PERENCANAAN BEJANA TEKAN (PRESSURE VESSEL) TIPE SEPARATOR UNTUK FLUIDA GAS

Transkripsi

1 PERENCANAAN BEJANA TEKAN (PRESSURE VESSEL) TIPE SEPARATOR UNTUK FLUIDA GAS Ilham Kurniawan,Edi Septe.S, Iman Satria. Program Studi Teknik Mesin-Fakultas Teknologi Industri-Universitas Bung Hatta Jl. Gajah Mada No.19 Olo Nanggalo Padang Telp Fax ilhamkurniawan430@yahoo.com, Edysepte@yahoo.com extro_iman@yahoo.com ABSTRACT Pressure vessel is a container for a fluid, either liquid or gas fluid is pressurized. In designing a pressure vessel there are some things that must be considered, namely the voltages appearing on the vessel walls due to the pressure generated due to the fluid that is in the vessel, the weight of the vessel itself, nor the pressures arising from external factors. Crude oil (crude oil) is a mixture of hydrocarbon compounds are not uniform. Tube separator is used to separate the pressurized fluid into the water and gas wells (three-phase) or liquids and gas (two-phase). Pressure vessel planning objectives are to determine the dimensions of the pressure vessel with working pressure 1400 Psi safe and in accordance with the environmental conditions on the island of Natuna. Vessel forms that are designed in accordance with the working environment pressure vessel. Expenses incurred on, among others, pressure vessel design, vessel dead weight, wind load, the load due to the earthquake, and load combinations. To design the pressure vessels used basic standard is ASME VIII div. 1 edition, Keywords: Pressure Vessel, Working Pressure, Crude Oil, Separator, ASME Section VIII.

2 1. PENDAHULUAN Bejana tekan merupakan suatu wadah untuk fluida, baik fluida cair maupun gas yang bertekanan. Dalam perancangan suatu bejana tekan ada beberapa hal yang harus diperhatikan, yaitu tegangan-tegangan yang muncul pada dinding bejana tersebut akibat tekanan yang dihasilkan karena fluida yang berada dalam bejana, berat bejana itu sendiri, maupun tekanan yang muncul akibat faktor eksternal, seperti beban angin dan gempa yang diperoleh oleh bejana. Bejana tekan merupakan suatu konstuksi berbentuk tabung yang menerima beban tekan. Tekanan pada tabung ini bersal dari isi atau fungsi tabung sebagai tempat penyimpanan fluida gas atau cairan yang bertekanan. Konstruksi bejana tekan ini biasanya terbuat dari baja tahan karat sesuai dengan fluida yang tersimpan didalamnya. Proses pembuatan bejana tekan ini dilakukan dengan proses pengerolan dan perakitannya menggunakan proses pengelasan. Maka proses desain dan produksi suatu bejana tekan merupakan faktor utama dalam penggunaan bejana tekan, terlebih apabila fluida yang dipergunakan bersifat beracun karena proses kimia. 1.1 Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah : Merancang Bejana Tekan (Pressure Vessel) separator crude oil-gas berdasarkan ASME Section VIII Division 1 Edition TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bejana Tekan Adapun definisi dari bejana tekan (Pressure Vessels) merupakan wadah tertutup yang dirancang untuk menampung cairan atau gas pada temperatur yang berbeda dari temperatur lingkungan. Jika tekanan didalam bejana melebihi tekanan atmosfir di luar bejana, maka bejana dinamakan bejana tekan (pressure vessels). Separator adalah tabung bertekanan yang digunakan untuk memisahkan fluida sumur menjadi air dan gas (tiga fasa) atau cairan dan gas (dua fasa).

