BAB II LANDASAN TEORI

(1)

4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Underground Tank

Undergorund Tank merupakan jenis tangki yang berada di dalam permukaan tanah. Underground Tank biasanya digunakan untuk menyimpan fluida berupa minyak atau air, tangki ini dirancang sesuai dengan standar ASME Section VIII div 1 karena pada ASME mencakup secara global dalam perancangan suatu tangki. Pada ASME dijelaskan komponen-komponen horizontal tank meliputi bentuk dan jenis head (penutup), spesifikasi nozzle, ukuran manhohe dan komponen-komponen pendukung lainnya.

Gambar 2. 1 Undergorund Tank

2.2. ASME (American Society of Mechanical Engineers)

ASME (American Society of Mechanical Engineers) adalah suatu organisasi standar bagi para insinyur mesin di Amerika yang meliputi multidisiplin dengan mencakup secara global. ASME juga dikenal sebagai organisasi dari Amerika Serikat yang menerbitkan standar yang digunakan dunia teknik yang meliputi konstruksi dan inspeksi. ASME merupakan salah satu organisasi pengembangan standar tertua di Amerika, yang menghasilkan standar yang mencakup banyak bidang teknis, seperti :

 Fasteners

 Plumbing fixtures

 Elevators

(2)

 Pipelines

 Power plant systems and components

Berikut adalah spesifikasi ASME untuk komponen :

 ASME B 16.5, Pipe Flanges and flanged fittings- up to including NPS 24”

 ASME B 16.47, Large diameter steel flanges- NPS 26” through 60”

 ASME B 16.20, Metallic gaskets for pipe flanges- Ring Joint, Spiral wound and Jacketed

 ASME B 31.3, Process piping

 ASME B 31.4, Pipeline transportation System for hydrocarbon and other liquids

 ASME B 36.10M, Welded and seamless wrought steel pipe

 ASME B 36.19M Stainless Steel pipe

Untuk standar-standar lain bagi perangkat diantaranya sebagai berikut :

 API 12D , Field Welded Tanks for Storage of Production liquids

 API 12F, Shop Welded Tanks for Storage of Production Liquids

 API 12J, Specification for Oil and Gas Separators

 API 620, Design of Large, Low Pressure Storage Tanks

 API 650, Welded Steel Tanks for Oil Storage

 API 653, Tank Inspection, Repair, Alteration, and Reconstruction

 API 2000, Venting of Atmospheric & Low Pressure Tanks

 API 2003, Protection Against Lightning Stray & Currents

 API 2510, Design and Construction of LPG Installations 2.3. Persyaratan Untuk Elemen – Elemen Tangki

2.3.1. Material

Plate dan profil baja yang digunakan dalam perancangan disesuaikan dengan ketersedian material yang ada di pasaran. Material yang dipakai dalam desain tangki ini adalah material yang secara kekuatan, dan komposisi kimia memenuhi persyaratan yang telah ditentukan oleh standar America Society of Testing and Materials (ASTM). Dalam perancangan ini dipilih plate bahan konstruksi tangki adalah baja ASTM A516 Gr 70 kategori baja karbon rendah, dengan pertimbangan yaitu mempunyai Allowable Stress yang cukup besar yaitu 260 Mpa pada Yield Strenght, 485 Mpa pada Tensile Strenght, 195 Mpa pada

(3)

Hydrostatic Test Stress, harga relatif terjangkau dan mudah didapatkan, dan tahan panas dan korosi.

2.3.2. Corrosion Allowance

Dengan mengetahui laju korosi yang diarapkan, korosi yang diharapkan dapat berpengaruh dengan umur dari suatu tangki sesuai dengan penggunaannya.

Corrosion Allowance yang diijinkan dapat digunakan dalam perhitungan Shell Plate.

2.3.3. Pengelasan Pada Tangki

Dalam menentukan persyaratan khusus mengenai jenis sambungan dan tingkat pemeriksaan untuk sambungan las tertentu. Karena persyaratan yang didasarkan pada layanan, material, dan ketebalan, tidak berlaku untuk setiap sambungan las, hanya sambungan yang memenuhi persyaratan khusus yang termasuk dalam kategori. Sambungan yang termasuk dalam setiap kategori ditetapkan sebagai sambungan kategori A,B,C, dan D. Gambar 2.2 dibawah ini menunjukkan ilustrasi lokasi sambungan yang termsuk pada setiap kategori.

Gambar 2. 2 Ilustrasi Lokasi Sambungan

 Kategori A

Sambungan las memanjang dan spiral dalam shell, ruang penghubung, nozel, di dalam head yang berbentuk atau datar, di dalam plat-plat samping bejana bersisi datar, sambungan yang menghubungkan shell dan head.

