STUDI OPTIMASI OFFSHORE PIPELINE REPLACEMENT DI AREA BEKAPAI TOTAL E&P INDONESIE, BALIKPAPAN

Transkripsi

1 Jurusan Teknik Kelautan Fakultas Teknologi Kelautan INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011 STUDI OPTIMASI OFFSHORE PIPELINE REPLACEMENT DI AREA BEKAPAI TOTAL E&P INDONESIE, BALIKPAPAN Oleh : Ema Sapitri Mentor : 1. Faisal Akbar, HS ENG/CST/PWK TEPI 2. Hendri Sudjianto, PE ENG/CST/PWK TEPI Dosen Pembimbing: 1. Ir. Hasan Ikhwani, M. Sc 2. Prof. Ir. Daniel M. Rosyid, Ph. D

2 OUTLINE LATAR BELAKANG DATA OFFSHORE PIPELINE PERUMUSAN MASALAH MANFAAT BATASAN MASALAH METODOLOGI PENELITIAN ANALISIS & PEMBAHASAN KESIMPULAN

3 LATAR BELAKANG Offshore pipeline replacement merupakan aktivitas rutin di perusahaan migas (design life) Selama ini di TOTAL E&P Indonesie, Balikpapan menggunakan studi komparasi utk melakukan desain pipa Perlu adanya studi optimasi Flowrate (produksi) pipa di area bekapai dari platform BK ke BP-1 menurun Perlu adanya laying analisis sebelum dilakukan instalasi pipa Source : Intranet TOTAL E&P Indonesie

4 LASI REPLACEMENT Source : Intranet TOTAL E&P Indonesie

5 TABEL 1.2 DATA PIPA Field Pipeline Section Section Type Pipeline Pigging Status Pipeline From Pipeline To Lenght (km) Product Bekapai 8'' BK to BP-1 Offshore Pipelines Offshore Pipelines Piggable BP-1 BK 1.8 Oil Bekapai 8'' BK to BP-1 Riser BK (8" BK to BP-1) Risers Piggable BP-1 BK 1.8 Oil Bekapai 8'' BK to BP-1 Riser BP-1 (8" BK to BP-1) Risers Piggable BP-1 BK 1.8 Oil Concrete Coating Thickness (mm) Concrete Coating Density (kg m3) CP System API Material Pipeline Design Code Design Safety Factor Pipeline Design Life (yrs) Operating Pressure (bar) Operating Temperature (deg C) Effluent Sacrificial Anode X42 ASME B Oil N/A N/A Sacrificial Anode X42 ASME B Oil N/A N/A Sacrificial Anode X42 ASME B Oil Source : Intranet TOTAL E&P Indonesie

6 TABEL 1.2 DATA PIPA Date Commissioned 12/31/ /31/ /31/1985 Pipeline Class Flow Line Flow Line Flow Line Pipeline Position Type Offshore Laid on Seabed Platform Riser Platform Riser Age Design Temperat ure (deg C) Design Pressure (bar) Wall Thickness (mm) Corrosion Allowance (mm) Coating Type Coating Thickness (mm) CTE Fibreglass Fibreglass 0.3 MAIN PIPELINE - INTEGRITY STATUS (IP Based - October 2010) No Pipe Ø P/L Segment From To Line Status Product Last IP Fitness-For-Purpose Design Pressure (DP) Action Action by 9 8" BK BP In-Service Oil 03/2007 Not Fit for Purpose Repair the pipeline ENG/CST Affirm future requirement or non-requirement for pipeline use based on cost Continue cleaning pigging routinely Monitor SRB content regularly Reinstall access fitting for CC & ERP Perform a full CP potential survey as baselin Schedule next IP based on repair/replacement schedule (1) AMB AMB/BSP/BKP MNS/INS/COR MNS/INS/COR MNS/INS/COR MNS/INS/PIM Source : Intranet TOTAL E&P Indonesie

