Pipe Stress Analysis On PLTD MFO Bali Pesanggaran Using a Software Program

Transkripsi

1 Pipe Stress Analysis On PLTD MFO Bali Pesanggaran Using a Software Program Ikrar Falmieuan. Purba Department Of Marine Engineering, Ocean Engineering Faculty, ITS, Surabaya Ikrar_fh_Purba@yahoo.com ABSTRACT Piping system on diesel power plant specifically for fuel oil system is the most important system on this power plant. Because the main purpose of this system is to flow heavy fuel oil to the main engine through the carbon steel pipe. Fuel oil system consist of several equipment where the distance of each equipment is long enough, the location of main engine ±400 meters from the HFO storage tank, The operating pressure is about 8.0 bar (116 Psi) and the operating temperature is about C (301 0 F). So that, the analysis of pipe stress is need to be analyzed to know the value of maximum stress on each point of several segment on fuel oil pipe installation and then we can using ASME B31.3 process piping for a stress equation as a reference stress value. If the value of stress calculation is lower than allowable stress value from the ASME B31.3 equation, then, the design is accepted and ready for construction. In other word, the effect of operating temperature, operating pressure, weight of pipe, location of pipe support, the free pan of pipe support, location for flexible joint that can absorb the stress of pipe will be an output parameters from CAESAR II software program. KEY WORDS Fuel Oil System; pipe Stress; Allowable stress ; Operating Temperature; Operating Pressure; Pipe Support; Flexible joint. PENDAHULUAN Latar Belakang Saat ini pemerintah Indonesia sedang berusaha memperbanyak pembuatan sistem pembangkit listrik yang murah dan efisien dengan tujuan agar kebutuhan listrik di Indonesia dapat terpenuhi. Sehingga PT Indonesia Power salah satu dari anak perusahaan PT PLN (Persero) yang merupakan sebuah perusahaan yang bergerak dibidang kebutuhan listrik terhadap masyarakat Indonesia, berencana merancang PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Diesel) di daerah Bali Pasenggaran. PT Indonesia Power yang berfungsi sebagai Bussiness Owner telah memberikan tender perancangan PLTD ini kepada PT.WIKA (Wijaya Karya) dimana awalnya perusahaan ini bergerak di bidang Kontraktor sipil. Tetapi lambat laun, perusahaan ini mulai memperlebar bidang pekerjaan sehingga mampu mengerjakan perancangan sistem pembangkit listrik tenaga diesel ataupun pembangkit listrik yang lainnya. Pada Program Penulisan thesis ini yang berjudul ANALISA TEGANGAN PIPA PADA PIPING SISTEM PLTD MFO BALI PASENGGARAN DENGAN BANTUAN PERANGKAT LUNAK menjadi salah satu hal yang paling penting di dalam perancangan PLTD ini yang juga termasuk pada bidang mechanical engineering. Mengapa bisa dikatakan penting, hal itu dikarenakan, ketidakmungkinan sebuah pembangkit listrik tidak memerlukan sistem perpipaan. Sehingga, untuk merancang sistem perpipaan agar nantinya dapat beroperasi dengan lancar maka perlu diadakannya analisa tegangan pipa. Apabila tidak dilakukannya analisa ini di awal perancangan akan mengakibatkan sistem akan mengalami kegagalan. Sebagai contoh pada sisi temperatur saat sistem beroperasi, bila kita tidak menganalisa terlebih dahulu dari efek temperatur, maka pipa sewaktu sistem di operasikan akan mengalami defleksi, hal itu akan berakibat fatal bagi keseluruhan sistem di PLTD ini. Begitu pula bila kita lihat pada sisi pressure, dapat mengakibatkan pecahnya pipa. Perumusan Masalah Berdasarkan uraian pada bab latar belakang maka permasalahan-permasalahan yang akan diajidikan bahasan adalah sebagai berikut : 1. Analisa tegangan pipa pada sistem perpipaan di PLTD MFO khususnya pada sistem bahan bakar yang diakibatkan oleh temperatur, tekanan, pipe fittings. 2. Mengsimulasikan efek yang akan terjadi akibat adanya beban dari temperatur (thermal load). 3. Mensimulasikan efek yang akan terjadi akibat adanya beban dari tekanan (pressure load). 4. Mengsimulasikan efek yang akan terjadi akibat peletakan pipe support,dan jarak antar pipe support (free pan). 5. Mengsimulasikan efek yang akan terjadi akibat peletakan flexible joint. Batasan Masalah Adapun batasan-batasan pada analisa tegangan pipa ini adalah 1. Perhitungan analisa tegangan pipa hanya dilakukan pada sistem bahan bakar (fuel oil system). 2. Tidak mengkaji analisa ekonomi. Tujuan Penulisan Secara umum tujuan dari penulisan Thesis ialah sebagai berikut : 1. Mengetahui besar tegangan pipa pada sistem bahan bakar PLTD MFO Bali Pesanggaran. 2. Mengetahui efek akibat thermal load. 3. Mengetahui efek akibat pressure load 4. Mengetahui efek akibat penempatan pipe support serta mengetahui jarak antar pipe

