3.4.1. Perhitungan Stress
Pada perhitungan equivalent stress (von mises) dibutuhkan tiga stress pendukung yang selanjutnya masuk dalam perhitungan equivalent stress tersebut. Ketiga stress tersebut adalah longitudidal stress, circumferential sttress dan radial
stress. Pada perhitungan ini internal design pressure diassumsikan sebagai radial stress. Besar equivalent stress (von mises) sesuai perhitungan berikut:
1. Longitudinal Stress 2. Circumferential Stress
3. Equivalent Stress (Von Mises)
39 √ [ ] √ [ ] √ [ ] √
40 3.5. Fabrikasi dan Inspeksi Presssure Vessel
Perancangan pada ketel uap berdasarkan standard Megyesse adalah : Penutup (head)
Pada tekanan internal yang tinggi, silinder dan tutup cenderung memuai. Ujung material akan mengalami penambahan panjang. Deformasi yang tidak sama akan mengakibatkan tegangan lentur dan geser pada sambungan. Antara ujung dari silinder dan penutup harus terdapat kontinuitas fisis. Karena pertimbangan ini ujung bejana dibuat melengkung. Terdapat dua cara untuk merancang penutup ketel uap dan ada beberapa tape penutup yang digunakan antara lain, yaitu :
1. Perhitungan menggunakan parameter bagian dalam Pressure Vessel. a. Tipe Ellipsoidal
Gambar. 3.5.1Tutup Bejana
P = tekanan desain atau tekanan maksimal yang bekerja pada ketel uap (psi atau Pa) S = nilai tegangan dari material (psi atau Pa)
E = efisiensi dari pengelasan
R = jari-jari bagian dalam ketel uap (inchi atau mm) D = diameter bagian dalam ketel uap (inchi atau mm)
41 Dinding Bejana Tekan (Shell)
Pada umumnya dinding shell berbentuk silinder atau bulat.
Gambar. 3.5.2Dinding Bejana Tekan
Fabrikasi bejana bulat sangat sulit sehingga bejana silinder lebih banyak digunakan pada dunia industri. Badan bejana harus dilengkapi dengan penegak untuk mencegah terjadinya tegangan lebih atau distorsi yang berasal dari beban eksternal yang besar. Ada dua macam cara merancang ketebalan dinding ketel uap dengan menggunakan tekanan internal bejana tekan, yaitu:
P = tekanan desain atau tekanan maksimal yang bekerja pada bejana tekan (psi atau Pa) S = nilai tegangan dari material (psi atau Pa)
E = Efisiensi dari pengelasan
R = Jari jari bagian dalam bejana tekan (inchi atau mm) D = Diameter bagian dalam bejana tekan (inchi atau mm) t = Ketebalan dinding ketel uap (inchi atau mm)
C.A.= nilai korosi yang diijinkan (inchi atau mm)
Perakitan Pressure Vessel
1. Keberhasilan bejana tekan tergantung dari beberapa hal: a. Kehandalan pengangkutan
b. Kehandalan ahli pengangkatan peralatan berat (rigger) beserta seluruh peralatan, perlengkapan, dan metodenya
42 c. Mutu pendasi yang memenuhi persyaratan
d. Posisi baut anker yang tepat
e. Desain kupuing pengangkat (lifting lug) yang memadai f. Pelaksana instalasi yang professional.
Terdapat dua metode penegakan bejana langsung, sebagai berikut : a. Metode dressed up
Bejana utuh datang tiba dari vendor dalam keadaan dicat dengan cat pelindung. Selanjutnya seluruh perpipaan disekeliling bejana, ladder dan platform serta isolasi panasdipasang terlebih dahulu, kemudian bejana diangkat dalam kondisi “dressed up”(berbaju lengkap). Hali ini menghemat waktu pemasangan prancah, sekaligus lebih aman bagi pelaksana instalasi
b. Metode pertolongan
Karena beratnya yang melebihi kapasitas alat pengangkat, bejana dapat diinstalasi secara bertahap, potongan demi potongan. Hal ini lebih sulit mengingat pengelasan penyambungan bagian bertekanan dilaksanakan di lapangan, sehingga banyak sekali kendala seperti kemungkinan kecelakaan kerja panas pada posisi yang tinggi, terpaan cuaca (angin dan hujan) serta harus disediakan peralatan stress reliefing yang portable, khususnya untuk bejana barbadan sangat tebal. Di bawah ini diperlihatkan kegiatan pengangkatan/ penegakan bajana tekan dengan dua metode.
Fabrikasi Pressure Vessel
1) Pemilihan pelat dan welding consumable sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan.
