ANALISIS INTEGRITAS KEKUATAN
SISTEM PERPIPAAN PADA TOPSIDE PLATFORM
AKIBAT SUBSIDENCE
TUGAS SARJANA
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Oleh:
A. Azis Kurniawan
13103006
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
LEMBAR PENGESAHAN
Tugas Sarjana
Analisis Integritas Kekuatan Sistem Perpipaan
pada Topside Platform Akibat Subsidence
Oleh
A. Azis Kurniawan
13103006
Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung
Disetujui pada Tanggal: Februari 2008
Dosen pembimbing,
Dr. Ir. IGN Wiratmaja Puja N I P. 131835240
Judul Analisis Integritas Kekuatan Sistem Perpipaan pada Topside Platform Akibat Subsidence
A. Azis Kurniawan
Program Studi Teknik Mesin 13103006
Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung
Abstrak
Sistem perpipaan pada area Lima, Laut Jawa memiliki kemungkinan mengalami kegagalan akibat fenomena subsidence. Subsidence merupakan kecenderungan pergerakan permukaan tanah yang terus turun. Hal ini menyebabkan beban geohazard pada sistem perpipaan sehingga diperlukan analisis integritas kekuatan untuk mengetahui tingkat keamanan sistem perpipaan.
Pada tugas akhir dilakukan analisis integritas kekuatan sistem perpipaan pada topside platform di area Lima Laut Jawa menggunakan software perpipaan AutoPIPE 2004 berdasarkan kode ASME B31.3 Piping Process, untuk mengetahui kekuatan sistem perpipaan terhadap kelayakan beroperasi dan juga dilakukan analisis tegangan ultimate untuk menentukan sisa umur sistem perpipaan akibat pembebanan yang terus-menerus terjadi, baik itu akibat tekanan operasi, temperatur operasi dan juga akibat subsidence yang terjadi pada area tempat sistem perpipaan berada.
Dari hasil analisis tegangan, didapatkan sistem perpipaan yang berada pada kondisi kritis karena mengalami tegangan yang melewati Code allowable stress akibat fenomena subsidence. Bagian kritis yang terjadi pada pipa mampu diatasi dengan melakukan tindakan mitigasi berupa penambahan tumpuan pipa di dekat lokasi kritis sehingga sistem perpipaan memiliki rasio tegangan lebih kecil dari 1,00. Pada analisis tegangan ultimate, diprediksi beberapa sistem perpipaan pada area Lima akan mengalami kegagalan terhadap tegangan yield material pipa (SMYS) pada waktu yang cukup lama (≥10 tahun).
Akibat kegagalan yang banyak terjadi pada sistem perpipaan pada topside platform, mengharuskan segera dilakukan tindakan mitigasi. Tindakan mitigasi dapat berupa menambahkan tumpuan pipa, rerouting, dan online monitoring.
Title Strength Integrity Analysis of Piping System at Topside Platform Due to Subsidence
A. Azis Kurniawan
Major Mechanical Engineering 13103006
Faculty of Mechanical Engineering and Aerospace Institute of Technology Bandung
Abstract
The piping system on Lima field, has experienced large deformation due to subsidence. Subsidence is the motion of a surface (usually earth’s surface) as it shifts downward relative to a datum such as sea level. It is causes the geohazard loads occurred to the piping system, so that the strength integrity analysis is needed to evaluate the safety of piping system.
This final project will conduct strength analysis using piping software named AutoPIPE 2004 based on ASME B31.3 code for Piping Process at Chemical Refinery and Petroleum Plant to evaluates the stress level of piping system whether it still under Code allowable stress. Ultimate stress analysis is also conducted to estimate remaining life of piping system due to yielding failure.
From analysis result using the AutoPIPE 2004, there are several piping system experienced over stress due to operation loads and subsidence load. The overstress can be reduced by adding pipe supports on the location close to critical point. Finally, by the ultimate stress analysis, remaining life of piping system can be calculated, as a mitigation step to protect the piping system.