2 support yang optimal sehingga stress dapat memenuhi kriteria. 5. Mengetahui letak dari flexible joint yang optimal sehingga stress dapat memenuhi kriteria. Manfaat Penulisan Adapun kegunaan dari penulisan Thesis ini ialah agar dapat dijadikan acuan ataupun referensi di dalam mendesain sistem perpipaan pada PLTD Bali Pesanggaran yang sesuai dengan standard code yang berlaku. Sistematika Penulisan Thesis Secara keseluruhan dari skripsi ini terbagi menjadi 5 Bab. Isi keseluruhan Bab dan synopsis susunan penulisan laporan skripsi ialah sebagai berikut : PENDAHULUAN : Merupakan gambaran umum dari observasi awal dan fenomena mengenai topik yang diangkat. Terdiri dari beberapa subbab yaitu : - Latar Belakang - Perumusan Masalah - Batasan Masalah - Tujuan Penulisan Skripsi - Manfaat Penulisan Skripsi DASAR TEORI Pada bab ini berisikan tentang teori dasar yang berkaitan dan berisikan data-data yang didapat, perhitungan-perhitungan dari berbagai referensi dan beberapa penjelasan mengenai sistem bahan bakar yang terdapat pada PLTD MFO Bali Pasenggaran METOLOGI PERENCANAAN Pada bab ini berisikan tentang proses pengerjaan skripsi mulai dari awal pengerjaan (pembuatan konsep) hingga akhir dari perngerjaan skripsi ini. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Untuk Bab IV ini, akan dibahas mengenai pengolahan data, pemodelan dan simulasi dari sistem perpipaan yang telah dirancang pada sistem bahan bakar PLTD MFO Bali Pesanggaran. KESIMPULAN PENUTUP Pada bab ini akan dibahas mengenai kesimpulan yang didapatkan dari hasil analisa ataupun simulasi yang telah dilakukan. Pada bab ini juga berisikan beberapa saran saran dari penyusunan laporan dari skripsi ini. DASAR TEORI Standar Regulasi Analisa Di setiap perancangan sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Diesel ataupun Pembangkit listrik lain, pasti akan membutuhkan sistem perpipaan yang didesain sedemikian rupa hingga keseluruhan sistem yang terdapat pada pembangkit listrik tersebut, dapat beroperasi sesuai dengan desain operasi yang telah di-set di awal perancangan. Oleh karena itu, terdapat beberapa pertimbangan-pertimbangan yang harus dilakukan didalam mendesain sistem perpipaan, salah satunya ialah menganalisa Tegangan pipa pada masing-masing sistem yang terdapat pada sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Ini. Perlu diketahui pula, ketika kita melakukan analisa pada sebuah sistem perpipaan (Piping System) diperlukan sebuah standard code yang digunakan sebagai referensi analisa tegangan pipa. Pada analisa tegangan pipa ini menggunakan standard code :an American Society of Mechanical Engineers (ASME B31) pada piping system PLTD MFO Bali Pasenggaran. ASME B31, terbagi menjadi beberapa section dimana pada setiap section ditujukan pada sistem yang berbeda. - ASME B31.1. Power Piping Standard code ini, biasa digunakan dan ditemukan pada electric power generating stations, in industrial and institutional plant, geothermal heating systems, and central & district heating & cooling systems. - ASME B31.3. Process Piping Standard code ini, biasa digunakan dan ditemukan pada petroleum refineries, chemical, pharmaceutical, textile, paper, semiconductor, and cryogenic plants, and related processing plants and terminals. - ASME B31.4. Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids - ASME B31.5. Refrigeration Piping Piping System yang digunakan untuk refrigerants and secondary coolants. - ASME B31.8. Gas Transportation and Distribution Piping Systems Standard code yang digunakan pada sistem transportasi dimana fluida kerja antara sumber gas dan terminal ialah gas.termasuk juga compressor, regulating, dan metering stations. - ASME B31.9. Building Service Piping Standard code yang digunakan pada low pressure steam and water distribution. - ASME B Cyrogenic Piping - ASME B Building Service Piping Standard code ini, biasa digunakan dan ditemukan pada industrial, institutional plant, commercial, public building, dan in multi-unit residence, dimana, tidak memerlukan batasan ukuran, tekanan, dan temperatur, yang terdapat pada ASME B31.1 Berdasarkan pengertian dari masing-masing standard code di atas, standard code yang digunakan sebagai referensi analisa tegangan pipa untuk Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) ialah ASME B31.3 Proccess Piping. Dari masing masing standard code yang telah tertera di atas, memiliki metode-metode yang berbeda di dalam menganalisa tegangan pipa. Hal itu dikarenakan berbedanya jenis disiplin ilmu yang dibahas pada masing-masing standard code. Sesuai dengan ASME B31.3 dan berbagai macam referensi tentang pipping system, langkah awal untuk menganalisa sebuah besar tegangan pada pipa adalah terlebih dahulu melakukan pemilihan material dan