2) Memplot ukuran pola-pola potongan pada pelat untuk nantinya dipotong
3) Ukuran pola yang telah diplot pada pelat dicocokkan dengan gambar fabrikasi. Setelah sesuai baru dilaksanakan pemotongan dengan oxyacetylene cutter
4) Selanjutnya diadakan pembentukan kampuh las (edge preparation) yang biasanya merupakan hold point untuk inspektor pihak pemesan
5) Jika terdapat NC (Nonconfirmasi) berupa laminasi atau segregasi , pihak inspektor dapat menolaknya dan prosedur dapat diulang lagi
43 6) Jika edge preparation telah lulus uji, dapat dilanjutkan dengan pengerolan pelat shell
hingga didapat radius dengan toleransi yang disepakati
7) Sebelum proses pengelasan harus diyakinkan bahwa WPS dan PQR telah disetujui pihak pemesan, dan para juru dan operator las terkualifikasi
8) Untuk sambungan longitudinal dan transversal biasanya digunakan SAW secara otomatis
9) Untuk pelat sangat tebal (diatas 1 ¼ inci) diperlukan preheating (pemanasan awal setinggi 100-150 Celcius) dan suhu interpass minimum 150 Celcius
10) Setelah pengelasan selesai diadakan penghilangan regangan (stress reliefing)
11) Setelah proses penghilangan regangan selesai, bagian pelat yang terimbas HAZ diuji kekerasan menggunakan brinell atau vickers. Jika kekerasan masih di atas 225 Brinell Hardness Number (BHN) maka dianggap penghilangan regangan masih belum sempurna dan harus diulang
12) Setelah penghilangan regangan selesai dan pelat telah dingin, diadakan radiografi sebanyak ketentuan yang telah digariskan oleh specification
13) Film hasil radiografi diperiksa oleh inspektor yang berwenang (radiographer) dan diminta commentnya. Setiap NC yang ditolak harus direpair sesuai WPS oleh juru las berkualifikasi
14) Tutup atau head biasanya dipesan pada sub supplier, dan demikian tiba langsung diperiksa oleh inspektor serta diminta pendukungnya seperti PO dan material certificate dan diperiksa heat numbernya
15) Head biasanya berupa tempaan (untuk pelat tebal > 5/8 inci), atau pelat yang dipress dan dilas (untuk ukuran tebal <= 5/8 inci)
16) Setelah proses penghilangan regangan dan tes kekerasan selesai , kemudian diadakan pengukuran dimensi secara sangat teliti
17) Jarak sumbu dan orientasi nozzle benar-benar harus tepat , sebab jika terjadi penyimpangan cukup besar akan menyulitkan pemasangan perpipaan kelak dilokasi 18) Untuk bejana yang ramping dan panjang diadakan pengukuran dawai piano pada titik
pusatnya sepanjang bejana tekan untuk mengukur kelurusan sumbunya dan kebundarannya
44 19) Pengukuran dilaksanakan setelah proses penghilangan regangan selesai untuk
memastikan tidak terjadi deformasi atau metal upset selama pemanasan
20) Setelah shell dan head selesai dilaskan , ditentukan garis tangent to tangent, serta garis longitudinal dari titik 0,0 pada badan bejana. Dari sini orientasi masing-masing nozzle ditetapkan sesuai gambar fabrikasi
21) Bukan merupakan praktek yang baik, apabila opening dibuat dengan memotong sambungan longitudinal maupun transversal. Hal ini untuk menghilangkan stress finger atau jari regangan
22) Setelah seluruh pemasangan opening dan nozzle selesai, tinggal melengkapi bejana dengan internal (jika ada) sesuai gambar konstruksi. Jika pemasangan internal selesai dan diuji kelevelannya, maka secara mekanis fabrikasi vessel selesai, tinggal melengkapi dengan sistem kontrol yang dipasok pihak lain
Inspeksi Bejana Tekan
Sebagai realisasi dari pre inspection meeting dan persetujuan atas panduan inspeksi (inspection manual) dan perencanaan (plan) dari pihak fabricator, di bawah ini adalah kegiatan inspeksi dan tes yang dilaksanakan oleh pihak fabricator , pihak pemesan/pemilik dan pihak pemerintah dari Negara pemesan serta pihak ASME sebagai pemegang otorisasi sertifikasi atas desain dan fabrikasi bejana tekan yang dianut oleh pihak fabricator.