3 dimana pemisahannya dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu : Prinsip penurunan tekanan. Gravity setlink Turbulensi aliran atau perubahan arah aliran Pemecahan atau tumbukan fluida Crude oil (minyak mentah) adalah merupakan suatu campuran senyawa hidrokarbon yang tidak uniform. Crude Oil (Minyak Mentah) memiliki campuran senyawa hidrokarbon sebanyak 50-98% berat, sisanya terdiri atas zat-zat organik yang mengandung belerang, oksigen, dan nitrogen serta senyawa-senyawa anorganik seperti vanadium, nikel, natrium, besi, aluminium, kalsium, dan magnesium. Gambar 2.1 Bejana Tekan 2.2 Komponen Utama Bejana Tekan (Pressure Vessel). Komponen utama dalam merancang sebuah bejana tekan dengan cara pengelasan seperti Shell, Head, Nozzle, Flange, Reinforcement Pad, Skirt Support. a. Shell Shell adalah komponen yang paling utama yang berisi fluida yang bertekanan. Pada umumnya ada dua tipe shell yang ada yaitu shell silindris dan spherical shell. b. Head Head adalah bagian penutup dari vessel, seperti namanya yang di ambil dari bahasa inggris, berarti kepala. Head sendiri itu ada di bagian kanan dan kiri untuk vessel horizontal, atau untuk vessel vertikal ia berada di bagiaan atas bawah. c. Nozzle Nozzle adalah komponen silinder yang berupa lubang yang menembus shell atau head dari bejana tekan. d. Flange Flange merupakan bagian penepat yang digunakan untuk menghubungkan flange pada pipa dengan menggunakan baut secara bersama-sama. flange

4 untuk memungkinkan koneksi atanra vessel dengan piping. e. Reinforcement pad Reinforcement pad adalah pelat yang berfungsi untuk menguatkan nozzle. f. Skirt Support Komponen ini berfungsi untuk menahan bejana tekan agar tidak berpindah atau bergeser. Penyangga ini harus bisa menahan beban baik berupa beban berat bejana ataupun beban dari luar seperti angin dan gempa bumi. Perancangan penyangga tidak seperti desain bejana tekan karena penyangga tidak mempunyai tekanan. 2.3 Beban yang bekerja pada bejana tekan Bejana tekan dikenal bermacam-macam pembebanan yang berbeda-beda pada setiap komponennya. Kategori dan intensitas gaya-gaya ini menjadi fungsi dari pembebanan alami dan geometri serta kontruksi dari komponen bejana. 1. Tekanan Desain Tekanan design adalah tekanan yang digunakan untuk menentukan ketebalan shell minimum yang diperlukan bejana. Tekanan design besarnya diatas tekanan operasi (10% dari tekanan operasi atau minimum10 psi) ditambah dengan besarnya static head dari fluida kerja. Tekanan design minimum untuk bejana Code non vacuum adalah 15 psi. 2. Bobot mati bejana tekan ( Dead Load ) Dead load adalah beban yang berupa berat bejana itu sendiri dan elemen - elemen lain yang terpasang secara permanen pada bejana. 3. Beban Angin Angin yang dimaksud adalah angin dengan aliran yang turbulen dipermukaan bumi dengan kecepatan yang bervariasi. Angin disini juga diasumsikan sebagai angin yang mempengaruhi kecepatan rata-rata tertentu pada fluktuasi aliran turbulen tiga dimensi lokal. 4. Beban Karena gempa Kekuatan seismik pada bejana berasal dari pergerakan getaran yang tidak teratur secara tiba-tiba di dalam tanah tempat bejana berada dan bejana terpengaruh oleh gerakan tersebut. Faktor utama yang merusakan