3 standard code untuk material yang disesuaikan dengan operational temperature & pressure pada PLTD ini.karena hal tersebut, juga harus sesuai dengan mechanical properties.misalnya pada batas maksimal temperature & pressure yang mampu ditahan oleh material pipa. Setelah didapatkan jenis material beserta standard code, maka kita dapat melakukan proses menuju kelangkah selanjutnya yaitu melakukan perhitungan tegangan pipa yang juga disesuaikan dengan mechanical properties yang tersedia di masing-masing standard code. Input yang dibutuhkan di dalam melakukan perhitungan tegangan pipa berupa yield stress, ultimate stress, elongation, coefficient thermal expansion, dll. Kemudian, setelah kita melakukan perhitungan tegangan pipa, maka hasil output berupa besar thickness yang akan disesuaikan dengan thickness pipa yang berada di pasaran. Selain itu, kita juga akan mengetahui letak-letak dari flexible joint & pipe support. Material Di dalam sebuah sistem perpipaan terbagi menjadi dua macam jenis sistem perpipaan berdasarkan dari jenis penginstallannya yaitu, aboveground piping & buried piping. Pada PLTD ini, sistem perpipaan yang akan dirancang masuk dalam tipe aboveground piping. Pada aboveground piping memiliki dua karakteristik dasar. Pertama, pada sistem perpipaan pada tipe ini, memiliki batasan fluida kerja pada pipa yang luas. Kedua, lebih luasnya temperatur dan pressure yang akan dioperasikan. Sehingga, dua karakteristik ini akan menghasilkan semakin luasnya material yang dikenal oleh standard code. Untuk metallic material ASTM memiliki penandaan berupa sebuah huruf tunggal yaitu A atau B dan diikuti dengan angka. Untuk huruf A, menunjukkan material bertipe Ferrous Material dan untuk huruf B, menunjukkan material bertipe Non-Ferrous Material. Karakteristik Material Mechanical Properties Mechanical properties dari material pipa terdiri dari Strength, hardness, toughness, dan fatigue strength. Strength Yield Stress, ultimate strength, dan elongation merupakan dasar dasar pokok dari mechanical properties pada material pipa ataupun pada fittings. Ketiganya memiliki kemampuan untuk menahan gaya yang berkerja pada pipa. Nilai minimum dari mechanicalstrength pada pipa dapat dilihat dari standard material specification.misal pada pipa ASTM, sebuah standard pipa untuk small pipe & tubing.dari standard pipa tersebut, untuk mengetahui sebuha mechanical properties yaitu dengan mengambil sebuah specimen pipa yang diletakkan pada sebuah tensile test machine dan secara perlahan lahan menaikkan gaya beban yang ditujukan pada sebuah specimen pada laju psi/min hingga psi/m sehingga kita dapat mengetahui mechanical properties dari pipa. Yield stress & ultimate strength nilainya sangat bervariasi dengan naik turunya temperatur. Untuk carbon steel, yield stressakan menurun seiring dengan naiknya temperature. Tabel 1 & Tabel 2 memberikan nilai minimum dari yield stress dan ultimate strength dari beberapa varisai temperatur untuk standard ASTM A 106 dan ASTM A 335. Tabel 1. Minimum Yield Stress (ksi) sebagai fungsi temperatur (F) baja Tabel 2. Minimum Ultimate Strength (ksi) sebagai fungsi temperatur (F) baja Tabel 3. Hubungan kandungan karbon terhadap mechanical properties baja Meskipun karbon yang terkandung pada baja hanya beberapa persen saja, hal itu memiliki pengaruh yang signifikan pada mechanical properties.pada tabel 3 menghilustrasikan hal tersebut.sehingga, berdasar tabel di atas, karbon dapat menjadikan baja menjadi lebih keras tetapi lebih ductile. Toughness Toughness merupakan kemampuan dari sebuah material untuk menyerap impact energy yang dapat mengakibatkan pecahnya pipa.toughness juga merupakan fungsi sebuah material terhadap temperatur dan ketebalan pipa (thickness). Semakin tipis pipa, maka akan semakin besar pula gaya yang berada di center pipa dan semakin kecil nilai toughness. Penurunan dari toughness terhadap wall-thickness pada kalimat di atas memberikan pengertian bahwa mengapa ASME Code memberikan ketetapan dari minimum operating temperature. Sebagai contohnya, temperatur minimum yang diijinkan oleh ASME B31.3 untuk API 5L X F untuk t 0,394 dan F untuk t = 1. Untuk ASTM A 106 B F untuk t 0,5 dan F untuk t = 1. Physical Properties Physical properties mencangkup density atau specific grafity, young modulus dan coefficient of thermal expansion. Pengertian Specific gravity merupakan perbandingan massa material per satuan volume.

