TUGAS AKHIR ANALISA RESIKO OPERASIONAL STRUKTUR TERPANCANG BHAKTI SULISTIYONO

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR ANALISA RESIKO OPERASIONAL STRUKTUR TERPANCANG BHAKTI SULISTIYONO

2 LATAR BELAKANG Diperlukan bangunan lepas pantai yang dapat menahan beban-beban selama moda operasi Terjadi kerusakan pada member-member bangunan lepas pantai bahkan dapat mengakibatkan keruntuhan dan terjadi dibawah umur teknis yang direncanakan sehingga dapat menimbulkan bahaya dan kerugian.

3 PERUMUSAN MASALAH Berapa peluang kegagalan struktur akibat kerusakan yang terjadi pada member-member platform pada saat beroperasi akibat beban-beban statis dan beban impact akibat tubrukan supply vessel? Dengan moda kegagalan akibat kombinasi Tekan Aksial dan Bending Member, berapakah kecepatan vessel yang diijinkan bersandar saat terjadi work over rig minimum dan work over rig maksimum? Berapa tingkat resiko kerusakan struktur pada saat beroperasi sekaligus bagaimana risk management plan untuk meminimalisir resiko yang terjadi akibat kerusakan struktur?

4 TUJUAN Untuk mengetahui berapa besar peluang kegagalan struktur akibat kerusakan yang terjadi pada membermember platform pada saat beroperasi akibat beban statis dan beban impact akibat tubrukan supply vessel. mengetahui kecepatan vessel yang diijinkan bersandar pada platform Mengetahui tingkat resiko platform pada saat beroperasi sekaligus menetapkan risk management plan untuk meminimalisir resiko yang terjadi.

5 BATASAN MASALAH Berat vessel yang sering bersandar diasumsikan 600 ton Codes yang digunakan dalam perancangan adalah API RP 2A WSD Kecepatan supply vessel diasumsikan sebesar 0.5, 1.0 dan 1.5 knot yaitu kecepatan saat menuju dan meninggalkan platform Tubrukan hanya mengenai kaki jacket / barge bumper Redaman pada fender diabaikan Moda kegagalan dalam analisis hanya satu macam, yaitu kombinasi Tekan Aksial dan Bending Member Analisa resiko hanya dilakukan pada side impact Analisa resiko hanya dilakukan akibat beban rig dan beban impact untuk mendapatkan matriks resiko

6 Dari hasil Manfaat Dari analisa statis akan diketahui tingkat kerusakan dan peluang kegagalan dari suatu platform. Dengan meninjau peluang kegagalan desain dan peluang kegagalan struktur akibat beban-beban operasional akan didapatkan berapa kecepatan vessel yang diijinkan bersandar. Mengetahui tingkat resiko dari platform dan langkah-langkah untuk menurunkan tingkat resiko untuk 2 kondisi diatas sampai resiko dapat diterima.

7 CONT D... SKENARIO PEMBEBANAN Kondisi operasi dengan work over rig maksimum Saat work over rig maksimum, vessel tidak merapat ke struktur. Saat work over rig maksimum, vessel merapat ke struktur dengan kecepatan 0.5 knot. Saat work over rig maksimum, vessel merapat ke struktur dengan kecepatan 1 knot. Saat work over rig maksimum, vessel merapat ke struktur dengan kecepatan 1.5 knot. Kondisi operasi dengan work over rig minimum Saat work over rig minimum,vessel tidak merapat ke struktur. Saat work over rig minimum, vessel merapat ke struktur dengan kecepatan 0.5 knot. Saat work over rig minimum, vessel merapat ke struktur dengan kecepatan 1 knot. Saat work over rig minimum, vessel merapat ke struktur dengan kecepatan 1.5 knot.

