Optimasi Konfigurasi Sudut Stinger dan Kedalaman Laut Dengan Local Buckling Check

(1)

Optimasi

Konfigurasi

Sudut Stinger dan

Kedalaman Laut

Dengan Local

Buckling Check

Oleh :

Desak Made Ayu | 4310100019

Pembimbing :

Prof. Ir. Daniel M. Rosyid, Ph.D

Ir. Hasan Ikhwani, M.Sc

(2)

I. PENDAHULUAN

-Latar Belakang -Manfaat

-Perumusan Masalah -Batasan Masalah

-Tujuan

II. Tinjauan Pustaka dan Dasar Teori -Tinjauan Pustaka

-Dasar Teori

OUTLINE :

(3)

III. Metodologi Penelitian -Skema Diagram Alir

-Skema Local Buckling Check

OUTLINE :

IV. Analisa dan Pembahasan -Analisa Instalasi Dengan OFFPIPE

-Analisa Local Buckling Check

(4)

Latar Belakang

• Penggunaan minyak dan gas pada kehidupan sehari-hari tidak dapat

dilepaskan, hal ini menyebabkan semakin agresifnya eksplorasi minyak

dan gas didaerah lepas pantai.

• Proses instalasi pipa terlebih dahulu harus dilakukan agar dapat

mendistribusikan minyak dan gas yang terlebih dahulu telah ditambang.

• Sebagai bagian dari proyek PRP 2013-2014, PT. PHE ONWJ bermaksud

untuk menginstal pipa baru dalam rangka melakukan antisipasi

peningkatan produksi di masa depan.

(5)

Tabel 1.1 Data Desain Pipa

Material Units 6” Pipeline

Steel Outer Diameter inch 6.625

Material Specifiation - Carbon Steel API-5L-X52 PSL 2 Offshore Wall Thickness in 0.432 Corrosion Allowance mm 2.54 Steel Density pcf 490 (7850 kg/m3₎ SMYS psi 52000 @ 70°F SMTS psi 66000 @ 70°F

Young’s Modulus, E psig 3.002 x 107

Poisson’s Ratio - 0.3

Coefficient of Thermal Expansion k-1 11.7 x 10-6

Thermal Conductivity W/mK 45 (Sumber: PT. Globa Maritime, 2013)

Data Pipa

Tabel 1.2 Pipeline Coating Parameter

Decription Pipeline External Anti-Corrosion Coating Type AE Thickness,mm 4 Density,lb/ft3 79.97 Cutback,mm 150 +/- 10mm Concrete Coating Thickness Thickness,mm 30 Density,lb/ft3 190 Cutback,mm 300 +/- 25mm Water Absorption 5

(6)

Data Lay Barge & Stinger

Tabel 1.3 Data Lay Barge

Description Barge Parameter

Maximum Pipe Tension Available 60 MT No. Of Tensioners Available on the

Barge

2 nos

No. Of Rollers on the Barge 7 nos Length of Tensioner 6.5 m Hitch X-Location (w.r.t stern) 0.497 m Hitch Y-Location (w.r.t main deck) -1.80 m

Barge Moulded Dimensions

Length = 85 m Breadth = 25 m Depth = 5.5 m (Sumber: PT. Globa Maritime, 2013)

Tabel 1.4 Stinger Parameter

Description Barge Parameter

No.of Rollers on Stinger 3

Stinger Length 20.55 (1 section) Stinger Roller Bed Length 2.586 m

Increment Rotation Angle (from horizontal)

2.22 deg

(Sumber: PT. Globa Maritime, 2013) Untuk pengerjaan menggunakan Barge S-Lay HAFAR

Neptune. Data barger dan stinger yang akan digunakan adalah sebagai berikut :

(7)

Man

faa

t

Tuju

an

Perumu

san

Ma

salah

-Berapakah sudut

optimum stinger dan

bagaimanakah

pengaruh konfigurasi

sudut stinger pada

tegangan Von Mises

yang terjadi pada

pipeline untuk setiap

perbedaan kedalaman

saat proses instalasi?

-Bagaimanakah local

buckling yang terjadi

pada pipeline untuk

setiap perbedaan

kedalaman dan variasi

sudut stinger?