4 Sedangkan young modulus merupakan sebuah ukuran dari keelastisitisan material yang ditunjukkan pada tabel4. Tabel 4. Young modulus E (10 6 psi) untuk bermacammacam jenis metal pada temperatur tertentu Untuk Coefficient of Thermal Expansion merupakan sebuah faktor yang dinotasikan sebagai α, hal itu berhubungan dengan thermal expansion L sebuah material dari panjang semula (L), dan mengalami perubahan panas sebesar T. beberapa nilai dari coefficient of thermal expansion dapat ditunjukan pada tabel 5 di bawah ini. Tabel 5. Coefficient Of Thermal Expansion of Some Metals (10 6 1/ 0 F) Desain Filosofi Desain Tegangan Pipa Tujuan penggunaan ASME B31 Code, dibuat dengan dengan tujuan agar menjadikan sebuah standard code yang sederhana.hal ini berarti bahwa pengguna dari code dapat memahami persamaan dan arahan yang diberikan oleh code.sehingga, desain dari sebuah sistem memiliki filosofi desain yang kuat. Berdasarkan code, terdapat dua macam stress yaitu primary stress dan Secondary Stress.Primary stress merupakan stress yang berhubungan dengan pressure design. Sedangkan untuk secondary stress, biasa ditemukan pada flexibility atau fatigue analisys. Primary stress berasal dari beban yang bekerja di dalam pipa, misalnya seperti internal pressure pada pipa, external pressure, berat, angin, dan beban getaran (gempa bumi / bencana alam). Secondary stress, biasa berasal dari beban yang diberikan oleh thermal expansion antara 2 anchor point. Design Condition Design Pressure Design Pressure dari setiap komponen (pipa, aksesoris, fittings, dll) pada sebuah sistem perpipaan, harus tidak boleh kurang daripada tekanan internal dan external pada keadaan mendadak.hal ini dikarenakan agar pipa dapat tahan pada kondisi temperatur dan tekanan baik internal dan eksternal yang ekstrim Design Temperature Design Temperature pada setiap komponen di dalam sistem perpipaan adalah temperatur dimana di bawah kondisi tekanan yang naik secara tiba-tiba Design Minimum Temperature Dengan mengetahui besar dari temperatur ini, penetapan special design requirements serta pemilihan dari material pipa dapat dilakukan. a) Uninsulated Components Untuk komponen yang tidak terinsulasi yang memiliki temperatur fluida > 65 0 C (150 0 F), ditentukan melalui sebuah pengujian atau perhitungan heat transfer. Sehingga, temperatur untuk komponen yang tidak terisolasi tidak boleh kurang dari : - Valve, pipe, lapped ends, welding fittings dan komponen lainnya memiliki wall thickness sebanding dengan pipa; 95% dari temperatur fluida. - Flanges (kecuali lap joint) termasuk fittings dan valves; 90% dari temperatur fluida - Lap joint flanges; 85% dari temperatur fluida - Bolting; 80% dari temperatur fluida b) Externally Insulated Piping Untuk menetapkan design temperature harus juga mempertimbangkan efek yang terjadi akibat pipa yang dipanaskan secara tracing atau jacketing. Perhitungan Tegangan Pipa Akibat Sustained Loads dan Displacement Loads Internal Pressure Tegangan (Stresses) yang diakibatkan oleh internal pressure haruslah diperhitungkan keamanannya ketika wallthicknessdari komponen-komponen pipa (Elbow, branch connection, etc) sesuai dengan perhitungan yang telah diberikan oleh ASME B31.3 para.304. External Pressure Tegangan (Stresses) yang diakibatkan oleh external pressure haruslah diperhitungkan keamanannya ketika wallthickness dari komponen-komponen pipa (Elbow,branch connection, etc) dan serta bagian penguat pipa (Pipe Support) sesuai dengan perhitungan yang juga telah diberikan oleh ASME B31.3 para.304 Longitudinal Stress (S L ) Total Longitudinal stresses pada berbagai komponen di dalam sistem perpipaan, baik itu stresses yang diakibatkan oleh tekanan (pressure), berat (weight), dan berbagai macam jenis beban lainnya, tidak boleh lebih dari Sh. Shmerupakan basic allowable stress pada temperatur metal maksimal.ketebalaan (thickness) dari pipa yang digunakan sebagai perhitungan S L ialah

5 nominal thickness dikurangi dengan mechanical, corrosion, dan erosion allowance. Allowable Displacement Stress Range (S A ) Untuk perhitungan displacement stress range S E pada sistem perpipaan tidak boleh melebihi dari allowable displacement stress range S A dimana persamaannya ialah sebagai berikut : Sc : Basic Allowable Stress pada temperature minimum metal Sh : Basic Allowable Stress pada temperature maksimal metal f : Stress Range Reduction factor (lihat tabel 6) (1) C d P D E S Y : Jumlah dari mechanical allowance ditambah dengan corrosion & erosion allowance (diasumsikan 0,5 mm / 0,2 inch) : Diameter dalam pipa : Design Pressure : Diameter luar pipa : Quality Factor From tabel A-1A atau A-1B (ASME B31.3) : Nilai Stress untuk berbagai jenis material : Coefficient dari tabel 7 (untuk t < D/6) Tabel 7. Nilai