Bab 5 Analisis Tegangan Ultimate dan Analisis Penambahan Tumpuan Pipa

Transkripsi

1 Bab 5 Analisis Tegangan Ultimate dan Analisis Penambahan Tumpuan Pipa Sistem perpipaan dikatakan telah mengalami kegagalan, salah satu alasannya jika tegangan yang terjadi pada sistem perpipaan tersebut lebih besar dari tegangan yang diijinkan oleh Code perpipaan yang dipakai sebagai acuan perancangan sistem perpipaan tersebut. Metode membandingkan tegangan aktual yang terjadi pada sistem perpipaan dengan tegangan ijin sesuai dengan Code biasa disebut dengan metode Code stress check. Metode inilah yang umum digunakan dalam melakukan analisis tegangan pada sistem perpipaan. Nilai tegangan ijin pada Code adalah lebih rendah bila dibandingkan nilai tegangan yield (SMYS) yang dimiliki material pipa tersebut. Nilai SMYS sistem perpipaan menunjukan basarnya tegangan maksimum yang mampu ditahan oleh material sistem perpipaan sampai saat terjadinya deformasi plastis pada sistem perpipaan. Pada saat sistem perpipaan telah mengalami deformasi plastis, kemungkinan besar telah terjadi crack pada titik-titik kritis pada pipa yang akan memicu terjadinya kebocoran fluida proses ke lingkungan di luar dinding pipa. Analisis perbandingan antara tegangan aktual yang terjadi pada pipa terhadap nilai SMYS material pipa disebut sebagai analisis tegangan ultimate. Pada sistem perpipaan, pamasangan tumpuan pipa betujuan untuk menahan seluruh beban berat sistem perpipaan agar tidak terjadi buckling dan menjaga sistem perpipaan agar tidak mengalami dislokasi dari rute perancangan. Pada sistem perpipaan yang telah lama beroperasi dan mengalami kegagalan karena adanya overstress, penambahan atau pencopotan tumpuan yang telah terpasang di dekat lokasi overstress, dianalisis mampu menurunkan nilai tegangan yang terjadi, sehingga sistem perpipaan kembali berada pada status yang aman untuk beroperasi. Sehingga analisis penambahan atau pencopotan tumpuan pipa ini termasuk dalam tindakan mitigasi untuk menghidarkan sistem perpipaan dari 94

2 resiko mengalami kegagalan yang dapat merugikan perusahaan pemilik pipa dan membahayakan makhluk hidup di lingkungan sekitar sistem perpipaan. 5.1 Analisis Tegangan Ultimate Sistem Perpipaan pada Topside Platform Analisis tegangan ultimate dilakukan dengan melakukan perhitungan tegangan aktual yang terjadi pada sistem perpipaan dengan jenis pembebanan kombinasi, yaitu terdiri atas beban sustain, beban ekspansi dan beban akibat subsidence. Pada analisis ultimate ini, beban akibat subsidence dijadikan sebagai parameter yang diubah-ubah nilainya berdasarkan nilai subsidence rate platform, sedemikian hingga dalam perhitungan dihasilkan nilai tegangan aktual pipa yang sama dengan nilai tegangan yield material pipa (SMYS). Subsidence rate platform merupakan nilai penurunan platform yang terjadi per satuan waktu, yang diukur melalui metode GPS (Global Positioning System). Asumsi utama dalam analisis tegangan ultimate ini, bahwa subsidence rate yang terjadi pada platform-paltform di area Lima adalah konstan, tidak terjadi anomali terhadap nilai subsidence rate dari waktu ke waktu. Hasil akhir yang didapatkan dari analisis tegangan ultimate ini adalah prediksi umur sistem perpipaan sampai saat sistem perpipaan mengalami kegagalan ultimate, yaitu nilai tegangan aktual yang terjadi pada sistem perpipaan telah sama dengan nilai tegangan yield material pipa (SMYS) " Liquid Out of Test Separator from LA-Well to L. Process Pada analisis tegangan dalam bab III, sistem perpipaan 3" Liquid Out of Test Separator from LA-Well to L. Process berada dalam kondisi aman, artinya pada kondisi operasi tidak ada nilai tegangan aktual yang melebihi tegangan ijin material pipa sesuai dengan Code ASME B31.3. Dalam analisis tegangan ultimate ini, akan dilakukan iterasi perhitungan tegangan aktual pipa pada pembebanan kombinasi dengan parameter perubah nilai displacement yang ditentukan berdasarkan nilai subsidence rate yang terjadi. Dari nilai-nilai tegangan hasil iterasi tersebut, kemudian dilakukan perbadingan antara nilai tegangan aktual pada sistem perpipaan dengan nilai tegangan yield material pipa. Waktu yang 95