 Kategori B

Sambungan las melingkar di dalam shell, nozel, sekitar sambungan circumferential yang menghubungkan shell dan head yang berbentuk selain hemispherical.

(4)

 Kategori C

Sambungan las yang menghubungkan head datar ke shell. Setiap sambungan las yang menghubungkan plat dari satu sisi ke sisi yang lain.

 Kategori D

Sambungan las yang menghubungkan nozzle ke shell, head, atau sisi datar bejana.

Tabel 2. 1 Efisiensi Sambungan Maksimum Yang Diperbolehkan

2.4. Bagian – Bagian Tangki 2.4.1. Data Umum Perancangan

Data umum dalam perancangan tangki diperlukan sebelum memulai perancangan (draf) data umum ini meliputi: kapasitas tangki, kode desain, material yang digunakan, corrosion allowance, jenis tangki dan tipe tangki.

2.4.2. Shell Plate

Pada shell berbentuk silinder, tegangan pada arah circumferensialnya dua kali lipat lebih besar dari pada tegangan arah longitudinalnya, sehingga dalam perhitungan untuk mencari ketebalan didasarkan kepada tegangan pada arah circumferensial.

(5)

Ketebalan dinding shell minimum yang disyaratkan tidak boleh kurang dari yang dihitung dengan rumus berikut, termasuk menambahkan corrosion allowance (tunjangan korosi) atau hydrostatic test uji shell plate.

2.4.3. Perumusan Internal Dimension

 Ketebalan minimum dinding bejana shell ( tmin ) 𝑡_𝑚𝑖𝑛

=

^𝑝𝑅^{𝑖 𝐶𝐴}

𝑆𝐸+ 0.6𝑃 + C.A

 Tekanan kerja Maksimum ( Pmax )

𝑃_𝑚𝑎𝑥

=

^{𝑆𝐸.𝑡}^𝑚𝑖𝑛

𝑆𝐸+ 0.6 𝑃 dimana :

𝑡_𝑚𝑖𝑛 = ketebalan minimum yang diperlukan, mm 𝑃_𝑚𝑎𝑥 = tekanan kerja maximum yang diijinkan, psi

𝑝 = tekanan dalam perancangan (internal design pressure), psi 𝑅_𝑖 = jari-jari dalam (inside radius), mm

𝐶𝐴 = nilai korosi yang terjadi (corrosion allowance), mm 𝑅_𝑖𝐶𝐴 = 𝑅_𝑖 + 𝐶𝐴, (inside radius), mm

𝑆 = nilai tegangan material (material stress value), psi 𝐸 = efisiensi sambungan (joint efficiency)

2.4.4. Perumusan Outside Dimension

 Ketebalan minimum dinding bejana (shell) 𝑡_𝑚𝑖𝑛

=

^𝑝𝑅^𝑜

𝑅_𝑖+ 0.4𝑃 + C.A

 Tekanan kerja Maksimum ( Pmax )

𝑃_𝑚𝑎𝑥

=

^{𝑆𝐸.𝑡}^𝑚𝑖𝑛

𝑅_𝑜+ 0.4 𝑡_𝑚𝑖𝑛

(6)

dimana :

𝑡_𝑚𝑖𝑛 = ketebalan minimum yang diperlukan, mm 𝑃_𝑚𝑎𝑥 = tekanan kerja maximum yang diijinkan, psi

𝑝 = tekanan dalam perancangan (internal design pressure), psi 𝑅_𝑜 = jari-jari luar (outside radius), mm

𝐶𝐴 = nilai korosi yang terjadi (corrosion allowance), mm 𝑅_𝑖𝐶𝐴 = 𝑅_𝑖 + 𝐶𝐴, (inside radius), mm

𝑆 = nilai tegangan material (material stress value), psi 𝐸 = efisiensi sambungan (joint efficiency)

2.4.5. Head

Head adalah salah satu bagian penting dalam bejana tekan dan merujuk pada bagian-bagian bejana yang membatasi bagian atas, bawah, dan sisi dari shell.

Seluruh bejana tekan harus ditutup dengan head. Head lebih banyak berbrntuk kurva dari pada plat dasar. Perhitungan ketebalan minimum head bejana diatur oleh kode ASME.