Inspeksi pihak Fabrikator Panduan Inspeksi
Panduan inspeksi pihak fabricator adalah buku panduan tentang pengendalian (quality control – QC) dan pemastian mutu (quality assurance – QA) yang baku dan standar bagi fabricator yang merupakan kebijakan pokok dalam pengendalian dan pemastian mutu . Panduan inspeksi disusun berdasarkan ketentuan dari ASME , yakni Asosiasi Mechanical Engineer Amerika yang mengeluarkan kode standar untuk desain , fabrikasi dan pengujian bejana tekan internasional dan standar ISO 9000
Inspection Manual mengemukakan :
45 2. Sistem mutu yang dianut (ISO 9001)
3. Segala ketentuan pokok tentang QA dan QC (Quality procedure) Perencanaan Inspeksi
Perencanaan inspeksi (inspection plan) merupakan rencana menyeluruh tentang langkah-langkah manajerial , operasional (QA dan QC) dan pengujian terhadap suatu proyek fabrikasi bejana tekan berdasarkan PO (Purchase order) pemesan tertentu . Jadi quality plan sifatnya individual (unique) untuk jenis pressure vessel tertentu
Perencanaan Inspeksi mengandung langkah-langkah inspeksi yang berurut dan sistematis sesuai dengan perkembangan / kemajuan tahap fabrikasi , misalnya:
1. Vendor visit pada subsupplier/sub fabricator, untuk mengetahui kualitas pengerjaan, mutu material, kepemimpinan, system kualitas (quality system), pengiriman (delivery) dan beban kerja (work load) yang ada.
2. Receiving inspection untuk material, cosumbale dan component, yang masuk dari pemasok (subsuplier dan subfabricator) meliputi dimension check, material check, workmanship check termasuk radiography welding. Inspektor fabricator menuntut adanya sertifikat material (material certificate) dari pemasok mereka.
3. Setiap nonconfirmasi yang terjadi, ditindaklanjuti oleh mereka atas biaya sub supplier/subvendor
4. Memeriksa mutu dan dimension check atas plotting (penerapan/maal), cutting,edging (pembentukan kampuh las pada sisi pelat) dan rolling
5. Tahap ini biasanya diperlakukan sebagai hold point (tahap dimana pekerjaan dihentikan sambil menunggu kedatangan inspector pemesan/ pemilik , setelah disetujui inspector pemesan, pekerjaan dilanjutkan lagi)
6. Jika terdapat nonconfirmasi seperti laminasi , maka hal tersebut dapat mengakibatkan penolakan (rejection) atas material yang menderita NC tersebut 7. Inspektor fabricator bertanggung jawab atas WPS ( Welding Procedure
Spesification) dan PQR (Procedure Qualification Record) yang digunakan walaupun sudah mendapat persetujuan dari pihak pemesan. Demikian juga dengan kualifikasi welder yang ditugasi melaksanakan pengelasan pada proyek tersebut
46 8. Inspektor memantau penyiapan kampuh las (mengatur weld gap, mengukur sudut bukaan, mengukur ketebalan plat, memeriksa ring penguat jika digunakan , memeriksa consumable dan peralatan las)
9. Inspektor mengukur lengkungan (curvature) pelat yang dirol dan menentukan diterima atau dirol selanjutnya atau ditolak, apalagi jika shell ditempa bukan dirol, seperti tampak pada gambar berikut ini. Toleransi tidak boleh dilanggar, sebab dapat ditolak oleh inspector pihak pemesan
10. Sewaktu pelaksanaan pengelasan, inspector memperhatikan nyala api, mengukur arus listrik dan meyakinkan jenis arus dan polaritas, serta memeriksa kondisi gas pelindung (komposisi maupun tekanannya) dan mengukur konfigurasi las, serta menginspeksi secara visual kondisi las secara keseluruhan dan rinci
11. Melaksanakan NDT sesuai ketentuan spesifikasi (radriografi , ultrasonic, magnetic particle atau penetrant test)
12. Semua nonconformas ditindaklanjuti sesuai ketentuan spesifikasi untuk repair dan retest
o Dibawah ini digambarkan cara menempa badan bejana yang seamless ( tidak bersambung las longitudinal), heavy wall (tebal 450mm, OD 6 meter) untuk bejana Hydro Desulfurization reactor
o Penempaan menggunakan hydrolic forging press berkapasitas 10000 Ton. Suhu tempa sekitar 700 C
13. Setelah NDT selesai , maka inspector mengadakan pengukuran secara professional pada dimensi pokok bejana maupun orientasi nozzle dan manhole , serta bagian-bagian vessel. Pada titik progress ini biasanya juga dijadikan Hold Point