-Menganalisa dan mengetahui berapakah sudut optimum stinger dan pengaruh konfigurasi sudut stinger pada tegangan Von

Misses pada saat

proses instalasi. Menganalisa local buckling yang terjadi pada pipeline untuk setiap perbedaan kedalaman dan variasi sudut stinger. Manfaat dari

penelitian ini adalah memberikan

pemahaman

mengenai instalasi pipa bawah laut dengan metode S-Lay, mengetahui pengaruh konfigurasi sudut stinger untuk melihat tegangan yang terjadi pada

pipeline serta

menganalisa local

buckling yang terjadi

pada saat proses

(8)



Metode instalasi yang digunakan adalah metode S-Lay.



Dasar laut dianggap datar.



Analisa yang dilakukan adalah analisa statis.



Tinggi roller konstan.



Gerakan barge diabaikan.



Panjang stinger konstan.



Codes yang digunakan adalah DNV 1981 mengenai Rules

for Submarine Pipeline System.

(9)



Metode Pipelaying



Teori Tegangan



Teori Optimasi



Local Buckling



Local Buckling Check

DNV 81

dI

Dasar

(10)

Metode

Pipelaying

S Lay

Kurva pipa yang keluar dari Lay Barge hingga seabed akan berbentuk seperti huruf S. Pada saat pemasangan akan

(11)

Metode

Pipelaying

J Lay

Metode ini menggunakan berat pipa itu sendiri agar pipa dapat menyentuh dasar laut. Tidak ada daerah kritis pada tekukan atas (overbend) dan hanya ada pada bagian tekukan bawah (sagbend) sebagai daerah kritis

(12)

Proses

Pipelaying

Welding Operation -> NDT (None Distraction Test) station cek pengelasan dan coating station -> Roller akan membantu pipa bergerak dari barge hingga masuk ke laut

(13)

Proses

Pipelaying

Stinger

A B

Stinger berfungsi sebagai pengarah pipa pada roller yang terletak antara tubular sehingga pipa dapat meluncur ke bawah dari barge stern sampai ke seabed.

(14)

Proses

Pipelaying

Overbend

Daerah overbend biasanya dimulai dari

tensioner pada deck barge, melalui barge ramp, dan turun ke stinger sampai pada titik dimana pipa tidak lagi didukung oleh stinger

(15)

Proses

Pipelaying

Sagbend

Daerah sagbend biasanya dimulai dari titik inflection sampai titik touch down pada seabed

(16)

Teori

Tegangan

Tegangan Normal

Tegangan normal adalah tegangan yang bekerja dalam arah tegak lurus terhadap permukaan bahan dan dapat berupa tegangan tarik (tensile stress) atau tegangan tekan (compressive

stress). 𝜎 = 𝑃 𝐴 dengan: σ = tegangan normal (N/m2) P = gaya tarik/tekan (N)

(17)

Teori

Tegangan

Tegangan Von Mises

Penggabungan tegangan-tegangan utama pada suatu elemen merupakan suatu cara untuk mengetahui nilai tegangan maksimum yang terjadi pada node tersebut. Salah satu cara mendapatkan tegangan gabungan adalah dengan menggunakan formula tegangan Von Misses yaitu:

𝜎_𝑒 = 0.5(𝜎₁ − 𝜎₂)2 + (𝜎₂ − 𝜎₃)2(𝜎₃ − 𝜎₁)2 0.5

dengan:

σ_e = tegangan von mises

σ₁ = tegangan utama 1

σ₂ = tegangan utama 2

(18)

Teori

Optimasi

Optimasi adalah pencarian nilai-nilai variable yang dianggap optimal, efektif dan efisien.

(19)

Metode

Pendekatan

Optimasi

Untuk mendapatkan titik optimum pada grafik, dengan mencari beberapa titik variasi

kemudian memplotkan. Sehingga didapatkan grafik masing-masing constraint. Kemudian didapatkan grafik constraint tersebut, dimana titik potong tersebut adalah titik optimumnya.

(20)

Local

Buckling

Local Buckling pada pipa dipengaruhi external pressure, axial force dan bending moment. Buckling merupakan keadaan dimana pipa sudah tidak bundar atau mengalami

perubahan bentuk akibat tekanan hidrostatis yang besar pada kedalaman tertentu.