7 DATA PIPA Source : Intranet TOTAL E&P Indonesie

8 DATA PRODUKSI/PROSES PIPA Production/Process Data Oil Flow Rate, Q o = 70.4 STBD = ft 3 /day Gas Flow Rate, Q g = 4.1 MMScfd = ft 3 /day Water Flow Rate, Q w = 100 bwpd = ft 3 /day Operating Pressure, P = 8 bar = psi Maximum Operating Temperature, T = 40 0 C = Design Pressure, P d = 80 bar = psi Pressure Drop, ΔP = 0.8 bar = psi Source : DEPT.ENG/PRO TOTAL E&P Indonesie 0 R

9 ENVIRONMENT DATA Source : DEPT.ENG/SVY TOTAL E&P Indonesie

10 PERUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana meminimalkan berat pipa untuk mendapatkan diamater luar pipa (Do) dan tebal pipa (t) yang optimum dengan mempertimbangkan constraint (kendala) berikut : 1. Stress Analysis, yang menjadi constraint adalah hoop stress. 2. Buckling Analysis, yang meliputi : system collapse check dan propagation buckling. 2. Bagaimana stabilitas pipa di dasar laut (on bottom stability : vertical stability dan lateral stability)? 3. Berapa panjang bentangan pipa yang diijinkan dan panjang bentangan kritis pipa (free span analysis)? 4. Bagimana laying analysis dan persentase yield stress yang dihasilkan dari pemodelan OFFPIPE? 5. Berapa dimensi diameter luar pipa (Do) dan tebal pipa (t) yang optimum untuk dapat dioperasikan di BK-BP 1 platform area Bekapai tersebut?

11 MANFAAT 1. Memberikan manfaat dan kontribusi nyata bagi perusahaan TOTAL E&P Indonesie, Balikpapan khususnya dan instansi terkait atau lembaga penelitian serta masyarakat pada umumnya. 2. Memberikan informasi / data sebagai referensi bagi perusahaan migas, lembaga penelitian atau instansi lain yang terkait maupun pihak independent.

12 BATASAN MASALAH 1. Studi ini dilakukan di perusahaan TOTAL E&P Indonesie, Balikpapan, yaitu studi optimasi pada pipa lepas pantai di area Bekapai yang menghubungkan platform BK ke BP1 dengan diameter original 8 inchi. 2. Variabel optimasi Diameter luar pipa (Do) dan tebal pipa (t) 3. Constraint yang dipertimbangkan stress analysis : hoop stress, buckling analysis : system collapse dan propagation buckling. 4. Parameter desain yang diperhitungkan meliputi : perhitungan on bottom stability, stress analysis, buckling analysis dan free span analysis. 5. Metode instalasi yang digunakan metode S-lay (pipa di area interfield offshore, d = 35 m). 6. Laying analysis dengan bantuan pemodelan software OFFFPIPE. 7. Pipeline design codes yang digunakan : ASME B (Main Code) DNV RP-F OBS (On Bottom Stability) DNV RP-F Global Buckling DNV RP-F Free Span DNV RP-E OBS (On Bottom Stability) DNV OS-F SPS (Submarine Pipeline System) API RP-14E 1991 Line Sizing 8. GS dari TOTAL yang digunakan : GS EP COR Corrosion GS EP PLR Pipelnes-Risers

13 METODOLOGI PENELITIAN KLICK HERE

14 ANALISIS & PEMBAHASAN Kalkulasi Dimensi Awal Pipa Erosional velocity Dengan : V e = kecapatan aliran tererosi, feet/second c = konstanta empiris ρm = mixture density dari gas/liquid pada tekanan dan suhu tertenti, lbs/ft 3 P = Tekanan pada saat beroperasi, psia S l = Spesific gravity cairan (Air = 1, gunakan garvitasi rata-rata untuk campuran air hidrokarbon) pada kondisi standart R = Ratio gas/liquid, ft 3 /barrel pada kondisi standart T = Suhu pada saat beroperasi, 0 R S g = Spesific gravity gas (udara=1) pada kondisi standart Z = Faktor kompresibilitas gas A = Minimum pipe cross-sectional area yang dibutuhkan, in 2 /1000 barrels liquid per day

