ANALISA VARIASI DIAMETER DAN VARIASI DESIGN BY-PASS PADA SISTEM PERPIPAAN ROPP-030.

(1)

ANALISA VARIASI DIAMETER DAN VARIASI DESIGN BY-PASS PADA SISTEM PERPIPAAN ROPP-030.

Widhia Krisna Prayuda1, Wisnu Wardhana2, Murdjito3 1

Mahasiswa Teknik Kelautan, 2,3Staf Pengajar Teknik Kelautan

Abstrak

Suatu sistem perpipaan membutuhkan adanya by-pass yang digunakan sebagai jalur alternatif apabila main line mengalami kerusakan atau dalam keadaan maintenance. Untuk perancangan by-pass suatu system perpipaan perlu dilakukan stressanalysis dan flexibilityanalysis. Analisa ini berguna untuk melihat apakah system by-pass tersebut memenuhi code untuk diaplikasikan. Dalam perancangan by-pass system perpipaan ini perlu dilakukan variasi, baik itu variasi diameter ataupun design. Penelitian ini membahas tentang variasi terhadap diameter dan designby-pass pada sistem perpipaan ROPP 030. Yang dianalisa dengan menggunakan bantuan software CAESAR 5.1. Dari hasil analisa yang telah dilakukan diperoleh nilai tegangan maksimum adalah 249422.4 Kpa dengan Allowable stress 183400.5 Kpa pada load case Occasional yang terjadi pada design alternatif 2 diameter 8 inchi dan nilai displacement maksimum yang terjadi adalah 5.781 mm ke arah negatif pada sumbu z dengan allowable displacement 5 mm yang terjadi pada design alternatif 1 diameter 4 inchi. Sebelum melakukan analisa menggunakan CAESAR 5.1 perlu dilakukan analisa pressure input pada by-pass dengan menggunakan software ANSYS. Dari analisa pressure input diperoleh nilai pressure input maksimum sebesar 20.1 kg/cm2 yang terjadi pada by-pass diameter 4 inchi.

Kata Kunci : by-pass, stress analysis, flexibility analysis, CAESAR II, ANSYS.

1. PENDAHULUAN

Pada era globalisasi ini hampir seluruh aspek kehidupan menggunakan teknologi. Dan untuk perkembangan teknologi dibutuhkan sumber daya alam yang cukup. Oleh karena itu, banyak pihak yang melakukan eksplorasi sumber daya alam di seluruh dunia. Salah satu sumber daya alam yang banyak dicari adalah minyak dan gas bumi.

Banyak teknologi yang dikembangkan untuk menunjang kegiatan eksplorasi minyak dan gasbumi. Baik itu digunakan untuk kegiatan eksplorasi ataupun distribusi. Salah satu teknologi yang digunakan untuk kegiatan eksplorasi minyak dan gas bumi adalah sistem perpipaan. Sistem perpipaan ini digunakan untuk mengalirkan minyak dan gas hasil eksplorasi baik itu dari suatu sistem produksi atau antar sistem produksi.

Suatu sistem perpipaan yang digunakan untuk kegiatan eksplorasi melwati proses perancangan yang cukup rumit dan panjang. Hal ini dikarenakan ketersediaan lahan dan finansial yang terbatas untuk mengakomodasi sistem perpipaan dalam suatu sistem produksi. Selain itu suatu sistem perpipaan juga dirancang untuk tetap beroperasi meski dalam keadaan maintenance. Karena apabila sistem perpipaan berhenti dalam waktu yang cukup lama dapat menyebabkan perusahaan merugi dengan jumlah yang tidak kecil.

Oleh karena itu diperlukan suatu saluran alternatif dalam sistem perpipaan yang berfungsi untuk menjadi aliran sementara ketika aliran utama sedang dalam proses perawatan. Saluran alternatif tersebut dirancang dengan ukuran diameter yang lebih kecil atau paling tidak sama dengan diameter main line.

Hal ini dikarenakan saluran tersebut tidak selalu dipergunakan dalam keadaan operasi, apabila diameter pipa yang digunakan sama dengan ukuran diameter main line maka biaya yang dipergunakan akan membengkak.

