KEANDALAN FLEXIBLE RISER PORCH FPSO BELANAK TERHADAP BEBAN EKSTREM

(1)

KEANDALAN FLEXIBLE RISER PORCH FPSO BELANAK TERHADAP BEBAN EKSTREM

 Disusun oleh :

Ali Solihin Siregar (4305 100 070)

 Dosen Pembimbing :

1. Ir. Handayanu, M.Sc,.Ph.D. 2. Dr. Ir. Rudi Walujo P, M.T.

(2)

OutLine

 Latar Belakang  Perumusan Masalah  Tujuan  Manfaat  Batasan Masalah  Metodologi

 Analisa dan Pembahasan  Kesimpulan

(3)

Latar Belakang

 Perilaku material secara garis besar dibagi menjadi;

deformasi elastis

2

deformasi plastis

deformasi elastis adalah:

Perubahan dimensional yang bersifat sesaat ketika diberikan beban sebesar X.

deformasi plastis adalah:

Perubahan dimensional yang bersifat tetap ketika beban sebesar X dihilangkan.

(4)

 Dalam kurve tegangan dan regangan : Yield strength dan Ultimate strength

latar belakang…(lanjutan).

(5)

latar belakang…..(lanjutan)

 Daerah interface riser berupa riser porch sangat

kritis mengalami kegagalan.

 Beban ekstrem adalah salah satu faktor yang

berpengaruh pada kekuatan struktur. Sebab beban ekstrem ini dapat mengakibatkan terjadinya kolaps.

 Sehingga, perlu dikaji keandalan flexible riser porch

(6)

Perumusan Masalah

 Mendapatkan besarnya tension pada flexible riser

porch pada pembebanan ekstrem?

 Menganalisa berapa besarnya von Mises stress

terhadap beban ekstrem?

 Menghitung berapa besarnya indeks keandalan

(reliability) flexible riser porch FPSO Belanak terhadap beban ekstrem?

(7)

Tujuan

 Mengetahui nilai tension di flexible riser porch pada

kondisi pembebanan yang ekstrem.

 Mengetahui berapa besarnya von Mises stress

terhadap beban ekstrem.

 Untuk mendapatkan besarnya indeks keandalan

(reliability) flexible riser porch FPSO Belanak terhadap beban ekstrem.

(8)

Manfaat

 Dari hasil analisa keandalan yang dilakukan

terhadap perilaku plastis struktur akibat pengaruh beban ekstrem, diharapkan akan mendapatkan

keandalan struktur berupa indeks keselamatan

flexible riser porch, yang berpengaruh terhadap

perencanaan inspeksi, sehingga efisiensi biaya pemeliharaan dapat tercapai

(9)

Batasan Masalah

 Struktur terapung yang digunakan adalah jenis FPSO yang

dioperasikan di perairan Natuna.

 Semua peralatan dan perlengkapan diatas FPSO tidak dimodelkan.

Sehingga berat kapal yang diasumsikan hanya pada kondisi ballast.

 Beban lingkungan yang digunakan adalah beban lingkungan ekstrem

100 tahunan. Diambil beban gelombang yang resikonya besar bagi keandalan struktur.

 Semua flexible riser porch yang ada pada FPSO Belanak dimodelkan,

yang dibagi kedalam 4 kategori berdasarkan ukuran diameter riser

porch-nya, hal ini bertujuan untuk lebih memudahkan dalam analisa.

 Analisa global yang dilakukan hanya sebatas untuk mendapatkan nilai

tension pada flexible riser. Untuk analisa statis dan dinamis flexible

riser digunakan heading

00_,22.50_,450_,67.50_,900_,112.50_,1350_,157.50_,1800 _{(relative terhadap}

(10)

Batasan Masalah…(lanjutan)

 Pembebanan statis dan dinamis digunakan untuk mengetahui Respon Amplitude Operator (RAO) sebagai dasar dalam mendapatkan respon tegangan dari flexible riser.

 Perhitungan tension pada flexible riser mempertimbangkan beban FPSO dan beban lingkungan (gelombang, arus, angin) untuk analisa statisnya serta beban siklis akibat gelombang untuk analisa dinamisnya.

 Material properties yang digunakan pada analisa lokal dengan software ANSYS 11 adalah jenis structural yang elastic.

 Von Mises stress pada flexible riser porch didapatkan dari analisa lokal dengan menggunakan software ANSYS, data inputan yang digunakan adalah nilai tension yang diperoleh dari analisa global menggunakan software ORCAFLEX.

