Lembar Pengesahan. Analisis Free Span Pipa Bawah Laut

Transkripsi

1 ABSTRAK Pipa bawah laut merupakan sarana penting dalam mengalirkan minyak bumi atau gas dari anjungan lepas pantai menuju daratan. Dalam perencanaan jaringan pipa bawah laut terdapat analisis dasar yang perlu dilakukan yaitu analisis pemilihan rute pipa yang akan dilalui, analisis ketebalan dinding pipa (wall thickness), dan analisis stabilitas pipa (on bottom stability). Analisis ketebalan pipa dilakukan berdasarkan beban-beban yang terjadi pada saat instalasi maupun operasi. Pipa harus dapat menahan beban-beban yang terjadi baik dari dalam pipa (tekanan internal) maupun dari luar pipa (tekanan eksternal pipa, gaya hidrostatis, dan gaya akibat instalasi). Berdasarkan analisis ini akan didapatkan ketebalan minimum pipa yang dapat digunakan tanpa mengabaikan faktor keamanan dari pipa tersebut. Sedangkan pada analisis kestabilan pipa perhitungan yang dilakukan didasarkan kepada gaya-gaya lingkungan akibat arus, gelombang dan gaya apung yang terjadi pada pipa bawah laut. Analisis kestabilan pipa dilakukan untuk mendapatkan ketebalan selubung beton yang diperlukan pada pipa, beton disini berfungsi sebagai pemberat dalam menstabilkan pipa. Ketika pipa bawah laut telah berada di dasar laut, pipa akan mengalami fenomena free span hal ini dikarenakan kontur dasar laut yang tidak rata. Free span merupakan suatu area dimana jaringan pipa tidak terjadi kontak dengan dasar laut. Free span yang terjadi harus di analisis agar dapat diketahui apakah pipa masih aman atau tidak. Karena jika free span yang terjadi sangat panjang pipa dapat mengalami fatigue yang mengakibatkan kegagalan pada struktur.

2 Lembar Pengesahan Tugas Akhir Sarjana Analisis Free Span Pipa Bawah Laut Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, Penulis Pasfoto 3x4 Ratna Puspitasari NIM Bandung, Pembimbing Rildova, Ph.D NIP Mengetahui: Program Studi Teknik Kelautan Ketua, Dr.Ir. Muslim Muin, MSOE NIP

3 PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Diberikan kepada Nama : Ratna Puspitasari NIM : TUGAS AKHIR Judul Tugas Akhir adalah Analisis Free Span Pipa Bawah Laut, dengan isi Tugas Akhir sebagai berikut : BAB I BAB II BAB III BAB IV BAB V PENDAHULUAN TEORI DASAR ANALISIS FREE SPAN STUDI KASUS PENUTUP Tugas Akhir ini dibuat rangkap 6 (enam) : 1. Untuk Mahasiswa ( 1 buah ) 2. Untuk Pembimbing ( 1 buah ) 3. Untuk Penguji Sidang Tugas Akhir ( 2 buah) 4. Untuk Tata Usaha Program Studi Teknik Kelautan ( 1 buah ) 5. Untuk Perpustakaan ( 1 buah ) Bandung, Juni 2008 Menyetujui Koodinator, Pembimbing Krisnaldi Idris, Ph.D NIP Rildova, Ph.D NIP

4 PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

5 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul Analisis Free Span Pipa Bawah Laut. Laporan ini disusun untuk memenuhi syarat mendapatkan gelar sarjana Teknik dari Program Studi Teknik Kelautan. Laporan ini disusun berdasarkan data-data di lapangan yang didapatkan dari suatu proyek. Laporan ini diharapkan mampu memberikan gambaran secara umum mengenai fenomena free span yang terjadi pada jaringan pipa bawah laut. Ucapan terima kasih yang tulus penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu selama ini, antara lain kepada: 1. Keluarga besar Yuliarso Suroyo, mama, papa, kak wid, kak dika, dan 2 bocah cilik, yang tanpa henti selalu memberikan semangat, dukungan serta doa demi kelancaran pelaksanaan tugas akhir ini. 2. Rildova, Ph.D selaku pembimbing tugas akhir yang telah sabar membimbing dan banyak memberikan masukan dalam menyelesaikan Tugas akhir. 3. Dr. Nita Yuanita, ST. MT dan Dr. Sri Murti, M. Sc sebagai dosen penguji atas segala masukan dan koreksi pada Tugas Akhir ini. 4. Mas Karyo yang super baik hati karena telah memberikan data, ilmu, masukan, nasehat dan mau diganggu pada saat sibuk kerja. Tanpa mas karyo tidak mungkin penulis lulus Juli. 5. Bu witri, Onal, Iyus, Fantri, Nanda, Rahma, Bang Jordan, Benfika, pokoknya semua yang ada di lantai 4 Labtek VI yang telah banyak memberikan bantuan dalam pelaksanaan tugas akhir ini. 6. Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Kelautan Institut Teknologi Bandung atas ilmu yang diberikan. i