Because the overstress of piping system at topside platform has been occurred, so the mitigation actions have to be conducted. The mitigation action can be taken are additional pipe support, rerouting, online monitoring et cetera.
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana dengan judul “Analisis Integritas Kekuatan Sistem Perpipaan pada Topside Platform Akibat Subsidence”. Laporan Tugas Sarjana ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin dari Program Studi Teknik Mesin, Institut Teknologi Bandung.
Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada:
1. Bapak, Ibu dan Kakak tercinta yang selalu memberikan kasih sayang, perhatian, motivasi, dan dorongan yang begitu besar kepada penulis.
2. Dr. Ir. IGN. Wiratmaja Puja, selaku pembimbing yang telah mencurahkan perhatian, memberikan semangat dan dukungan moral serta saran-saran kepada penulis.
3. Mas Suke, Mas Ridha, Dodi, Adit, Reyner, Chandra, Okto, Dicky, Nova, Khairul dan semua rekan di Dago Engineering yang selalu menyediakan waktu untuk membantu penulis dalam pengerjaan Tugas Sarjana ini.
4. Semua Dosen di Teknik Mesin atas segala ajaran dan bimbingan yang telah diberikan kepada penulis selama kuliah di Teknik Mesin ITB.
5. Teman-teman di Laboratorium EDC, Arnold, Devid, Johan, Erwin, Marvin, Eureka, Iyan, Reza, Anto, Tomy, Hadi, Theo atas segala dukungannya.
6. Anak serumah di Bukit Dago Selatan 4B, Aga, Botol, Uqi, Boyat, Eko, Nichol, dan seluruh orang yang pernah numpang tidur termasuk Yuda, S.T., Ipen, Aji, Dimas, Labib, Alvin, Sakti serta penghuni lain yang tidak bisa disebut satu persatu.
7. Seluruh anggota angkatan Mesin 2003 dan anak-anak HMM atas semangat solidaritas yang kuat selama ini.
8. Sahabat-sahabat baik, Dik Lia, Alhawi, Wawan, Ali, Agus, Faqih, Ririn, Arief, Tito, Andri, Akrom dan semua sahabat yang ikut memberi penulis dukungan. 9. Staf dan teknisi di Laboratorium EDC dan Prodi Teknik Mesin atas kerjasama
iii
Penulis berharap laporan tugas sarjana ini dapat memberikan pengetahuan bagi teman-teman di Program Studi Teknik Mesin ITB. Kritik dan saran membangun terhadap laporan ini sangat diharapkan penulis untuk penyempurnaan tulisan selanjutnya.
Bandung, Januari 2008
iv
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... ………ii
DAFTAR ISI... iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... xii
Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan ... 2 1.3 Ruang Lingkup ... 3 1.4 Metodologi Penulisan ... 4 1.5 Sistematika Penulisan ... 5
Bab 2 Tinjauan Pustaka 2.1 Sistem Perpipaan ...6
2.2 Sitem Perpipaan pada Topside Platform ...7
2.2.1 Standar dan Code Perancangan Sistem Perpipaan ...9
2.2.2 Beban-Beban pada Sistem Perpipaan ...10
2.2.2.1 Beban Sustain...10
2.2.2.2 Beban Occasional...12
2.2.2.3 Beban Ekspansi Termal ...13
2.2.3 Tegangan-Tegangan pada Sistem Perpipaan ...15
2.2.4 Tegangan-Tegangan pada Perpipaan Akibat Beban yang Bekerja ...17
2.2.5 Analisis Fleksibilitas Sistem Perpipaan ...22
2.2.6 Tegangan yang Diijinkan Berdasarkan ASME B31.3 ...25
2.3 Pemilihan Material Pipa ...26
2.4 Teori Subsidence ...29
v
2.6 Subsidence pada Lapisan Tanah di Bawah Laut ...32
2.7 Pemodelan Sistem Perpipaan Dengan Menggunakan AutoPIPE 2004 ...36
Bab 3 Data Operasi Sistem Perpipaan pada Topside Platform 3.1 Lokasi Platform-Platform pada Area Lima Laut Jawa ...40
3.2 Gambar Isometrik Sistem Perpipaan pada Topside Platform ...43
3.3 Data Operasi Sistem Perpipaan pada Topside Platform ...52
3.3.1 Umur Sistem Perpipaan ...52
3.3.2 Fluida Proses ...52
3.3.3 Parameter Operasi ...53
3.3.2 Data Material Pipa ...54
3.4 Data Subsidence ...55
3.4.1 Data Pengukuran Subsidence Langsung di Topside Platform ...55