3 diperlukan supaya nilai tegangan aktual sistem perpipaan yang terjadi sama dengan tegangan yield material pipa menunjukan sisa umur sistem perpipaan 3" Liquid Out of Test Separator from LA-Well to L. Process. Pada gambar 5.1 berikut ditunjukan pemodelan sistem perpipaan 3" Liquid Out of Test Separator from LA-Well to L. Process dan nilai subsidence rate yang terjadi pada platform LA-Well dan L. Process. LA Well P/F Bridge Area 0.53 in/month L. PROCESS 0.44 in/month Gambar 5.1 Subsidence rate line 3" Liquid Out of Test Separator from LA-Well to L. Process (1) Dari analisis tegangan ultimate yang telah dilakukan dengan menggunakan software perpipaan AutoPIPE 2004, maka prediksi sisa umur dan nilai tegangan aktual yang terjadi pada sistem perpipaan 3" Liquid Out of Test Separator from LA-Well to L. Process dapat ditunjukan pada tabel 5.1 berikut ini: Tabel 5.1 Prediksi sisa umur dan tegangan aktual sistem perpipaan 3" Liquid Out of Test Separator from LA-Well to L. Process (1) Remaining Life (month) Load stress (psi) Yield stress (psi) ratio 120 combined combined combined combined

4 Dari tabel hasil analisis tegangan ultimate di atas, diketahui bahwa sistem perpipaan 3" Liquid Out of Test Separator from LA-Well to L. Process diprediksi memiliki sisa umur 270 bulan (22.5 tahun) untuk mengalami kegagalan terhadap nilai tegangan yield material pipa (SMYS). Gambar 5.2 menunjukan kontur tegangan dan rasio tegangan aktual terhadap tegangan yield material pipa, yang terjadi pada saat sistem perpipaan telah mengalami kegagalan terhadap tegangan yield (SMYS) Gambar 5.2 Kontur tegangan dan rasio tegangan line 3" Liquid Out of Test Separator from LA- Well to L. Process terhadap SMYS (1) Pada kontur tegangan diatas terdapat lokasi pipa yang mengalami tegangan berlebih, yang ditunjukan dengan kontur berwarna merah. Nilai-nilai tegangan aktual yang terjadi pada pada lokasi pipa, yang berharga maksimum dapat ditunjukan pada tabel 5.2 sebagai berikut: 97

5 Tabel 5.2 Tegangan aktual sistem perpipaan 3" Liquid Out of Test Separator from LA-Well to L. Process pada analisis tegangan ultimate (1) Point Load Actual Stress (psi) Yield Stress (psi) Ratio Elbow Combined Pipe Combined Pipe Combined Pipe Combined tee Combined " & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process Pada analisis tegangan dalam bab III, sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process diketahui telah mengalami kegagalan terhadap tegangan ijin sesuai Code ASME B31.3. Pada analisis tegangan ultimate berikut akan dilakukan iterasi perhitungan untuk mendapatkan sisa umur sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process, yaitu waktu yang diperlukan sistem perpipaan untuk mengalami kegagalan dengan penambahan beban displacement akibat subsidence. Gambar 5.3 berikut menunjukan pemodelan dan nilai subsidence rate yang terjadi pada sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process. 98

6 LA Well P/F Bridge Area L Process 0.53 in/month 0.44 in/month Gambar 5.3 Subsidence rate line 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process (1) Dari analisis tegangan ultimate yang telah dilakukan dengan menggunakan software perpipaan AutoPIPE 2004, maka prediksi sisa umur dan nilai tegangan aktual yang terjadi pada sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process dapat ditunjukan pada tabel 5.3 berikut ini: Tabel 5.3 Prediksi sisa umur dan tegangan aktual sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process (1) Remaining Life (month) Load stress (psi) Yield stress (psi) ratio 90 combined combined combined combined Dari tabel hasil analisis tegangan ultimate di atas, diketahui bahwa sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process diprediksi memiliki sisa umur 300 bulan (25 tahun) untuk mengalami kegagalan terhadap nilai tegangan yield material pipa (SMYS). Gambar

7 menunjukan kontur tegangan dan rasio tegangan aktual terhadap tegangan yield material pipa, yang terjadi pada saat sistem perpipaan telah mengalami kegagalan terhadap tegangan yield (SMYS) Gambar 5.4 Kontur tegangan dan rasio tegangan line 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Proces ss (1) Padaa kontur tegangan diatas terdapat lokasi pipa yang mengalami tegangan berlebih, yang ditunjukan dengan kontur berwarna merah. Nilai-nilai tegangan aktual yang terjadi pada padaa lokasi pipa, yang berharga maksimum dapat ditunjukann pada tabel 5.4 sebagai berikut: Tabel 5.4 Tegangan aktual sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process pada analisis tegangan ultimat Point Load Actual Stress (psi) Yield Stress (psi) Ratio Elbow Combined Elbow Combined Elbow Combined Pipe Combined te (1) 100

