PERENCANAAN SAMBUNGAN LAS PADA BEJANA TEKAN (PRESSURE VESSEL) TIPE SEPARATOR UNTUK FLUIDA GAS
Nugroho Aprianto, Edi Septe. S, Iman Satria.
Program Studi Teknik Mesin-Fakultas Teknologi Industri-Universitas Bung Hatta
Jl. Gajah Mada No.19 Olo Nanggalo Padang 25143 Telp. 0751-7054257 Fax. 0751-7051341
Email : [email protected] , [email protected] ,
ABSTRACT
Pressure vessel is a container for a fluid, either liquid or gas fluid is pressurized. In designing a pressure vessel there are some things that must be considered, namely the voltages appearing on the vessel walls due to the pressure generated due to the fluid that is in the vessel, the weight of the vessel itself, nor the pressures arising from external factors. The process of manufacture of pressure vessels is performed by using a rolling process and assembly welding process. The welding process used to be considered based on the level of density, leakage and at the same strength. Planning the welding procedure to be carried out on pressure vessels and pressure vessels process of welding the first conducted Shell Welding, Shell - Head, Nozzle, Reinforcement Pad, Neck - Flange, Skirt Support. Material pressure vessel welding to be performed by ASME section II, such us: SA 516 Gr 70 for Shell, SA 516 Gr 70 for Head, SA 106 Gr B for Nozzle, SA 516 Gr 70 for Reinforcement pad, SA 105 for Flange, and SA 36 for Skirt Support. The welding process used GTAW and SMAW, and for the selection of electrode based on the chemical composition & mechanical properties of base metal, Based on the planning of the welding connection consisting of five welding procedures are determined and summarized into one WPS (Welding Procedure Specification) based on the ASME Section IX.
Keywords: Pressure Vessel, GTAW and SMAW, WPS (Welding Procedure Specification).
1. PENDAHULUAN
Bejana tekan merupakan suatu wadah untuk fluida, baik fluida cair maupun gas yang bertekanan. Dalam perancangan suatu bejana tekan ada beberapa hal yang harus diperhatikan, yaitu tegangan-tegangan yang muncul pada dinding bejana tersebut akibat tekanan yang dihasilkan karena fluida yang berada dalam bejana, berat bejana itu sendiri, maupun tekanan yang muncul akibat faktor eksternal, seperti beban angin dan gempa yang diperoleh
oleh bejana. Bejana tekan merupakan
suatu konstuksi berbentuk tabung yang menerima beban tekan. Tekanan pada tabung ini bersal dari isi atau fungsi
tabung sebagai tempat
penyimpanan fluida gas atau cairan
yang bertekanan. Konstruksi
bejana tekan ini biasanya terbuat dari baja tahan karat sesuai dengan fluida
yang tersimpan didalamnya.
Proses pembuatan bejana tekan ini dilakukan dengan proses pengerolan
dan perakitannya menggunakan
proses pengelasan. Prosedur
pengelasan merupakan perencanaan
standar untuk melaksanakan
pengelasan yang meliputi cara
pembuatan kontruksi las yang sesuai dengan rencana dan spesifikasinya dengan menentukan semua hal yang diperlukan dalam pelaksanaan tersebut. Karena itu yang menentukan prosedur
pengelasan harus mempunyai
pengetahuan tentang teknolgi las, dapat menggunakan pengetahuan tersebut dan mengerti tentang efisiensi dan ekonomi dari aktivitas produksi. Untuk setiap pelaksanaan pekerjaan harus
dibuat prosedur tersendiri secara
terperinci termasuk menentukan alat yang diperlukan yang sesuai dengan
rencana pembuatan dan kwalitas
produksi. 1.1 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah Merencanakan sambungan las pada bejana takan (Pressure Vassel) tipe separator untuk fluida gas berdasarkan standar ASME.
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bejana Tekan
Adapun definisi dari bejana tekan (Pressure Vessels) merupakan wadah tertutup yang dirancang untuk menampung cairan atau gas pada
temperatur yang berbeda dari temperatur lingkungan. Jika tekanan didalam bejana melebihi tekanan atmosfir di luar bejana, maka bejana dinamakan bejana tekan (pressure
vessels).
Gambar 2.1 Bejana Tekan
2.2 Komponen Bejana Tekan
(Pressure Vessel).
Komponen utama dalam
merancang sebuah bejana tekan dengan cara pengelasan seperti Shell, Head,
Nozzle, Flange, Reinforcement Pad, Skirt Support.
a. Shell
Shell adalah komponen yang paling
utama yang berisi fluida yang
bertekanan. Pada umumnya ada dua tipe shell yang ada yaitu shell silindris dan spherical shell.
b. Head
Head adalah bagian penutup dari
vessel, seperti namanya yang di ambil
dari bahasa inggris, berarti kepala.