coefficient γ (5b) (2) Tabel 6. Stress Range Reduction Factor,f Y : Coefficient dari tabel 8 (untuk t > D/6) N : Equivalent number of full displacement (6) NE ri Si Ni : Number of Cycle : Si / S E : Displacement stress range yang bernilai lebih kecil dari S E : Number of Cycle yang berhubungan dengan Si (3) Pipe Bends Ketebalan minimal yang dibutuhkan t m pada keadaan bending ditentukan berdasarkan persamaan 7a, 7b, 7c : Bending di dalam radius (7a) (7b) Pressure Design Dari Beberapa Komponen Straight Pipe Ketebalan pipa yang dibutuhkan untuk pipa lurus ditentukan berdasarkan dari persamaan : (4) tm = Ketebalan minimum yang dibutuhkan (termasukmechanical, corrosion & erosion allowance) t = Pressure Design Thickness - untuk internal pressure (5a) Bending di luar radius R1 = Bend radius of welding or elbow Gambar 1. Ilustrasi pipa bending (7c)

6 Flexibility & Pipe Support Input Parameter Dalam Analisa Flexibilitas Thermal Expansion Value For Stress Range Nilai yang digunakan untuk menentukan total displacement strains yang digunakan untuk melakukan perhitungan stress range harus berdasar pada Appendix C pada buku ASME B31.3 yang berada pada lampiran. Dimana Appendix C berisikan perbedaan antara batas maksimal dan minimum temperature dari metal. Value For Reactions Nilai yang digunakan untuk menentukan total displacement strains yang digunakan untuk melakukan perhitungan reactions pada pipe support dan peralatan yang terhubung harus diperhitungkan dengan menggunakan nilai pada maksimum atau minimum temperatur. Modulus Of Elasticity Modulus of elasticity pada 21 0 C (70 0 F),E a, dan Modulus of elasticity pada temperatur maksimum atau minimum, E m, harus diambil sesuai dengan nilai yang juga ditunjukkan pada Appendix C. Poisson Ratio Poisson s ratio diambil 0,3 pada semua temperature serta berbagai jenis metal. Analisa Flexibilitas Tidak Perlunya Analisa Tegangan Pipa Secara Formal Perhitungan Flexibility Analysis secara formal tidak perlu dilakukan pada sebuah sistem perpipaan, dengan kondisi : - Dilakukannya penggatian salah satu pipa tanpa adanya perubahan yang significant. - Sistem perpipaan berukuran seragam, tidak memiliki intermediate restraints & falls dengan batasan yang diberikan oleh persamaan : D = Outside diameter, mm (in) y = resultant of total displacement strains, mm (in) L = panjang pipa antar anchor, m (ft) U = jarak anchor, m (ft) K1 = S A / E a, (mm/m) 2 = 30 S A /E a, (in/ft) 2 S A = Allowable displacement stress range (pers.1), MPa (ksi) Ea = Modulus elasticity pada 21 0 C (70 0 F) (8) Perlunya Analisa Tegangan Pipa Secara Formal Semua sistem perpipaan yang tidak sesuai dengan perhitungan pada persamaan 8 maka perlu dilakukan perhitungan secara formal. Flexibility Stresses Batas dari bending & torsional stresses harus dihitung pada kondisi modulus of elasticity pada temperatur 21 0 C (70 0 F). Sb = Resultant bending stress St = torsional stress = Mt/2Z Mt = Torsional Moment Z = Section modulus of pipe Nilai dari Sb (bending Stress) yang digunakan persamaan 8, untuk elbow, miter bends dan branch connection harus dihitung berdasarkan persamaan 9 di bawah ini : Sb = Resultant bending stress ii = in-plane stress intensification factor (Appendix D, ASME B31.3) io = out-plane stress intensification factor (Appendix D, ASME B31.3) Mi = in-plane bending moment Mo = out-plane bending moment Z = section modulus of pipe (9) (10) Pada persamaan 7, untuk mengurangi outlet branch connection harus dihitung sesuai dengan persamaan 9 dan 10 dengan moment yang sesuai dengan gambar 2. Untuk header (legs 1 dan 2) : Untuk Branch (leg 3) Sb = Resultant bending stress Ze = effective section modulus for branch = π r 2 2 T S r 2 = mean branch cross-sectional radius Ts = effective branch wall thickness Lesser of Th & (i i )(Tb) Th = thickness of pipe matching run of tee or header Tb = Thickness of pipe matching branch (11) (12)

7 mengalirkan kandungan air atau sedimen serta dengan tujuan lainnya yaitu untuk dilakukannya pengujian. Sebelum bahan bakar dialirkan menuju Main Engine dari HFO Service tank, maka bahan bakar dialirkan terlebih dahulu menuju ke Fuel Oil Booster menggunakan HFO Feeder Module.Pada saat-saat yang darurat/kritis, Main Engine dapat dimungkinkan untuk dirubah dengan menggunakan bahan bakar DO (Diesel Oil). Gambar 2. Ilustrasi arah momen pada pipa cabang Filosofi Desain Sistem Bahan Bakar PLTD ini menggunakan mesin diesel dengan merk dagang MAN B&W 48/60 yang memang dikhususkan untuk diesel power plant.penggerak utama (Main Engine), secara umum di desain untuk PLTD ini menggunakan bahan bakar berjenis HFO (Heavy Fuel Oil) padasetiap waktu operasinya. Normalnya kekentalan dari bahan bakar HFO mencapai 700 cst pada temperatur 50 0 C dan karena terlalu