BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN. Ketebalan pipa dapat berbeda-beda sesuai keadaan suatu sistem perpipaan.

(1)

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN BAB IV

ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Perhitungan dan Analisa Tegangan

4.1.1 Perhitungan Ketebalan Minimum

Ketebalan pipa dapat berbeda-beda sesuai keadaan suatu sistem perpipaan.

Perbedaan ketebalan pipa tersebut dipengaruhi oleh beberapa faktor. Adapun faktor-faktor yang utama adalah tekanan disain, suhu disain, faktor korosi, diameter luar pipa, dan bahan pipa yang di gunakan. Untuk mencari tebal minimum pada pipa dapat di cari dengan rumus sebagai berikut ( ASME B31.8 hal. 36)

T = Tebal dinding pipa minimum (mm) P = Tekanan internal design (Psi) D = Diameter Luar Pipa (mm)

S = Nilai tegangan yang di ijinkan bahan pada suhu tertentu (psi) E = Longitudinal Joint factor

T = Temperature derating factor C = faktor korosi

Berikut adalah perhitungan ketebalan minimum pipa berdasarkan suhu dan tekanan disain, dengan data sebagai berikut :

D PET P= 2St +

(2)

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN

- Kode standar : ASME B31.8 , Rating Class 600 Lb

- Material pipa : API-5L-X60 PSL 2

- Operating Pressure (OP) : 1200 Psig - Operating Temperature (OT) : 290 °F - Design Pressure (DP) : 1600 Psig - Design Temperature (DT) : 300 °F

- Test Pressure : 2400 Psig (Water) - Outside Diameter (D) : 8.625” = 219.1 mm - Tegangan yang diijinkan (S) : 43.200 psi

- Longitudinal Joint factor (E) : 1 (ASME B31.4, table 403.2.1-1 hal 15)

- Derating factor (T) : 1

- Faktor korosi (c ) : 0,118 Inch = 3.175 mm

Maka,

Desin Tebal minimum dinding pipa yang di dapat dari perhitungan diatas adalah 18,26 mm. Data pipa seamless API 5L X60 yang digunakan dalam proyek ini adalah :

SFET c t= PD +

) .(

2

118 , ) 0 1 1 3 , 0 200 . 43 .(

2

625 . 8

1600 +

= x x x

t x

Inch t =0.719

mm t =18,26

(3)

‐ Diameter luar (D) = 219.1 mm

‐ Tebal dinding pipa yang dipilih = 18,26 mm, Schedule 120.

Tabel 4.1 Weld joint factor (E) Referensi : ASME B31.4 hal 15

(4)

Tabel 4.2 Longitudinal Joint factor Referensi : ASME B31.8 hal 40

4.1.2 Pemodelan Tegangan Pipa Menggunakan Program CAESAR II 5.10 4.1.2.1 Pemasukan Input

Dalam melakukan pemodelan tegangan pipa di perlukan data inputan antara lain diameter pipa, tebal pipa, tekanan, suhu, dan lain- lain. Adapun data- data yang digunakan untuk pemodelan tegangan pipa dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

- Kode standar : ASME B31.8

(5)

- Material pipa : API-5L-X60 PSL 2 - Design Pressure (DP) : 1600 Psig

- Operating Pressure (OP) : 1300 Psig - Operating Temperature (OT) : 276 °F - Design Temperature (DT) : 300 °F

- Outside Diameter (D) : 8.625” = 219.1 mm - Corrosion allowance : 3,175 mm

- Specified Minimum Yield Strength (SMYS): 60,190 psi

Dengan data-data di atas, maka pemodelan tegangan pipa dapat di lakukan.

Langkah-langkah dalam melakukan pemodelan tegangan pipa dengan program CAESAR II 5.II.10 adalah sebagai berikut:

1. Menentukan nama project - Nama project: Caesar Suban 2 - Pilih “piping input”

Gambar 4.1. Menentukan Nama Project Referensi: Program CAESAR 5.II.10

(6)

Apabila identitas pipa yang akan di modelkan pada tiap segmen belum di definsikan pada tahapan sebelumnya, secara otomatis program akan meminta input definisi pipa yang akan menggunakan identitas tersebut. Data yang harus di masukkan antara lain adalah diameter luar, schedule pipa, tebal dinding pipa, corrosion allowance, temperature, pressure dan material pipa berikut properties

materialnya.