Head sendiri itu ada di bagian kanan
dan kiri untuk vessel horizontal, atau untuk vessel vertikal ia berada di bagiaan atas bawah.
c. Nozzle
Nozzle adalah komponen silinder yang
berupa lubang yang menembus shell atau head dari bejana tekan.
d. Flange
Flange merupakan bagian penepat
yang digunakan untuk menghubungkan
flange pada pipa dengan menggunakan
baut secara bersama-sama. flange untuk memungkinkan koneksi atanra vessel dengan piping.
e. Reinforcement pad
Reinforcement pad adalah pelat yang
berfungsi untuk menguatkan nozzle.
f. Skirt Support
Komponen ini berfungsi untuk menahan bejana tekan agar tidak berpindah atau bergeser. Penyangga ini harus bisa menahan beban baik berupa beban berat bejana ataupun beban dari luar seperti angin dan gempa bumi. Perancangan penyangga tidak seperti desain bejana tekan karena penyangga tidak mempunyai tekanan.
2.3 Pengelasan
Pengelasan (welding) adalah salah satu teknik penyambungan logam dengan cara mencairkan sebagian logam induk dan logam pengisi dengan atau tanpa tekanan dan dengan atau
tanpa logam penambah dan
menghasilkan sambungan yang
kontinyu. Lingkup penggunaan teknik pengelasan dalam kontruksi sangat luas, meliputi perkapalan, jembatan, rangka baja, bejana tekan, pipa pesat, pipa saluran dan sebagainya.
2.4 Jenis-Jenis Pengelasan
SMAW (Shielded Metal Arc Welding)
SAW (Submerged Arc
Welding)
ESW (Electro Slag Welding) SW (Stud Welding)
ERW (Elektrik Resistance Welding)
EBW (Electron Beam
Welding)
GMAW (Gas Metal Arc Welding)
GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)
FCAW (Flux Cored Arch
Welding)
PAW (Plasma Arch Welding)
OAW (Oxigen Acetylene
Welding)
2.5 Posisi Pengelasan
Posisi mengelas terdiri dari empat macam yaitu :
1. Posisi di Bawah Tangan (down hand) Posisi di bawah tangan yaitu suatu cara pengelasan yang dilakukan
pada permukaan rata/datar dan
dilakukan dibawah tangan. Kemiringan elektroda las sekitar 10º – 20º terhada garis vertikal dan 70º – 80º terhadap benda kerja.
2. Posisi Tegak (Vertikal)
Mengelas posisi tegak adalah apabila dilakukan arah pengelasannya keatas atau kebawah. Pengelasan ini termasuk pengelasan yang paling sulit karena
bahan cair yang mengalir atau
menumpuk diarah bawah dapat
diperkecil dengan kemiringan
elektroda sekitar 10º – 15º terhada garis vertikal dan 70º – 85º terhadap benda kerja.
3. Posisi Datar (Horisontal)
Mengelas dengan horisontal biasa disebut juga mengelas merata dimana kedudukan benda kerja dibuat tegak
horisontal. Sewaktu mengelas elektroda dibuat miring sekitar 5º – 10º terhada garis vertikal dan 70º – 80º kearah benda kerja.
4. Posisi di Atas Kepala (Over Head) Posisi pengelasan ini sangat sukar dan berbahaya karena bahan cair banyak berjatuhan dapat mengenai juru las,
oleh karena itu diperlukan
perlengkapan yang serba lengkap. Mengelas dengan posisi ini benda kerja terletak pada bagian atas juru las dan kedudukan elektroda sekitar 5º – 20º terhadap garis vertikal dan 75º – 85º terhadap benda kerja.
2.6 Macam-Macam Cacat Las 1. Porositas 2. Slag Inclusion 3. Incomplete Fusion 4. Undercut 5. Overlap 6. Crack (retak) 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian
Perencanaan sambungan las Pada bejana tekan (Pressure Vessel) tipe separator untuk fluida gas ini diperlihatkan pada Gambar 3.1
Gambar 3.1 Diagram Alir Perencanaan Sambungan las
3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian Dalam Penelitian ini, Peneliti mengambil lokasi penelitian di “PT.
WASCO ENGINEERING
INDONESIA”. Jl. Brigjend Katamso, Km 5, Tanjung Uncang – Batam. provinsi Kepulauan Riau, Indonesia.
Adapun beberapa pertimbangan
peneliti sehingga memilih lokasi
tersebut:
2. Lokasi penelitian memberikan
keterangan yang lengkap
tentang objek penelitian yang diteliti.
Penelitian ini dilaksanakan yakni mulai 4 Maret 2015 hingga 16 Juni 2015.