 Perilaku struktur akibat beban ekstrem ditinjau dari kondisi batas

ultimated , dalam hal ini kekuatan ultimate menjadi factor yang

diperhitungkan dalam menentukan nilai keandalan struktur.

 Analisa keandalan struktur dilakukan dengan menggunakan metode

(11)

Metodologi

START

STUDI LITERATUR -Flexible Riser

-Ultimated Strength -Metode Elemen Hingga

PENGUMPULAN DATA DATA LINGKUNGAN -Gelombang ekstrim 100 tahunan. -Arus -Kedalaman

DATA FPSO Belanak -Length over all (Loa) -Breadth (B)

-Vessel Draft (T) -Kedalam Operasi (d)

DATA FLEXIBLE RISERS

-Outside Diameter (OD) -Ketebalan (t)

-Lokasi pada FPSO

PEMODELAN FPSO (Dengan Moses)

A

C B

(12)

Metodologi (lanjutan…)

TENSION PADA RISER PORCH

RAO (Respon Amplitud Operator) Motion dan Wave Drift

A

C B

RUNNING MOSES

PEMODELAN ULANG FPSO DENGAN FLEXIBLE RISER

(Dengan ORCAFLEX)

RUNNING ORCAFLEX

FINISH

(13)

Metodologi (lanjutan…) -DIMENSI FLEXIBLE RISER -DIMENSI RISER PORC START

PEMODELAN LOKAL JOINT RISER PORCH (Dengan ANSYS 11) Finish INPUT DATA MATERIAL PROPERTIES

-Tegangan Ijin (σy) --Modulus Young (E) --Poisson ratio (v)

PEMBEBANAN (Tension maksimum pada joint Riser Porch)

Von Mises Stress

(14)

1. Moda kegagalan terhadap yield stress MK = √σh²+σι²-σισh+3τι² ≤ o.8 SMYS 2. Moda kegagalan terhadap ultimate

strength

MK =√σh²+σι²-σισh+3τι² ≤ 1.2 SMYS Dengan variabel acak P,t,dan ν

Dimana: P = pressure t = thickness D = diameter luar ν = poisson ratio τι = shear stress

Metodologi (lanjutan..)

(15)

Data lingkungan.

 Steel catenary riser yang akan ditinjau dalam tugas akhir ini merupakan

bagaian dari fasilitas FPSO Belanak yang beroperasi di daerah perairan natuna dengan karakteristik lingkungan sebagai berikut:

Kedalaman : 90 m

Massa Jenis air laut : 1025 kg/m 1. Beban Gelombang

(16)

Data Struktur

 Data gelombang metocean (untuk perairan Natuna)

Wave

Class H max Th max

Surface Current Mid-Depth Current Near Bottom Current Number of Cycles (m) (s) (m/s) (m/s) (m/s) 1 0.50 5.25 0.5 0.3 0.3 93,350,538 2 1.00 6.25 0.5 0.3 0.3 71,519,354 3 1.50 7.37 0.5 0.3 0.3 31,774,805 4 2.00 8.64 0.5 0.3 0.3 13,717,908 5 2.50 9.57 0.6 0.4 0.4 6,707,238 6 3.00 10.18 0.6 0.4 0.4 3,461,658 7 4.00 10.79 0.6 0.4 0.4 2,802,540 8 5.00 11.31 0.6 0.4 0.4 772,997 9 6.00 11.69 0.7 0.5 0.5 197,245 10 7.00 11.97 0.7 0.5 0.5 45,165 11 8.00 12.23 0.7 0.5 0.5 9,160 12 9.00 12.47 0.7 0.5 0.5 1,643 13 10.25 12.67 0.8 0.6 0.6 281

(17)

Data Lingkungan (lanjutan..)

2. Beban Arus

(18)

Data Struktur

 Spesifikasi FPSO BELANAK

(19)

Data Struktur (lanjutan..)

Spesifikasi Catenary Riser :

Letak Flexible Riser porch Tabel 1

(20)

Data riser porch _{Posisi Riser Porch}

Klasifikasi : High carbon steel

Tipe material : ASTM A 694 grade F60 Tegangan ijin : 416 MPa

Ultimate strength : 499 MPa Modulus Young : 210 MPa Poisson ratio : 0.29

(21)

Heading

RAO dari struktur FPSO sangat ditentukan oleh geometri FPSO dan wave heading.