3.4.2 Data Pengukuran Subsidence Dengan Metode GPS ...57
Bab 4 Pemodelan Sistem Perpipaan dan Analisis Tegangan 4.1 Pemodelan Sistem Perpipaan pada Topside Platform ...60
4.2 Pembebanan Sistem Perpipaan pada AutoPIPE 2004 ...62
4.3 Pemodelan dan Analisis Tegangan Masing-Masing Sistem Perpipaan pada Topside Platform dengan Menggunakan AutoPIPE 2004 ...64
4.3.1 3” Liquid out of Test Separator from at LA-Well to LPRO ...64
4.3.2 10” and 12” gas line from production & test header at LA Well Platform to Lima Process ...71
4.3.3 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8” Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process ...78
vi Bab 5 Analisis Tegangan Ultimate dan Analisis PenambahanTumpuan Pipa
5.1 Analisis Tegangan Ultimate Sistem Perpipaan
pada Topside Platform ...95 5.1.1 3” Liquid out of Test Separator from at LA-Well to LPRO ...95 5.1.2 10” and 12” gas line from production & test header
at LA Well Platform to Lima Process ...98 5.1.3 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process
to V-1 at L.Comp., 8” Mol 3 Phase from LA-Well
to L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from
LA-Well To L.Process ...101 5.2 Analisis Penambahan Tumpuan Sistem Perpipaan pada
Topside Platform ...104 5.2.2 10” and 12” gas line from production & test header
at LA Well Platform to Lima Process ...106 5.2.3 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process
to V-1 at L.Comp., 8” Mol 3 Phase from LA-Well
to L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from
LA-Well To L.Process ...108
Bab 6 Kesimpulan dan Saran
6.1 Kesimpulan ...113 6.2 Saran ...114
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Standar dimensi pipa Romawi ... 6
Gambar 2.2 Piping pada topside platform ... 8
Gambar 2.3 Diagram tegangan-regangan baja lunak (a) dan baja getas (b) ... 16
Gambar 2.4 Diagram analisis bejana tekan silindris ... 17
Gambar 2.5 Momen inplane dan outplane pada belokan ... 19
Gambar 2.6 Momen inplane dan outplane pada sambungan percabangan ... 19
Gambar 2.7 Cuplikan Appendix D ASME B31.3... 20
Gambar 2.8 Landslide ... 30
Gambar 2.9 Soil erosion ... 30
Gambar 2.10 Collaps ... 30
Gambar 2.11 Lapisan tanah yang mengalami subsidence ... 31
Gambar 2.12 Bathymetric 2D ... 33
Gambar 2.13 Bathymetric 3D ... 33
Gambar 2.14 Profil seabed dari multi-beam sonar ... 34
Gambar 2.15 Tube pada lapisan-lapisan tanah di bawah laut ... 35
Gambar 2.16 Kotak piping input I ... 36
Gambar 2.17 Kotak piping input II ... 37
Gambar 2.18 Halaman pemodelan ... 38
Gambar 2.19 Pemodelan subsidence ... 39
Gambar 3.1 Platform-platform pada area Lima ... 41
Gambar 3.2 Pipeline dan platform-platform pada area Lima ... 42
Gambar 3.3 Platform-platform pada area Lima yang dianalisis ... 42
Gambar 3.4 Kemiringan platform-platform pada area Lima ... 43
Gambar 3.5 Gambar isometrik 3” Liquid out at LA-Well to LPRO ... 44
Gambar 3.6 Gambar isometrik 10”& 12” Gas line from production & test separator at LA-Well to L. Process ... 45
viii Gambar 3.7 Gambar isometrik Combination between 18”,
8”mol phase and 6” gas line from
LA-Well to L. Process ... 48
Gambar 3.8 Subsidence Measuring Methodology Chart ... 55
Gambar 3.9 pergeseran translasi ... 55
Gambar 3.10 pergeseran translasi ... 55
Gambar 3.11 crack pada wellhead ... 55
Gambar 3.12 Kontur kedalaman subsidence ... 58
Gambar 3.13 Data kedalaman subsidence pada masing-masing platform ... 59
Gambar 4.1 Foto piping pada area bridge ... 61
Gambar 4.2 Flowchart analisis tegangan pada AutoPIPE 2004 ... 63
Gambar 4.3 Gambar isometrik 3” Liquid out at LA-Well to LPRO ... 65
Gambar 4.4 Pemodelan 3” Liquid out at LA-Well to LPRO... 66
Gambar 4.5 Pemodelan subsidence 3” Liquid out at LA-Well to LPRO ... 67
