ANALISA VARIASI DIAMETER DAN VARIASI DESIGN BY-PASS PADA SISTEM BY-PASS PERPIPAAN ROPP 030. : Ir. Wisnu Wardhana, SE,MSc,Ph.D.

(1)

Widhia

Widhia Krisna

Krisna Prayuda

Prayuda

Widhia

Widhia Krisna

Krisna Prayuda

Prayuda

4306100010

(2)

ANALISA VARIASI DIAMETER DAN VARIASI DESIGN

BY-PASS PADA SISTEM BY-PASS PERPIPAAN ROPP

030.

Pembimbing 1 : Ir. Wisnu Wardhana, SE,MSc,Ph.D.

(3)

LATAR BELAKANG

P d

t

i t

i

di

l k

d



_{Pada suatu sistem perpipaan diperlukan adanya}

suatu sistem by-pass.



Sistem by-pass berfungsi untuk menggantikan



Sistem by pass berfungsi untuk menggantikan

fungsi dari bagian sistem perpipaan utama saat

bagian tersebut sedang mengalami kerusakan atau

g

sedang dalam proses maintenance.



Untuk desain by-pass tergantung dari space yang

masih tersedia untuk penempatan by pass

masih tersedia untuk penempatan by-pass



_{Desain diameter by-pass tidak boleh melebihi}

diameter dari main line

(4)

PERUMUSAN MASALAH

1. Berapa besar displacement dan stress yang

terjadi pada system by-pass dengan variasi

design dan diameter?

2 B

j

k

di

t

b

2. Berapa saja ukuran diameter by-pass yang

memungkinkan untuk digunakan?

3. Pada jenis design mana saja system by-pass

(5)

TUJUAN PENELITIAN

1. Mengetahui besar displacement dan stress pada

system by-pass ROPP 030 Pertamina Balongan.

2. Mengetahui ukuran diameter system by-pass

yang masih memenuhi untuk diaplikasikan.

M

h i j

i d i

ih bi

3. Mengetahui jenis design yang masih bisa

diaplikasikan pada system by-pass diamana

i i d i

dil k k

b d

k

d i

variasi design dilakukan berdasarkan dari

besarnya space yang tersedia pada system

perpipaan ROPP 030

(6)

MANFAAT

PENELITIAN

f

d i

khi i i d l h



_{Manfaat dari penyusunan tugas akhir ini adalah}

untuk memperoleh pembelajaran tentang system

i

kh

b

S l i i

d i

perpipaan khususnya system by-pass. Selain itu dari

analisa yang telah dilakukan nantinya dapat

di

k

d l

i b

d

digunakan dalam pertimbangan perencanaan dan

desain (Plan and Design) system by-pass pada

i

ROPP 030

system perpipaan ROPP 030.

(7)

BATASAN MASALAH



_{Pemodelan sistem perpipaan dan pipe support}

menggunakan software CAESAR versi 5.1.

A

li

i

t

k

ft



Analisa pressure input menggunakan software

ANSYS.



_{Pipa dianggap homogen pada saat melakukan}



_{Pipa dianggap homogen pada saat melakukan}

analisis.



Pipa yang akan diujikan berdasarkan

p y

g

j

perancangan sistem perpipaan, yaitu ASME

B31.3 Process Piping, 2004.

Tid k

hit

k

il i k

i



_{Tidak memperhitungkan nilai ekonomis.}

(8)

BATASAN MASALAH



Analisa temperature dan pressure output tidak

diperhitungkan.

Tid k

hit

k

h l j k

i

d

i



Tidak memperhitungkan pengaruh laju korosi pada pipa.



Alternatif design hanya sebanyak 2 design.



Variasi diameter sebanyak 3 buah dengan batasan minimum

50% diameter main line dan batasan maksimum sama seperti

(9)

(10)

(11)

Data sistem perpipaan ROPP 030 diperoleh dari Departemen

Piping PT. Rekayasa Industri.Berikut data pada sistem perpipaan

ROPP 030 antara lain:

Diameter pipa : 8 Ins

Material

: A333 – 6

Dsgn Temp

: -45°C, 65°C

Dsgn Press

: 29kg/cm

2

, 62,3kg/cm

2

Op. Temp

: -22° c

Test Press

: 43.5 kg/cm

2

_{, 93.45kg/cm}

2

Fluida

: 7 88 Kg/cu cm

Fluida

: 7.88 Kg/cu.cm

Test. Media

: water

(12)