8 Matrik beban untuk work over rig maksimum ID Description SW Self Weight Enviromental load 35 deg 1 12 Enviromental load 80 deg 1 13 Enviromental load 125 deg 1 14 Enviromental load 170 deg 1 15 Enviromental load 215 deg 1 16 Enviromental load 260 deg 1 17 Enviromental load 305 deg 1 18 Enviromental load 350 deg 1 LL MD Live load cellar deck LL CD Live load main deck Rig Hook Rig + Hook load CR Crane Moment x Moment crane x Moment z Moment crane z CP Catodic protection EB 1 Electrical box EB 2 Electrical box Trans 4 Transformer Trans 2 Transformer Trans 1 Transformer Trans 3 Transformer SG 1 Switch gear SG 2 Switch gear BB Vessel collision

9 Matrik beban untuk work over rig minimum ID Description SW Self Weight Enviromental load 35 deg 1 12 Enviromental load 80 deg 1 13 Enviromental load 125 deg 1 14 Enviromental load 170 deg 1 15 Enviromental load 215 deg 1 16 Enviromental load 260 deg 1 17 Enviromental load 305 deg 1 18 Enviromental load 350 deg 1 LL MD Live load cellar deck LL CD Live load main deck Rig Hook Rig + Hook load CR Crane Moment x Moment crane x Moment z Moment crane z CP Catodic protection EB 1 Electrical box EB 2 Electrical box Trans 4 Transformer Trans 2 Transformer Trans 1 Transformer Trans 3 Transformer SG 1 Switch gear SG 2 Switch gear BB Vessel collision

10 CONT D... MODA KEGAGALAN Moda kegagalan struktur akibat beban-beban operasional yaitu pada kombinasi Tekan Aksial dan Bending Member yang direpresentasikan dalam Unity Check member (UC) yang berfungsi sebagai variabel acak dan angka 1 sebagai faktor kekuatan atau ketahanan. Jika UC-1 < 0 maka aman UC-1 > 0 maka gagal Critical Review Perbedaan utama penelitian ini dengan penelitian Rahawari (2009)danSumiwi(2008) Adalah : Pada 2 penelitian sebelumnya beban-beban operasional seperti beban peralatan dan beban rig diabaikan sedangkan pada penelitian ini kedua beban tersebut menjadi perhatian utama serta analisa resiko dan langkah-langkah pengurangan resiko

11 METODOLOGI Mulai Studi literatur Input beban payload, rig, self weight berdasarkan kriteria API RP 2A WSD Pengumpulan data desain platform dan data operasional platform Pemodelan struktur terpancang dengan GT Strudl 27.0 Input properties dan material properties Input impact force akibat tubrukan vessel dari ANSYS LS-DYNA untuk berbagai variasi kecepatan Analisa statis kekuatan struktur akibat beban operasional (Rig) dan akibat tubrukan supply vessel Identifikasi sumber kegagalan struktur pada saat operasi Menghitung peluang kegagalan A

12 CONT D A Analisa konsekuensi kegagalan akibat kerusakan struktur Menghitung resiko kegagalan Menganalisa tingkat resiko kegagalan akibat kerusakan struktur Resiko diterima tidak Mitigasi Ya selesai

13 Data utama Berikut ini adalah spesifikasi struktur jacket MSN: 1.Deck: Main deck, Cellar deck, dan Sump pump deck 2.Appurtennances : Boat landing, walkway, anode, conductor,riser 3.Terdiri dari 4 kaki Data lingkungan 1. Kedalaman perairan m 2. Tinggi gelombang 1.98 m, periode 5 detik dengan periode ulang 1 tahunan 3. Kecepatan arus 3.03 m/s konstan disepanjang kedalaman. 4. Ketebalan marine growth diambil 13 mm konstan di sepanjang kedalaman. 5. Kecepatan angin sebesar 41,15 m/s.