Gambar 2. 3 Jenis-Jenis Head

2.4.6. Jenis-Jenis Head

Berikut bentuk tipe head dan persamaan untuk menentukan ketebalannya : a) Sphere and Hemispherical Head

(7)

Gambar 2. 4 Shpere and Hemispherical Head

𝑡 = 𝑝. 𝑅

2. 𝑆. 𝐸 − 0.2. 𝑝+ 𝐶. 𝐴 Dimana :

𝑡 = ketebalan plat yang digunakan, inc

p = tekanan dalam perancangan (internal design pressure), psi 𝑅 = jari-jari, inc

𝐶𝐴 = nilai korosi yang terjadi (corrosion allowance), inc 𝑆 = nilai tegangan material (material stress value), psi 𝐸 = efisiensi sambungan (joint efficiency)

b) Ellipsoidal Head

Gambar 2. 5 Ellipsoidal Head

𝑡 = 𝑝. 𝐷

2. 𝑆. 𝐸 − 0.2. 𝑝+ 𝐶. 𝐴

(8)

Dimana :

𝑡 = ketebalan plat yang digunakan, inc p = tekanan dalam perancangan, psi 𝐷 = diameter, inc

c) Cone and Conical Head

Gambar 2. 6 Cone and Contical Head

𝑡 = 𝑝. 𝐷

2. cos 𝛼 (𝑆. 𝐸 − 0,6. 𝑝)+ 𝐶. 𝐴 Keterangan ::

𝑡 = ketebalan plat yang digunakan, inc

p = tekanan dalam perancangan (internal design pressure), psi 𝐷 = diameter, inc

2.4.7. Nozle

Nozle berfungsi sebagai saluran keluar masuk fluida pada bejana.

Lokasi nozzle disesuaikan dengan kondisi lingkungan dan tempat dimana bejana

(9)

tersebut akan digunakan, dengan memperhatikan jalur jalur pemipaannya.

Secara geometri ada beberapa jenis nozzle atau flange yang sering digunakan.

Jenis nozzle tersebut adalah sebagai berikut : 1. Welding Neck

2. Slip-On Welding 3. Blind

4. Long Welding Neck

Gambar 2. 7 Beberapa Jenis Nozle yang Sering Digunakan

 Perhitungan Proyeksi Nozle Pada Silinder

Perhitungan proyeksi dalam (Internal Projection) 𝐼_𝑝 = 𝑅_𝑖 − √𝑅_𝑖²+ 𝑟_𝑜² keterangan :

𝐼_𝑝 = proyeksi dalam, in 𝑅_𝑖 = jari-jari dalam shell, in 𝑟_𝑜= jari-jari luar nozzle, in

 Perhitungan Plat Penguat Pada Nozle

Perhitungan ketebalan dinding yang diperlukan : Pada shell :

𝑡_𝑟𝑠

=

_{𝑆𝐸+ 0.6𝑃}^𝑝𝑅^𝑖𝑠

(10)

Pada Nozzle :

𝑡_𝑟𝑛

=

^𝑝𝑅^𝑖𝑛

𝑆𝐸+ 0.6𝑃

Perhitungan luas area penguat yang diperlukan : 𝐴 = 𝑑 𝑥 𝑡_𝑟

2.4.8. Manhole

Fungsi manhole adalah tempat memeriksa, memperbaiki, dan membersihkan saluran dari kotoran. Lubang tersebut digunakan pada tangki yang cukup besar karena sebagai jalan masuk untuk manusia yang bertujuan untuk pengecekan dalam tangki.

Gambar 2. 8 Manhole

2.5. Aksesoris Pendukung 2.5.1. Reinforce Pad

Reinforce pad atau lebih sering disebut plat penguat merupakan suatu plat yang memiliki fungsi penguat nozzle. Untuk letak dari plat penguat ini sendiri beberapa bagian dibawah nozzle dan menempel pada bagian shell maupun head dengan cara dilas untuk pemasangannnya.

2.5.2. Lifting Lug (Plat Penguat)

Pelat pengangkat (Lifting Lug) Dirancang agar dapat menahan beban bejanatekan pada saat proses instalasi. Posisi Lifting lug dihitung berdasarkan

(11)

titik keseimbangan bejana. Contoh penempatan Lifting lug diilustrasikan pada gambar 2.9

Gambar 2. 9 Lifting Lug

2.5.3. Level Gauging

Level gauging ferfungsi untuk memantau atau mengetahui batas dari kapasitas tangki minyak, sehingga menghindari kelebihan cariran yang akan diisi, dapat dilihat pada gambar.

Gambar 2. 10 Level Gauging

2.5.4. Support (Penyangga)

Dalam kondisi operasi, sebuah bejana tekan akan menerima beban yang cukup besar sehingga memungkinkan terjadinya getaran yang dapat merubah posisi bejana tekan pada kedudukannya, getaran yang berlebihan pada bejana tekan juga sangat berbahaya karena dapat menyebabkan terjadinya kerusakan

(12)

pada bejana tekan. Oleh karena itu untuk mempertahankan posisi bejana tekan dan mengurangi efek getaran yang terjadi, dibutuhkan suatu konstruksi penyangga atau support. Suatu penyangga dirancang sesuai dengan jenis bejana tekan yang digunakan.

2.6. Pembebanan

Ada beberapa hal yang perlu di perhatikan dalam mendesain dan membuat storage tank salah satunya adalah beban seismic (gempa) dan beban hydrostatic.