Untuk itu perlu dilakukan analisa terhadap variasi ukuran diameter dan jalur saluran alternatif tersebut. Analisa tersebut dpat dilakukan dengan software komputer, salah satunya adalah dengan menggunakan software CAESAR 5.1.

Namun dalam perancangan dan analisa yang dilakukan perlu diberi kondisi batas yang berfungsi agar analisa yang dilakukan tidak terlalu luas. Selain itu juga digunakan untuk berjaga-jaga karena pada kondisi riil suatu sistem perpipaan tidak selalu berada seperti yang direncanakan saat melakukan design. 2. Dasar Teori

2.1 Sistem Perpipaan

Sistem perpipaan memegang peranan penting dalam industri di dunia sekarang ini. Seperti pembuluh darah yang terdapat dalam tubuh kita (arteri dan vena),

(2)

sistem perpipaan digunakan untuk mengalirkan cairan, mencampur, serta barmacam-macam proses lainnya, baik yang sederhana maupun yang kompleks seperti di industri kimia dimana menggunakan berbagai jenis komponen-komponen pipa berbeda untuk mengukur, mengkondisikan, bahkan mengatur aliran fluida itu sendiri.

Adapun bagian-bagian dari sistem perpipaan itu sendiri terdiri dari pipa, flange, sambungan (fitting), gasket, katup, reducer, belokan serta komponen-komponen pendukung lainnya.

Komponen

2.2 Teori dasar tegangan pipa Tegangan (stress)

Intensitas gaya yang tegak lurus atau normal terhadap irisan disebut tegangan normal (normal stress) pada sebuah titik. Tegangan dilambangkan dengan σ. Secara matematis didefinisikan sebagai :

A

F





dengan : σ = tegangan (N/m2)

F = gaya tegak lurus terhadap potongan (N) A = luas (m2)

Regangan (strain)

Jika sebuah batang diberikan pembebanan langsung kemudian timbul tegangan, panjang batang akan berubah. Jika panjang awal batang adalah L dan perubahan panjang batang adalah δ L, maka regangan adalah hasil dari sebagai berikut :

Regangan (

ε

) =

Awal Panjang Panjang Perubahan

₌

L



Regangan adalah ukuran deformasi dari bahan, tidak mempunyai satuan

Gambar 2. 1 Regangan Pada Batang

2.3 Kriteria analisis tegangan sistem perpipaan

Seperti diketahui bahwa tujuan dilakukannya perhitungan analisis tegangan dari sistem perpipaan, secara singkat adalah untuk menjamin bahwa sistem perpipaan tersebut dapat beroperasi dengan aman tanpa mengalami kegagalan. Dalam kenyataannya, pipa yang didalamnya mengalir fluida, baik panas, dingin atau hangat - hangat kuku, akan mengalami pemuaian (expansion) atau pengkerutan (contraction) yang berakibat timbulnya gaya yang bereaksi pada ujung koneksi (connection), akibat dari temperatur, berat pipa dan fluida itu sendiri serta tentu saja

tekanan didalam pipa. Dengan demikian, sebuah sistem perpipaan haruslah didisain se-fleksibel mungkin demi menghindari pergerakan pipa (movement) akibat ekspansi termal atau thermal contraction yang bisa menyebabkan:

1. Kegagalan pada material pipa karena terjadinya tegangan yang berlebihan atau over stress maupun fatigue.

2. Terjadinya tegangan yang berlebihan pada penyangga pipa atau titik tumpuan.

3. Terjadinya kebocoran pada sambungan flanges maupun di katup.

4. Terjadi kerusakan material di nozzle peralatan (Pump, Tank, Pressure Vessel, Heat Exchanger dan lain sebagainya) akibat gaya dan momen yang berlebihan akibat ekspansi atau kontraksi pipa tadi. 5. Resonansi akibat terjadi getaran.

