ANALISA TEGANGAN PIPA PADA WELL CONNECTING
TNAA45rc/TNAA46rc/TNAA47rcDENGAN MENGGUNAKAN
SOFTWARE CAESAR II v.5.10 DI
TOTAL E&P INDONESIE
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DISUSUN OLEH :
RAYMOND EBENEZER SIPAYUNG
100401062
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Dalam merancang suatu sistem plant, kita tidak akan terlepas dari sistem perpipaan. Sistem perpipaan berfungsi menghantarkan fluida dari suatu komponen ke komponen lain. Jarak yang di tempuh untuk menghantarkan fluida terkadang sangat jauh sehingga diperlukan perhitungan yang akurat dalam perancangan pipa, seperti jarak antar tumpuan dan jenis tumpuan yang digunakan. Dan sitem perpipaan ini harus dapat menahan beban secara statis dan dinamis, sehingga diperlukan perhitungan baik itu beban yang diakibatkan oleh beban berat pipa, beban berat fluida, angin, gelombang laut, gempa bumi, dan temperatur. Hal itu harus diperhitungkan untuk menghindari terjadinya kegagalan sistem perpipaan akibat tegangan yang berlebihan, sehingga diperlukan yang namanya fleksibelitas pipa.Well Connecting merupakan sumur gas yang berada di tengah laut, sehingga dalam transportasi gas harus melalui permukaan bawah laut, sehingga dalam perancangan pipa harus sesuai dengan ASME B31.8 Ch VIII dan perlu dilakukan analisa tegangan pipa bawah laut (on bottom stabillity). On bottom stabillity menganalisa pengaruh gaya-gaya hidrodinamika air laut terhadap pipa yang berada di dibawah laut.
ABSTRACT
In designing a plant system, we will not be separated from the piping system. Delivering fluid piping system function of a component to another component. The distance traveled for delivering fluid sometimes very much so needed an accurate calculation in the design pipeline, such as the distance between the pedestal and pedestal type used. And this piping system must be able to withstand static and dynamic loads, so that the necessary calculation for the load caused by the heavy load of pipe, fluid heavy loads, wind, ocean waves, earthquakes, and temperature. It must be taken into account to avoid failure of the piping system due to excessive voltage, so it requires the name of flexibility pipa.Well Connecting a gas well located in the middle of the sea, so that the gas transport through the surface to be under the sea, so that the design of the pipe shall be in accordance with the ASME B31.8 Ch VIII and needs to be done underwater pipe stress analysis (on bottom stabillity). On the bottom stabillity analyze the effect of hydrodynamic forces on the sea water pipe that is in the sea below.
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala kasih karunia dan berkat-Nya serta penyertaan-Nya, yang senantiasa memberikan hikmat dan kesehatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik sesuai dengan waktu yang direncanakan. Adapun judul skripsi ini adalah “ANALISA TEGANGAN PIPA PADA WELL CONNECTING TNAA45rc / TNAA46rc / TNAA47rc DENGAN
MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II v.5.10 DI TOTAL E&P
INDONESIE BALIKPAPAN” yang diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua orang tua Ayahanda Lamsana Sipayung dan Ibunda Jura Hutagaol, yang telah banyak memberikan materi dan moril serta dukungan kepada penulis hingga dapat menyelesaikan tugas sarjana ini.
2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik Mesin FT-USU. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.
3. Bapak Ir. Abdul Halim Nasution, M.Sc selaku dosen pembimbing penulis dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
4. Teman satu team penelitian (Herdin Jonathan Sibarani) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
6. Veronika Saragih yang selalu memberikan semangat untuk menyelesaikan tugas sarjana ini.
7. Adik-adik Teknik Mesin USU angkatan 2011 dan 2012 yang banyak memberikan dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas sarjana ini selesai.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengemban ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya.