2.6.1. Beban Hydrostatic

Dalam perhitungan tekanan hydrostatic pada tangki memakai persamaan sebagai berikut :

𝐻_{𝑙𝑜𝑎𝑑}= 𝜌.g.h

dimana : 𝐻_{𝑙𝑜𝑎𝑑} = Hydrostatic load

𝜌 = massa jenis liquid (𝑘𝑔 𝑚⁄ ³) g = kecepatan grafitsi (𝑚 𝑠⁄ ) ² h = ketinggian liquid (𝑚)

Setelah nilai dari 𝜌.g.h sudah diketahui, nilai 𝜌.g.h akan di input pada aplikasi Ansys untuk mengetahui total deformasi dan nilai equivalent stress.

2.7. Aspek Pemeliharaan 2.7.1 Pembersihan Tangki

 Pembersihan tangka harus dilakukan dengan cara yang aman dan sesuai persyaratan memasuki ruang terbatas (confinen space entry)

 Selama pekerjaan pembersihan tangki dilakukan, area sekitarnya harus dipastikan aman, bebas dari sumber api dan paparan gas dari kegiatan pengisian dan pembongkaran.

 Pembersihan harus dilakukan oleh personil yang berkompeten dan dibawah pengawasan penanggung jawab keselamatan.

 Pekerjaan pembersihan tangki harus dilengkapi dengan surat ijin masuk ruang terbatas dan ijin kerja yang sesuai serta dilengkapi dengan analisis resiko.

(13)

 Pembersihan tangki menggunakan peralatan yang tepat dana man sesuai klasifikasi zona bahaya.

2.7.2 Perbaikan Tangki

 Perbaikan tangki timbun dibawah tanah harus dilakukan sesuai dengan persyaratan keselamatan dengan melakukan analisis resiko dan melakukan pengecekan kebakaran, keracunan atau dampak lainnya.

 Pekerjaan perbaikan harus dilakukan oleh personil yang berkompeten.

 Pekerjaan pemeliharaan harus dilengkapi dengan surat izin kerja yang sesuai.

 Jika dilakukan pekerjaan panas seperti pengelasan, daerah sekitarnya harus diamankan dan diisolir sehingga kegiatan pengisian kepada konsumen dapat berjalan dengan normal.

 Selama kegiatan pembongkaran BBM berlangsung, kegiatan pemeliharaan harus dihentikan.

2.7.3 Modifikasi Tangki

 Jika diperlukan untuk memodifiksi pada tangki dan perangkatnya, harus dilakukan dengan cara yang aman dan mengikuti prosedur yang berlaku.

 Setiap memodifikasi tangki harus dilengkapi dengan persyaratan MOC.

2.7.4 Pembongkaran Tangki Sementara

 Apabila tangki dibawah tanah diangkat sementara untuk perbaikan atau modifikasi, harus dilakukan dengan cara aman dan sesuai dengan prosedur.

 Sebelum tangki perbaikan atau modifikasi digunakan, wajib dilakukan pengujian kebocoran. Apabila menggunakan media air untuk melakukan proses pengujian maka air termaksud harus dipastikan dibuang dengan cara yang aman.

(14)

2.7.5 Pembongkaran Tangki Permanen

 Apabila atau kompartemen dinyatakan tidak layak atau rusak dan tidak dapat diperbaiki, dan akan diangkat untuk selamanya, tangka harus diangkat dari lubang galiannya dalam kondisi aman dan dibuang dengan cara aman. Jika pengangkatan tangki tidak bisa dilakukan, tangki dapat dibiarkan dan ditimbun dengan aman.

 Tempat penimbunan tangki bekas harus dicatat dan diberi tanda serta menjadi perhatian bagi semua pihak lainnya yang bertanggung jawab terhadap lokasi tersebut.

2.7.6 Pemusnahan Tangki

 Setiap tangki yang telah diangkat dari tempat penimbunan harusnya segera dimusnahkan dengan cara yang aman dan ditempatkan dilokasi pembuangan yang seusai dengan peraturan perundang-undangan.

 Pemusnahan tangki harus sesuai dengan peraturan yang berlaku.

2.8. Kalibrasi

Kalibrasi pada tangki timbun dilakukan setiap selesai perbaikan/pembersihan, dengan jangka waktu umumnya 5 tahun sekali. Hal ini berguna untuk mengetahui kapasitas tangki secara terperinci dan sangat perlu sesuai dengan persyaratan komersialisasi Departemen Perdagangan. Peralatan yang digunakan untuk kalibrasi tangki antara lain : cera tester, thermometer glass, digital thermometer, jangka sorong, micrometer dan peralatan lainnya. Perhitungan kalibrasi dilaksanakan oleh Direktorat Teknik Migas dan Direktorat Jendral Bea dan Cukai.