Dalam system engineering terdapat dua kriteria (Chamsudi, 2005) yaitu Non Critical Piping dan Critical Piping. Non Critical Piping adalah jalur pipa tidak diperhitungkan dalam analisis tegangan pipa karena dimungkinkan tidak terjadi beban berlebih yang dapat mengganggu sistem perpipaan. Critical

Piping adalah jalur pipa yang harus diperhitungkan dalam analisis karena dimungkinkan dapat terjadi beban – beban, yang nantinya dapat melebihi batasan beban yang diijinkan pada sistem perpipaan tersebut. Adapun beban – beban yang dimungkinkan terjadi tersebut disebabkan oleh :

 Hubungan temperatur dengan diameter pipa

 Fluida yang mengalir dalam pipa adalah fluida aliran 2 fase

 Sistem perpipaan berhubungan dengan rotating equipment

 Batasan beban yang diijinkan pada nozzle equipment kecil

 Adanya gaya yang timbul secara periodik dari komponen pipa, seperti PSV ( pressure safety valve)

Tegangan dan beban yang dianalisis harus dibuat sedemikian rupa sehingga memenuhi standard internasional.

Kriteria untuk critical line merupakan fungsi suhu dan diameter pipa yang ditunjukkan dalam bentuk grafik pada Gambar 2.10 (Chamsudi, 2005) dengan sumbu absis adalah diameter pipa dan sumbu ordinat adalah suhu yang bekerja pada sistem perpipaan.

Kategori 1 : Sistem Perpipaan yang dihubungkan dengan Static Equipment

Kategori ini merupakan kategori untuk sistem perpipaan yang berhubungan dengan peralatan ( equipment ) yang statik atau diam. Adapun perlatan yang dimaksud antara lain vessel, coulum, heat exchanger dan lainnya.

(3)

Gambar 2. 2 Kriteria Critical Line untuk Pipa Terhubung

Static Equipment

Kategori 2: Sistem Pipa yang dihubungkan dengan Mesin Rotasi

Untuk semua sistem perpipaan yang dihubungkan dengan nozzle critical (rotating) equipment seperti turbin, kompresor, pompa dan lain-lain., harus dianalisa secara formal.

Gambar 2. 3 Kriteria Critical Line untuk Pipa Terhubung

rotating Equipment

Catatan :

1.) Kriteria “A” : Tidak Perlu dianalisis

2.) Kriteria “B” : Harus dikoreksi dengan metode sederhana yang ada

3.) Kriteria “C” : Detail analisis harus dihitung dengan computer.

Selain dua kategori di atas, ada pengecualian khusus untuk sebuah sistem perpipaaan diperlukan analisis, yaitu karena bahan/material dari nozzle yang menghubungakn pipa dengan equipment memiliki batas beban yang diijinkan kecil. Seperti nozzle pada equipment air cooler yang biasanya dibuat dari material aluminium, mempunyai batasan beban lebih kecil daripada nozzle yang berasal dari meterial carbon steel.

Analisis fleksibilitas haruslah berdasarkan pada batasan-batasan yang telah ditetapkan oleh standard yang ada, seperti API 610 dan/atau NEMA SM-23, jika manufaktur tidak mempunyai batasan.

Code adalah sekelompok peraturan umum atau standar sistematis untuk disain, material, fabrikasi, instalasi, dan inspeksi yang dipersiapkan dalam suatu aturan

yang dapat diterapkan pada wilayah khusus tertentu dan juga dapat dibuat menjadi hukum.

Standard adalah dokumen yang dipersiapkan oleh sekelompok profesional yang mempunyai kemampuan yang sangat baik dan pekerjaan engineering yang tepat dimana ditulis dengan kebutuhan yang diperintahkan.

2.4 Code dan Standard

Code adalah sekelompok peraturan umum atau standar sistematis untuk disain, material, fabrikasi, instalasi, dan inspeksi yang dipersiapkan dalam suatu aturan yang dapat diterapkan pada wilayah khusus tertentu dan juga dapat dibuat menjadi hukum.

Standard adalah dokumen yang dipersiapkan oleh sekelompok profesional yang mempunyai kemampuan yang sangat baik dan pekerjaan engineering yang tepat dimana ditulis dengan kebutuhan yang diperintahkan.

ASME/ANSI B31.3

ASME/ANSI B31.3 adalah code yang berisi peraturan untuk perpipaan yang umumnya ditemukan pada petroleum refineries, pabrik kimia, pabrik farmasi, tekstil, kertas, semikonduktor, dan pabrik-pabrik berkaitan dengan proses dan terminal.