14 Equilibrium check (AKSI = REAKSI) Aksi (lbs) Reaksi Y force (lbs) Beban Y Force (lbs) Joint 1023 joint 1026 Joint 1027 Joint 1028 Total reaksi Live load cellar deck Live load main deck Rig + Hook load Crane Moment crane x 4.37E E-03 Moment crane z -2.59E Catodic protection Self weight Electrical box Electrical box Transformer Transformer Transformer Transformer Switch gear Switch gear

15 Pemodelan impact Pemodelan geometri barge bumper dan vessel Pemodelan geometri barge bumper berdasarkan data landing platform dengan OD = m ID= m. Pada pemodelan ini digunakan elemen solid 164, yaitu elemen yang terdiri dari delapan node yang memiliki derajat kebebasan (DOF) di tiap nodenya untuk : translasi, kecepatan, percepatan arah x, y, z. Data vessel yang digunakan dengan spesifikasi utama LOA = 45 m, B = 11.8 m, H= 4.6 m dan T = 3.6 m

16 Cont d Input material properties barge bumper pada LS DYNA Density 7865 kg/m3 Young modulus 2.07E+11 Pa Poison's ratio 0.27 no unit Yield stress 3.10E+08 Pa Tangent modulus 7.63E+08 Pa Hardening parm 1 no unit Strain rate (c) 40 no unit Strain rate (P) 5 no unit Failure strain 1 no unit Material properties vessel pada LS DYNA Density 7580 Kg/m3 Young's modulus 2.07E0+11 Pa Poison's ratio 0.27 no unit

17 Cont d Penentuan objek kontak dan target Input specify load

18 cont d.. Input initial velocity LS DYNA pada vessel

19 Letak kontak dan dent maksimum Berdasarkan analisa didapatkan dent maksimum sebesar 0.27 m yaitu pada kecepatan 0.77m/s

20 Analisa dinamis kerusakan landing platform akibat beban impact vessel Dari analisa impact didapatkan dent untuk tiap-tiap kecepatan

21 cont d Dari ketiga grafik diatas dapat dilihat dent maksimum terjadi pada kecepatan 0.77 m/s yaitu sebesar 0.27 m dan ketiga grafik mempunyai kecenderungan yang sama mengikuti trend dari kurva perubahan material plastis. Hal ini sesuai dengan pemilihan jenis dan material propertis pada saat awal pemodelan (plastic kinematic)).

22 Analisa stress Berikut output stress untuk tiap-tiap kecepatan

23 Cont d Berdasarkan grafik stress untuk ketiga kecepatan diatas didapatkan Harga stress terbesar yaitu 1.34E+08 N/m 2 untuk kecepatan 0.25 m/s, 1.98E+08 N/m 2 untuk kecepatan 0.5 m/s dan 2.32E+08 N/m 2 untuk kecepatan 0.77 m/s

24 Input Force Setelah diketahui harga stress maksimum untuk tiap-tiap kecepatan maka akan dilakukan perhitungan untuk mendapatkan force yang nantinya akan diinputkan pada GT-Strudl. Berdasarkan perhitungan didapatkan harga force sebesar 2.73E+07 N untuk kecepatan vessel 0.25 m/s, 5.47E+07 N untuk kecepatan vessel 0.5 m/s, dan 9.91E+07 N untuk kecepatan vessel 0.77 m/s.

25 Validasi Dengan mengacu pada persamaan dalam HSE Offshore Technology Report akan dibandingkan besarnya stress yang dihasilkan oleh ANSYS. Rumus HSE : Skenario kecepatan (m/s) Tabel validasi impact force ANSYS dan HSE contact stiffness ANSYS (N/m) massa (kg) HSE (N) ANSYS (N) ERROR (%) E E E Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa error terbesar yang terjadi sebesar 1.23 %, yaitu pada kecepatan vessel 0.77 m/s.

26 Analisa statik struktur akibat beban-beban operasional dan beban impact Berdasarkan analisa statik yang dilakukan didapatkan jumlah member yang mengalami kegagalan untuk tiap-tiap skenario Jumlah member terbanyak yang mengalami kegagalan terjadi pada kondisi work over rig maksimum dengan kecepatan vessel 0.77 m/s yaitu sebanyak 80 member,.