3.3 Bagian – bagian Bejana Tekan yang akan dilakukan Pengelasan
Perencanaan sambungan las yang akan ditetapkan pada bejana
tekan dan Proses pengerjaan
pengelasan bejana tekan yang pertama dilakukan adalah :
1. Pengelasan Shell
2. Pengelasan Shell – Head 3. Pengelasan Nozzle
4. Pengelasan Reinforcement Pad 5. Pengelasan Neck – Flange 6. Pengelasan Skirt Support
Material pressure vessel yang akan
dilakukan pengelasan berdasarkan
ASME section II : - Shell = SA 516 Gr 70 - Head = SA 516 Gr 70 - Nozzle = SA 106 Gr B - Reinforcement pad = SA 516 Grade 70 - Flange = SA 105 - Skirt Support = SA 36
4. HASIL PERENCANAAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Perencanaan sambungan las
pada Shell
Shell adalah komponen yang
paling utama yang berisi fluida yang bertekanan. Untuk sambungan pada
pengelasan shell. Longsiam dan
circum, dengan bentuk sambungan : Double V.
Gambar 4.1 Sambungan las shell
4.2 Perencanaan sambungan las pada Head
Seluruh bejana tekan harus ditutup dengan head. Head lebih banyak berbentuk kurva dari pada pelat datar. Untuk sambungan antara Head dan Shell menggunakan sambungan :
Gambar 4.2 sambungan las head ke
shell
4.3 Perencanaan sambungan las pada Nozzle
Nozel adalah komponen
silinder yang berupa lubang yang menembus shell atau head dari bejana tekan. Sambungan untuk pengelasan yang digunkan untuk sambungan
Nozzle – Shell, Nozzle – Head adalah
menggunakan sambungan Single
Bevel.
Gambar 4.3 sambungan las Nozzle
4.4 Perencanaan sambungan las pada Reinforcment pad
Reinforcment pad merupakan
sebagai Pelapis dan sambungan Nozzle
pada bagian Shell dan Head.
Pengelasan reinforcman menggunkan sambungan single bevel, fillet weld.
Gambar 4.4 Sambungan Las
Reinforcment pad
4.5 Perencanaan sambungan las pada Flange
Flange merupakan bagian penepat
yang digunakan untuk menghubungkan
flange pada pipa dengan menggunakan
baut secara bersama-sama. Pengelasan
Flange ke Neck dengan menggunkan
Gambar 4.5 sambungan las Flange
4.6 Perencanaan sambungan las pada Skirt support
Bejana tekan silindris vertikal biasanya menggunakan penyangga tipe
skirt support. Penyangga skirt adalah
perpanjangan shell yang dilas dibagian
shell pada bejana tekan vertikal
silindris. Untuk sambungan pengelasan yang digunakan : Fillet Weld.
Gambar 4.6 Sambungan Las Skirt
Support
4.8 Hasil Pembahasan
Berdasarkan perencanaan
sambungan las yang terdiri dari 5 prosedur pengelasan yang ditentukan dan dirangkum menjadi 1 WPS
(Welding Procedur Spesification)
berdasarkan ASME IX.
WPS No : WPS-ASME-06 Date : 25-Mei-15
Supporting PQR No : Revision No : 0
Type of process : Manual Welding Process(es) : GTAW + SMAW
JOINTS (QW-402)
Joint Design : Backing : YES/NO
Backing Material Type : Weld metal or base metal Retainer : N/A
Note :
BASE METALS (QW-403)
Base Metal Qual. (With Impact Test) : P No. 1 Group 2 to P No. 1 Group 2 P No 1 Group 2 to P No. 1 Group 1 Base Metal Qual. (Non Impact Test) : P No 1 Group Any
Base Metal Thickness Qual, Groove (mm) 15-33 Fillet (mm) : All Base Metal Thickness Qual, Groove (mm) 3.-15 Fillet (mm) : All Fillet (mm) : All FILLER METALS (QW-404) Welding Process : Specification (SFA) No : AWS Class No : Brand name : F No. / A-No : Filler Metal Size (Ø mm) : Weld Metal Thk Range
Groove (mm) : Fillet (mm) : Product Form :
Electrode Flux class : Alloy Elements : N/A
Flux Trade name : Alloy Flux : N/A
Consumable Insert : Flux Type : N/A
Supplier Filler Material : Recrushed Slag : N/A Other Information : ER70S-6 Filler Metal 3 Filler Metal 2 Filler Metal 1 5.18 5.1 N/A N/A E7018