Medan, Januari 2015 Penulis,
DAFTAR ISI
1.2Tujuan Penelitaan ……… 2
1.3Batasan Masalah ………. 2
1.4Manfaat Penelitian ………... 2
1.5Metodologi Penelitian ……….. 3
1.6Sistematika Penelitian ……… 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem perpipaan ……… 4
2.2 teori dasar tegangan pipa ……… 6
2.2.1 tegangan normal ……… 6
2.2.1.1Tegangan Longitudinal (Longitudinal Stress)…………7
2.2.1.2Tegangan tangensial (hoop stress) ………10
2.2.1.3Tegangan radial (radial stress) ……… 11
2.2.2 Tegangan geser ……… 11
2.2.3 tegangan kode ………13
2.2.3.1tegangan kode ASME/ASMI B31.3 ……… 14
2.2.3.2tegangan kode ASME/ASMI B31.8 Ch VIII ……..… 16
2.3 Desain pipa dan komponen pipa ……… 23
2.3.1 Desain Komponen Pipa Berdasarkan Tekanan ………. 24
2.3.1.1Tebal minimum dinding pipa lurus ……… 24
2.3.1.2Tekanan Kerja yang Diizinkan- AWP (Allowable Working Pressure) ………27
2.3.2 Desain pipa berdasarkan berat (bobot mati) ……… 27
2.3.2.1Tegangan atau defleksi karena beban bobot mati …….27
2.3.2.2Jarak antar support maksimum (maximum pipe span) 30 2.4 Sistem Penumpu ……… 31
2.4.1 Anchor ……… 32
2.4.2 Restrain………...33
2.4.3 Snubber ………..37
2.4.4 Gaya dan Momen pada tumpuan ………...37
2.5 Analisa Pipa Bawah Laut (On Bottom Stability) ……….43
2.5.1 Gaya-Gaya Yang Bekerja Pada Analisa Stabilitas Pipa Bawah Laut ……….…43
a. Gaya drag ……….45
b. Gaya Inersia ……….46
c. Gaya Angkat ……….……....…46
2.5.2 Reduksi Pembebanan Pada Pipa ………....47
a. Reduksi gaya akibat sifat permeable dasar perairan……47
b. Reduksi gaya akibat terjadinya penetrasi ke tanah……47
c. Reduksi gaya akibat gaya trenching ………48
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pendahuluan ……… 49
3.2.1 Spesifikasi Pipa ……… 50
3.2.2 Spesifikasi Fluida ……… 51
3.3 Diagram Alir Penelitian ………52
3.4 Urutan Proses Analisa ……… 53
3.4.1 Pembuatan Data Awal ……….…53
3.4.2 Studi Literatur ………53
3.4.3 Metode Pengerjaan ………53
3.4.3.1 Pemodelan Sistem Perpipaan ………..…53
3.4.3.2 Mengecek Error pada Pemodelan ……….54
3.4.3.3 Pemodelan Tumpuan ……….54
3.4.3.4 Analisa Besarnya Tegangan Pipa ……….54
3.4.4 Pembahasan ………...54
3.5 Pengenalan Software ……….56
3.5.1 Prosedur Simulasi Caesar II ……….57
BAB IV ANALISA DAN HASIL SIMULASI 4.1 Pemodelan Sistem Perpipaan pada Isometric dan CAESAR II ………62
4.2 Analisa Maksimum Allowable Operating Pressure ….……… 83
4.3 Analisa Wall Thickness ………103
4.4 Analisa tegangan pipa dengan tebal pipa yang berbeda dan tekanan yang tetap ………106
4.6 Analisa tegangan pipa dengan tebal pipa yang tetap dan tekanan yang
berbeda ………...…114
4.7 Analisa Displacement pipa dengan tebal pipa yang sama dan tekanan yang berbeda………...119
4.8 Analisa Tegangan Akibat Beban Occasional ………..122
a. Analisa Tegangaan Akibat Beban Angin ………122
b. Analisa Tegangaan Akibat Beban Gempa ……….142
c. On Bottom Stability Analysis ………..145
4.9 Hasil Analisa dengan menggunakan Software CAESAR II v.5.10 ….156 a. Hasil Analisa Tegangan berdasarkan kode ASME B31.3 …169 b. Hasil Analisa Tegangan berdasarkan kode ASME B31.8 Ch VIII………...169
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN ………..………99
5.2 SARAN ……… 100
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Arah gaya aksial pipa ………..8
Gambar 2.2 arah gaya akibat tekanan pipa………..8
Gambar 2.3 bending momen ………..… 9
Gambar tegangan tangensial ………...10
Gambar 2.5 shear stress ……….………12
Gambar torsional stress ………...13
Gambar 2.7 pinned support ………...28
Gambar 2.8 fixed support ………..28
Gambar Anchor ……….………..…32
Gambar axial restraint ……….…………...33
Gambar rod hanger ………..………….34
Gambar sway strut……….……34
Gambar structural steel restraint ………...………35
Gambar penetrasi di dinding ……….………36
Gambar guide ……….…………...36
Gambar slide support ………37
Gambar Snubber ………...37
Gambar 2.18 sketsa keadaan pipa dalam keadaan ditumpu ………..38
Gambar diagram gaya geser dan momen lentur ………...42
Gambar 2.21 Sketsa gaya-gaya yang bekerja pada pipa bawah laut ……….43
Gambar 2.22 Gaya-gaya hidrodinamika pada pipa. ………..44