Selain perpipaan diatas digunakan juga gambar isometrik dari

sistem perpipaan ROPP 030 dari software Smart Plan Review

(13)

(14)

A

li

P

I

d B

Si

P

i

ROPP 030

Analisa Pressure Input pada By-pass Sistem Perpipaan ROPP 030

Dalam sub bab ini mencantumkan berapa besar pressure input by-pass sistem Dalam sub bab ini mencantumkan berapa besar pressure input by pass sistem perpipaan ROPP 030. Hal ini dilakukan karena data yang diperoleh hanya pressure

input. Sedangkan by-pass yang menghubungkan by-pass dengan main line

mengalami perubahan diameter dan perbedaan elevasi yang menyebabkan besar mengalami perubahan diameter dan perbedaan elevasi yang menyebabkan besar

pressure input berubah. Untuk memperoleh besar pressure input dapat dengan

menggunakan software ANSYS.

L k h t dil k k d l h d d lk i t i

Langkah pertama yang dilakukan adalah dengan memodelkan sistem perpipaan ROPP 030 yang terhubung dengan by-pass seperti yang tertera pada gambar dibawah ini.

(15)

Model By-pass yang terhubung dengan Main Line pada ANSYS tampak

i

(16)

Model By-pass yang terhubung dengan Main Line pada ANSYS tampak

depan

(17)

Dari analisa model menggunakan ANSYS diperoleh hasil

sebagai berikut:

(18)

(19)

(20)

(21)

Dari analisa output ANSYS diperoleh besar pressure sebagai

berikut:

Di t B (i h) P (k / 2₎ Diameter By-pass (inch) Pressure (kg/cm2₎

4 20.1

5 18.1

6 14.9

8 8 46

(22)

Dari gambar isometric yang telah ada dipilih daerah yang

memungkinkan untuk menentukan design alternatif Design

memungkinkan untuk menentukan design alternatif. Design

alternatif

dipilih

berdasarkan

pertimbangan

pengurangan

panjang pipa yang digunakan dan space yang tersedia untuk

p

j

g p p

y

g

p

y

g

(23)

(24)

(25)

Dari pressure input yang telah diperoleh melalui analisa

menggunakan

ANSYS

Maka

langkah

selanjutnya

adalah

menggunakan

ANSYS.

Maka

langkah

selanjutnya

adalah

(26)

Tegangan Maksimum pada By-pass Sistem Perpipaan ROPP 030

Design Awal

Dalam sub bab ini hanya mencantumkan tegangan terbesar yang terjadi pada sistem perpipaan ROPP 030. Berikut adalah tabel hasil perhitungan tegangan yang diperoleh dari analisis statis menggunakan program CAESAR 5.1 :

(27)

Tegangan Maksimum ROPP 030 pada Model Awal diameter 4 inchi model awal Actual Maximum Stress of Pipe Sistem

Node Cases Actual Stress (Kpa)

Allowable

Stress (Kpa) Ratio Remark

660 Hidrotest 52992 7 241316 5 22 7 Pass 660 Hidrotest 52992.7 241316.5 22.7 Pass 660 Sustain 57126.5 137895.1 41.4 Pass 69 Occasional 77617.0 183400.5 42.3 Pass 90 Occasional 137026.4 183400.5 74.7 Pass 58 Expansion 20584.3 325060.2 6.3 Pass 69 Expansion 38170.6 324776.4 11.8 Pass 90 Expansion 79232.8 325308.2 24.4 Pass

(28)

(29)

Tegangan Maksimum ROPP 030 pada Model Awal diameter 4 inchi model 1 Tegangan Maksimum ROPP 030 pada Model Awal diameter 4 inchi model 1

Actual Maximum Stress of Pipe Sistem

Node Cases Actual Stress (Kpa)

Allowable Stress

(Kpa) Ratio Remark

500 Hidrotest 56123 4 241316 5 23 3 Pass 500 Hidrotest 56123.4 241316.5 23.3 Pass 220 Sustain 41691.7 137895.1 30.2 Pass 70 Occasional 37489.5 183400.5 20.4 Pass 200 Occasional 100770.3 183400.5 54.9 Pass 20 Expansion 125342.8 315475.0 39.7 Pass 200 Expansion 8855.1 327599.0 16.4 Pass 90 Expansion 51631.0 315475.0 43.2 Pass