6 7. Seluruh staf TU Program Studi Teknik Kelautan, Bu Nunung, Kang Isep, Pak Yatno, Pak Tumin dan Pak Aep yang selalu ramah pada penulis setiap saat. Maaf kalo penulis sering merepotkan kalian. 8. Lohdaya Perkasa untuk semua semangat, motivasi, doa, nasehat, bantuan dan hiburan yang diberikan selama mengerjakan tugas akhir ini. Terima kasih karena selalu ada untuk penulis. Ayo cepat lulus, cepat pergi ke luar negeri. 9. Nyonya fira, jeng sanchai, neng dini dan bu dina yang selalu memberikan perhatian penuh kepada penulis selama pelaksanaan tugas akhir. 10. Pepen partner dalam segala hal yang telah memberikan semangat dan dukungan. Penulis doakan Oktober ini dirimu menyusul. 11. Gals! (Tasia, Disti, Alin, Mela) yang selalu memberikan gosip-gosip hangat di KL. Terima kasih untuk semua kisah yang tak terlupakan. 12. Dewi-dewi atas kesediannya mengajari penulis sehingga penulis dapat lulus kompre dan akhirnya bisa seminar dan sidang. 13. KMKPTA dan kubu pahlawan yang telah memberikan nuansa menyenangkan di Kelautan. Berkat kalian penulis betah ada di kampus. 14. Rin, Herda, Leny, Lely, Vini atas dukungannya. Yang semangat y kuliahnya. 15. Rejos ganteng yang selalu mau menjelaskan apapun disaat penulis bertanya dan selalu mau mendengarkan keluhkesah penulis. 16. Rian si baik hati yang selalu memberikan perhatian, doa, dan semangat. Kamu pasti bisa Rian!. 17. Wargi LSS, khususnya kak Pria atas dorongan dan dukungannya. 18. Teman-teman KL 2002, 2003, 2005, Pihak-pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan, semangat, serta doa kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan tugas akhir ini. ii

7 Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Oleh karena itu bimbingan serta saran membangun dari berbagai pihak sangat diharapkan. Akhir kata, semoga banyak hikmah serta manfaat yang dapat diberikan atas penulisan laporan ini. Bandung, Juni 2008 Penulis iii

8 Daftar Isi Laporan Tugas Akhir Analisis Free Span Pipa Bawah Laut Kata Pengantar... i Daftar Isi... iv Daftar Gambar... vii Daftar Tabel... viii Bab 1 Pendahuluan 1.1 Umum Latar Balakang Maksud dan Tujuan Ruang Lingkup Sistematika Penulisan Bab 2 Desain Jaringan Pipa Bawah Laut 2.1 Umum Klasifikasi Sistem Pipa Berdasarkan Fluida yang Dialirkan Klasifikasi Sistem Pipa Berdasarkan Lokasi Pipa Klasifikasi Sistem Pipa Berdasarkan Tingkat Keamanan Pemilihan Rute Pipa Pembebanan pada Pipa Pemilihan Diameter dan Material Pipa Desain Tebal Dinding Pipa Karakteristik Wall Tickness Kriteria Pressure Containment Kriteria Buckling On-Bottom Stability Kondisi Lingkungan iv

9 2.6.2 Gaya-gaya yang Bekerja pada Analisis On-Bottom Stability Analisis Desain Stabilitas Pipa Bawah Laut Bab 3 Analisis Free Span 3.1 Free Span Data Lingkungan Data Geoteknik Data arus Data Gelombang Kriteria Screening Fatiguel Frekuensi Natural Pipa Concrete Stiffness Enhancement Factor (CSF) Gaya Aksial Efektif Defleksi Statik Static Bending Moment Effective span Length Response Model In-Line Response Model Cross Flow Response Model Kriteria Ultimate Limit Strength Pipe member Subjected to bending moment, effective axial force and external overpressure Pipe member Subjected to bending moment, effective axial force and internal overpressure Perhitungan Umur Fatigue Bab 4 Studi Kasus 4.1 Deskripsi Permasalahan Deskripsi Lokasi Pipa Data-data Pipa Data Pipa Data Desain dan Operasional Data Elevasi Pasang surut Data Kondisi Tanah Data Kedalaman Perairan Data Arus dan Gelombang Data Properti Air Laut Analisis Desain Pipa Analisis Ketebalan Pipa Analisis Stabilitas Pipa v