Gambar 2. 23 Sketsa terjadinya gaya gesek pada pipa. ………45
Gambar 2. 24 Sketsa terjadinya gaya angkat pada pipa. ………...46
Gambar 2. 25 Sketsa pipa yang terpendam ditanah ………...48
Gambar 2.26 Sketsa pipa dalam parit ………...48
Gambar 3.1 Well Connecting …….………...………49
Gambar 3.2 Tampilan Caesar II v5.10 ………..56
Gambar 3.3 Tampilan Awal CAESAR II ……….58
Gambar 3.4 Data satuan yang digunakan dalam pemodelan……….58
Gambar 3.5 Piping input pada CAESAR II ………..59
Gambar 3.6 Error dan warning pada pengecekan bila terjadi kesalahan………...59
Gambar 3.8 Error dan warning bila tidak terjadi kesalahan ………..60
Gambar 3.9 Pemilihan jenis beban pada pemodelan ………60
Gambar 4.1 Lokasi Penelitian di Handil Balikpapan ………62
Gambar 4.2 Gambar Isometric Well Conecting bagian a ……….63
Gambar 4.3 Gambar Isometric Well Conecting bagian b ……….64
Gambar 4.4 Gambar Isometric Well Conecting bagian c ……….65
Gambar 4.5 Gambar Isometric Well Conecting bagian d ……….66
Gambar 4.7 Gambar Isometric Well Conecting bagian f ……….…….…68
Gambar 4.8 Gambar Isometric Well Conecting bagian g ……….…69
Gambar 4.9 Gambar Isometric Well Conecting bagian h ……….………70
Gambar 4.10 Membuat new file di Caesar v5.10 ………..…71
Gambar 4.11 Satuan yang digunakan dalam Caesar Iiv.510 ………71
Gambar 4.12 Pembuatan Node awal ……….72
Gambar 4.13 Jenis Material yang digunakan pada CAESAR v.5.10...………… 73
Gambar 4.14 Pemilihan kode standar yang akan digunakan ………74
Gambar 4.15 Pembuatan Tumpuan ………...75
Gambar 4.16 Pembuatan Check Valve ……….………75
Gambar 4.17 Pembuatan Bend ……….….76
Gambar 4.18 Pembuatan Penumpu Vertical ……….…77
Gambar 4.19 Pemodelan CAESAR II keseluruhan pada Well Conecting bagian a ………78
Gambar 4.20 Pemodelan CAESAR II keseluruhan pada Well Conecting bagian b………..…………78
Gambar 4.22 Pemodelan CAESAR II keseluruhan pada Well Conecting bagian d
………79
Gambar 4.23 Pemodelan CAESAR II keseluruhan pada Well Conecting bagian e ………80
Gambar 4.24 Pemodelan CAESAR II keseluruhan pada Well Conecting bagian f ………80
Gambar 4.25 error dan batch run ………..…81
Gambar 4.26 Pemeriksaan warning dan error ………...81
Gambar 4.27 Well Connecting TN-AA46rc………...……….122
Gambar 4.28 Isometric TN-AA46rc terkena angindari segala arah …………...124
Gambar 4.29 Peta zona gempa Indonesia ………...143
Gambar 4.30 Keadaan pipa ditanam di dalam tanah permukaan laut…………..150
Gambar 4.31 diagram benda bebas pipa dibawah laut ………153
Gambar 4.32 Sketsa berat yang mengenai pipeline ………156
Gambar 4.33 Distribusi momen lentur sepanjang pipa ………..………….160
Gambar 4.34 pipa yang mengalami tegangan torsi..………161
Gambar 4.35 pipa yang mengalami tegangan hoop maksimal ………...…164
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi Pipa ……….………38
Tabel 3.2 Spesifikasi Fluida ………..………39
Tabel 4.1 Jenis Load case yang digunakan ………...………69
Tabel 4.2 Nilai SYMS pada berbagai material ……….……72
Tabel 4.3 Design Factor ………73
Tabel 4.4 Temperatur Derating Faktor………...73
Tabel 4.5 Nilai Longitudinal Joint Factor ……….75
Tabel 4.6 Hasil perhitungan tegangan model 1………76
Tabel 4.7 Hasil perhitungan tegangan model 2………76
Tabel 4.8 Hasil perhitungan tegangan model 3………77
Tabel 4.9 Hasil perhitungan tegangan model 4 ………...77
Tabel 4.10 Hasil perhitungan displacement model 1 ………...…80
Tabel 4.11 Hasil perhitungan displacement model 2 ………...81
Tabel 4.12 Hasil perhitungan displacement model 3………81
Tabel 4.13 Hasil perhitungan displacement model 4………82
Tabel 4.15Hasil perhitungan tegangan model 2………...……84
Tabel 4.16Hasil perhitungan tegangan model 3………...85
Tabel 4.17 Hasil perhitungan tegangan model 4………..85
Tabel 4.18 Hasil perhitungan displacement model 1………87
Tabel 4.19 Hasil perhitungan displacement model 2………87
Tabel 4.20 Hasil perhitungan displacement model 3………88
DAFTAR NOTASI
Lambang
Keterangan
Satuan
S
Tegangan
KPa
F Gaya N
A Luas penampang pipa mm2
D Diameter Pipa mm
P Tekanan Kpa
R Jari-Jari Pipa mm
t Tebal pipa mm
Massa Jenis kg/cm3
W Berat kg
