ANDHIKA HARIS NUGROHO NRP

(1)

ANALISIS TEGANGAN TERHADAP RISIKO TERJADINYA BUCKLING

PADA PROSES PENGGELARAN PIPA BAWAH LAUT

LABORATORIUM KEANDALAN DAN KESELAMATAN JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN

FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

ANDHIKA HARIS NUGROHO

NRP 4210 100 090

(2)

Pokok Bahasan

2

•Outline Skripsi

•Target Hasil Akhir Pendahuluan

•Proses Pengerjaan Metodologi Penelitian

•Analisis Penggelaran Pipa dengan OFFPIPE

•Cek Buckling dengan DNV 1981

•Cek Buckling dengan DNV OS-F101

•Vaidasi dengan Pemodelan Solidworks Analisa dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

(3)

Latar Belakang

3

Source : (PC Ketapang II LTD., 2008)

Gambar Denah Lokasi Blok Bukit Tua,

Ketapang

(4)

Perumusan Masalah

4

• Bagaimana cara menghitung local buckling dan propagation buckling yang terjadi pada daerah sagbend dan overbend pada pipeline saat proses laying.

1

• Bagaimana mengetahui lokasi lokasi yang memiliki resiko terjadinya buckling dengan nilai yang melebihi standart.

2

• Bagaimana pengaruh kedalaman pipa terhadap kemungkinan terjadinya buckling pada proses penggelaran pipa.

3

• Bagaimana mengetahui distribusi tegangan pada pipa dengan menggunakan metode finite element.

4

(5)

Tujuan Skripsi

5

1 • Menghitung local buckling dan propagation buckling yang terjadi pada daerah sagbend dan overbend pada pipeline saat proses laying.

2 • Menentukan lokasi dengan tingkat stress yang mendekati standart maksimum.

3 • Mengetahui pengaruh kedalaman pipa terhadap resiko buckling pipa pada saat penggelaran .

4 • Mengetahui distribusi tegangan pada pipa dengan menggunakan

metode finite element .

(6)

6

Batasan Masalah

Objek yang dianalisa ialah jalur pipa gas 12” dari FPSO menuju ORF.

Analisa tegangan saat lying pipa menggunakan software Solidworks

Standart yang digunakan untuk menghitung allowable stress yang terjadi menggunakan standart DnV 1981 dan juga DnV OS F101 ‘ Submarine Pipeline System ’

1

2

3

(7)

GOAL

Penilaian Risiko Buckling

Penentuan Lokasi

Kritis

Pemodelan Validasi dan

7

Target Tugas Akhir

(8)

8

START

Studi Litelatur

· Jurnal Ilmiah

· Paper

· Standart

· Buku Litelatur

· Website

Pengumpulan data dan Perencanaan

Perhitungan Stress untuk kondisi statis

Cek Buckling dengan

DNV 1981 Cek Buckling dengan DNV OS-F101 (2000)

Analisa hasil pemodelan menggunakan FEM

Validasi Perhitungan dan Pemodelan

Kesimpulan dan Saran

FINISH YES

NO Simulasi dengan

Solidworks

Metodologi

Analisis Tegangan dengan Offpipe

Penilaian dengan DNV

1981

Penilaian dengan DNV OS F 101

Pemodelan dan Validasi dengan

Solidworks

(9)

Penentuan Risiko Buckling

Cek Buckling dengan DNV 1981

Input data Symbol Unit Operation Hydrotest

Pipe Outside Diameter D mm 323.9 323.9

Selected Wall Thickness tn mm 9.5 9.5

Specific Minimum Yield Strength SMYS Mpa 448 448

Steel Young`s Modulus E Mpa 200000 200000

Design Pressure Pi Mpa 10 15

Content Density rcon kg/m³ 71.9 1025

Corrosion Allowance CA mm 3 0

Trench Dept td m 2 2

Dencity of Sea Water r_w kg/m³ 1025 1025

Hoop Stress Design Factor Fi - 0.3 0.6

Longitudinal Joint Factor fe - 1 1

Temperature Derating Factor T - 1 1

Pioisson`s Ratio v - 0.3 0.3

Gravitational Acceleration g m/s² 9.81 9.81

Soil Specific Gravity g - 2.8 2.8

Output Data Symbol Unit Operation Hydrotest

Inner Diameter ID mm 303.3 303.3

Minimum External Pressure P ex min MPa 0 0 Net. Max. Internal Pressure Pd MPa 10 15.2 Minimum Wall Thickness for