10 Bab Analsisi Free Span Analisis Umur Fatigue Penutup 5.1 Kesimpulan Saran Daftar Pustaka Lampiran A Perhitungan ketebalan dinding pipa (wall thickness) Lampiran B Perhitungan stabilitas ketebalan pipa (On-bottom Stability) Lampiran C Perhitungan Screening Fatigue Limit State untuk maximum fdfdfffallowable span Lampiran D Perhitungan Screening Ultimate Limit State untuk maximum sfffffffallowable span Lampiran E Perhitungan Umur Fatigue (pada lokasi span pipa #874) vi

11 Daftar Gambar Laporan Tugas Akhir Analisis Free Span Pipa Bawah Laut Gambar 1.1 Jaringan pipa bawah laut Gambar 2.1 Flow chart langkah desain pipa bawah laut Gambar 2.2 Flow chart routing selection Gambar 2.3 Grafik temperatur Vs Stress derating Gambar 2.4 Sketsa orbit partikel gelombang Gambar 2.5 Gaya-gaya yang bekerja pada pipa bawah laut Gambar 2.6 Ilustrasi penampang pipa bawah laut Gambar 2.7 Ilustrasi pipa bawah laut dengan HDPE coating dan concrete coating Gambar 2.8 Grafik koefisien drag Vs Raynold number Gambar 2.9 Grafik koefisien lift Vs Raynold number Gambar 2.10 Sketsa terjadinya gaya gesek pada pipa Gambar 2.11 Ilustrasi konsentrasi streamline pada pipa Gambar 2.12 Grafik nilai koefisien gesek untuk jenis tanah clay Gambar 2.13 Grafik nilai faktor kalibrasi Gambar 3.1 Tipe umum free span pipa bawah laut Gambar 3.2 Flow chart analisis free span Gambar 3.3 Amplitudo kecepatan aliran signifikan pada elevasi pipa Gambar 3.4 Respon amplitudo in-line VIV vs V Rd dan K Sd Gambar 3.5 Ilustrasi pembentukan grafik response model in-line VIV Gambar 3.6 Respon amplitudo cross flow VIV vs V Rd dan K Sd Gambar 3.7 Definisi parameter penentuan faktor koreksi trench Gambar 3.8 Ilustrasi pembentukan grafik response model cross flow VIV Gambar 3.9 Flowchart tahapan analisis fatigue damage Gambar 3.10 Kurva S-N untuk struktur di laut dengan perlindungan katodik Gambar 3.11 Grafik hubungan bilangan Reynolds dan bilangan Strouhal Gambar 4.1 Peta lokasi pipeline vii

12 Daftar Tabel Laporan Tugas Akhir Analisis Free Span Pipa Bawah Laut Tabel 2.1 Klasifikasi Keamanan Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Fluida yang Dialirkan Tabel 2.2 Klasifikasi Keamanan Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Lokasi Pipa Tabel 2.3 Klasifikasi Keamanan Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Tingkat Keamanan Tabel 2.4 Klasifikasi Keamanan Sistem Pipa Bawah Laut Tabel 2.5 Nilai Safety Factor Sistem Pipa Bawah Laut untuk Perhitungan Pressure Containment. 2-5 Tabel 2.6 Nilai Safety Factor Sistem Pipa Bawah Laut untuk Perhitungan Buckling Tabel 2.7 Faktor Kekuatan Material Tabel 2.8 Faktor Daya Tahan Material Tabel 2.9 Faktor Maksimum Fabrikasi Tabel 2.10 Karakteristik Properti Material Tabel 2.11 Grade Material Berdasarkan Standar API Tabel 2.12 Incidental Ratio untuk Pressure Containmet Tabel 2.13 Nilai Koefisien Gesek Berdasarkan Jenis Tanah Tabel 4.1 Data Pipa Tabel 4.2 Data Concrete Coating Thickness Tabel 4.3 Data Desain dan Operasional Pipa Tabel 4.4 Data Elevasi Pasang Surut Tabel 4.5 Deskripsi Tanah Tabel 4.6 Data Kedalaman Perairan Tabel 4.7 Data Arus Tabel 4.8 Data Gelombang Signifikan Tabel 4.9 Data Properti Air Laut Tabel 4.10 Perhitungan Pressure Containment Tabel 4.11 Perhitungan System Collapse Criteria Tabel 4.12 Perhitungan Combined Loading-Load Controlled Condition Tabel 4.13 Perhitungan Propagation Buckling Check Tabel 4.14 Hasil Perhitungan On-bottom Stability Tabel 4.15 Perhitungan Free Span Berdasarkan Screening FLS Tabel 4.16 Perhitungan Free Span Berdasarkan Screening ULS pada Kondisi Instalasi viii

13 Tabel 4.17 Perhitungan Free Span Berdasarkan Screening ULS pada Kondisi Hydrotest Tabel 4.18 Perhitungan Free Span Berdasarkan Screening ULS pada Kondisi Operation Tabel 4.19 Data gelombang selama 100 tahun dengan perioda ulang 100 tahunan Tabel 4.20 Summary Perhitungan Fatigue ix