27 Cont d Untuk kondisi work over rig minimum sebanyak 60 member yang mengalami kegagalan yaitu pada kecepatan vessel 0.77 m/s Dari kedua grafik diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar kecepatan yang diinputkan maka jumlah member yang mengalami kegagalan akan semakin meningkat.

28 Cont d.. Berikut ini salah satu contoh bentuk lendutan yang dialami struktur akibat beban operasional Y Z X

29 Peluang kegagalan Dengan memperhitungkan moda kegagalan serta menggunakan simulasi montecarlo dengan jumlah random number generated sebanyak maka dapat dihitung peluang kegagalan struktur. Skenario Kecepatan(m/s) Pof work over rig maksimum ID Pof work over rig minimum ID A B A B A B A B4

30 Cont d.. Dapat disimpulkan bahwa peluang kegagalan pada member member struktur akibat penambahan beban akan bertambah secara polynomial (orde 2) dan persamaannya menjadi Y (pof) = V V dan Y (pof) = V V , dimana V adalah kecepatan vessel.

31 Cont d Dengan target keandalan = 2 yang setara dengan Pof = , selanjutnya akan didapatkan kecepatan vessel yang diijinkan bersandar dengan cara memotongkan garis ke grafik. Setelah memotongkan garis ke grafik peluang kegagalan untuk kondisi work over rig maksimum dan minimum dan membuat garis trendline maka didapatkan kecepatan maksimum vessel yang diijinkan bersandar untuk kedua kondisi tersebut yaitu 0.7 m/s untuk kondisi work over rig minimum dan m/s untuk untuk work over rig maksimum.

32 Matrik resiko Matriks resiko yang digunakan merupakan matriks 5x5 dengan komponen PoF dan konsekuensi yang telah ditentukan Untuk Pof diambil dari peluang kegagalan untuk tiap-tiap skenario Konsekuensi kegagalan struktur mengacu pada API RP2A, terutama bila dilihat dari segi kedalamannya, bahwa jacket yang yg dianalisa memiliki konsekuensi kegagalan pada tingkat menengah (L-2 medium consequence).

33 Cont d.. Dengan menggunakan pof untuk tiap-tiap skenario dan dengan konsekuensi struktur jacket yang ditinjau termasuk kategori L-2. Maka hasil yang didapat menunjukkan bahwa struktur jacket yang ditinjau masuk dalam kategori high risk atau mempunyai resiko tinggi untuk semua skenario.

34 tabulasi peluang kegagalan struktur setelah pengurangan beban rig. Mitigasi Perhitungan pengurangan frekuensi harus diprioritaskan sebelum perhitungan pengurangan konsekuensi. Hal-hal yang akan dilakukan untuk menurunkan tingkat resiko pada struktur adalah mengurangi beban untuk menurunkan pof dari struktur, dalam hal ini beban yang akan dikurangi adalah beban rig, dikarenakan beban ini merupakan beban yang paling signifikan selama masa operasi. tabulasi peluang kegagalan struktur setelah pengurangan beban rig. SKENARIO KECEPATAN (m/s) POF KETERANGAN R R R R4

35 Cont d.. Berdasarkan tabel diatas dapat dilihat bahwa pengurangan beban rig sekaligus tidak adanya vessel yang merapat mengkibatkan peluang kegagalan struktur paling kecil, sehingga peluang kegagalan struktur dapat dikategorikan berada pada level medium risk.

36 cont d Dari matriks diatas dapat diketahui bahwa untuk skenario R2 R3 R4 masih berada pada kategori high risk meskipun beban rig sudah dikurangi, hal ini menunjukkan bahwa beban impact masih memberikan dampak yang cukup besar terhadap kegagalan struktur. Sedangkan untuk skenario R1 kategori resiko nya turun dari high risk menjadi kategori medium risk. Jadi dapat diambil langkah-langkah mitigasi sebagai berikut : Untuk kegiatan rig tidak dilakukan diatas jacket akan tetapi dilakukan diatas jack up. Vessel tidak merapat pada jacket akan tetapi merapat di tongkang atau di work boat, karena pof struktur untuk vessel yang bersandar untuk kecepatan 0.25, 0.5, 0.77 m/s masih berada pada kategori high risk.