15 ANALISIS & PEMBAHASAN Kalkulasi Dimensi Awal Pipa Pressure Drop Dengan : Q g = Laju aliran gas, million cubic feet/day (14,7 psia dan 60 0 F) S g = Spesific gravity gas (udara = 1) Q l = Laju aliran cairan, barrels/day S l = Spesific gravity cairan (air = 1) = Penurunan tekanan, psi/100 feet d i = Diameter dalam pipa, inchi = Density gas/cairan pada aliran tekanan dan suhu tertentu, lbs/ft 3 W = Jumlah cairan dan laju aliran uap air lbs/hr

16 ANALISIS & PEMBAHASAN Kalkulasi Dimensi Awal Pipa Reference : API RP-14 E-1991 (Line Sizing) Dari erosional velocity criteria dihasilkan minimum pipe inside diameter sebesar in Penurunan tekanan (pressure drop) sebesar 1.18 psi/100 ft. Karena diameter terlalu kecil, sehingga dipilih 4.5 in & in dalam mechanical design Diameter original 8 in tetap dipakai sebagai batasan maksimum dalam optimasi

17 ANALISIS & PEMBAHASAN Kalkulasi Tebal Pipa (Pipe Wall Thickness) Reference : ASME B Dengan : Do = Diamater luar pipa, in (mm) F 1 = Faktor desain hoop stress (Tabel 3.9) P e = Tekanan eksternal pipa, psi S h = Hoop stress, psi S y = Specified Minimum Yield Strength, psi T = Tebal pipa nominal, in (mm) Pe = Tekanan Eksternal pipa, psi w = Massa jenis air, kg/m 3 h = Kedalaman air laut, m G = Percepatan gravitasi, m/ s 2

18 ANALISIS & PEMBAHASAN Kalkulasi Tebal Pipa (Pipe Wall Thickness) Material grade B, X-42, X-46, X-46, X-52, dan X-56 (API 5L-2000). Tabel 4.1 Tebal Pipa tiap Material Grade (API 5L 2000) Grade Do t min (mm) t req (mm) t selected (mm) B X-42 X-46 X-52 X '' = mm " = mm '' = mm " = mm '' = mm " = mm '' = mm " = mm '' = mm " = mm

19 ANALISIS & PEMBAHASAN Analisis Tegangan (Stress Analysis) Hoop Stress Dengan : Do = Diamater luar pipa, in (mm) F 1 = Faktor desain hoop stress (Tabel 3.9) P e = Tekanan eksternal pipa, psi S h = Hoop stress, psi S y = Specified Minimum Yield Strength, psi T = Tebal pipa nominal, in (mm) Longitudinal Stress & Combined Stress Dengan : F2 & F 3 = Faktor desain combined stress (Tabel 2.9) Sl = Longitudinal Stress S t = Torsional stress, psi (MPa)

20 ANALISIS & PEMBAHASAN Analisis Tegangan (Stress Analysis) Material grade B, X-42, X-46, X-52, dan X-56 (API 5L-2000). Tabel 4. 2 Tebal Pipa tiap Material Grade (API 5L 2000) Grade Do Check S h (psi) Allowable S h (psi) Presentase S h Check 4.5'' = mm B 6.625" = mm '' = mm X " = mm X-46 X-52 X '' = mm " = mm '' = mm " = mm '' = mm " = mm

21 ANALISIS & PEMBAHASAN Analisis Tegangan (Stress Analysis) Material grade B, X-42, X-46, X-52, dan X-56 (API 5L-2000). Tabel 4.3 Tebal Pipa tiap Material Grade (API 5L 2000) Grade Do Longitudinal Stress Combined Stress (psi) Allawable Stress (psi) Check 4.5'' = mm 70% B 6.625" = mm 83% X-42 X-46 X-52 X '' = mm 58% " = mm 69% '' = mm 55% " = mm 65% '' = mm 55% " = mm 65% '' = mm 52% " = mm 61%

22 ANALISIS & PEMBAHASAN Analisis Buckling (Buckling Analysis) Karakteristik Collapse Dengan : P c = Tekanan collapse, psi P el = Tekanan collapse elastic, psi P p = Tekanan collapse plastis, psi f o = Ovality D = Diameter luar, in t 2 = Tebal minimum dinding pipa E = Modulus young ( ,71 psi) α fab = Faktor toleransi fabrikasi v = Poisson ratio, 0.3