Internal Pressure t min i mm 15.47 9.36

Summary

Outer Diameter D mm 335.1 335.1

Recommended Wall Thickness tn mm 15.9 15.9 From KP 22.5

To KP 47.5 323.9

9.5 API 5L X65

5.5mm Thk AE Type 2B

70 3044 160.5 1.88

29 21 12 55 - Pipe Outside Diameter (mm)

Pipe Wall Thickness Pipe Grade

Segmen 3

Submerge Weight (kg/m) (Pipe Empty) Specific Grafity (Installation)

Maximum Allowable Operation Span, Installation (m) External Corrosion Coating Thickness

Concrete Thickness (mm) Concrete Density (kg/m³) (Dry)

Pipeline Burial Depth (m)

Maximum Allowable Operation Span, Hydrotest (m) Maximum Allowable Operation Span, Operation (m) Depth of Pipe

(10)

Pembahasan

Pengumpulan Data

10 Unit Gas Export

Pipeline

- BTJT-A

- ORF

- Dry Gas

Inch 12

mm 323.9

Zone 1 mm 9.5

Zone 2 mm 10.3

- CS Rigid

- API 5L X65

mm 3

MPag 10

Psig 1450.37

MPag 7

Psig 1015.26

MPag 15

Psig 2175.56

oC 94

oC 0

kg/m³ 71.9

kg/m³ 34.3

km 110

Maximum Product Density Minimum Product Density

Nominal Length Field Hydrostatic Pressure Maximum Design Pressure Minimum Design Pressure

Design Pressure Max. Operating Presssure

Parameter Originating Facility

Receiving Facility Product

Nominal Bore

Pipeline Wall Thickness

Material Type Material Grade Internal Corrosion Allowance

Barge Parameters

Name of Barge Timas DLB 01 Length Overall 121.9

Beam 32.3

Depth 8.7

Draft 5.5

Freeboard 3.2

(11)

Detail Data

11 From 0.000 (SP) 0.060 0.500 4.000 47.000 79.393 101.200 103.810

To 0.060 0.500 4.000 47.000 79.393 101.200 103.810 110.394 (EP) Item No. 1

60 m

Item No. 2 440 m

Item No. 3 3500 m

Item No. 4 43000 m

Item No. 5 32.393 m

Item No. 6 21.807 m

Item No. 7 2610 m

Item No. 8 6584 m

323.9 323.9 323.9 323.9 323.9 323.9 323.9 323.9

10.3 10.3 9.5 9.5 9.5 9.5 10.3 10.3

API 5L X65 API 5L X65 API 5L X65 API 5L X65 API 5L X65 API 5L X65 API 5L X65 API 5L X65 2.5mm

Thk 3LPP

5.5mm Thk AE Type 2B

70 70 70 70 70 70 70 70

3044 3044 3044 3044 3044 3044 3044 3044

162.0 166.50 160.5 160.5 56.5 106.1 166.5 166.5

70 70 70 70 30 50 70 70

600 600 600 400 600 400 400 400

130.9 130.9 130.9 86.7 48.8 58 86.7 86.7

9 9 9 10 8 3 3 3

1 4 32 353 332 596 72 180

12 12 12 17 19 16 19 17

- - - Note 13 2 m Top 2 m Top

Anode Quantity (No.) (Note 8)

Maximum Allowable Operation Span (m) Pipeline Burial Depth (m)

Aluminium - Zinc - Indium Anode Thickness (mm) Anode Length (mm)

Anode Nett Mass (kg) Anode Spacing (Joint)

Kilometer Point Material

Supply

Linepipe Material Take-Off Bare Steel

Linepipe Supplied

By Company Pipe Outside Diameter (mm)

Pipe Wall Thickness Pipe Grade

External Corrosion Coating Thickness

All Coatings and Anode

Supplied By Offfshore Installation

Contractor Concrete Thickness (mm)

Concrete Density (kg/m³) (Dry)

Submerge Weight (kg/m) (Pipe Empty)

(12)

Data Laybarge

12

(13)

Data Laybarge

13

(14)

Segmentasi

14

Segmentation From To

Water Depth

Segmen 1 KP 0.0 KP 0.5 60

Segmen 2 KP 0.5 KP 22.5 60 Segmen 3 KP 22.5 KP 47.5 55 Segmen 4 KP 47.5 KP 70.5 50

Segmen 5 KP 70.5 KP 74 45

Segmen 6 KP 74 KP 77 40

Segmen 7 KP 77 KP 78.5 35

Segmen 8 KP 78.5 KP 79 30

Segmen 9 KP 79 KP 79.5 25

Segmen 10 KP 79.5 KP 80.5 20

(15)

Penentuan Risiko Buckling

15

Analisis tegangan kondisi Statis dengan Offpipe

• Profil barge rollers dan stinger rollers

• 2 Tensioner

• Kedalam Pipa

• Detail Pipa

(16)