14. Sebaiknya Hold Point dilaksanakan pada tingkat kemajuan fabrikasi sekarang daripada dilaksanakan setelah seluruh pekerjaan mekanikal selesai , karena jika ada perbaikan pada bagian bertekanan , terpaksa stress reliefing diulang lagi (jika ada)
15. Jika diperlukan stress relief, inspector juga memantau suhu kenaikan (increment) dan penurunan (decrement) , suhu stress reliefing dan soaking time yang diperlukan
47 16. Setelah seluruh proses PWHT (post weld heat treatment = pembuangan regangan) selesai , diadakan pengujian kekerasan bahan las. Jika ternyata kekerasan bahan pada daerah yang berimbas panas (heat affected zone) masih di atas 225 BHN (Brinell Hardness Number), PWHT masih harus diulang, sehingga maksimum kekerasan bahan baja tidak melebihi 225 BHN
17. Setelah seluruh pelaksanaan pekerjaan mekanikal selesai, bejana tekan diuji hidrostatis pada 1 ½ x tekanan kerja maksimum (MAWP) atau pada 1 ½ x tekanan desain. Diharapkan pada kondisi paska hidrotes tidak ada deformasi permanent , sebab jika ada , hal tersebut dianggap fatal. Seluruh bejana tekan akan ditolak
18. Pada saat ini seluruh inspector baik dari pihak fabricator , pemesan / pemilik , pihak III serta inspector pemerintah hadir menyaksikan pengujian tersebut. Tekanan dicatat dalam pressure time recoding chart dan ditandatangani oleh para inspector yang hadir untuk pengesahan ( terlampir)
19. Setelah lulus uji, bejana dikosongkan dan dikeringkan dari sisa-sisa air hidrotes , dan bagian luarnya di-sand blast untuk dicat
20. Bejana kemudian dicat dengan zinc rich primer atau red lead atau cat aluminium , maksudnya untuk melindungi permukaan sebelah luar shell dari karat atmosferis selama pengangkutan (shipment) dan perletakan (lay down) di lapangan simpan (storage yard)
21. Bagian dalam bejana diisi dengan silica gel untuk mencegah pengembunan Inspeksi pihak pemilik / pemesan / pemerintah
Ketiga pihak inspeksi ini tidak melaksanakan inspeksi secara operasional , namun lebih bersifat manajerial (quality assurance) , yakni mengadakan verifikasi hasil pelaksanaan inspeksi oleh pihak fabrikator. Namun jika timbul keragu-raguan , mereka dapat meminta pengulangan inspeksi atau pengujian sehingga hasilnya benar-benar dapat meyakinkan mereka
Walaupun mereka telah meluluskan suatu hasil pengujian , bukan berarti pihak fabricator lepas tanggung jawab jika terjadi sesuatu sehubungan dengan pengujian tersebut
Pada persiapan fabrikasi, inspector pemilik secara acak akan memeriksa kondisi pelat yang akan digunakan untuk pembuatan bejana tekan
48 Inspeksi / penyaksian dilaksanakan pada hold points dan pada final hidrotes
Kecuali apabila pressure vessel tersebut sangat critical, maka inspeksi pihak pemesan/ pemilik bersifat resident (selalu berada di shop vendor untuk setiap saat memantau pelaksanaan fabrikasi)
Inspeksi pihak pemilik/ pemesan akan memantau persiapan pengapalan (shipment) untuk meyakinkan semua berjalan semestinya.
Prosedur hidrotest, agar hidrotest berhasil baik, perlu prosedur yang benar dengan urut-urutan sebagai berikut :
a. Tentukan air hidrotest ber Ph di atas 7 chlorine < 50 ppm
b. Terlebih dahulu tutup semua opening dengan flensa buta dan semua kerangka dengan sorokan (insert plate)
c. Buka ventilasi bejana tekan.
d. Isi bejana tekan perlahan lahan dengan air tersebut diatas hingga keluar dari ventilasi. Hal ini berarti udara telah keluar dari dalam bejana. Suhu air antara 20o C hingga 40o C
e. Setelah bejana tekan diyakini penuh dengan air uji dan tidak ada udara lagi yang tertinggal, ventilasi ditutup dan pompa tekan dijalankan. Tekanan naik perlahan lahan hingga 80% dari tekanan uji, kemudian pengempaan dihentikan sementara untuk menguji seluruh sambungan flensa. Semua kebocoran diikat ulang, jika semua rembesan hilang, tekanan dilanjutkan hingga mencapai tekanan uji (1
2
1 tekanan
kerja maksimum atau 1 2
1 tekanan design). Dari awal, charta pressure time telah
dipasang untuk mencatat tekanan. Setelah tekanan uji tercapai, ditunggu biasanya sekitar 2 jam sambil memeriksa bocoran sambungan flensa dan kemungkinan adanya deformasi. Setelah waktu tungu selesai, tekanan kembali ke atmosferis, saluran pengering (drain) dibuka sedikit untuk mengosongkan bejana. Sisa air uji sebaiknya dikeringkan agar tidak memprakarsai serangan karat.