23 ANALISIS & PEMBAHASAN Analisis Buckling (Buckling Analysis) System Collapse Check Dengan : p min = Tekanan internal minimum, psi = Material resitance factor, (Tabel 2.14) = Safety class resistance factor P c = Tekanan collapse, psi Propagation Buckling Kondisi terjadinya propagation buckling jika : P pr < P in < P e Dengan : Pe = tekanan eksternal, psi P pr = Tekanan perambatan buckling, psi f y = Tegangan yield, psi D = Diameter luar pipa, in t 2 = Tebal minimum dinding pipa, in α fab = Faktor fabrikasi Ppr Pe m sc

24 ANALISIS & PEMBAHASAN Analisis Buckling (Buckling Analysis) Tabel 4.5 System Collapse Check pada Material Grade B, X-42, X-46, X-52, dan X-56 Grade Ouside Diameter (Do) Caracteristic Collapse Pressure (P c ), psi Check Collapse (psi) Syarat (Check P e - P min < psi) B X-42 X-46 X-52 X '' = mm " = mm '' = mm " = mm '' = mm " = mm '' = mm " = mm '' = mm " = mm NOT

25 ANALISIS & PEMBAHASAN Analisis Buckling (Buckling Analysis) Tabel 4.6 Propagation Buckling pada Material Grade B, X-42, X-46, X-52, dan X-56 Grade Outside Diameter (Do) Ratio Do/t Ppropagation Presssure (psi) Check Propagation Pressure (psi) Check (Syarat > Pe ( psi)) B X-42 X-46 X-52 X '' = mm 6.625" = mm 4.5'' = mm 6.625" = mm 4.5'' = mm 6.625" = mm 4.5'' = mm 6.625" = mm 4.5'' = mm 6.625" = mm ,

26 ANALISIS & PEMBAHASAN Stabilitas Pipa (On Bottom Stability) Stabilitas Vertikal (DNV-RP-F ) Dengan : = Safety factor b = Gaya apung pipa tiap satuan panjang, N/m w s = Berat pipa yang terpendam tiap satuan panjang, N/m s g = Pipe spesific density Gaya apung pipa tiap satuan panjang (b) dan berat pipa yang tenggelam tiap satuan panjang (w s ) dapat dihitung dengan formula berikut : Dengan : = Masa jenis air laut (1025 kg/m 3 ) g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s 2 ) D c = Diamater luar pipa termasuk seluruh coating, m

27 ANALISIS & PEMBAHASAN On Bottom Stability Stabilitas Lateral (DNV-RP-F ) Dengan : = Faktor keselamatan (safety factor) = Beban hidrodinamis pada arah horisontal, N/m = Beban hidrodinamis pada arah vertikal, N/m = Tahanan tanah pasif, N/m = Koefisien gesek = berat pipa yang tenggelam tiap satuan panjang, N/m Dari kalkulasi tidak pipa diameter 4.5 in dan in masih stabil secara vertikal maupun lateral

28 ANALISIS & PEMBAHASAN On Bottom Stability Vertical Stability Material grade B, X-42, X-46, X-52, dan X-56 (API 5L-2000). Tabel 4.7 Tabel Hasil Kalkulasi Stabilitas Vertikal pada Pipa dalam Kondisi Instalasi dan Operasi Grade B X-42 X-46 X-52 X-56 Do Installation Condition Operation Condition Ratio Syarat DNV Check Ratio Syarat DNV Check 4.5'' = mm " = mm '' = mm " = mm '' = mm " = mm '' = mm " = mm '' = mm " = mm

29 ANALISIS & PEMBAHASAN On Bottom Stability Lateral Stability (Installation Condition) Material grade B, X-42, X-46, X-52, dan X-56 (API 5L-2000). Tabel 4.8 Tabel Hasil Kalkulasi Stabilitas Lateral pada Pipa dalam Kondisi Instalasi Grade Do Design Criterion (DC) Syarat DNV Check Ration DC dg Passive Soil Resistance Syarat DNV Check B 4.5'' = mm " = mm X '' = mm " = mm X '' = mm " = mm X '' = mm " = mm X '' = mm " = mm