Tegangan yang Diijinkan ( Allowable Stress )

Kegagalan biasanya terjadi pada bagian yang mendapatkan regangan terbesar (highest cyclic strain). Tegangan yang diijinkan untuk thermal expansion stress adalah:

SA = 1.25 Sc + 0.25 Sh dimana :

Sc = tegangan yang diijinkan pada temperaur lingkungan

Sh = tegangan yang diijinkan pada temperatur operasi Tegangan yang diijinkan ini akan menjadikan sistem perpipaan aman beroperasi dalam siklus 7000 kali.

Tabel 2.1 Nilai faktor pengurang tegangan

(

f

)

Siklus (N) f <7000 7000-14000 14000-22000 22000-45000 45000-100000 >100000 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

Jika siklus yang terjadi diharapkan lebih dari 7000 kali dalam umurnya sistem perpipaan, maka tegangan yang diijinkan juga akan berkurang dengan menambahkan faktor pada formula diatas.

SA = f(1.25 Sc + 0.25 Sh) dimana :

Sc = tegangan yang diijinkan pada temperatur lingkungan

(4)



b t



L h ax n

S

A

F

t

PD





2 2

4



b t



L h ax

_S

_kS

A

F





2 2

4

Sh = tegangan yang diijinkan pada temperatur operasi

f = factor tegangan (fig. 302.3.5 ASME B31.3)

Beban-beban pada Sistem Perpipaan

 Beban Sustain

Stress yang terjadi pada beban sustain merupakan jumlah stress longitudinal Si akibat efek tekanan, berat, dan beban sustain yang lain dengan tidak melebihi dari Sh. Persamaan matematis dapat dinyatakan sebagai berikut:

 Beban Occasional

Stress yang terjadi pada beban occasional merupakan jumlah stress longitudinal akibat tekanan, berat, dan beban sustain lain serta stress yang dihasilkan oleh beban occasional misalnya angin atau gempa. Stress ini tidak boleh melebihi 1.33Sh.

 Beban Ekspansi

Stress yang diakibatkan oleh adanya ekspansi termal dan atau displacement Se akan dihitung dengan persamaan:



b t



a e

S



2



4

2



(2.26)



 

2



2 2

1

t O O i i e

i

M

i

M

Z

S





(2.27)



 

2



2 2

1000

t O O i i e

i

M

i

M

Z

S





(2.28) Dengan :



 



Z

M

i

M

i

S

_b i i O O 2 2

_





 



Z

M

i

M

i

S

_b i i O O 2 2

1000





Z

M

S

t t

2 

psi atau

Z

M

S

t t

2 1000



kpa

Stress limit displacement dapat diberikan sebagai berikut: a e

S



dan



c h



a

f

S



1 .

25 

0 .

25

, psi (kpa) atau



c h l



a

f

S



1 .

25 (



)



, psi (kpa) dengan : S

b = Resultan tegangan akibat beban lentur, psi S

t = Tegangan puntir, psi M

i = In-plane bending moment, in-lb M

o = Out-of-plane bending moment, in-lb i

i = In-plane stress intensification factor i

o = Out-of-plane stress intensification factor Z = Section modulus of pipe, in3

S

a = Allowable stress untuk ekspansi termal, psi Sc = Tegangan pada pipa dalam keadaan dingin Sh = Tegangan pada pipa dalam keadaan suhu tertentu

f = faktor pengurangan stress S

l = Stress sustain yang terhitung, psi 2.5 Penyangga Pipa

Support adalah alat yang digunakan untuk menahan atau memegang sistem perpipaan. Support dirancang untuk dapat menahan berbagai macam bentuk pembebanan baik statis maupun dinamis. Penempatan support harus memperhatikan dari pergerakan sistem perpipaan terhadap profil pembebanan yang mungkin terjadi pada berbagai kondisi. Berdasarkan pembebanannya penyangga pipa dapat dibagi menjadi dua (Raswari, 1986) yaitu pembebanan statis dan pembebanan dinamis.

Metode yang sederhana dalam memperkirakan tegangan yang terjadi pada pipa dan beban pada penyangga terhadap berat adalah (Smith, 1987) memodelkan pipa sebagai batang yang mempunyai beban terbagi rata pada panjangnya. Panjang batang sama dengan jarak antara penyangga.