tingginya tingkat kekentalan dari HFO, akan mengakibatkan tidak sempurnanya proses Atomisasi dan Pembakaran yang nantinya terjadi di dalam Main Engine (Injector Pump). Tingkat kekentalan yang dibutuhkan oleh fuel oil injector berada di antara 13 ~ 17 cst, sehingga HFO perlu ditreatment terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam Main Engine (Injector Pump). Salah satunya cara yaitu, dilakukanya pemanasan terhadap bahan bakar yang akan masuk ke fuel oil injector. Untuk temperatur yang dibutuhkan untuk pemanasan bahan bakar, tergantung pada initial viscousity dari bahan bakar itu sendiri. Dalam instalasi dari sistem bahan bakar,terdapat sebuah instrument yang harus tersedia yaitu, viscousity controller dimana peralatan tersebut berfungsi untuk memonitor tingkat kekentalan dari bahan bakar secara langsung.serta peralatan tersebut berfungsi untuk mengatur temperatur pemanasan untuk bahan bakar sehingga tidak lagi dibutuhkan campur tangan seseorang teknisi untuk melakukan pengecekan dan pengontrolan temperatur. HFO (Heavy Fuel Oil), disimpan di dalam 1 buah tanki yang dikenal dengan storage tank, kemudian dialirkan menuju ke settling tank dengan menggunakan HFOtransfer module Bahan bakar yang telah berada di settling tank juga perlu ditreatment, dengan cara dilakukan pemanasan dengan tujuan untuk memisahkan kadar air atau kandungan sedimen yang berada di dalam bahan bakar. Untuk air atau sedimen-sedimen yang telah terpisah, dapat di alirkan dengan menggunakan selfclosing test valve. Bahan bakar yang berada di dalam settling tank perlu dilakukan treatment kembalisecara centrifuges sebelum HFO didischarge menuju ke service tank dengan menggunakan HFO Separator yang berada di separator building. Setelah berada di service tank, proses pemanasan dari bahan bakar tetaplah berlanjut, dan self-closing test valve juga disediakan untuk METOLOGI THESIS Metodologi merupakan kerangka dasar dari langkah penyelesaian skripsi. Metodologi penulisan pada skripsi ini meliputi, pekngerjaan yang dilakukan di dalam menyelesaikan masalah atau proses analisa terhadap permasalah yang dihadapi dalam skripsi ini. Metodologi Metodologi yang dilakukan di dalam menyelesaikan masalah ini adalah memakai metode teoritis praktis. Pada metodologi yang digunakan pada skripsi ini terbagi menjadi beberapa tahap, yaitu : 1) Studi literatur Pada tahap ini merupakan tahap awal dari pengerjaan skripsi. Selain itu, pada tahap ini dilakukan studi yang diambil berdasarkan buku-buku referensi atau literatur, beberapa artikel, website dan standar code & regulation yang mampu mendukung di dalam melakukan penyelesaian masalah pada skripsi ini. 2) Pengumpulan data Pengumpulan data pada tahap ini didapatkan dari dan dengan beberapa tempat serta berbagai cara. Baik itu didapatkan dari interview dengan pihak yang bersangkutan, internet browsing, ataupun dengan cara langsung menuju ke sumber data yaitu PT WIKA. Pengambilan data-data yang didapatkan, yaitu mengenai : - Data material pipa Data material pipa didapatkan dari vendor yang menawarkan barang terhadap kontraktor yaitu PT WIKA. - Data flow, pressure, temperature operational & design Untuk Data ini didapatkan dari data-data yang didapatkan dari MAN B&W yang secara langsung diberikan kepada pihak owner (PT Indonesia Power) dan kepada pihak kontraktor (PT Wika). - Data Operasional Peralatan Untuk Data ini juga didapatkan dari datadata yang didapatkan dari MAN B&W yang secara langsung diberikan kepada pihak owner (PT Indonesia Power) dan kepada pihak kontraktor (PT Wika).

8 - Data seluruh peralatan Untuk data ini, didapatkan dari menggabungkan semua data peralatan yang didapatkan dari MAN B&W, kemudian dibuat list of equipment. Pengerjaan ini dilakukan bersaama dengan pihak kontraktor. Flowchart - P&ID FO System Untuk Data ini juga didapatkan dari datadata yang didapatkan dari MAN B&W yang secara langsung diberikan kepada pihak owner (PT Indonesia Power) dan kepada pihak kontraktor (PT Wika). 3) Pembuatan Layout Drawing Isometrik FO System Pada tahap ini dilakukan drawing dengan menggunakan perangkat lunak yaitu Autodesk AutoCAD Sedangkan dasar yang digunakan untuk menggambar layout drawing berdasar dari P&ID FO system dan 2D Layout dari kondisi lapangan power plant yang sudah di setting secara skalatis oleh PT Wika. 4) Pemodelan Input Software Pemodelan ini dilakukan berdasarkan dari Material Take Off (MTO) dari sistem perpipaan pada PLTD MFO ini. Sedangkan MTO yang digunakan sebagai pemodelan, didapat berdasarkan Layout Drawing yang telah tergambar. MTO terdiri dari panjang pipa, tebal pipa, daftar equipment, daftar fitting dan aksesoris pipa yang disertai oleh pressure number, temperature, dan nominal diameter. 