Untuk FPSO belanak menggunakan wave heading

0.0 , 22.5, 45 , 67.5, 90, 112.5, 135, 157.5, 180,

dengan wave period pada rentang 4 detik sampai 31 detik

(22)

Pemodelan AutoCad

 AutoCad digunakan untuk

mempermudah proses pemodelan dengan menggunakan software maxsurf dan moses.

 Pemodelan yang dilakukan berupa

(23)

Pemodelan Maxsurf

 Pemodelan dengan sofware

Maxsurf ver 9 bertujuan untuk : 1. Memodelkan struktur FPSO secara

lebih detail dan spesifik, karena :

a. dimensi utama yang didapat dari gambar lines plan akan digenerate ke dalam Maxsurf.

b. section, buttock, serta waterline dari FPSO Belanak lebih didetailkan.

 Sebab dimensi-dimensi tiap

section akan dikonversikan pada pemodelan hull FPSO dengan menggunakan software Moses 7

(24)

Pemodelan Moses

 Pemodelan FPSO Belanak

dengan menggunakan Moses bertujuan untuk :

 1. mendapatkan wafe drift dan

2. mendapatkan RAO pada 6 DOF dari struktur terhadap arah pembebenannya.

(25)

1. RAO surge motion 2. RAO sway motion

Respon Amplitudo Operator (RAO)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 0.5 1 1.5 2 RAO ( m /m ) Freq (rad/sec)

RAO motion surge

0 degree 22.5 degree 45 degree 67.5 degree 90 degree 112.5 degree 135 degree 157.5 degree 180 degree 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0 0.5 1 1.5 2 RAO ( m /m ) Freq (rad/se)

RAO motion sway

o degree 22.5 degree 45 degree 67.5 degree 90 degree 112.5 degree 135 degree 157.5 degree 180 degree

(26)

3. RAO heave motion 4. RAO roll motion

Respon Amplitudo Operator (RAO)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0 0.5 1 1.5 2 RAO ( m /m ) Freq (rad/sec)

RAO motion heave

0 degree 22.5 degree 45 degree 67.5 degree 90 degree 112.5 degree 135 degree 157.5 degree 180 degree -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 0.5 1 1.5 2 RA O (d e g /m) Freq (rad/sec)

RAO motion roll

0 degree 22.5 degree 45 degree 67.5 degree 90 degree 112.5 degree 135 degree 157.5 degree 180 degree

(27)

5. RAO pitch motion 6. RAO yaw motion

Respon Amplitudo Operator (RAO)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0.5 1 1.5 2 RAO ( de g/m ) Freq (rad/sec)

RAO motion pitch

0 degree 22.5 degree 45 degree 67.5 degree 90 degree 112.5 degree 135 degree 157.5 degree 180 degree 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 0.5 1 1.5 2 RAO ( de g/m ) Freq (rad/sec)

RAO motion yaw

o degree 22.5 degree 45 degree 67.5 degree 90 degree 112.5 degree 135 degree 157.5 degree 180 degree

(28)

Koordinat sumbu pada pemodelan MOSES

Koordinat sumbu pada pemodelan ORCAFLEX

(29)

Pemodelan Orcaflex (analisa global)

 Tujuan utama dari pemodelan ini

adalah untuk mendapatkan nilai

tension secarab global pada flexible riser.

 Inputan ocaflex :

1. Sumbu global ORCAFLEX

berkebalikan dari sumbu global MOSES.

2. wave drift dan RAO untuk masing

masing arah, dari output MOSES.

3. Parameter beban lingkungan yang

dimasukkan adalah sebagai berikut a. Tinggi gelombang (Hmax) b. Periode gelombang

c. Arah datang gelombang

d. Tipe spektrum yang digunakan adalah spektrum Jonswap e. Kedalaman operasi

(30)

Pada kondisi beban ekstrem, tension terbesar adalah sebagai berikut :

Tension Maximum

Tegangan di titik A yang paling maximum berada pada flexible riser

#5 pada heading 45°

(31)

 Pemodelan dengan

ANSYS ini bertujuan untuk mendapatkan tegangan lokal pada riser porch

(jenis pemodelan dan perhitungan yang dilakukan adalah struktural elastis)

(32)

 Meshing dilakukan untuk

membagi struktur menjadi elemen yang lebih kecil.

 Meshing dilakukan

menggunakan tipe element solid 95, brick element 20 nodes.

 Error meshing pada model

yang digunakan sebesar 0.23%

(33)

 Pada daerah sambungan

(interface), derajat

kebebasan dikunci pada semua arah sehingga

displacement pada daerah ini sebesar nol

(34)

 Input untuk arah x dan

y adalah nilai tension dari ORCAFLEX.