(21)

Local

Buckling

Check

DNV 81

Local Buckling adalah kombinasi kritis tegangan longitudinal dan hoop yang kemudian dicari permissible combination

σ_x = Total axis stress (Pa)

σ_xcr= Critical Longitudinal Stress (Pa)

η_xp= Permessible buckling usage factor

σ_y = Hoop Stress (Pa)

σ_ycr= Critical Hoop Stress (Pa)

(22)

Metodologi

Penelitian

(23)

METODOLOGI PENELITIAN 1.1 Metode Penelitian

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Skema Diagram Alir

Mulai

Pengumpulan data pipa dan lay

barge Pemodelan Pipa dengan menggunakan software OFFPIPE Running pemodelan menggunakan software OFFPIPE Output variasi sudut

stinger dan kedalaman

Analisa hasil pemodelan Cek Local Buckling

dengan DNV 1981 Selesai

Skema

Alir

(24)

Memasukan inputan data Menghitung Cross Section Area Menghitung elastic section modulus Menghitung longitudinal stress due to axial force

Menghitung

longitudinal stress due to pipe bending

Mulai

Local

Buckling

Check

Menghitung critical longitudinal stress ketika N bertindak sendiri Menghitung longitudinal stress Menghitung critical longitudinal stress ketika M bertindak sendiri A

(25)

Input Data

 Nominal Outside Diameter of Pipe

 Nominal Wall Thickness

 Axial force in pipe

 Bending moment  Specified yield strength  Water depth  External pressure  Internal pressure  Modulus of Elasticity Menghitung longitudinal (compressive) stress A Menghitung hoop stress Menghitung critical compressive hoop

stress for completely elastic buckling Menghitung compressive hoop stress Menghitung α Check 𝜎_𝑥 ᶯ𝑥𝑝𝜎𝑥𝑐𝑟 𝛼 + _ᶯ 𝛼𝑦 𝑦𝑝𝜎𝑦𝑐𝑟 ≤ 1 Selesai

(26)

Analisa Data

dan

Pembahasan

Untuk memulai permodelan instalasi dengan menggunakan bantuan software OFFPIPE yang akan dilakukan adalah memodelkan laybarge, stinger,dan memasukan data properties pipa serta memasukkan data lingkungan seperti kedalaman laut. Berikut adalah loadcase untuk pengerjaan tugas akhir :

(27)

Load Case

STATIC CASE Water Depth Stinger Angle Outiside Diamete r Wall Thickness Lay Tension 6.66 8.88 11.1 13.32 15.54 6.66 8.88 11.1 13.32 15.54 6.66 8.88 11.1 13.32 15.54 16.827 1.1 235.2 (cm) (cm) (kN) 16.827 1.1 235.2 16.827 1.1 235.2 (m) (deg) CASE 1 14.935 CASE 2 15.979 CASE 3 17.023 STATIC

CASE Water Depth Stinger Angle

Outiside Diamete

r

Wall

Thickness TensionLay

6.66 8.88 11.1 13.32 15.54 6.66 8.88 11.1 13.32 15.54 6.66 8.88 11.1 13.32 15.54 CASE 6 20.155 16.827 1.1 235.2 CASE 4 18.067 16.827 1.1 235.2 CASE 5 19.11 16.827 1.1 235.2 (m) (deg) (cm) (cm) (kN) STATIC

Outiside Diamete

r

Wall

Thickness TensionLay

6.66 8.88 11.1 13.32 15.54 6.66 8.88 11.1 13.32 15.54 6.66 8.88 11.1 13.32 15.54 CASE 9 23.287 16.827 1.1 235.2 CASE 7 21.199 16.827 1.1 235.2 CASE 8 22.243 16.827 1.1 235.2 (m) (deg) (cm) (cm) (kN)

(28)