WELDING PROCEDURE SPECIFICATON
Applicable Code : ASME IX, Welding and Brazing Qualification AND ASME VIII Div.1, Rules for Construction of Pressure Vessels
Base metal Diameter Qual. (mm)
GTAW N/A
Butt Joint, Tee Joint
SMAW 3 mm All N/A N/A N/A KOBE STEEL N/A N/A Covered Electrode 15 mm All N/A KOBE STEEL 4/1 2.6 & 3.2 Rod N/A N/A 6/1 2.4
SMAW Temperatur (°C) : None Position(s) of groove All Time Range : Weld Progression Uphill Heating Rate (°C/Hour) : Position(s) of Fillet All Cooling Rate (°C/Hour) :
PREHEAT (QW-406) GAS (QW-408)
Preheat Temp. Min (°C) : T ≤ 33 mm : 75⁰ C
Interpass Temp max (°C) : T > 33 mm : 100 ⁰ C Shielding (GTAW) Preheat Maintenance :
Trailing Backing
ELECTRICAL CHARACTERISTIC (QW-409)
Current Polarity :DCEN(GTAW); DCEP(SMAW) Pulsing Current GTAW : N/A Tungsten Electrode Type : EWTh2 WFS Range (inch/min) : N/A Tungsten Electrode Size : 2.4 mm GMAW Metal Transfer : N/A
TECHNIQUES (QW-410)
String or Weave Bead :String and/or w eaving Stick Out/CTWD : N/A Method of Cleaning : Grinding and Brushing Orifice cup/Nozzle Size : Any Size Method of Backgouging : Gerinding/Carbon Arc Welding Number of Electrodes : Single Oscillation : N/A Other information(s) : Max. Weaving / bead width Multi or Single Pass : Multipass shall be not more than Closed to out Chamber : N/A 3x core of wire (SMAW) Electrode Spacing : N/A
Peening : None WELDING PARAMETER Min Max Root GTAW 0.7 1.2 Hotpass GTAW 0.6 0.8 Filler SMAW 1.2 3.0 Filler SMAW 1.7 3.5 Filler SMAW 0.9 2.0 Capping SMAW 0.9 2.0 Flow Rate, lpm Travel Speed (mm/min) 15-25 99.99 N/A Mixture, % N/A Filler Metal Type of polarity DCEP 149 - 165 75 - 90 N/A N/A N/A Heat Input (Kj/mm) 98 - 132 98 - 132 115 - 120 DCEP 3.2 E7018 20 - 26 ER70S-6 2.4 DCEN POSITION (QW-405) Amperage Range (A) Curent Weld layer Size
(mm) PWHT (QW-407) Argon N/A GTAW All Heating element Class ER70S-6 Gas(es) Uphill All
Gas heating torch or
71 - 102 155 - 165 2.4 Volt Range (V) 20 - 26 45 - 74 20 - 26 Process 3.2 E7018 2.6 2.6 E7018 E7018 110 - 130 100 - 125 110 - 125 DCEP DCEN 58 - 78 DCEP 10 - 12 11 - 13 20 - 25
5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
Berdasarkan perencanaan
sambungan las, maka dapat
disimpulkan bahwa sambungan las
untuk pressure vessel dilakukan
dengan prosedur tertentu. Prosedur Pengelasan tersebut terdiri dari 5 prosedur yaitu : wps 1 shell & head, wps 2 nozzle, wps 3 reinforcement pad,
wps 4 neck & flange, wps 5 skirt
support. Kelima prosedur tersebut
dirangkum menjadi 1 prosedur standar dan dalam format WPS (welding
procedur spesification) berdasarkan ASME Section IX.
DAFTAR PUSTAKA
1) Widharto S, 2006, Petunjuk Kerja Las, Cetakan Ke 6, Jakarta. 2) Hery S, 2008, Jilid 2, Teknik
Pengelasan Kapal, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. 3) Daryanto, 2012, Teknik Las.
Cetakan kesatu, Penerbit
Alfabeta, Bandung.
4) Harsono Wiryosumatro, Toshie
Okumura, 2008, Teknologi
Pengelasan Logam, cetakan
kesepuluh, Penerbit PT. Balai Pustaka, Jakarta Timur.
5) Welding Handbook, Kobe Steel, LTD, Welding Division.
6) ASME Section II, 2010, Ferrous Material Spesification.
7) ASME Section VIII, 2010, Ruls for Construction of Pressure Vessels.
8) ASME Section IX, 2010,
Welding and Brazing
Qualification. QUALIFIED JOINTS DETAIL
Aplicable for Double vee
Aplicable for single vee
Aplicable for Fillet Joint
Aplicable for single bevel
9) Sumber: https://www.google/search Pressure+Vessel=vertical.com 10) Sumber: http://www.welding-inspection.com 11) Sumber: https://binaaji.wordpress/tag/maca m-macam-las.com