2. Masukkan Data Diameter dan Ketebalan Pipa.

Gambar 4.2. Input Diameter pipa Referensi: Program CAESAR 5.II.10

3. Masukkan Data Operating Pipa.

Gambar 4.3. Input Temperature Desain dan Input Pressure Desain Referensi: Program CAESAR 5.II.10

(7)

4. Masukkan Data Material Pipa.

Gambar 4.4. Input material Referensi: Program CAESAR 5.II.10

5. Masukkan Data Density.

Gambar 4.5 Input density Referensi: Program CAESAR 5.II.10

(8)

6. Masukkan Data Basic Soil Modeler

Gambar 4.6 Input Basic Soil Modeler Referensi: Program CAESAR 5.II.10

4.1.2.2 Analisa Software Caesar II.5.10.

Hasil analisa software Caesar II.5.10 memberikan informasi besarnya tegangan yang terjadi pada sistem perpipaan. Output analisa tegangan yang di peroleh adalah nilai tegangan Stress, load sustain dan operating sesuai dengan batasan masalah dalam tugas akhir. Berdasarkan output tersebut dapat di ketahui sistem perpipaan yang di analisis mengacu pada code ASME B31.8

(9)

4.1.2.3 Studi Kasus

Studi kasus pada Pipa Gas Onshore dari Tie-In Suban#13 ke Suban#2 dengan diameter pipa 8.625 inch dan panjang pipa 559,38 m. Dan berikut adalah hasil pemodelan Caesar II.5.10.

Gambar 4.7. Pemodelan Pipa dan Titik Node Referensi: Program CAESAR 5.II.10

(10)

Kemudian jalankan Run untuk menganalisa tegangan yang akan terjadi.

LOAD CASE DEFINITION KEY CASE 1 (OPE) W+T1+P1 CASE 2 (OPE) W+T1+P1+U1 CASE 3 (OCC) W+T1+U1 CASE 4 (SUS) W+P1 CASE 5 (HYD) WW+P1

Piping Code: B31.8 = B31.8 -2003, February 6, 2004

CODE STRESS CHECK FAILED : LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1 OPE Stress Ratio (%): 155.1 @Node 20

OPE Stress: 80986.6 Allowable:52218.0 Axial Stress: 44390.2 @Node 40 Bending Stress: 27354.4 @Node 20 Torsion Stress: 0.0 @Node 11 Hoop Stress: 9598.0 @Node 11 3D Max Intensity: 92526.7 @Node 20

CODE STRESS CHECK FAILED : LOADCASE 2 (OPE) W+T1+P1+U1 Highest Stresses:(lb./sq.in.)LOADCASE 2(OPE) W+T1+P1+U1 OPE Stress Ratio (%): 155.0 @Node 20

OPE Stress: 80956.5 Allowable:52218.0 Axial Stress: 44391.8 @Node 40

(11)

Bending Stress: 27343.0 @Node 20 Torsion Stress: 0.0 @Node 11 Hoop Stress: 9598.0 @Node 11 3D Max Intensity: 92491.1 @Node 20

CODE STRESS CHECK FAILED : LOADCASE 3 (OCC) W+T1+U1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 3 (OCC) W+T1+U1 Code Stress Ratio (%): 142.2 @Node 20

Code Stress: 74237.9 Allowable:52218.0 Axial Stress: 47271.2 @Node 40 Bending Stress: 27343.0 @Node 20 Torsion Stress: 0.0 @Node 11 Hoop Stress: 0.0 @Node 11 3D Max Intensity: 87545.9 @Node 20

CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 4 (SUS) W+P1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 4 (SUS) W+P1 Code Stress Ratio (%): 16.3 @Node 11

(12)

CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 5 (HYD) WW+P1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 5 (HYD) WW+P1 Code Stress Ratio (%): 14.2 @Node 11

Code Stress: 8530.9 Allowable: 60000.0 Axial Stress: 2879.4 @Node 11

Bending Stress: 0.0 @Node 67 Torsion Stress: 0.0 @Node 11 Hoop Stress: 9598.0 @Node 11 3D Max Intensity: 10470.8 @Node 11

NO CODE STRESS CHECK PROCESSED: LOADCASE 6(EXP)L6=L1-L4 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 6(EXP)L6=L1-L4 Code Stress Ratio (%): 0.0 @Node 20

(13)

Gambar 4.8. Lokasi Maksimum Stress Referensi: Program CAESAR 5.II.10

Load Case Node Max. Stress (Psi)

Allowable Stress (Psi)

Ratio (%) Remarks

OPE 20 80986.6 52.218 155.1 Failed

OPE 20 80956.5 52.218 155.0 Failed

OCC 20 74237.9 52.218 142.2 Failed

SUS 11 8530.9 52.218 16.3 Passed

HYD 11 8530.9 60.000 14.2 Passed

Tabel. 4.3 Tegangan Pipa Alternatif 1 Referensi: Program CAESAR 5.II.10

Keterangan: HYD = Hydro test , OPE = operating, SUS = sustained, OCC = Occasional

Maximum Stress di Node 20

(14)

Dari hasil analisa di atas, nilai tegangan terbesar terjadi pada node 20 yaitu 80986.6 Psi. Nilai tegangan ini melebihi batas standar yang di ijinkan yaitu 52.218 Psi, untuk itu perlu di cari jalan keluarnya agar tegangan yang terjadi <

tegangan ijin, dimana tujuan penelitian ini adalah “Menjaga tegangan pipa agar tetap dalam range yang di ijinkan sesuai dengan ASME B31.8”.