30 ANALISIS & PEMBAHASAN On Bottom Stability Lateral Stability (Oparation Condition) Material grade B, X-42, X-46, X-46, X-52, dan X-56 (API 5L-2000). Tabel 4.9 Tabel Hasil Kalkulasi Stabilitas Lateral pada Pipa dalam Kondisi Operasi Grade B Design Do Criterion (DC) 4.5'' = mm Syarat DNV Check Ration DC dg Passive Soil Resistance " = mm Syarat DNV 1.0 Check X '' = mm " = mm X '' = mm " = mm X '' = mm " = mm X '' = mm " = mm

31 ANALISIS & PEMBAHASAN Free Span Analysis Material grade B, X-42, X-46, X-52, dan X-56 (API 5L-2000). Tabel Tabel Hasil Kalkulasi Free Span Analysis pada Material Grade B, X42, X46, X52, dan X56 Grade B X42 X46 X52 X56 Outside Diameter (Do) Span Lenght, L s (m) The Critical Span Lenght for In-Line Motion, L C-IL (m) The Critical Span Lenght for Cross Flow Motion 1, L C-CF (m) 4.5'' = mm 8,819 12,617 17, " = mm 12,430 14,000 27, '' = mm 8,775 12,554 17, " = mm 12,305 13,859 27, '' = mm 8,692 12,436 17, " = mm 11,855 13,703 27, '' = mm 8,443 12,080 17, " = mm 11,855 13,352 26, '' = mm 8,443 12,080 17, " = mm 11,855 13,352 26,544 Check L s < L C-IL & LC- CF

32 ANALISIS & PEMBAHASAN Laying Analysis Analisis laying pipa pada saat instalasi dilakukan dengan bantuan software OFFPIPE untuk pengecekan terhadap besarnya yield stress maksimum yang terjadi baik pada daerah over bend maupun sag bend. Berikut tabel bending stress maksimum yang dijinkan pada daerah over bend maupun sag bend. Tabel 8. Maximum Allowable Bending Stress (Referensi : Laying Analysis PT. Dwi Satu Mustika Bumi)

33 LAYING ANALISYS Gambaran Proses Laying Analysis Gambar 2.20 Tegangan pada Daerah Overbend (Bai. Y, 2001)

34 LAYING ANALISYS Laying Analysis Hasil Pemodelan Software OFFPIPE Material grade B, X-42, X-46, X-52, dan X-56 (API 5L-2000). Tabel 4.10 Persentase Yield Stress sebagai Output dari (Hasil Pemodelan) software OFFPIPE Grade B Do 4.5'' = mm Percent Yield Stress (Overbend) Max. Allowable Yield Stress (Overbend) Check Percent Yield Stress (Sagbend) % 49.28% NOT 85% 6.625" = mm % 70.06% Max. Allawable Yield Stress (Sagbend) 70% Check NOT X '' = mm 81.64% 44.88% 85% 6.625" = mm 82.10% 65.54% 70% X '' = mm 74.66% 40.97% 85% 6.625" = mm 78.64% 65.11% 70% X '' = mm 66.04% 36.24% 85% 6.625" = mm 67.82% 59.77% 70% X '' = mm 72.60% 33.34% 85% 6.625" = mm 66.75% 49.41% 70%

35 PEMODELAN OPTIMASI Pemodelan optimasi hanya dilakukan pada material grade B, X-42, dan X- 52, karena : Mengacu ke desain lama (diameter in, material grade X-42) Material grade B tidak lolos laying analysis pada pemodelan OFFPIPE Material grade X-56 terlalu tinggi grade-nya Material Grade X-52 Tabel 4.11 Data Diameter dan Tebal Pipa Material Grade X-52 Hoop Stress (Psi) System Collapse (Psi) Propagation Buckling (Psi) D (in) t (in) D (in) t (in) D (in) t (in) 4,5 0,0755 4,5 0,139 4,5 0,183 6,625 0,11 6,625 0,25 6,625 0,22 8 0, , ,243