Jarak antar penyangga secara sederhana (Smith, 1987) ditentukan oleh persamaan sebagai berikut :

W

ZS

L



10

Dimana :

L = Jarak maksimum yang diizinkan antara penyangga untuk pipa horizontal lurus (mm)

Z = Modulus pipa (mm3)

S = Tegangan yang diijinkan (tergantung pada bahan pipa, suhu, tekanan, dan code yang digunakan)

W = Berat per-satuan panjang (N/mm)

Untuk pipa kritikal (Santoso, 2006) penentuan peletakan penyangga untuk pipa ditentukan oleh analisis dengan bantuan komputer. Peletakan penyangga juga harus memperhatikan letak pipa yang terdapat pada sekitarnya, letak pondasi struktur penyangga sipil (pipe rack).

(5)

3. Pengumpulan Data 3.1 Code dan standard

Dalam penelitian tugas akhir ini code dan standart yang digunakan sebagai acuan adalah sebagai berikut:

 ASME B31.3 PROCESS PIPING 3.2 Data-data system perpipaan

NPS : 12 SCH : 10S Material : A312-TP-304 Design Temp : 65˚C Operating Temp : -85˚C Design Pressure : 16.5 Kg/cm-2 Fluid : 7.88 Kg/cu.m Insulation : 136 Kg/cu.m Insul thickness : 150 mm

3.3 Data-data gambar isometric sistem perpipaan

Gambar 2.7 Gambar Isometrik 1

3.4 View layout design dengan menggunakan software SPR (Smart Plant Review)

Dalam pengerjaan tugas akhir ini, sebelum melakukan analisa tegangan menggunakan software Caesar II 5.1. kita harus melihat layout design dengan menggunakan software SPR (Smart Plant Review). Untuk dapat mengetahui routing pada pipa. Sehingga nantinya kita dapat melakukan redesign sesuai dengan layout design tersebut.

3.5 Pemodelan menggunakan Software ANSYS Pemodelan sistem by-pass perpipaan ROPP 030 yang terhubung dengan saluran utama perpipaan. Hal ini bertujuan untuk menganalisa presure input pada by-pass yang selanjutnya akan dianalisa menggunakan software CAESAR II 5.1.

3.6 Pemodelan menggunakan Software Caesar II 5.1 Permodelan system perpipaan dengan menggunakan software Caesar II 5.1 memberikan gambaran baik visual berupa bentuk sistem perpipaan maupun hasil analisis mengenai tegangan, gaya, displacement dan momen yang terjadi maupun melaporkan terjadinya overstress. Kemudian dari hasil analisis (output) CAESAR II 5.1 diperoleh nilai force dan moment yang bekerja pada support dan equipment, yg kemudian dilakukan pipe stress analysis untuk mendapatkan suatu system perpipaan yg sesuai dengan allowable stress sehingga pipa tidak mengalami overstress.

4. ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Pressure Input pada By-pass Sistem Perpipaan ROPP 030

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

(6)

menyebabkan besar pressure input berubah. Untuk memperoleh besar pressure input dapat dengan menggunakan software ANSYS.

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

Gambar 4.1 Model By-pass yang terhubung dengan Main Line pada ANSYS tampak samping

Gambar 4.2 Model By-pass yang terhubung dengan Main Line pada ANSYS tampak depan

Setelah melakukan pemodelan selanjutnya menganalisa model dengan software ANSYS. Analisa dengan ANSYS bertujuan untuk memperoleh besar pressure yang selanjutnya akan digunakan sebagai inputpressure pada program CAESAR 5.1.

Dari output pada software diambil local analisis pada daerah antara main line dan by-pass. Pada daerah tersebut diambil stress maksimum yang terjadi pada daerah tersebut. Stress maksimum dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 4.3 Pressureinput pada by-pass diameter 4 inchi.

(7)

Dari hasil analisa dengan menggunakan program ANSYS diperoleh nilai pressure seperti tertera pada tabel berikut.

