Perancangan Bejana Tekan - Penguatan -

Perancangan Bejana Tekan - Penguatan -

TK3106 Peralatan Proses

01

Dr. Pramujo Widiatmoko Dr. A. Zainal Abidin

Teknik Kimia – FTI ITB

Pendukung

48

Pendukung

49

Skirt Leg

Lug Ring girder

Saddle

Skirt

50

• Tegangan memanjang karena berat dan angin/gempa di bagian dasar

t

_sk

= (W/D

_sk

+ 4M/D

²_sk

)/σ

_L

• Tegangan memanjang karena berat dan angin/gempa pada sambungan skirt dan penutup bawah

t

_sk

= (W/D

_sk

+ 4M/D

²_sk

)/(σ

_L

)

• Tebal skirt umumnya tidak kurang dari tebal terkorosi bagian dasar bejana.

D

D t

_sksk

t

Leg

51

• Batas penerapan

D H

L L

₁

Maksimum Bejana tekan Tangki penyimpan

D (ft) 6 12

H/D 5 5

L/D 2 Sesuai kebutuhan

• Jumlah

N = 3 untuk D ≤ 42 in N = 4 untuk D > 43 in N = 6  8 jika diperlukan

Sambungan (Las)

52

Lokasi (Kategori)

53

A

Tipe

54

Tipe 1

Tipe 2 2b

2a

Tipe

55

Tipe 3 Tipe 4

Tipe 5 Tipe 6

Allowable Joint Efficiencies

56

Type Description Limitation Category Examination

F S N

(1)

Butt joints as

attained by double- welding or by other means which will obtain the same quality of deposited weld metal on the inside and outside weld surfaces to agree with the requirements of

UW-35, welds using metal backing strips which remain in

place are excluded.

None A,B,C,D 1,0 0,85 0,70

Allowable Joint Efficiencies

57

Type Description Limitation Category Examination

F S N

(2)

Single-welded butt joint with backing strip other than those included under (1).

(2a) None A,B,C,D 0,90 0,80 0,65

(2b) Circumfe- rential joint only.

A,B,C 0,90 0,80 0,65

(3) Single-welded butt joint without use of backing strip.

Circumfe- rential joint only not over 5/8 in thick &

not over 24 in OD.

A,B,C NA NA 0,60

Allowable Joint Efficiencies

58

Type Description Limitation Category Examination

F S N

(4) Double full fillet lap joint.

Longitudinal joint not over 3/8 in thick.

A NA NA 0,55

Circumferential joint not over 5/8 in thick.

B,C NA NA 0,55

(5) Single full fillet lap joint with plug weld.

Circumfe-rential joint for

attachment of head not over 24 in OD to shell not over 1/2 in thick.

B NA NA 0,50

Allowable Joint Efficiencies

59

Type Description Limitation Category Examination

F S N

(5) Single full fillet lap joint with plug weld.

Circumferential joint for the attachment to shell of jacket not over 5/8 in thick where the distance from center of the plug weld to the edge of the plate is not less than 1-1/2 times the diameter of the hole for the plug.

C NA NA 0,50

Allowable Joint Efficiencies

60

Type Description Limitation Category Examination

F S N

(6) Single full fillet lap joint without plug weld.

(a) For the attach- ment of heads convex to pressure to shell not over 5/8 in thick, with use of fillet weld on inside of shell.

(b) For the attach- ment of head having pressure from either side to shell not over 24 in ID & not over ¼ in thick with fillet weld on outside of head flange.

A, B NA NA 0,50

Contoh Soal

61

Sebuah bejana dengan diameter dalam 50 in dirancang untuk tekanan internal 100 psi. Tegangan maksimum yang dibolehkan adalah 17.500 psi.

Sambungan melingkar dan memanjang berupa

“double-welded butt joint” dan diuji melalui “spot

radiography”. Tentukan tebal silinder (tanpa

toleransi korosi) menggunakan persamaan ASME.