Pengujian hidrostatis selalu disaksikan oleh para inspektor yang terkait termasuk inspektor pemerintah untuk mensahkannya.
49 BAB IV
PENUTUP
4.1. Kesimpulan
Dari berbagai penjelasan tentang pressure vessel diatas, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut ;
Pressure Vessel merupakan suatu komponen yang penting dalam dunia industri apapun seperti industri manufaktur, industri gas, industri makanan dan minuman, maupun industri minyak dan gas sebagai pembangkit listrik menggunakan aliran uap.
Masalahan yang sering dihadapi pada pembuatan pressure vessel yaitu seringnya terjadi kerusakan pada saat penggunaan akibat pressure yang berlebih atau lifetime yang mulai berkurang sehingga perlu diantisipasi dengan repair dan maintenance.
Apabila bejana tekan terindikasi adanya kerusakan dan tidak memenuhi syarat keselamatan, maka harus diuji lagi kekuatannya atau dilarang dipergunakan
Pressure vessel dibagi menjadi dua, yaitu pressure vessel vertical dan horizontal. Pressure vessel vertikal sangat rentang terhadap pengaruh hembusan angin dan faktor gempa, oleh karena itu dalam perancangan vertical vessel diperhitungkan faktor-faktor tersebut. Untuk horizontal vessel pengaruh beban yang diperhitungkan adalah buckling atau momen yang terjadi akibat berat pressure vessel yang ditopang oleh saddle.
Pressure Vessel adalah tempat penampungan suatu fluida baik berupa cairan maupun gas dengan tekanan yang lebih tinggi dari tekanan atmosfir. Pressure Vessel pada umumnya bekerja pada suhu antara -350 oF hingga diatas 1000 oF dengan kapasitas yang sangat besar.
Pressure Vessel paling sering digunakan sebagai media penampung fluida cairan uap air atau gas pada tingkatan tekanan lebih besar dari tekanan udara. Pressure Vessel menampung suatu unsur yang digunakan secara luas untuk berbagai aplikasi industri yang mencakup bahan kimia, farmasi, industri plastik, makanan dan minuman, perminyakan dan bahan bakar.
50 Shell terbuat dari single plate ataupun plat yang disambung dengan pengelasan. Bila diameter plat yang dibutuhkan sudah memenuhi untuk membuat satu silinder shell maka tidak perlu sambungan plat baru.
Nozzle biasanya terdiri dari penguat leher nozzle yang ditempa atau pipa seamless yang dilas pada leher flange.
Flange merupakan bagian dari struktural koneksi pipa pada pressure vessel yang berguna sebagai tempat pengikatan pipa satu dengan yang lain. Pipa dengan menggunakan flange lebih efektif dalam segi maintenencenya, karena pipa menjadi lebih mudah dibongkar pasang, dan apabila salah satu bagian pipa harus diganti kita tidak perlu merusak bagian lain untuk melepas pipa tersebut.
Pengujian atau inspeksi pada pressure vessel bisa menggunakan Radiografi tes atau ultrasonic tes.
Dari hasil perhitungan yang dilakukan, diperoleh :
Shell menggunakan material SA 516 70 dengan tebal 0,3125 in dan dengan allowable stress maximum accepted karena melebihi internal desain pressure.
Head menggunakan material SA 36 dengan tebal 0,3125 in dan dengan allowable stress maximum accepted karena melebihi internal desian pressure.
Saddel menggunakan material SA 36
Lifting lug menggunakan material SA 516-70 dengan dimensi D=1 in ; R=1,5 in ; t= 0,5 in dan L= 10 in .
51
DAFTAR PUSTAKA
Megyesy, F.Eugene, 2001.twelfth edition, Pressure Vessel Handbook, Inc: Pressure Vessel Publishing
Pullarcot, Sunil.2002.Practical Guide to Pressure Vessel Manufacturing.Marcell Dekker, Inc:New York.
Widharto, Sri.2009.Inspeksi Teknik.Pradnya Paramita:Jakarta www.scribd.com
www.google.com www.wikipedia.com