(30)

(31)

Tegangan Maksimum ROPP 030 pada Model Awal diameter 4 inchi model 2 Tegangan Maksimum ROPP 030 pada Model Awal diameter 4 inchi model 2

Actual Maximum Stress of Pipe Sistem

Node Cases Actual Stress (Kg/cm-2) Allowable Stress (Kg/cm-2) Ratio Remark 611 Hidrotest 50868 5 241316 5 21 1 Pass 611 Hidrotest 50868.5 241316.5 21.1 Pass 20 Sustain 52287.3 137895.1 37.9 Pass 59 Occasional 85151.8 183400.5 46.4 Pass 90 Occasional 249422.4 183400.5 136.0 Failed 208 Expansion 173717 4 325044 8 53 4 Pass 208 Expansion 173717.4 325044.8 53.4 Pass 59 Expansion 37996.9 317706.1 12.0 Pass 90 Expansion 153351.0 318532.9 48.1 Pass

(32)

(33)

Analisa Gaya dan Momen By-pass Sistem Perpipaan

ROPP 030 Design Awal

A li d d i ti b t j t k t h i b

Analisa gaya dan momen pada intinya bertujuan untuk mengetahui besarnya gaya dan momen yang diterima oleh nozzle peralatan (equipment), dalam hal ini adalah nozzle vessel dan pompa. Pada analisa ini besarnya gaya dan

momen yang bekerja pada nozzle vessel dan pompa dapat dimodifikasi. Modifikasi dapat dilakukan adalah dengan cara mengubah penyangga ataupun jalur pipa. Selain untuk mengetahui beban pada nozzle, analisis ini juga digunakan untuk mengetahui besarnya beban yang diterima pada penyangga yang ada pada sistem perpipaan, sehingga dapat dibuat penyangga yang mampu menahan beban dari hasil analisis tersebut. Berikut adalah tabel bebana pu e a a beba da as a a s s te sebut. e ut ada a tabe beba yang diterima pada nozzle Vessel dan pompa dalam kasus pembebanan operasi dan sustain.

(34)

F (N) M t (N )

Beban

nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 4 inchi Model Awal

CASES Nozzle Item Forces (N) Moments (N.m) Fx Fy Fz Mx My Mz Operasi N17 15 -966 53 344 14 2 Operasip N17 15 -749 7 77 11 0 Operasi N17 15 -966 53 344 14 2 Sustain N17 -2 -740 3 63 -6 0

(35)

Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 4 inchi Model 1

F (N) M t (N ) CASES Nozzle Item Forces (N) Moments (N.m) Fx Fy Fz Mx My Mz Operasi N17 -6 -835 -4 187 -32 -17 Operasi N17 -6 -639 -37 -63 -34 -18 Operasi N17 6 639 37 63 34 18 Operasi N17 -6 -835 -4 187 -32 -17 Sustain N17 2 -708 -3 21 3 1

(36)

Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 4 inchi Model 2

CASES Nozzle Item Forces (N) Moments (N.m) Fx Fy Fz Mx My Mz Fx Fy Fz Mx My Mz Operasi N17 1 -853 17 205 -14 -9 Operasi N17 2 -668 -9 -37 -16 -10 Operasi N17 1 -853 17 205 -14 -9 Sustain N17 9 -717 2 27 17 5

(37)

Beban Nozzle pada Pompa 37-P-102A/B pada diameter 4 inchi Model

Awal

Nozzle Item Cases Forces (N) Moments (N.m) Fx Fy Fz Mx My Mz O i 7 187 16 60 33 81 (4010)/A Operasi -7 -187 16 -60 -33 81 Operasi -14 -161 51 -33 -53 99 Operasi -7 -187 16 -60 -33 81 Operasi 7 187 16 60 33 81 Sustain -9 -290 24 6 -20 12 Operasi -7 68 10 -168 -31 108 (4020)/B p Operasi -9 -2 2 -153 -27 96 Operasi -7 68 10 -168 -31 108 Sustain -32 -213 -3 -51 -19 4

(38)