Jawaban

62

 = 0,85 (dari tabel) t = P R

_i

/(σ  – 0,6 P)

= (100) (25) / {(17.500) (0,85) – (0,6) (100)}

= 0,17 in

Bukaan dan Nozzle

63

Konsentrasi Tegangan

64

d

t_n

P t

P

M_b

Penguat

38

t_n

t t

t_n

• Pengganti luas permukaan yang disingkirkan

• Hindari kelebihan pelat penguat

• Tempatkan pelat penguat di sekitar bukaan

Nozzle

66

set on set in

• Kelebihan tebal (silinder/penutup)

• Kelebihan tebal (pipa nozzle)

• Proyeksi internal nozzle

• Permukaan las (internal/eksternal)

Luas penguat tersedia (tanpa pelat penguat)

Perhitungan Luas Penguat

67

d t_n

t

t_rn t_r

X

Y

Y A_r

X

d t_n

t_rn t_r

X

Y

Y A_r

X t

d = diameter bukaan, t_n = tebal nyata nozzle (tanpa toleransi korosi), t_rn = tebal nozzle yang diperlukan, t = tebal nyata silinder/penutup (tanpa

toleransi korosi), t_r = tebal silinder/penutup yang diperlukan, X = batas

penguat sejajar silinder/penutup, Y = batas penguat sejajar nozzle, A_r = luas penguat yang diperlukan.

Luas Diperlukan

68

t_r = tebal silinder/penutup yang diperlukan pada kondisi tanpa sambungan ( =1) dengan catatan jika :

A _r = d t _r

• Nozzle bertumpu pada sambungan,  = efisiensi sambungan.

• Bejana tidak diuji secara radiografi,  = 0,85 (untuk sambungan tipe 1) dan 0,8 (untuk sambungan tipe 2).

• Nozzle dan penguat ada pada bagian bola dari penutup torisphe-rical, t_r dihitung sebagai tebal penutup dengan  = 1 dan M = 1.

• Nozzle dan penguat ada pada bagian kerucut (cone), t_r ditentukan sebagai tebal cone tanpa sambungan, diameter pada lokasi nozzle.

• Nozzle dan penguat ada pada penutup elips 2:1 dan dalam radius 0,8 diameter silinder, t_r ditentukan sebagai tebal penutup setengah bola dengan diameter 0,9 diameter silinder.

• Bahan nozzle lebih lemah dari bahan silinder/penutup, luas ditambah sebesar :

2 t

_n

t

_r

(1

– σ

_nozzle

/σ

_sil/pen

).

Luas Tersedia

69

• Kelebihan tebal silinder

A

₁

= max { (t – t

_r

) d atau 2 (t – t

_r

) (t

_n

+ t) }

• Kelebihan tebal nozzle

A

₂

= min { 5 t (t

_n

– t

_rn

) atau 5 t

_n

(t

_n

– t

_rn

)

• Penetrasi internal nozzle A

₃

= 2h(t

_n

- t

_c

),

h = min { panjang penetrasi nozzle atau Y } Y = batas penguat sejajar nozzle

t

_c

= toleransi korosi

• Permukaan las dengan ukuran l

_las

A

₄

= (l

_las

)

²

• Luas penguat tersedia (A

_a

) = A

₁

+ A

₂

+ A

₃

+ A

₄

Pengurangan Luas Tersedia

(jika σmax,nozzle < σmax,silinder/penutup)

70

• Pengurangan A ₁

A ₁ = 2 t _n t _r (1 - σ _nozzle /σ silinder/penutup )

• Pengurangan A ₂

A ₂ = A ₂ σ _nozzle /σ silinder/penutup

• Pengurangan A ₃

A ₃ = A ₃ σ _nozzle /σ silinder/penutup

• Pengurangan A ₄

A ₄ = A ₄ σ _nozzle /σ silinder/penutup

Batas Penguat

71

• Sejajar silinder/penutup

X = max { d atau (0,5 d + t + t

_n

) }

• Sejajar nozzle

Y = 2,5 min {t atau t

_n

}

Pelat Penguat

72

• Luas pelat

A

_p

= A

_r

– A

_a

• Lebar pelat

w

_p

= A

_p

/t

_p

t

_p

= tebal pelat

• Diameter luar pelat D

_p

= d

_o

+ w

_p

d

_o

= diameter luar nozzle

Contoh Soal

73

Silinder sebuah bejana dengan diameter dalam 48 in dirancang untuk tekanan internal 250 psi dan temperatur 200 F. Silinder terbuat dari bahan SA- 285-C dengan tebal 0,625 in, tanpa toleransi korosi.

Sambungan diuji radiografi secara spot. Pada

silinder terdapat sebuah bukaan dimana nozzle

berupa pipa dari bahan SA-53-B dengan tebal 0,432

in dan diameter nominal 6 in. Nozzle menembus

silinder ke bagian dalam sejauh 1,5 in. Nozzle tidak

bertumpu pada sambungan dan sambungan

silinder-nozzle memiliki ukuran 0,375 in. Tentukan

luas penguat yang dibutuhkan.