Kondisi Batas Pemodelan

(35)

 Input beban searah z

adalah beban pressure, yang diperoleh dari

nilai tension dibagikan dengan luasan (A)

 σ =F/A

Kondisi Batas Pemodelan

(36)

Von Mises stress #1 Von Mises stress #5

(37)

Von Mises stress #7 Von Mises stress #11

(38)

Hasil ANSYS

 Nilai von Mises stress maksimum

untuk semua riser porch:

 Tegangan von mises akibat beban

ekstrem terhadap yield stress.

 σe < 0.8σy (DnV OS F201 Dynamic Riser)

Tabel 4 Tabel 3

(39)

MODA KEGAGALAN (simulasi Monte Carlo)

 Untuk mendapatkan keandalan riser

porch yang ditinjau dari yield stress dan ultimate strength pada saat terjadi deformasi plastis, dilakukan penambahan beban hingga mencapai ultimate strengthnya.

 beban dapat ditambahkan

20%,50%, sampai 100% dari beban awalnya(yong bai,2001).

1. Moda kegagalan terhadap yield stress MK = √σh²+σι²-σισh+3τι² ≤ o.8 SMYS 2. Moda kegagalan terhadap ultimated

strength

MK = √σh²+σι²-σισh+3τι² ≤ 1.2 SMYS

 Variabel acak yang digunakan adalah

1. pressure (P) 2. thickness (t) 3. poisson ratio (ν)

(40)

Jenis distribusi variabel acak Grafik Keandalan

 Keandalan struktur semakin kecil

akibat penambahan beban.

Keandalan riser porch 1 (R#1)

Keandalan terhadap ultimate strength 0.9500 0.9600 0.9700 0.9800 0.9900 1.0000 0 20 40 60 80 100 Ke a n da la n

INCREMENT BEBAN PRESSURE (%)

(41)

Keandalan sebesar 0.993

dengan indeks keandalan 2.45.

Keandalan riser porch 1 (R#1)

(42)

Keandalan riser porch 5 (R#5)

Keandalan terhadap ultimate strength 0.9500 0.9600 0.9700 0.9800 0.9900 1.0000 1.0100 0 20 40 60 80 100 K ea n da la n

INCREMENT BEBAN PRESSURE(%)

NILAI KEANDALAN R#5

Tegangan von mises pada R#5 telah melampaui kekuatan puncaknya

(43)

Keandalan sebesar 0.986

dengan indeks keandalan 2.19.

Keandalan riser porch 5 (R#5)

(44)

Keandalan riser porch 7 (R7)

Keandalan terhadap ultimate strength 0.998 0.9982 0.9984 0.9986 0.9988 0.999 0.9992 0.9994 0.9996 0.9998 1 1.0002 0 20 40 60 80 100 Ke a n da la n

INCREMEENT BEBAN PRESSURE (%)

(45)

Keandalan sebesar 0.9995 dengan indeks keandalan 3.29

Keandalan riser porch 7 (R#7)

(46)

Keandalan riser porch 10 (R#10)

Keandalan terhadap ultimate strength 0.994 0.995 0.996 0.997 0.998 0.999 1 1.001 0 20 40 60 80 100 Ke a n da la n

INCREMENT BEBAN PRESSURE (%)

(47)

Keandalan sebesar 0.9992 dengan indeks keandalan 3.15

Keandalan riser porch 10 (R#10)

(48)

 dalam tugas akhir ini keandalan yang diharapkan

pada semua riser porch akibat beban ekstrem adalah 0.999 atau dengan indeks keandalan sebesar 3.0.

 untuk mendapatkan keandalan sebesar 99.9%,

maka Probability of Failure (PoF) tidak boleh melebihi dari 0.001.

 nilai PoF yang digunakan mengacu pada DnV OS

(49)

Kesimpulan dan Saran

 Hasil analisa global dengan menggunakan software

ORCAFLEX dan MOSES didapatkan tension maksimum

260.63 kN. Tension maksimum ini berada pada riser

porch 5 (R#5) pada arah 45 dari utara sebenarnya.

 Analisa lokal dengan menggunakan software ANSYS 11

didapatkan hasil berupa tegangan lokal pada tiap-tiap element. Pada riser porch 5 dengan tension maksimum

didapatkan tegangan lokal maksimumnya sebesar 5.3x108

(50)

Kesimpulan dan Saran

 Pada analisa lokal tidak semua riser porch mengalami

deformasi plastis, sehingga untuk mengetahui perilaku plastis struktur tersebut dilakukan penambahan beban sebesar 20%,50%,80%,dan 100% dari beban awalnya (Yong Bai,2001).