Tabel 4.1 Pressure Maksimum pada By-pass ROPP 030 Diameter By-pass (inch) Pressure (kg/cm2) 4 20.1 5 18.1 6 14.9 8 8.46

4.2 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 :

Tabel 4.2 Tegangan Maksimum ROPP 030 pada Model Awal diameter 4 inchi

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 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

(8)

Gambar 4.7 Grafik Tegangan Maksimum Model Awal Dari hasil tegangan maksimum yang terjadi pada sistem perpipaan disajikan di table tegangan maksimum diatas dapat diketahui bahwa tegangan maksimum yang terjadi pada sistem perpipaan ada yang melebihi batas allowable strees (tegangan yang dijinkan) yang ditetapkan telah ASME B31.3.

4.3 Analisa Gaya dan Momen By-pass Sistem Perpipaan ROPP 030 Design Awal

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 beban yang diterima pada nozzle Vessel dan pompa dalam kasus pembebanan operasi dan sustain.

Tabel 4.6 Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 4 inchi CASES Nozzle Item Forces (N) Moments (N.m) Fx Fy Fz Mx My Mz Operasi N17 15 -966 53 344 14 2 Operasi N17 15 -749 7 77 11 0 Operasi N17 15 -966 53 344 14 2 Sustain N17 -2 -740 3 63 -6 0

Tabel 4.7 Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 5 inchi CASES Nozzle Item Forces (N) Moments (N.m) Fx Fy Fz Mx My Mz Operasi N17 19 -1152 86 513 0 -6 Operasi N17 18 -808 10 99 -4 -10 Operasi N17 19 -1152 86 513 0 -6 Sustain N17 -5 -793 4 77 -12 0

Tabel 4.8 Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 6 inchi CASES Nozzle Item Forces (N) Moments (N.m) Fx Fy Fz Mx My Mz Operasi N17 19 -1345 121 683 -21 -20 Operasi N17 18 -865 14 120 -29 -27 Operasi N17 19 -1345 121 683 -21 -20 Sustain N17 -9 -846 4 90 -17 0

Tabel 4.9 Beban nozzle vessel 37-V-102/N17 pada diameter 8 inchi CASES Nozzle Item Forces (N) Moments (N.m) Fx Fy Fz Mx My Mz Operasi N17 18 -1749 197 1038 -85 -59 Operasi N17 17 -979 18 165 -98 -73 Operasi N17 18 -1749 197 1038 -85 -59 Sustain N17 -16 -952 3 121 -29 1

Tabel 4.10 Beban Nozzle pada Pompa 37-P-102A/B pada diameter 4 inchi

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

(9)

Nozzle Item Cases Forces (N) Moments (N.m) Fx Fy Fz Mx My Mz (4010)/A Operasi -8 48 18 -186 -45 149 Operasi -22 116 74 -161 -74 185 Operasi -8 48 18 -186 -45 149 Sustain -17 -180 28 -53 -25 19 (4020)/B Operasi -1 503 20 -369 -39 210 Operasi -4 320 -1 -321 -31 177 Operasi -1 503 20 -369 -39 210 Sustain -47 -21 -1 -154 -27 7

Nozzle Item Cases Forces (N) Moments (N.m) Fx Fy Fz Mx My Mz (4010)/A Operasi -7 336 23 -333 -57 231 Operasi -29 464 101 -319 -94 289 Operasi -7 336 23 -333 -57 231 Sustain -27 -68 32 -111 -29 24 (4020)/B Operasi 10 1000 33 -585 -41 337 Operasi 8 640 -7 -483 -27 269 Operasi 10 1000 33 -585 -41 337 Sustain -64 166 1 -252 -35 7

Nozzle Item Cases Forces (N) Moments (N.m) Fx Fy Fz Mx My Mz (4010)/A Operasi -11 1191 45 -737 -82 438 Operasi -60 1554 178 -788 -138 564 Operasi -11 1191 45 -737 -82 438 Sustain -56 210 45 -248 -42 23 (4020)/B Operasi 37 2283 80 -1103 -32 656 Operasi 49 1370 -13 -811 -6 506 Operasi 37 2283 80 -1103 -32 656 Sustain -117 514 4 -435 -57 -48

Dari beban pada nozzel vessel dan nozzle pada pompa yang tertera pada table-tabel diatas , gaya dan momen yang terjadi pada sistem perpipaan untuk selanjutnya dibandingkan dengan besar gaya dan momen yang diijinkan oleh fabrikasi.