5 struktur bejana akibat getaran adalah intensitas dan durasi gempa yang terjadi. Gaya dan tegangan yang terjadi selama gempa paada struktur adalah transien, tegangan dinamik alami, dan tegangan kompleks. 2.4 Temperatur Rancangan Temperatur yang dipakai untuk merancang bejana tekan tidak boleh lebih rendah dari pada temperatur rata-rata logam dinding bejana yang diperkirakan terjadi pada saat operasi, temperatur tersebut dinamakan temperatur rancang. Jika perlu, temperatur rata-rata tersebut dapat diperkirakan atau dihitung dari perhitungan perpindahan panas atau dari pengukuran pada bejana yang beroperasi dengan kondisi yang sama. 2.5 Beban pada bejana tekan Beberapa macam beban yang disebut dibawah ini dapat membebani bejana, baik secara sendiri-sendiri tetapi biasanya sebagai kombinasi beberapa macam beban. Oleh karena itu yang harus diperhitungkan dalam perancangan bejana tekan adalah : Beban berupa tekanan internal atau tekanan eksternal. Berat bejana dan berat isi bejana pada kondisi operasi atau kondisi uji, termasuk idalamnya tambahan tekanan akibat julang statis (static head) dari fluida kerja. Reaksi statik akibat berat peralatan yang terletak pada bejana seperti motor, mesin dan bejana lain, pipa, insolasi, dll. Beban akibat peralatan yang dipasang pada bejana yaitu peralatan yang terletak didalam bejana, tumpuan bejana seperti

6 lugs, rings, skirts, saddles, legs. Beban yang berubah-ubah (cyclic loadings) akibat tekanan atau temperatur yang berubah-ubah. Beban angin, beban salju, beban gempa. Beban kejut akibat kejutan fluida (fluid shock). Gradien temperatur dan ekspansi termal yang berbeda. 2.6 Bejana tekan dinding silindris Tegangan yang timbul akibat bebanbeban yang ditanggung bejana menjadi sebuah pertimbangan yang penting pada saat merancang bejana tekan.pemilihan ketebalan dinding misalnya, harus mampu menahan mengeluarkan standar-standar yang diharapkan menjadi patokan perancang saat merancang bejana tekan. Berdasarkan ukuran tebal dindingnya, bejana tekan terbagi menjadi dua yaitu bejana tekan berdinding tipis dan bejana tekan berdinding tebal. Bejana tekan termasuk berdinding tipis ketika perbandingan tebal dibanding diameternya dibawah 1:10, sedangkan jika diatas perbandingan tersebut maka bejana tekan termasuk berdinding tebal. 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian Perencanaan sambungan pengelasan Pada bejana tekan (Pressure Vessel) tipe separator untuk fluida gas ini diperlihatkan pada Gambar 3.1 beban tetapi juga harus murah biayanya.sebab kompleksitas perancangan bejana tekan, badan standarisasi internasional juga

7 Hemispherical head Conical head Toriconical head Berdasarkan beberapa tipe diatas pada perencanaan bejana tekan (pressure vessel) tipe separator untuk fluida gas dipakai tipe head ellipsoidal. Gambar 3.1 Metodologi Perancangan 3.2 Kondisi operasi bejana tekan Data dibawah ini adalah data pada saat bejana tekan (pressure vessel) tipe separator untuk fluida gas beroperasi. Fluida : Crude oil ( gas ) Tekanan operating : 1400 psi Temperatur Operating: 150 o C Faktor lingkungan Wind Load : 56 km/jam Faktor gempa : diasumsikan 3.3 Penentuan tipe bejana tekan Penentuan tipe bejana tekan (pressure vessel) berdasarkan bentuk head yang dipakai oleh bejana tersebut. dibawah ini ada beberapa tipe head : Ellipsoidal head Torispherical head 3.4 Menentukan dimensi bejana tekan Dimensi yang digunakan pada perencanaan bejana tekan (pressure vessel) tipe separator untuk fluida gas adalah sebagai berikut : Panjang bejana tekan keseluruhan : 550 in (ellipsoidal head) Diameter bejana tekan : 96 in Material pressure vessel yang akan direncanakan berdasarkan ASME section II : - Shell = SA 516 Gr 70 - Head = SA 516 Gr 70 - Nozzle = SA 106 Gr B - Reinforcement pad = Sa 516 Grade 70 - Flange = SA Skirt Support = SA 36