STATIC

Total

Stress StressTotal (Mpa) (Mpa) 6.66 253.9 71 168 47 8.88 257.1 71 100.6 28 11.1 237.4 66 100.6 28 13.32 320.5 89 100.6 28 15.54 446 124 100.6 28 6.66 284.6 79 189.3 53 8.88 257.2 71 100.6 28 11.1 237.3 66 100.6 28 13.32 321.6 89 100.6 28 15.54 441.1 123 100.6 28 6.66 314.2 87 209.8 58 8.88 257.2 71 121.4 34 11.1 237.3 66 100.7 28 13.32 322.7 90 100.7 28 15.54 436.4 121 100.7 28 6.66 342.8 95 229.7 64 8.88 257.2 71 142 39 11.1 237.3 66 100.8 28 13.32 323.7 90 100.8 28 15.54 436.4 121 100.8 28 6.66 370.4 103 248.8 69 8.88 257.3 71 161.9 45 11.1 237.4 66 100.8 28 13.32 324.7 90 100.8 28 15.54 437.4 121 100.8 28 CASE 5 19.11 CASE 3 17.023 CASE 4 18.067 CASE 1 14.935 CASE 2 15.979 Maximum Stress

On Overbend Maximum Stress On Sagbend (m) (deg) Pipeline Stress

SYMS %

Pipeline Stress SYMS

%

Untuk analisa kali ini akan digunakan 9 case seperti pada tabel diatas yang dimana pada setiap water depth akan divariasikan sudut stingernya. Setelah itu loadcase akan dimasukan dan setelah itu kita akan mendapatan hasil dari runningan OFFPIPE, yaitu :

(29)

STATIC

Total

Stress StressTotal

(Mpa) (Mpa) 6.66 342.8 95 229.7 64 8.88 257.2 71 142 39 11.1 237.3 66 100.8 28 13.32 323.7 90 100.8 28 15.54 436.4 121 100.8 28 6.66 370.4 103 248.8 69 8.88 257.3 71 161.9 45 11.1 237.4 66 100.8 28 13.32 324.7 90 100.8 28 15.54 437.4 121 100.8 28 6.66 397.3 110 267.5 74 8.88 272.4 76 181.1 50 11.1 237.4 66 100.9 28 13.32 325.6 90 100.9 28 15.54 438.4 122 100.9 28 CASE 5 19.11 CASE 6 20.155 CASE 4 18.067 Maximum Stress

SYMS %

(30)

STATIC

Total

Stress StressTotal

(Mpa) (Mpa) 6.66 423.4 118 285.6 79 8.88 299.3 83 199.8 56 11.1 237.5 66 112.6 31 13.32 325.6 90 101 28 15.54 439.3 122 101 28 6.66 448.8 125 303.3 84 8.88 325.5 90 218 61 11.1 237.5 66 131.3 36 13.32 325.3 90 101.1 28 15.54 440.2 122 101.1 28 6.66 473.6 132 320.5 89 8.88 350.9 97 235.6 65 11.1 237.5 66 149.5 42 13.32 325.1 90 101.1 28 15.54 441.1 123 101.1 28 CASE 9 23.287 CASE 7 21.199 CASE 8 22.243 Maximum Stress

SYMS %

(31)

Hasil yang didapat akan diplotkan dalam bentuk grafik, maka akan membentuk grafik sebagai berikut:

200 250 300 350 400 450 500 5 7 9 11 13 15 17 M axi m u m Str e ss (M p a)

Stinger Angle (deg)

Maximum Stress On Overbend

CASE 1 (14.935 m) CASE 2 (15.979 m) CASE 3 (17.023 m) CASE 4 (18.067 m) CASE 5 (19.11 m) CASE 6 (20.155 m) CASE 7 (21.199 m) CASE 8 (22.243 m) CASE 9 (23.287 m)

(32)

80 130 180 230 280 330 380 5 7 9 11 13 15 17 M axi m u m Str e ss (M p a)

Stinger Angle (deg)

Maximum Stress On Sagbend

CASE 1 (14.935 m) CASE 2 (15.979 m) CASE 3 (17.023 m) CASE 4 (18.067 m) CASE 5 (19.11 m) CASE 6 (20.155 m) CASE 7 (21.199 m) CASE 8 (22.243 m) CASE 9 (23.287 m)

(33)

Permisebble combination untuk menghitung local buckling yang terjadi pada pipa dengan menggunakan DNV 1981 adalah:

Dengan:

σ_x = Total axis stress (Pa)

σ_xcr = Critical Longitudinal Stress (Pa)

η_xp = Permssible buckling usage factor (0.86)

σ_y = Hoop Stress (Pa)

σ_ycr = Critical Hoop Stress (Pa)

(34)

Hasil yang didapatkan dari perhitungan local buckling check untuk perhitungan pada overbend dengan 11.1 deg dengan DNV 1981

Dari hasil diatas dapat diketahui bahwa pipa aman dari adanya local buckling karena permisibble combination dari seluruh static case tidak lebih besar dari 1.