Beban Nozzle pada Pompa 37-P-102A/B pada diameter 4 inchi Model 1

N l It C

Forces (N) Moments (N.m) Nozzle Item Cases

Fx Fy Fz Mx My Mz Operasi 6 -238 -33 -62 13 67 (4010)/A Operasi -6 -223 7 -39 -17 80 Operasi 6 -238 -33 -62 13 67 Sustain -6 -321 2 6 -4 4 Operasi 57 289 3 -271 20 304 (4020)/B Operasi 54 271 -28 -313 28 298 Operasi 57 289 3 -271 20 304 Sustain -8 -265 -1 -23 -5 3

(39)

Beban Nozzle pada Pompa 37-P-102A/B pada diameter 4 inchi Model 2

Nozzle Cases Forces (N) Moments (N.m) Item Cases _Fx _Fy _Fz _Mx _My _Mz Operasi 6 -242 -45 -83 21 57 (4010)/A Operasi -6 -199 12 -40 -19 86 Operasi 6 -242 -45 -83 21 57 Sustain -4 -309 4 4 -1 6 Sustain -4 -309 4 4 -1 6 Operasi -3 -29 28 -114 -23 107 Operasi -7 -54 23 -112 -27 101 (4020)/B Operasi -3 -29 28 -114 -23 107 Sustain -30 -244 11 -24 -19 9

(40)

Analisis Displacement By-pass Sistem Perpipaan ROPP 030

Model Awal

Karena dalam sistem perpipaan bekerja beban-beban (beban operating, beban

sustain) maka terjadi defleksi pada pipa sehingga terjadi pergeseran nodal

(displacement) pada sistem perpipaan. ( p ) p p p p

Analisa displacement dilakukan terhadap semua kasus pembebanan. Berikut adalah tabel analisis displacement yang paling besar terjadi pada kasus adalah tabel analisis displacement yang paling besar terjadi pada kasus pembebanan operating dan sustain yang didapat dari analisa statis program Caesar 5.1 :

(41)

Tabel hasil analisa displacement pada sistem perpipaan ROPP 030 pada

Model Awal diameter 4 inchi model awal

Displacement Kondisi Node Orientasi Defleksi (mm) Dx 4 517 79 Operasi Dx -4.517 79 Dy -3.84 519 Dz 2.301 618 Operasi Dx -3.563 220 Dy -1.971 660 Dz 1.619 909 Operasi Dx -4.517 79 Dy -3.84 519 Dz 2 301 618 Dz 2.301 618 Sustain Dx -0.735 678 Dy -0.762 670

(42)

5 6 Grafik Perbandingan Displacement Model Awal 2 3 4 ‐1 0 1 Dx Dy Dz Dx Dy Dz Dx Dy Dz Dx Dy Dz mm Diameter 4 Diameter 5 Diameter 6 Diameter 8 ‐4 ‐3 ‐2 Diameter 8 ket: nilai negatif menunjukkan arah ‐6 ‐5 4 berlawanan sumbu

(43)

Tabel hasil analisa displacement pada sistem perpipaan ROPP 030 pada

Model Awal diameter 4 inchi model 1

Di l Kondisi Displacement Node Orientasi Defleksi (mm) Dx 3.299 208 Operasi Dy -5.631 202 Dz -5.781 201 Dx -2 842 509 Operasi Dx -2.842 509 Dy -2.86 202 Dz 2.899 830 Operasi Dx 3.299 208 Dy -5.631 202 Dz -5.781 201 Sustain Dx -0.614 220 Dy -2.906 202 Dz 2 899 830

(44)

5 6 Grafik Perbandingan Displacement Model 1 2 3 4 0 1 2 Dx Dy Dz Dx Dy Dz Dx Dy Dz Dx Dy Dz mm Diameter 4 Diameter 5 Diameter 6 ‐3 ‐2 ‐1 Dx Dy Dz Dx Dy Dz Dx Dy Dz Dx Dy Dz _Diameter 8 ket: nilai negatif j kk ‐6 ‐5 ‐4 menunjukkan_arah berlawanan sumbu

(45)

Tabel hasil analisa displacement pada sistem perpipaan ROPP 030 pada

Model Awal diameter 4 inchi model 2

Displacement Kondisi Node Orientasi Defleksi (mm) Dx 3.345 208 Operasi Dy -3.691 59 Dz 3.075 119 Dx 2.401 72 Operasi Dy -2.096 618 Dz 4.588 60 Dx 3 345 208 Operasi Dx 3.345 208 Dy -3.691 59 Dz 4.588 60 Sustain Dx 0.706 38 Dy -0.874 58 Dz 4.588 60

