DESAIN BASIS DAN ANALISIS STABILITAS PIPA GAS BAWAH LAUT

Transkripsi

1 LABORATORIUM KEANDALAN DAN KESELAMATAN JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SIDANG HASIL P3 DESAIN BASIS DAN ANALISIS STABILITAS PIPA GAS BAWAH LAUT HIMAWAN KHALID PRABOWO

2 Latar Belakang Memaksimalkan jalur distribusi dengan Pipeline Panjang pipa : 72.5 km 2

3 Latar Belakang Agar tidak terjadi kegagalan pada pipa, pecah akibat tekanan dan operasi 3

4 Latar Belakang Mencegah kebocoran pipa, pencemaran lingkungan, pembengkakan biaya 4

5 Perumusan Masalah 1. Bagaimana desain basis pipa gas bawah laut yang sesuai? 2. Bagaimana perhitungan stabilitas pipa bawah laut berdasarkan pada analisis kestabilan pipa bawah laut (On bottom stability analysis)? 4. Bagaimana allowable free span pipa bawah laut berdasarkan analisis free span? 5. Bagaimana analisis pipa yang terjadi menggunakan pemodelan statis dan dinamis? 5

6 Tujuan Skripsi 1. Menganalisis penentuan dan pemilihan spesifikasi pipa bawah laut yang sesuai 2. Menganalisis stabilitas pipa bawah laut secara vertikal maupun horizontal 3. Menganalisis allowable free span pipa bawah laut berdasarkan analisis free span secara statis dan dinamis 4. Menganalisis dengan simulasi software Autodesk Inventor dan Ansys 13.0

7 Batasan Masalah 1. Objek Penelitian adalah jalur gas pipeline dari FPU sampai ke landfall SAPI sepanjang 72.5 km 2. Standar yang digunakan adalah American Protelium Institute (API) 2004, ASME B Gas Transmission and distribution piping system (DNV) RP-E305 On-Bottom stability Design of Submarine Pipelines, (DNV) RP-F105 Free Spanning pipelines 3. Kondisi pipa yang dihitung adalah instalasi,operasi 7

8 Manfaat Skripsi Dapat menghindari bahaya yang terjadi akibat dari rusaknya pipa gas offshore diantaranya distribusi gas tidak akan terganggu, pencemaran lingkungan dan pembengkakak biaya dalam pemasangan pipa Penilaian stabilitas yang didapat bisa digunakan sebagai pertimbangan oleh Kontraktor Kontrak Kerja Sama (KKKS) untuk mengambil keputusan pemasangan pipa yang lebih efektif dan efisien dalam operasi produksi dan eksplorasi minyak dan gas di Indonesia.

9 Metodologi Mulai Identifikasi dan Perumusan Masalah - Data Lingkungan - Jalur pipa - Profil tanah - Temperatur dan tekanan - Seabed profil - Kapasitas produksi Studi Literatur Pengumpulan data - Standar Perhitungan - Jurnal - Paper - Tugas Akhir - Internet A. Material Grade : harga, kekuatan material, keteserdiaan barang B. Wall thickness Harga, kemampuan pengelasan, mobilitas Perancangan pipa dan pemilihan material Pemilihan ulang material pipa NO Kriteria material memenuhi YES Perhitungan stabilitas pipa ( On-bottom Stability Analysis) Vertical Stability Lateral stability Penambahan lapisan beton Berat pipa NO A YES 9

10 Metodologi A Perhitungan Panjang Allowable Free Span Static Analysis Dinamic Analysis Simulasi dengan Autodesk Inventor Simulasi dengan software Ansys 12.0 Kesimpulan dan Rekomendasi Selesai 10

11 Data Inputan Description Unit Value Unit Value Unit Value Gas velocity m/s 7 f/s 23.3 Gas max flowarate Mmcfd 440 Gas min flowrate Mmcfd 55.6 Delivery pressure gas Barg 71 psi Pa Design pressure pipe Bara 128 psi 1856 Pa Hydrotest preesure pipe Bara 160 psi 2320 Pa Design temperature C 60 Operating temperature C 44.9 Operating pressure Bara 94.8 psi Pa MAOP Bara 128 psi 1856 Pa Fluid Density kg/m3 75 Modulus of Elacticity MPa psi psi Corrosion Allowance (mm) 3 in 43.5 in 11

12 Desain Basis Pipeline API RP 14E Formula aliran gas v g = 60 Z Q g T di 2 P d i = 60 Z Q gt VgP Dimana, Vg = gas velocity, feet/s Di = pipe inside diameter, inch Qg = gas flow rate, mmcfd T = operating temperature, R P = operating pressure, psia Z = compresibility faktor Diperoleh diameter minimal pipa yang dipakai 22.2 inch / 544mm 12

13 Allowable Check 1. Hoop stress S H F 1 ST S H = P I P e D 2t selisih tegangan yang dialami atau diterima oleh pipa karena tekanan internal dan eksternal pipa. Dimana material pipa yang dipilih nilai Hoop stress nya tidak boleh kurang dari nilai persamaan yang disyaratkan 2. Tegangan efektif akibat Longitudinal Load T eff 0.60T y tegangan efektif yang diakibatkan oleh beban longitudinal tidak boleh melebihi 13

14 3. Internal Pressure (Burst) P t f d f e f t P b besarnya tekanan hydrostatis tidak boleh melebihi tekanan maksimal pecah 4. Propagating Buckles P o P i f p P p Besarnya tekanan akibat propagating buckle tidak boleh melebihi selisih tekanan eksternal dan internal 14