Static Case Permissible Combination Overbend Case 1 0.59997 Case 2 0.59722 Case 3 0.59732 Case 4 0.59742 Case 5 0.59751 Case 6 0.59760 Case 7 0.59769 Case 8 0.59778 Case 9 0.59785

(35)

Static Case Permissible Combination Sagbend Case 1 0.27980817 Case 2 0.279990438 Case 3 _0.281284249 Case 4 _0.281390378 Case 5 0.281572187 Case 6 0.282849407 Case 7 _0.312520555 Case 8 0.357913451 Case 9 0.40103426

Dari hasil dibawah dapat diketahui bahwa pipa aman dari adanya local buckling karena permisibble combination dari seluruh static case tidak lebih besar dari 1.

(36)

• Sudut optimal saat variasi sudut stinger dan kedalaman laut adalah sudut 11.1 derajat. Pada variasi sudut stinger dengan kedalaman laut kita dapat melihat bahwa semakin besar sudut (13.32 dan 15.54 derajat) maka akan semakin besar pula tegangan Von Mises yang didapatkan (dapat dilihat pada gambar dan grafik) tetapi hal ini terjadi setelah sudut

stinger bernilai 11.1 derajat. Jika sudut terlalu besar (13.32 dan 15.54 derajat) dan

kedalaman laut tidak terlalu dalam (14.935 m, 17.023 m dan 18.067 m), hal ini menyebabkan tegangan akan semakin besar.

• Tidak terjadi local buckling pada daerah sagbend dan overbend karena nilai permissible

combination yang didapatkan ≤1 dengan menggunakan standart code DNV 1981.

(37)

Daftar Pustaka

Andini, F. T., (2010). Optimasi Konfigurasi Sudut Stinger dan Jarak Antara Lay

Barge dan Exit Point Pada Instalasi Horizontal Directional Drilling, Tugas Akhir,

Jurusan Teknik Kelautan-FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

Bai, Y., (2001). Pipeline and Riser, Elsevier Ocean Engineering Book Series, Volume 3, Oxford, UK.

Det Norske Versitas (1981). DNV 1981: Rules For Submarine Pipeline System. Det Norsle Versitas, Norway.

Gere, J., S. Timoshenko, (2009). Mechanics of Material. Cengage Learning, Canada. Guo, B., S. Song, J. Chacko, A. Ghalambor, (2005). Offshore Pipeline. Elsevier, UK. Kenny, J. P. (1993). Structural Analysis of Pipeline Spans. Safety Executive, USA. Mouselli, A.H., (1981). Offshore Design, Analysis and Methods, Penwell Books, Oklahoma.

PT. Pertamina PHE ONWJ (2013). Pipelaying Analysis (Including Dynamic and Pipe

Weld Repair). MMA MMJ Pipeline, MIKE-W-CAL-0023. Jakarta

PT. Rare (2013). ANSI B36.10 Seamless Pipe Sizes. Midvaal.

Rizaldi, A., (2011). Analisa Buckling Pada Saat Instalasi Pipa Bawah Laut: Studi

Kasus Saluran Pipa Baru “Karmila-Titi” Milik CNOOC di Offshore South East Sumatera, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kelautan-FTK, Institut Teknologi Sepuluh

(38)

Rao, S., (1985). Optimization Theory and Applications, Wiley Eastern Limited, New Delhi. Rosyid, D. M., (2009). Optimasi Teknik Pengambilan Keputusan Secara Kuantitatif, ITS Press, Surabaya.

Soegiono, (2007). Pipa Laut. Airlangga University Press, Surabaya.

(39)