Penyelesaian

74

Diketahui : P = 250 psi

σ_sil = 13.800 psi (SA-285-C) t = 0,625 in

σ_noz = 15.000 psi (SA-53-B) t_n = 0,432 in

d_o = 6,625 in (NPS 6 in, 0,432 in thick)

t_rs = PR/(σ  – 0,6P) = (250) (24) / {(13.800) (1) – (0,6) (250)}

= 0,440 in

t_rn = PR/(σ  – 0,6P) = (250) (2,88) / {(15.000) (1) – (0,6) (250)}

= 0,048 in

t_r = t_rs = 0,440 in (nozzle pada silinder) d = d_o – 2t_n = 6,625 – 2 (0,432) = 5,761 in

Penyelesaian

75

A_r = d t_r = (5,761) (0,440) = 2,535 in²

A₁ = d (t – t_r) = (5,761) (0,625 – 0,440) = 1,066 in² atau

= 2(t – t_r)(t + t_n) = 2(0,625 – 0,440)(0,625 + 0,432) = 0,391 in²

→ A₁ = 1,066 in²

A₂ = 5t(t_n – t_rn) = 5(0,625)(0,432 – 0,048) = 1,200 in² atau

= 5t_n(t_n – t_rn) = 5(0,432)(0,432 – 0,048) = 0,829 in²

→ A₂ = 0,829 in²

A₃ = 2h t_n, h = 2,5 t_n = (2,5) (0,432) = 1,08 in

→ A₂ = 0,933 in²

A₄ = luas bagian dalam + luas bagian luar = 0,375² + 0,375²

→ A₄ = 0,280 in²

Luas penguat tersedia (A_a) = 3,108 in²

A_a > A_r → tambahan penguat tidak diperlukan

Contoh Soal

76

Silinder sebuah bejana dengan diameter dalam 48 in dirancang untuk tekanan internal 300 psi dan temperatur 200 F. Silinder terbuat dari bahan SA- 516-60 dengan tebal 0,5 in, tanpa toleransi korosi.

Sambungan diuji radiografi (full). Pada silinder

terdapat sebuah bukaan dimana nozzle berupa pipa

dari bahan SA-53-B dengan tebal 0,5 in dan

diameter nominal 8 in. Nozzle menembus silinder ke

bagian dalam sejauh 0,5 in. Nozzle tidak bertumpu

pada sambungan dan sambungan silinder-nozzle

memiliki ukuran 0,375 in. Tentukan luas penguat

yang dibutuhkan.

Penyelesaian

77

Diketahui :

P = 300 psi

σ

_sil

= 15.000 psi (SA-516-60) t = 0,500 in

σ

_noz

= 15.000 psi (SA-53-B) t

_n

= 0,500 in

d

_o

= 8,625 in (NPS 8 in, 0,500 in thick)

t

_rs

= PR/(σ  – 0,6P) = (300)(24) / {(15.000)(1) – (0,6)(300)}

= 0,486 in

t

_rn

= PR/(σ  – 0,6P) = (300)(3,8125) / {(15.000)(1) – (0,6)(300)}

= 0,077 in

t

_r

= t

_rs

= 0,486 in (nozzle pada silinder)

d = d – 2t = 8,625 – 2 (0,500) = 7,625 in

Penyelesaian

78

A_r = d t_r = (7,625) (0,486) = 3,706 in²

A₁ = d (t – t_r) = (7,625) (0,500 – 0,486) = 0,106 in² atau

= 2(t – t_r)(t + t_n) = 2(0,500 – 0,486)(0,500 + 0,500) = 0,028 in²

→ A₁ = 0,106 in²

A₂ = 5t(t_n – t_rn) = 5(0,500 )(0,500 – 0,077) = 1,058 in² atau

= 5t_n(t_n – t_rn) = 5(0,500)(0,500 – 0,077) = 1,058 in²

→ A₂ = 1,058 in² A₃ = 2h t_n, h = 0,5 in

→ A₂ = 0,5 in²

A₄ = luas bagian dalam + luas bagian luar = 0,375² + 0,375²

→ A₄ = 0,280 in²

Luas penguat tersedia (A_a) = 1,944 in²

Tambahan penguat = A_r – A_a = 3,706 – 1,944 = 1,762 in²

Penyelesaian

79

• Jika digunakan SA-516-60 dengan tebal 0,375 sebagai pelat penguat, lebar penguat = 1,762 / 0,375 = 4,699 in

• Diameter luar penguat = 8,625 + 4,699 = 13,324 in

Terima Kasih

80