(46)

4 5 Grafik Perbandingan Displacement Model 2 2 3 4 0 1 Dx Dy Dz Dx Dy Dz Dx Dy Dz Dx Dy Dz mm Diameter 4 Diameter 5 Diameter 6 ‐2 ‐1 Dx Dy Dz Dx Dy Dz Dx Dy Dz Dx Dy Dz Diameter 8 ket: nilai negatif j kk ‐5 ‐4 ‐3 menunjukkan arah berlawanan sumbu

(47)

Dari analisis Data yang telah dilakukan diperoleh beberapa kesimpulan antara lain Dari analisis Data yang telah dilakukan diperoleh beberapa kesimpulan antara lain sebagai berikut:

 Dari hasil analisa tegangan dan displacement pada by-pass system ROPP 030. Stress dan displacement rata rata masih memenuhi code dan standar fabrikasi Stress dan displacement rata-rata masih memenuhi code dan standar fabrikasi equipment. Hasil analisa tegangan diperoleh nilai tegangan dan displacement maksimum yang terjadi pada by-pass yang memenuhi code adalah:

1 T k i j di d d i l if 2 j di d di 4 1. Tegangan maksimum terjadi pada design alternatif 2 terjadi pada diameter 4

inchi dengan nilai actual stress 249422.4 Kpa dan Allowable stress 183400.5 Kpa pada load case Occasional, pada design alternatif tersebut terjadi over stress. Sedangkan yang masih memenuhi allowable stress terjadi pada design alternatif 1 diameter 8 inchi dengan nilai actual stress 186298.2 Kpa dan

Allowable stress 311454.1 Kpa pada load case Expansion.p p p

2. Displacement maksimum terjadi pada design alternatif 1 diameter 4 inchi dengan nilai 5.781 mm ke arah negatif pada sumbu z dengan allowable displacement 5 mm Pada design tersebut perlu dilakukan penambahan pipe displacement 5 mm. Pada design tersebut perlu dilakukan penambahan pipe support atau redesign agar memenuhi allowable displacement yang telah ditentukan.

(48)

 Dari hasil analisa tegangan dan fleksibilitas yang terjadi akibat gaya, momen dan defleksi pada by-pass sistem perpipaan ROPP 030. Semua variasi diameter dan design dapat diaplikasikan tergantung pada variasi pipe support.

(49)

Agustinus, Donny. 2009. Pengantar Piping Stress Analysis. Jakarta:

Entry Augustino Publisher

ASME 2004 B31 3 2004 Process Piping New York : American Society

ASME. 2004. B31.3-2004 Process Piping. New York : American Society

for Mechanical Engineer.

ASME. 2004. B31.3-2004 Power Piping. New York : American Society

p g

y

for Mechanical Engineer.

Chamsudy,Ahmad.

2005.

“Diktat

Pelatihan

Pipe

Stress

Analysis”.Jakarta: Piping

Departement. PT.Rekayasa Industri.

M, Victor Helguero. 1986. “Piping Stress Handbook”, 2

nd

Ed. Texas :

Gulf Publishing Company

Gulf Publishing Company.

Paul R.Smith –Thomas J.Van Laan, (1987), Piping and Support System,

McGraw-Hill

Raswari,1986.”Teknologi

dan

Perencanaan

Sistem

Perpipaan

(50)

Hendra, Akbar, 2011. ”Analisa Pipe Support Terhadap Fleksibilitas dan

Tegangan yang Terjadi pada Sistem Perpipaan Pt. PERTAMINA

(Persero) Residu Catalyst Cracking Off Gas to Propylene Project

(ROPP) 030”, FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya.

y

Ayesman, Dongky, 2011. ”Perancangan dan Analisa Konfigurasi

Perpipaan dari Heat Exchanger ke Cooler Box Berdasarkan

Stress Analysis (Studi Kasus : Pt. Rekayasa Industri)”, FTK,

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

Smith Peter 2005 “Piping Materials Selection and Applications”

Smith, Peter, 2005.

Piping Materials Selection and Applications .

(51)

(52)

Gambar Design Alternatif 1

(53)