

    karakteristik hubungan antara tegangan regangan dapat dilihat pada kurva

    tegangan regangan, yang di dalamnya mencakup tegangan luluh dan tegangan

    ultimate. Kurva karakteristik antara tegangan regangan ditunjukkan pada Gambar

    3.4. di bawah ini.

    Gambar 3.4. Diagram tegangan regangan baja ulet (kiri) dan bahan getas

    (kanan)

    Titik tegangan luluh merupakan titik acuan sebagai batas tegangan ijin

    dalam perancangan. Tegangan ultimate merupakan titik yang menunjukkan besar

    tegangan maksimum yang mampu ditahan material sebelum mengalami

    kegagalan. Titik kegagalan merupakan titik di mana material tersebut mengalami

    kegagalan. Di bawah titik tegangan luluh material bersifat elastis dan di sebelah

    kanan titik tegangan luluh, material bersifat plastis (bila diberi pembebanan pada

    material tersebut dan beban ditiadakan, material akan berdeformasi).

    3.2.1. Tegangan pada shell

    Pada shell silindris, tekanan akan terbagi secara merata pada setiap

    dinding. Tegangan yang terjadi pada shell karena tekanan internal P dapat

    dihitung dari kesetimbangan statis. Dalam analisis tegangan shell dapat dibagi dua

  • 19

    yaitu shell tebal dan tipis. Shell tipis adalah shell dengan rasio dari ketebalan shell

    t terhadap principal radius minimum dari kelengkungan adala