 Keandalan yang dicapai struktur akibat beban ekstrem ini

menunjukkan perilaku yang menurun setiap kali beban pressure ditambahkan, dimana pada riser porch 5 (R#5) keandalan akibat beban ekstrim adalah 0.999 dengan indeks keandalan 3.09, namun pada penambahan beban 100% dari beban awalnya keandalan adalah 0.9529 dengan indeks keandalan 1.67.

(51)

Kesimpulan dan Saran

• Dari semua riser porch yang dihitung keandalannya dapat disimpulkan bahwa

riser porch yang kritis mengalami kegagalan akibat beban ekstrem ditinjau dari ultimate strengthnya berada pada R#1,R#2,R#5,R#8, R#9.R#12,R#15,dan

R#16, sebab keandalan yang diharapkan mengacu dari code DnV OS F201 Dynamic Riser sebesar 0.999 dengan Probability of Failure (PoF) tidak melebihi 0.001.

 Perlu dilakukan analisa yang lebih komplex, dengan memperhatikan internal

pressure yang terjadi pada flexible riser, berupa aliran fluida yang bekerja pada riser.

 Pemodelan yang dilakukan pada analisa global hanya berupa hull dari FPSO

saja, sedangkan pengaruh peralatan di atas deck FPSO tidak diperhitungkan sehingga diperlukan analisa lebih lanjut terhadap pembebanan tersebut.

 Beban ekstrem yang terjadi perlu lebih divariasikan lagi dengan beban seismic

(52)

(53)

Daftar Pustaka

 Almar-Naess,A.Ed,1985 FATIGUE HANDBOOK: Offshore Steel

Structure,Trondheim,Norway:Tapir Publisher.

 American Bureau of Shipping, 2003 Fatigue Assessment of

Offshore Structures, New York.

 American Petroleum Institute.2001.Recomended Practice for

Planing Riser.API RP 2RD.Washington:API Publising Service

 American Petroleum Institute.2001.Recomended Practice for

Flexible Pipe.API RP 17B.Washington:API Publising Service

 American Petoleum Institute.1997.Specification for Unbonded

Flexible Pipe.API 17J.Washington:API Publising Service

 Aulia.2005. Analisa Umur Kelelahan Turbular Joint Tipe T dengan

Retak Eliptis pada Chord Menggunakan Metode Elastic Plastic Fracture Mechanics.Tugas akhir:Jurusan Teknik Kelautan.

 Barsom, John M&Rolfe,Stanley T.,1987, Fracture and Fatigue

Control in Structures.Application of Fracture Mechanics,New

(54)

 Broek, David.1987. Elementary Engineering Fracture

Mechanics.Martinus Nijhoff Publishers.Netherlands.

 Chakrabarti S.K,2005,Offshore Structure Analysis.Handbook of

Offshore Engineering vol 2.Oxford:Elsevier

 Det Norske Veritas.2001.Dynamic Riser.DNV OS-F201.Oslo

Norway:DNV

 Dawson, T.H..(1983). Offshore Structural Engineering. Prentice

Hall ,Inc., New Jersey.

 Murdjito. (1996). Diktat Pengantar Bangunan Lepas Pantai,

Kursus segitiga Biru ITS – Unhas – Unpati, FTK ITS,

Surabaya.

 Nowak, A. and Collins, KR., 2000, “Reliability Of Structures”, USA.  Prashida, Roro. (2005).Analisa Umur Kelelahan Tubular Joint tipe

T yang Memiliki Retak Semi Elliptical pada Chord dengan Metode Linear Elastic fracture Mechanics.Tugas Akhir:Jurusan Teknik

(55)

 Rosyid, D.M.(1996). Perancangan Struktur Anjungan Lepas

Pantai Filosofi, Prosedur, Model Analisis, ITS, Surabaya.

 Soegiono.2007.Pipa Laut.Surabaya:Airlangga University

Press

 Sutomo,J. (1997). Diktat Mata kuliah Kelelahan dan

Kepecahan, Jurusan Teknik Kelautan ITS, Surabaya.

 Sarpkaya, T.(1981). Mechanics of Forces on Offshore

Structures. Litton Educational publishing, Inc. USA.

 SSC-351 Ship Structure Committee, 1990, “An Introduction

To Structural Reliability Theory”, Washington, USA

 Yong Bai.2001. Subsea Pipeline and Risers.Elsevier book