36 PEMODELAN OPTIMASI Kemudian akan diplot dalam grafik untuk mencari titik optimum.. 0,3 Grafik Optimasi tiap Constraint (Psi) y = -0,0002x 2 + 0,0196x + 0,0988 Tebal Pipa (in) 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 y = -0,0409x 2 + 0,5072x - 1,3153 y = 0,0001x 2 + 0,0147x + 0,0066 Hoop Stress X-52 System Collapse X-52 Propagation Buckling X-52 Poly. (Hoop Stress X-52) Poly. (System Collapse X-52) Poly. (System Collapse X-52) Poly. (Propagation Buckling X-52) Diameter Luar Pipa (in) Gambar 4. 3 Grafik Optimasi tiap Constraint pada Material Grade X52

37 PEMODELAN OPTIMASI Sehingga titik optimumnya adalah : (7.2, ). Hal ini berarti pada material grade X-42 diameter luar pipa yang optimum adalah 7.2 in dan tebal pipanya optimum adalah in. Dengan berat pipa = lb/in. Karena diameter luar ini tidak disediakan dalam schedule pipa (API 5L 2000), maka dipilih yang mendekati diameter luar dan tebal pipa dalam schedule pipa, yaitu diameter luar pipa in dan tebal pipa in.

38 KESIMPULAN 1. Meminimalkan berat pipa dilakukan dengan bantuan Microsoft Excel dengan membuat persamaan objektif tiap constraint dengan memplotkan 2 variabel diameter luar dan tebal pipa pada grafik. 2. Pipa dengan Ø 4.5 dan Ø pada masing-masing material grade (B, X- 42, X-46, X-52, dan X-56 masih stabil baik kondisi instalasi maupun operasi. 3. Panjang bentangan pipa masih memenuhi (kurang dari) panjang bentangan kritis pipa. 4. Laying analysis (pemodelan OFFPIPE) menunjukkan bahwa pada material grade B dengan Ø 4.5 dan Ø persen yield stress-nya melebihi maximum yield stress yang diijinkan, sementara pada material grade pada X- 42, X-46, X-52, dan X-56 masih memenuhi. 5. Diameter pipa (Do) dan tebal pipa (t) yang optimum untuk dapat dioperasikan di BK-BP 1 platform area Bekapai adalah Ø 8.625, dan tebal in dengan berat minimal pipa lb/in dan material grade X-52.

39 DAFTAR PUSTAKA API RP-14E Recommended Practice for Design and Installation of Offshore Production Platform Piping System. Northwest Washington, DC. American. API Spec-5L Spesification for Line Pipe. American Petroleum Institute, American. ASME B Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids. The American Society of Mechanical Engineers, American. Bai,Y Pipeline and Risers. Oxford. Elsevier Science Ltd. DNV OS-F Submarine Pipeline Systems. Det Norske Veritas, American. DNV RP-F On-Bottom Stability Design of Submarine Pipelines. Det Norske Veritas, American. DNV RP-F Global Buckling of Submarine Pipelines Structural Design Due to High Temperature/High Pressure. Det Norske Veritas, American DNV RP-F Free Spanning Pipelines. Det Norske Veritas, American DNV RP-E On-Bottom Stability Design of Submarine Pipelines Det Norske Veritas, American. GS EP COR Corrosion, Three Layer Polyethylene External Coating for Pipelines. TOTAL E&P Indonesie. Guo, B., Song, S., Chacko, J., dan Ghalambor, A Offshore Pipeline. Elsiver, United State. Halliwell, R. (1986). An Introduction to Offshore Pipeline. University College, Cork. Intranet TOTAL E&P Indonesie. Mouselli, A Offshore Pipeline Design, Analysis and Methods. PenWell Books, Oklahoma. Rosyid, D.M Optimasi, Teknik Pengambilan Keputusan secara Kuantitatif. ITS Press, Surabaya. Tahrizi, A Report of On the Job Training Bekapai Pipeline Analysis BKP-SNP 12 Pipeline Depressurisation Study and BK-BP1 New Pipeline Design, Balikpapan. Santosa, B MATLAB untuk Statistika dan Teknik Optimasi. Graha Ilmu, Yogyakarta.

40 The End OF PRESENTATION