15 Output Data Unit Material Grade Material Grade X60 X65 Outer Diameter inch Required Inner inch Diameter Inner Diameter inch Minimum wall thickness inch Selected wall thickness inch SMYS Design Psi Pressure Content kg/m3 Density Density Sea kg/m3 Water Design factor Joint factor 1 1 Temperature factor 1 1 Collapse factor Trench depth inch 0 0 Gas velocity m/s 7 7 Check Allowable Hoop stress NO NO OK NO OK OK Longitudinal load OK OK OK OK OK OK 15 Internal

16 Seleksi dengan AHP GOAL PIPA B GRADE API 5L X65 MATERIAL GARDE WALL THICKNESS KEKUATAN MATERIAL KETERSEDIAAN BARANG HARGA / BIAYA MOBILITAS KEMAMPUAN PENGELASAN HARGA / BIAYA PIPA A X60 t= 0.5 PIPA B X65 t=0.469 PIPA C X65 t=0.5 16

17 Seleksi dengan expert choise 17

18 Stabilitas pipa kondisi instalasi Secara Vertikal F L W s SF v = W s+w buoy W buoy 1.1 Secara Lateral F D μ. W s SF L = W s F L.μ F D +F I 1.1 Kondisi Instalasi : berat fluida pipa 0, belum terisi, data lingkungan 1 tahun Kondisi operasi : berat fluida gas, data lingkungan 100 tahun 18

19 Stabilitas pipa kondisi instalasi sudut fase FL (N/m) FD (N/m) FI (N/m) Ws (N/m) kondisi Instalasi Pipa Stabilitas kondisi Instalasi no Concrete coating(in) Vertical Stability lateral stability Nilai stabilitas Vertical Stability lateral stability Tebal concrete coating (in) 19

20 Stabilitas pipa kondisi operasi sudut fase FL (N/m) FD (N/m) FI (N/m) Ws (N/m) kondisi Operasi Pipa Stabilitas kondisi Operasi no Concrete coating(in) Vertical Stability lateral stability Nilai stabilitas lateral stability Vertical Stability Tebal concrete coating (in) 20

21 Free span analisys 1. Perhitungan panjang free span statis a. Akibat adanya maximum bending moment L static = 12M W s b. Akibat adanya penurunan permukaan dasar laut (Low Depression) L = σ m σ 2 m σ m L cβ σ c σ c σ c 3 σ m σ c = dimentional bending stress c. Akibat adanya bagian pipa yang terangkat (elevated obstruction) 21

22 22

23 Free span analisys 2. Perhitungan panjang free span dinamis Besarnya frekuensi VIV tidak boleh melebihi dari besarnya frekuensi natural (fn) U Fs = S t < f D n= a 2πL 2 St= strouhal number 0.2 a. Akibat kondisi Cross flow EI me Lc = b. Akibat kondisi in line Lc = aurdtot 2πUr a fnx2π EI me EI me 23

24 Mitigasi dengan grout bag F = Tekanan karena arus laut F = P x A F = 1 2 ρv2. Area F = 1 2 ρv2. H 2 (A 2 + B 2) Gaya gesek dari groutbag dihitung menggunakan rumus : R = Volume. density. µ. 9,807 24

25 Mitigasi dengan grout bag 1. Syarat pertama adalah besarnya R > F F = 1 2 ρv2. Area > R = Volume. density. µ. 9, Syarat yang kedua adalah besarnya kecepatan arus yang diperboleh dari hasil hitungan harus lebih besar daripada kecepatran arus dari data lingkungan Vr > Vl Vr = Volume. density. µ. 9, ρv2. H 2 (A 2 + B 2) Vr > Vl 25

26 Simulasi statis Inventor Von Mises Stress σv = σh 2 + σl 2 σh.. σl σv = x = Mpa σv< SMYS < 448 Mpa Displacement Pipa mm 26

27 Simulasi dimanis 27

28 Simulasi dinamis Permukaan pipa yang langsung terkena arus mempunyai tekanan maksimal Pa. 28

29 Kesimpulan 1. Berdasarkan pada (API) RP dan ASME B.318 pemilihan seleksi menngunakan metode Analytical Hierarchy Process (AHP) diperoleh pipa dengan spesifikasi pipa 24 in Grade X65 wall thickness in. 2. Pada kondisi instalasi dan operasi pipa akan memenuhi kestabilan secara Vertical dan Horizontal dengan concrete coating 10 in, dimana nilai kestabilan diatas safety faktor Diantara banyaknya free span yang terjadi di dalam jalur pipa, terdapat beberapa free span yang mengalami kegagalan secara static dan secara dinamis. Dimana panjang free span terpanjang adalah terdapat pada KP 7-8 dengan panjang free span 35 meter dan kedalaman 3 meter. Free span tersebut mempunyai tingkat keamanan yang rendah, sehingga harus dilakukan mitigasi yaitu dengan pemasangan support Grout Bag untuk memperpendek bentang free span yang terjadi. 4. Setelah dilakukan simulasi dengan menggunakan software Autodesk Inventor maka diketahui besarnya Von Misses Stress sebesar Mpa dengan displacement sebesar mm. dan hasil tersebut masih dalam kondisi aman karena tidak melebihi nilai Yield Strength pipa grade X65 sebesar 448 Mpa. 29

30 30