Gambar 4.6 Pemodelan subsidence 3” Liquid out at LA-Well to LPRO (kondisi khusus) ... 68
Gambar 4.7 Kontur tegangan pada 3" Liquid Test Separator Out from LA-Well to L. Process ... 65
Gambar 4.8 Detail kontur tegangan pada 3" Liquid Test Separator Out from LA-Well to L. Process. ... 66
Gambar 4.9 Profil displacement pada 3" Liquid Test Separator Out from LA-Well to L. Process ... 68
Gambar 4.10 Gambar isometrik 10”& 12” Gas line from production & test separator at LA-Well to L. Process ... 71
Gambar 4.11 Pemodelan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process ... 74
Gambar 4.12 Pemodelan subsidence 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process ... 75
Gambar 4.13 Kontur tegangan pada 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process ... 75 Gambar 4.14 Detail kontur tegangan dan rasio tegangan maksimum pada
ix 10" & 12" Gas Line from Production &
Test Header at LA-Well to L.Process ... 76 Gambar 4.15 Profil displacement pada 10" & 12" Gas Line from Production
& Test Header at LA-Well to L.Process ... 77 Gambar 4.16 Gambar isometrik 6” Gas Out Test Separator from
LA-Well To L.Process ... 79 Gambar 4.17 Pemodelan 6” Gas Out Test Separator from
LA-Well To L.Process ... 81 Gambar 4.18 Gambar isometrik 8" Mol 3 Phase from
LA-Well to L.Process ... 82 Gambar 4. 19 Pemodelan 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process ... 84 Gambar 4.20 Gambar isometrik 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3
at L. Process to V-1 at L.Comp ... 85 Gambar 4.21 Pemodelan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3
at L.Process to V-1 at L.COMP ... 86 Gambar 4.22 Pemodelan Combination 18" Gas Line from LP-V2 and
LP-V3 at L.Process to V-1 at L.COMP... 87 Gambar 4.23 Pemodelan subsidence pada Combination 18" Gas Line from
LP-V2 and LP-V3 at L.Process to V-1 at L.COMP ... 88 Gambar 4.24 Kontur tegangan pada 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3
at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to
L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from
LA-Well To L.Process ... 89 Gambar 4.25 Detail Kontur tegangan pada 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3
at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to
L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from LA-Well
To L.Process ... 89 Gambar 4.24 Displacement pada 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3
at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to
L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from LA-Well
x Gambar 5.1 Subsidence rate line 3" Liquid Out of Test Separator from
LA-Well to L. Process ... 96 Gambar 5.2 Kontur tegangan dan rasio tegangan line 3" Liquid Out of
Test Separator from LA-Well to L. Process terhadap SMYS ... 97 Gambar 5.3 Subsidence rate line 10" & 12" Gas Line from Production
& Test Header at LA-Well to L.Process ... 99 Gambar 5.4 Kontur tegangan dan rasio tegangan line 10"
& 12" Gas Line from Production & Test Header at
LA-Well to L.Process ... 100 Gambar 5.5 Subsidence rate pada 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3
at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to
L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from
LA-Well To L.Process ... 102 Gambar 5.6 Kontur tegangan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3
at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to
L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from
LA-Well To L.Process ... 103 Gambar 5.7 Rest support... 104 Gambar 5.8 Guidesupport ... 104 Gambar 5.9 Lokasi penambahan tumpuan pipa pada gambar isometrik
10" & 12" Gas Line from Production & Test Header