8 4. HASIL PERENCANAAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Spesifikasi Hasil Perencanaan Fluida : Crude Oil ( Gas ) Position PV: Vertical Flange = SA 105 Skirt Support = SA 36 Anchor Bolt = SA 193 B Base ring = SA 283 Gr C Location : Pulau Natuna Design Pressure: 1600 psi Operating Pressure: 1400 psi Design Temperature : F Operating Temperature: F Wind Load : 56 km/jam faktor gempa: diasumsikan Weld Joint Efficiency : 1 Jari-Jari shell : 48 in 4.2 Shell Jumlah Nozzle : 6 Nozzle (9, 9, 9,12, 14, 18 ) Jumlah flange : 6 buah Skirt Support : 4 buah t PD 2( SE 0,6P) CA : 0,185 mm/year Design Life : 25 year Construction Material : Shell = SA 516 Gr 70 Head = SA 516 Gr 70 Nozzle = SA 106 Gr B

9 4.2 Head t PD 2( SE 0,2P) (Ellipsoidal Head 5. KESIMPULAN DAN SARAN 4.3 Nozzle 5.1 Kesimpulan Berdasarkan perhitungan yang Trn PRn SE 0,6P telah dilakukan, untuk bejana tekan (pressure vessel) tipe separator untuk fluida gas dengan posisi vertikal dan 4.4 Skirt Support lokasi di pulau Natuna dengan T 12Mt R 2 SE 2W R SE menggunakan head ellipsoidal dengan pressure operating 1400 psi, dan temperature operating C dengan kecepatan angin di lingkungan operasi bejana tekan (pressure vessel) 56 km/jam dan juga Corrosion Allowance (CA) 0,185/years.

10 Maka dimensi akhir komponenkomponen bejana tekan yang Jenis Support : skirt support Material skirt : SA 36 digunakan untuk perancangan bejana tekan (pressure vessel) tipe separator untuk fluida gas adalah sebagai berikut: Tinggi keseluruhan Tinggi skirt Tebal skirt 5. Anchor bolt : 650 in : 177 in : 11/16 in 1. Shell Material Shell : SA 516 Gr 70 Material anchor bolt: SA 193 B 6. Base ring Tebal dinding Shell 2. Head : 1,3 in Material base ring : SA 283 grade C Bentuk head : Ellipsoidal Material head : SA 516 gr 70 Jenis base ring: base ring tanpa gusset Tebal head 3. Nozzle : 1,3 in Tebal : 1 in 7. Reinforcement Pad Material nozzle: SA 106 Gr B Material reinforcement pad : Tebal nozzle neck1 Tebal nozzle neck2 Tebal nozzle neck3 Tebal nozzle neck4 Tebal nozzle neck5 Tebal nozzle neck6 : 0,24 in : 0,24 in : 0,24 in : 0,32 in : 0,37 in : 0,48 in SA 515 Gr 70 Luas reinforcement 1: 9,73 in 2 Luas reinforcement 2: 9,73 in 2 Luas reinforcement 3 : 9,73 in 2 Luas reinforcement 4:12,98 in 2 Luas reinforcement 5:15,14 in 2 Jenis flange 4. Support : Slip on flange Luas reinforcement 6: 19,17 in 2

11 DAFTAR PUSTAKA 1) Rule For Construction of Pressure Vessel, Section VIII Division1, ASME,NewYork,2010 2) Rule Materials boiler and pressure vessel code, Division Van Nostrand Reinhold Company, New York. 7) A.Keith Escoe,1986, Mehanical design of proses system volume 1, Gulf Publishing Company,London. II Part A-Properties, ASME, New York, ) Bednar H Henry, 1981, Pressure Vessel Design Handbook, Van Nostrand Reinhold Company, New York. 4) Buthod Paul, 1986, Pressure Vessel Handbook, Pressure Vessel Handbook Publishing Inc, Tulsa. 5) Eugene F.Megyesy, Pressure Vessel Design Handbook, eleven edition,company, New York. 6) John F.Harvey PE, 1985, Teory and design of pressure vessels,