Penentuan Risiko Buckling

16

Analisis tegangan

kondisi Statis dengan

Offpipe

(17)

Cek Buckling DNV 1981

Local Buckling

17 Permissible buckling factor ;

h

^xp⁼ _0.86

h

^yp⁼ _0.75

Functional load usage factor ;

h

^h⁼ _0.72

Specific Minimum Yield Strenght (SMYS)

= 448 MPa

Coefficient of thermal

expansion ;

α

⁼ _o_C

Modulus Young ; E = 200000 Mpa

Poisson ratio ; v = 0.3

Linepipe Outer Diaameter ; D = 323.9 mm

Wall Thickness ; t = 9.5 mm

OD / Thickness Ratio ; D/t = 34.0947 4 Distance to normal axis (D/2) ; y = 161.95 mm Installation pressure ; pi = 0 MPa Sea water density ;

r

sw = 1025 kg/m³ Residual Force ; Fres = 694.29 kN Momment due to lay tension ; Mz = 5341 N.m

Water Depth ; WD = 20 m

Gravity Force g = 9.81 m/s²

π 𝐷 − 𝑡 𝑡 π 𝐷 − 𝑡 𝑡 𝜋

4 𝐷 − 𝑡 ² 𝑡

UC =

+

Syarat agar pipa aman terhadap terjadinya local buckling, sesuai standart nilai UC tidak boleh melebihi 1

Segmen Local Buckling

Overbend Sagbend

1 0.2344 0.234797

2 0.25829 0.258608

3 0.281694 0.282866

3b 0.248328 0.280477

(18)

Cek Buckling DNV 1981

Propagation Buckling

18

Menurut standart DNV 1981, syarat untuk propagation buckling adalah P

_e

< P

_pr

P _pr = 1 15 𝜋 𝑆𝑀𝑌𝑆 𝑡

𝐷 𝑡 P _e = r _sw . g . W . D P _pr = 4.994 _P _e = 0.201105

p _e < p _pr ( No need buckling arrestor)

(19)

Cek Buckling DNV OS-F101

Local Buckling

19

Pipe Outside Diameter OD = 323.9 mm

Pipe Inside Diameter ID = 304.9 mm

Selected Wall Thickness t= 9.5 mm

Specific Minimum Yield Strength SMYS = 448 Mpa Specific Minimum Tensile Strength SMTS = 530 Mpa

Steel Young`s Modulus E = 200000 Mpa

Material Strenght Factor αu

=

0.96

Fabrication Factor α_fab

=

0.93

Material Resistance Factor gm = 1.15

Safety Class Resistance Factor gSC = 1.5

Dencity of Sea Water r_w= 1025 kg/m³

Hoop Stress Design Factor Fi = 0.3 -

Longitudinal Joint Factor fe = 1 -

fy,temp = 0

Temperature Derating Factor T = 1 -

Pioisson`s Ratio v = 0.3 -

Gravitational Acceleration g = 9.81 m/s²

Soil Specific Gravity g = 2.8 -

Momment Bending Md = 694.29

Gaya Aksial Tension Sd = 5341

Water Depth WD = 20

Factor used in combined loading criteria b

=

Syarat agar tidak terjadi local buckling karena overpressure adalah, tekanan eksternal maksimum pipa tidak boleh melebihi tekanan internal pipa.

𝛾

_𝑆𝐶

𝛾

_𝑚 _𝛼^𝑀_{𝑀 𝑡}^𝑑

2

+ 𝛾

_𝑆𝐶

𝛾

_𝑚 _𝛼^𝑆𝑑_{𝑆 𝑡}

2

2 2

+ 𝛾

_𝑆𝐶

𝛾

_𝑚^𝑃^{𝑒 −}_𝑃^𝑃𝑚_𝑡 ^𝑖𝑛

2

≤ 1

Segmen Local Buckling

Overbend Sagbend

1 0.102596 0.403701

2 0.068905 0.069778

3 0.097232 0.101983

3b 0.064775 0.064778

(20)

Cek Buckling DNV OS-F101

Propagation Buckling

20

Syarat untuk tidak terjadinya propagation buckling adalah :

𝑃 _𝑝𝑟 𝛾 _𝑆𝐶 𝛾 _𝑚

P _e ≤ ^P ^pr ⁼ = 2.0624427

35.f

_y

.

^𝑡 _𝑑

² ²

P _e = r _sw . g . WD 0.201105 MPa

Pe ≤ 1.195618933

( No need buckling arrestor)

(21)

Simulasi Solidworks

21

(22)

Pemberian Beban pada Solidworks

22

(23)

Hasil Simulasi

23

(24)