5) Perhitungan Tegangan Pipa. Perhitungan tegangan pipa dilakukan dengan menggunakan program Autopipe dan Caesar II. Penggunaan kedua program itu memiliki fungsi-fungsi yang berbeda-beda. Untuk Autopipe digunakan untuk perhitungan sedangkan Caesar II, digunakan untuk mensimulasikan sistem perpipaan, sehingga didapatkan titik / point mana yang terjadi peristiwa overheat & overpressure. Awal Pengerjaan Kegiatan yang dilakukan dalam pengidentifikasian masalah yang diangkat dalam penelitian ini adalah menentukan semua permasalahan yang ada pada isu terkini yaitu metode perhitungan tegangan pipa berdasar standard code yang digunakan. Studi Literatur Studi literatur dilakukan untuk mempelajari tentang teori-teori dasar permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini. Dengan tujuan untuk mendapatkan pengetahuan dasar dan data dari penelitian-penelitian sebelumnya yang dapat digunakan sebagai acuan penelitian selanjutnya. Pada tahap ini dilakukan study terhadap referensi-referensi yang terdapat pada jurnal tugas akhir, internet, dan buku-buku materi penunjang. Informasi yang dibutuhkan pada tahap ini adalah melakukan penenentuan vendor pipa dari website,

9 pengumpulan berbagai macam referensi untuk perhitungan tegangan pipa, serta pengumpulan berbagai macam referensi yang digunakan untuk permodelan dengan menggunakan perangkat lunak. Pengumpulan Data Setelah kita melakukan studi literatur dan mengumpulkan bahan pustaka. Maka langkah selanjutnya adalah mengumpulkan semua data data yang dibutuhkan untuk perhitungan dan pemodelan pada langkah selanjutnya. Dimana data- data ini didapat dari proyek PLTD MFO Bali Pasenggaran yang berupa data material pipa, data untuk flow pada fuel oil system, data untuk pressure pada fuel oil system, data untuk temperature operational & design pada fuel oil system, P&ID dari fuel oil system, pengumpulan berbagai macam equipment yang akan terpasaang. serta layout dari kondisi tempat perancangan PLTD ini. Pembuatan Isometric Drawing Pipa Pada tahap ini dilakukan pembuatan gambar secara isometric pipa berdasarkan P&ID dan layout kondisi tempat PLTD. Pemodelan Input Software Pada tahap ini, akan dilakukan pemodelan input yang nantinya akan dijalankan menggunakan perangkat lunak. Data untuk pemodelan didapat dari studi literature yang dilakukan di awal penelitian dan data yang didapatkan dari PT Wika selaku kontraktor perancangan PLTD MFO ini. Serta pada tahap ini dilakukan pula perhitungan untuk tegangan pipa. Verifikasi Hasil Pemodelan dan Perhitungan Pada tahap ini, dilakukan verifikasi untuk hasil pemodelan dan perhitungan yang dilakukan menggunakan perangkat lunak. Apabila terjadi sebuah kegagalan atau error maka tahap akan kembali ke pemodelan input. Simulasi Pada tahap ini simulasi dilakukan berdasar pemodelan yang telah diverifikasi sebelumnya. Sehingga setelah dilakukan proses simulasi, dilakukan analisa terhadap hasil simulasi kemudian dilakukan cek ulang, apabila masih terdapat kurangnya hasil yang didapat maka akan dilakukan simulasi ulang. Kesimpulan Setelah semua tahap dilakukan, selanjutnya adalah menarik kesimpulan dari analisa data yang didapatkan setelah simulasi. Kesimpulan berdasarkan dari data yang diperoleh meliputi drawing layout & isometric, data material pipa data flow, pressure, dan temperature. Dari kesimpulan ini maka akan didapat juga rekomendasi perbaikan sebagai bahan untuk penelitian selanjutnya. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Data Pipa Heavy Fuel Oil System HFO Pipe dari Storage Tank Menuju HFO Transfer Module : B Wt : 7 mm : NPS 6 (168.3 mm) ID : 154,1 mm Pressure : 4.0 bar Temperature : 50 0 C Insul.Thk : 2 inch (0,0254 m) Weight : 22 kg/m HFO Pipe Dari HFO Transfer Module Menuju Settling Tank Wt : 7 mm : NPS 5 (141 mm) ID : 127 mm Pressure : 4.0 bar Temperature : 50 0 C Insul.Mtrl : Rockwool Insul.Thk : 1 inch ( m) Weight : 22 kg/m HFO Pipe Dari HFO Settling Tank menuju Separator Module Wt : 7 mm : NPS 6 (168 mm) ID : 154 mm Pressure : 8.0 bar Temperature : 50 0 C Insul.Thk : 1 inch (0,0254 m) Weight : 28 kg/m HFO Pipe Dari HFO Separator Module Menuju HFO Service Tank Wt : 5 mm : NPS 3 (89 mm) ID : 78 mm Pressure : 8.0 bar Temperature : C Insul.Thk : 1 inch (0,0254 m) Weight : 11 kg/m