37 Kesimpulan Bahwa peluang kegagalan pada member member struktur akibat penambahan beban akan bertambah secara polynomial (orde 2) dengan trend yang mengikuti persamaan Y (pof) = V V untuk work over rig minimum dan Y (pof) = V V untuk work over rig maksimum, dimana V adalah kecepatan vessel. Kecepatan maksimum vessel yang diijinkan bersandar yaitu 0.7 m/s untuk kondisi work over rig minimum dan m/s untuk untuk work over rig maksimum. Bahwa struktur yang dianalisa tergolong dalam kategori high risk untuk semua skenario pembebanan. Metode mitigasi yang dilakukan adalah pengurangan beban sampai resiko dapat diterima yaitu : a) Untuk kegiatan rig tidak dilakukan diatas jacket akan tetapi dilakukan diatas jack up. b) Vessel tidak merapat pada jacket akan tetapi merapat di tongkang atau di work boat, karena pof struktur untuk vessel yang bersandar untuk kecepatan 0.25, 0.5, 0.77 m/s masih berada pada kategori high risk.

38 Daftar Pustaka Amdahl, J. and Johansen, A. 2001, High-Energy Ship Collision With Jacket Legs, Proceedings of the Eleventh (2001) International Offshore and Polar Engineering Conference, June 2001, Pages American Bureau of Shipping, 2003, Risk Evaluations for the Classification of Marine-Related Facilities, Houston, USA American Petroleum Institute, 2002, Recommended Practice For Planning and Constructing Fixed Offshore Platform Working Stress Design, API Recommended Practice 2A (RP 2A) WSD Chakrabarty, S. K., 1987, Hydrodinamics of Offshore Structure, Computational Mechanics Publications Southampton, Boston, USA. Dawson, T. H., 1983, Offshore Structural Engineering, Prentice-Hall Inc. Engelwood Cliffts, New Jersey, USA. Gjerde, P., Parsons S.J., Igbenabor, S.C., 1999, Assessment of jack-up boat impact analysis methodology, Marine Structures 12 (1991), Pages Hastanto, E. S., 2005, Analisa Ultimate Strenght Struktur Jacket LE Berbasis Keandalan. Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS, Surabaya.

39 Cont d Health and Safety Executive Load. Offshore Technology report 2001/0.13. Kenny, J.P., 1988, Protection of Offshore Installations Against Offshore Technology Information, OTI Impact, Moan, T.(1983) Safety of Offshore Structures, Proc. 4th ICASP Conference, Firenze, Pitagora Editrice. Popov, E. P., 1993, Mekanika Teknik, Penerbit Erlangga, Jakarta. Rahawarin, A.K.,2009, Analisa Keruntuhan Jacket Fixed Platform Akibat Tubrukan Supply Vessel, ITS, Surabaya. Rosyid, D.M., 2007, Pengantar Rekayasa Keandalan, Airlangga University Press, Surabaya. Soedjono, J. J., 1999, Perancangan Sistem Bangunan Laut, Fakultas Teknologi Kelautan, ITS, Surabaya. Sumiwi, A. D., 2009, Respon Dinamis Akibat Benturan Kapal Pada Anjungan Jacket, Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan; ITS, Surabaya. Visser, W., 2004, Ship collision and capacity of brace member of fixed steel offshore platform, HSE Research report, Netherlands. Yudhistira, 2008, Analisa Kekuatan Ultimate Struktur Jacket LWA Berbasis Resiko dengan MicroSAS, Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan; ITS, Surabaya.

40 TERIMA KASIH