4.4 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.

Analisa displacement dilakukan terhadap semua kasus pembebanan. Berikut adalah tabel analisis

displacement yang paling besar terjadi pada kasus pembebanan operating dan sustain yang didapat dari analisa statis program Caesar 5.1 :

Tabel 4.14 Tabel hasil analisa displacement pada sistem perpipaan ROPP 030 pada Model Awal

diameter 4 inchi Kondisi Displacement Node Orientasi Defleksi (mm) 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 Sustain Dx -0.735 678 Dy -0.762 670 Dz -0.346 129

(10)

diameter 5 inchi Kondisi Displacement Node Orientasi Defleksi (mm) Operasi Dx -4.63 79 Dy -3.731 519 Dz 2.197 618 Operasi Dx -3.447 220 Dy -1.96 660 Dz 1.381 160 Operasi Dx -3.447 220 Dy -1.96 660 Dz 1.381 160 Sustain Dx -0.38 678 Dy -0.506 670 Dz 0.231 598

diameter 6 inchi Kondisi Displacement Node Orientasi Defleksi (mm) Operasi Dx -4697 79 Dy -3.67 519 Dz 2.122 618 Operasi Dx -3.25 220 Dy -1947 660 Dz 1.39 160 Operasi Dx -4.697 79 Dy -3.67 519 Dz 2.122 618 Sustain Dx -0.261 220 Dy -0.38 898 Dz 0.183 598

diameter 8 inchi Kondisi Displacement Node Orientasi Defleksi (mm) Operasi Dx -4792 79 Dy -3.595 ₅₁₉ Dz 2.015 ₆₁₈ Operasi Dx -3.079 ₆₀₉ Dy -1915 ₆₆₀ Dz 1.37 ₁₇₀ Operasi Dx -4.792 ₇₉ Dy -3595 ₅₁₉ Dz 2.015 ₆₁₈ Sustain Dx -0.199 ₂₂₀ Dy -0.319 ₅₁₈ Dz 0.145 ₆₁₈

Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Displacement Model Awal

Dari table diatas defleksi yang terjadi pada sistem perpipaan pada kondisi operasi dan kondisi sustain tidak ada yang melebihi batas aman yang telah ditentukan dalam proyek ROPP 030 yaitu <5 mm. 5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

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

1. Dari hasil analisa tegangan dan displacement pada by-pass system ROPP 030. Stress dan displacement rata-rata masih memenuhi code dan standar fabrikasi equipment.

Hasil analisa tegangan diperoleh nilai tegangan dan displacement maksimum yang

(11)

terjadi pada by-pass yang memenuhi code adalah:

 Tegangan maksimum terjadi pada design alternatif 2 terjadi pada diameter 8 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 1diameter 8 inchi dengan nilai actual stress 186298.2 Kpa dan Allowable stress 311454.1 Kpa pada load case Expansion.

 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 support atau redesign agar memenuhi allowable displacement yang telah ditentukan. 2. 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.

5.2. Saran

1. Analisis dinamis by-pass system perpipaan ROPP 030.

2. Analisis statis by-pass sistem perpipaan ROPP 030 bisa dilakukan terhadap variasi material,thermal dan lain-lain.

3.

Optimasi biaya by-pass dapat dianalisa apabila dilakukan variasi diameter, design dan thermal

.

DAFTAR PUSTAKA

Agustinus, Donny. 2009. Pengantar Piping Stress Analysis. Jakarta: Entry Augustino Publisher 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 for Mechanical Engineer. Chamsudy,Ahmad. 2005. “Diktat Pelatihan Pipe

Stress Analysis”.Jakarta: Piping Departement. PT.Rekayasa Industri.

M, Victor Helguero. 1986. “Piping Stress Handbook”, 2nd Ed. Texas : Gulf Publishing Company. Paul R.Smith –Thomas J.Van Laan, (1987), Piping

and Support System, McGraw-Hill Raswari,1986.”Teknologi dan Perencanaan Sistem

Perpipaan UI-Press”,Jakarta .

Popov, E.P., Astamar, A. 1983. Mekanika Teknik Edisi Kedua (Versi SI). Jakarta : Erlangga 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.

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”. United States of America.