at LA-Well to L.Process ... 106 Gambar 5.10 Pemodelan penambahan tumpuan pipa pada gambar isometrik
10" & 12" Gas Line from Production & Test Header
at LA-Well to L.Process ... 107 Gambar 5.11 Kontur tegangan setelah penambahan tumpuan pada
10" & 12" Gas Line from Production & Test Header
at LA-Well to L.Process ... 107 Gambar 5.12 Lokasi penambahan tumpuan pipa pada gambar isometrik
pada 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3
xi
L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from
LA-Well To L.Process ... 109 Gambar 5.13 Pemodelan penambahan tumpuan pada 18" Gas Line from
LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan
6” Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process ... 110 Gambar 5.14 Kontur tegangan setelah penambahan tumpuan pada
18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to
L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Standar API untuk material pipa grade 5LX ... 28
Tabel 3.1 Komposisi Gas ... 52
Tabel 3.2 Tekanan dan Temperatur Operasi ... 53
Tabel 3.3 Data Material Pipa ... 54
Tabel 3.4 Spesifikasi material pipa ... 54
Tabel 4.1 Tegangan ekspansi pada 3" Liquid Test Separator Out from LA-Well to L. Process ... 69
Tabel 4.2 Tegangan kombinasi pada 3" Liquid Test Separator Out from LA-Well to L. Process ... 69
Tabel 4.3 Displacement pada 3" Liquid Test Separator Out from LA-Well to L. Process ... 71
Tabel 4.4 Tegangan ekspansi pada 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process ... 74
Tabel 4.5 Tegangan kobinasi pada 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process ... 77
Tabel 4.6 Displacement pada 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process ... 78
Tabel 4.7 Tegangan ekspansi pada 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from LA-Well ToL.Process ... 91
Tabel 4.8 Tegangan kombinasi pada 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process ... 91
Tabel 4.9 Displacement pada 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process ... ...93
xiii Tabel 5.1 Prediksi sisa umur dan tegangan aktual sistem perpipaan
3" Liquid Outof Test Separator from LA-Well to L. Process ...96 Tabel 5.2 Tegangan aktual sistem perpipaan 3" Liquid Out of Test Separator
from LA-Well to L. Process pada analisis tegangan ultimate ...98 Tabel 5.3 Prediksi sisa umur dan tegangan aktual sistem perpipaan 10" & 12"
Gas Line from Production & Test Header at
LA-Well to L.Process ...99 Tabel 5.4 Tegangan aktual sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from
Production & Test Header at LA-Well to L.Process pada
analisis tegangan ultimate ...99 Tabel 5.5 Prediksi sisa umur dan tegangan aktual sistem perpipaan 18" Gas Line
from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process ... 102 Tabel 5.6 Tegangan aktual sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and
LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from
LA-Well to L.Process, dan 6” Gas Out Test Separator from LA-Well
To L.Process pada analisis tegangan ultimate ... 104
Tabel 5.7 Tegangan aktual sebelum dan setelah analisis penambahan tumpuan pipa pada sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from
Production & Test Header at LA-Well to L.Process ... 108 Tabel 5.7 Tegangan aktual sebelum dan setelah analisis penambahan
tumpuan pipa pada sistem 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6”
Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process ... 112 Tabel 6.1 Status sistem perpipaan berdasarkan analisis tegangan
sesuai Code ASME B31.3 ... 113 Tabel 6.2 Status sistem perpipaan sebelum dan sesudah dilakukan
analisis penambahan tumpuan pipa ... 114 Tabel 6.3 Prediksi sisa umur sistem perpipaan terhadap kegagalan yielding ... 114