10 HFO Pipe Dari HFO Service Tank Menuju HFO Feeder Module Wt : 5 mm : NPS 4 (114 mm) ID : 102 mm Pressure : 8.0 bar Temperature : 98 0 C Insul.Thk : 1 inch (0,0254 m) Weight : 16 kg/m HFO Pipe Dari Feeder Module Menuju HFO Filter Module Wt : 5 mm : NPS 3 (89 mm) ID : 78 mm Pressure : 4.0 bar Temperature : 95 0 C Insul.Thk : 1 inch (0,0254 m) Weight : 11 kg/m HFO Pipe Dari Filter Module Menuju HFO Booster Module Wt : 5 mm : NPS 3 (89 mm) ID : 78 mm Pressure : 8.0 bar Temperature : 95 0 C Insul.Thk : 1 inch (0,0254 m) Weight : 11 kg/m HFO Pipe Dari Booster Module Menuju Main Engine Wt : 4 mm : NPS 2 (60 mm) ID : 53 mm Pressure : 8.0 bar Temperature : 95 0 C Insul.Thk : 1 inch (0,0254 m) Weight : 5 kg/m Pipe Support Gambar 3. Detail Pipe Support Map Layout Map layout merupakan kondisi lapangan dari sistem perpipaan yang akan diinstal. Dengan map layout ini kita dapat mengetahui pipa, tangki ataupun equipment lainnya akan ditempatkan dimana dan sekiranya pipa tidak akan bertabrakan dengan pipa existing. Gambar 4. Layout Power Plant Isometric Drawing Isometric Drawing merupakan salah satu gambar yang digunakan pada sistem perpipaan yang bertujuan agar para pekerja lapangan mengetahui alur dari pipa sewaktu instalasi dilakukan. Dilain sisi, isometric drawing digunakan sebagai acuan gambar didalam melakukan analisa tegangan pipa khususnya pada software CAESAR II. Hal itu dikarenakan pada Isometric drawing akan muncul node number yang digunakan sebagai input pada software ini. Isometric drawing dibuat berdasarkan P&ID (piping and Instrument Diagram) yang telah dibuat di awal pengerjaan sistem perpipaan. Sehingga, pada pembuatan isometric drawing nantinya dapat dilakukan secara maksimal. Ditambah lagi dilakukannya proses

11 routing pipe, agar panjang pipa yang dibutuhkan dapat diketahui. Pembuatan isometric drawing dibuat dengan menggunakan program Autodesk AutoCAD progam ini umumnya digunakan pada pendesainan P&ID (Piping and Instrument Diagram) ataupun PFD (Proccess Flow Diagram) ataupun desaindesain lainnya. Isometric Drawing HFO system Point A-C Gambar 8. Isometric Drawing PointM-N Gambar 5. Isometric Drawing Point A-C Pemodelan CAESAR II Berdasarkan teori yang yang telah dijabarkan pada bab 2 mengenai beberapa input parameter dari CAESAR II, maka langkah selanjutnya adalah melakukan pemodelan dengan memasukkan data-data yang telah didapatkan. Baik itu berupa, data pipa, data pipe support, dll. Cara kerja pemodelan ini dilakukan satu persatu, dimana aliran pipa dari HFO storage Tank yang dianalisa terlebih dahulu (point A-C pada gambar isometric). Gambar 6. Isometric Drawing Point D-H Gambar 9. Input Parameter CAESAR II Setelah dilakukan pemodelan, maka akan tampil bentuk dari pipa denga tampilan 3D solid seperti yang terlihat pada gambar 10 Gambar 7. Isometric Drawing Point I-L Gambar 10. Desain pipa pada Caesar II

12 Hasil Analisa DISPLACEMENT REPORTS : NAL MOVEMENT CASE : WEIGHT (OPE) PIPE SEGMEN 1 DISPLACEMENT REPORTS : NAL MOVEMENT CASE : TEMPERATURE (EXP) PIPE SEGMEN 1 NE DX DY DZ RX RY RZ NE DX DY DZ RX RY RZ APPLIED BY CAESAR Ver APPLIED BY CAESAR Ver

13 DISPLACEMENT REPORTS : NAL MOVEMENT CASE : Pressure (SUS) PIPE SEGMEN 1 APPLIED BY CAESAR Ver.5.00 NE DX DY DZ RX RY RZ STRESS SUMMARY (WEIGHT) Highest Stresses: (lb./sq.) LOADCASE 2 (OPE) W OPE Stress Ratio (%): 1 OPE Stress: Allowable: Axial Stress: 15 Bending Stress: 1 Torsion Stress: 100 Hoop Stress: 3 3D Max Intensity: 99 STRESS SUMMARY (TEMPERATURE) Highest Stresses: (lb./sq.) LOADCASE 3 (EXP) T1 CodeStress Ratio (%): 80 Code Stress: Allowable: Axial Stress: 100 Bending Stress: 80 Torsion Stress: 8 Hoop Stress: 3 3D Max Intensity: 98 STRESS SUMMARY (PRESSURE) Highest Stresses: (lb./sq.) LOADCASE 4 (SUS) P1 CodeStress Ratio (%): 94 Code Stress: Allowable: Axial Stress: 94 Bending Stress: 3 Torsion Stress: 3 Hoop Stress: 94 3D Max Intensity: 94 KESIMPULAN 1. Berdasarkan analisa tegangan pada pipa pada sistem bahan bakar ini, didapatkan atau layak untuk diinstall, karena hasil analisa memperlihatkan bahwa dengan desain temperatur untuk sistem bahan bakar yaitu C dan Desain pressure 10 Bar masih berada pada kondisi allowable dari besar stress / tegangan yang diberikan oleh tandard Code yaitu ASME B Hal yang paling dominan didalam mengurangi terjadinya stress yang tinggi ialah dengan menempatkan support pipa yang sesuai, karena salah satu dari beberapa fungsi pipe support ialah dapat menyerap gaya yang terjadi pada pipa 3. Selain peletakan pipe support, hal yang paling penting ialah pemilhan material dari pipa yang digunakan, karena pipa memiliki karakteristik masing-masing yang sangat berhubungan dengan temperatur ataupun pressure pada kondisi operasi 4. Untuk Program CAESAR yang digunakan sebagai alat bantu analisa ini, dapat dikatakan keakuratan mencapai 50 ~ 70 %, sehingga diperlukan analisa atau perhitungan secara manual. Ketidak akuratan dari perangkat lunak ini terlihat dari, bentuk animasi yang tidak sesuai dengan bentuk numerik yang diberikan oleh CAESAR. 5. Agar analisa yang dihasilkan oleh perangkat lunak ini dapat berfungsi secara maksimal, seorang pipe stress engineer harus mengidealkan kondisi aktual secara benar, semisal untuk bentuk support yang didesain ataupun letak support, bahkan hingga vessel ataupun desain dari pompa.