4.1.2.4 Pemecahan Kasus

Berdasarkan kasus diatas tegangan yang terjadi melebihi batas standar yang di ijinkan, diperlukan solusi terbaik agar sistem bisa aman selama beroperasi.

Hal-hal yang harus di perhatikan:

1. Check pemodelan jalur pipa atau biasa disebut dengan pipe route.

2. Check besarnya tekukan atau bending pada lokasi yang kritis.

3. Check apakah semua support sudah di input.

4. Report yang terjadi error “CODE STRESS CHECK FAILED”.

5. Data – data input apakah sudah sesuai.

Setelah di analisa langkah-langkah yang harus diperhatikan adalah sebagi berikut : 1. Jalur pipa harus di rubah.

2. Besarnya nilai tekukan atau bending harus di rubah.

3. Perlu ditambahkan support tipe acchor.

(15)

4. Hasil repot menyatakan bahwa “CODE STRESS CHECK PASSED”

5. Data-data sudah sesuai.

4.2 Analisa Tegangan

Penyesuain pemodelan dilakukan terlebih dahulu berdasarkan pemecahan

kasus agar di ketahui besarnya perubahan tegangan yang terjadi.

Gambar 4.9. Penyesuaian Pemodelan Pipa dan Titik Node

Referensi: Program CAESAR 5.II.10

Setelah pemodelan selesai kemudian run untuk mengetahui besarnya tegangan yang terjadi:

LOAD CASE DEFINITION KEY CASE 1 (OPE) W+T1+P1 CASE 2 (OPE) W+T1+P1+U1

(16)

CASE 3 (OCC) W+T1+U1 CASE 4 (SUS) W+P1 CASE 5 (HYD) WW+P1

Piping Code: B31.8 = B31.8 -2003, February 6, 2004 CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1

Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1 OPE Stress Ratio (%): 86.5 @Node 50

CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 2 (OPE) W+T1+P1+U1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 2 (OPE) W+T1+P1+U1 OPE Stress Ratio (%): 87.3 @Node 50

(17)

CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 3 (OCC) W+T1+U1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 3 (OCC) W+T1+U1 Code Stress Ratio (%): 74.4 @Node 50

CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 4 (SUS) W+P1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 4 (SUS) W+P1 Code Stress Ratio (%): 16.3 @Node 11

CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 5 (HYD) WW+P1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 5 (HYD) WW+P1 Code Stress Ratio (%): 14.2 @Node 11

Code Stress: 8530.9 Allowable:60000.0 Axial Stress: 2879.4 @Node 11 Bending Stress: 0.0 @Node 11

(18)

Torsion Stress: 0.0 @Node 11 Hoop Stress: 9598.0 @Node 11 3D Max Intensity: 10470.8 @Node 11

Gambar 4.10. Hasil Penyesuaian Pemodelan Pipa dan Titik Node

Referensi: Program CAESAR 5.II.10

Load Case Node Max. Stress (Psi)

Allowable Stress (Psi)

Ratio (%) Remarks

OPE 50 45181.6 52218 86.5 Passed

OPE 50 45561.0 52218 87.3 Passed

OCC 50 38842.3 52218 74.4 Passed

SUS 11 8530.9 52218 16.3 Passed

HYD 11 8530.9 60.000 14.2 Passed

Tabel. 4.4 Tegangan Pipa Alternatif 2 Referensi: Program CAESAR 5.II.10

Perubahan tekukan / bending di Node 20

Support tipe Anchor

(19)

Keterangan: HYD = Hydro test , OPE = operating, SUS = sustain, OCC = Occasional

Dilakukan analisa tegangan perpipaan yang diakibatkan oleh beban operation, beban occasional, beban sustain dan beban hydrotest dan hasilnya

tidak terjadi Overstres. Dapat terlihat bahwa tegangan aktual yang terjadi tidak melebihi tegangan ijin atau allowable stress kode ASME B13.8.

4.3 Pembahasan

Pada alternative ke 2 di dapatkan tegangan terbesar terjadi pada load case operation yaitu 45561.0 Psi, sedangkan tegangan yang di ijinkan adalah 52.218

Psi. rasio stress yang terjadi 87.3% terjadi pada node 50, sehingga jalur tersebut aman di gunakan.

Untuk menjaga pipa agar tidak overstress pada alternative ke 2 di tambahkan pipe support tipe Anchor di node 51.

Hasil analisa menyebutkan bahwa pada jalur alternative ke 2 tidak terjadi overstress, Maka sistem perpipaan untuk pipa 8.625” jalur Suban #13 ke Suban #2 dengan panjang pipa 559,38 m dalam kondisi aman karena tegangan aktual yang terjadi di bawah tegangan yang di ijinkan.