8 5.1.3 Kombinasi Antara 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process Pada analisis tegangan dalam bab III, sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process diketahui telah mengalami kegagalan terhadap tegangan ijin sesuai Code ASME B31.3. Pada analisis tegangan ultimate berikut akan dilakukan iterasi perhitungan untuk mendapatkan sisa umur sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and LP- V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process, yaitu waktu yang diperlukan sistem perpipaan untuk mengalami kegagalan dengan penambahan beban displacement akibat subsidence. Gambar 5.5 berikut menunjukan pemodelan dan nilai subsidence rate yang terjadi pada sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process. 101

9 LA Well P/F L.Process 0.53 in/month 0.44 in/month L. Compressor 0.52 in/month Gambar 5.5 Subsidence rate line 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA- (1) Well To L.Process Dari analisis tegangan ultimate yang telah dilakukan dengan menggunakan software perpipaan AutoPIPE 2004, maka prediksi sisa umur dan nilai tegangan aktual yang terjadi pada sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process dapat ditunjukan pada tabel 5.5 berikut ini: Tabel 5.5 Prediksi sisa umur dan tegangan aktual sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas (1) Out Test Separator from LA-Well To L.Process Remaining Life (month) Load stress (psi) Yield stress (psi) ratio 60 combined combined combined combined

10 Dari tabel hasil analisis tegangan ultimate di atas, diketahui bahwa sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separatorr from LA-Well To L.Process diprediksi memiliki sisa umur 120 bulan (10 tahun) untuk mengalami kegagalan terhadap nilai tegangan yield material pipa (SMYS). Gambar 5.6 menunjukan kontur tegangann dan rasio tegangan aktual terhadap tegangan yield material pipa, yang terjadi pada saat sistem perpipaan telah mengalami kegagalan terhadap tegangan yield (SMYS) Gambar 5..6 Kontur tegangan dan rasio tegangan line 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L..Process, dan 6 Gas Out Test Separatorr from LA-Well To L.Proces ss (1) Padaa kontur tegangan diatas terdapat lokasi pipa yang mengalami tegangan berlebih, yang ditunjukan dengan kontur berwarna merah. Nilai-nilai tegangan 103

11 aktual yang terjadi pada padaa lokasi pipa, yang berharga maksimum dapat ditunjukann pada tabel 5.6 sebagai berikut: Tabel 5.6 Tegangan aktual sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L..Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process pada analisis tegangan ultimate Point Load Actual Stress (psi) Yield Stress (psi) Ratio Elbow Combined Teee Teee Combined Combined Analisis Penambahan Tumpuan Sistem Perpipaan pada Topside Platform Penambahan tumpuan pipa pada sistem perpipaan, di dekat titik yang mengalami pembebanan berlebih (overstress), dilakukan dengan tujuan untuk menurunkan nilai tegangan aktual yang terjadi sehingga sistem perpipaan kembali berada pada kondisi yang aman untuk beroperasi. Tindakan inii dapat diartikan juga sebagai tindakan mitigasi untuk mengurangi terjadinya resiko kegagalan sistem perpipaan akibat adanya pembebanann berlebih. Dalam sistem perpipaan pada umumnya, digunakan dua jenis tumpuan pipa untuk menahan beban berat seluruh sistem perpipaan. Dua jenis tumpuan tersebut antara lain, rest support dan guidesupport, seperti ditunjukan padaa gambar 5. 7 dan 5.8 di bawah ini: Gambar 5.7 Rest support (5) Gambar 5.8 Guidesupport (5) 104

12 Tumpuan jenis rest support menahan pipa dalam arah vertikal ke bawah saja, sehingga pipa masih bisa bergerak bebas ke arah horizontal kiri, horizontal kanan, vertikal atas dan arah longitudinal sejajar sumbu pipa. Sedangkan tumpuan jenis guide support menahan pipa dalam 4 arah gerak, yaitu vertikal atas dan bawah serta horizontal kiri dan kanan, tetapi pipa masih dapat bergerak pada arah longitudinal sejajar sumbu pipa. Pemakaian 2 jenis tumpuan pipa ini disesuaikan dengan kondisi pembebanan pada kondisi operasi yang ada pada sistem perpipaan dan disesuaikan pula dengan space yang tersedia pada topside platform. Analisis penambahan tumpuan ini dilakukan terhadap sistem perpipaan yang mengalami kegagalan pada analisis tegangan akibat beban sustain, beban ekspansi dan beban akibat subsidence. Dari analisis tegangan pada Bab III, terdapat dua sistem perpipaan yang mengalami kegagalan pada kondisi operasi, anatara lain: 1. 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process " Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA- Well To L.Process. Penyajian analisis penambahan tumpuan pada sistem perpipaan ini di mulai dari penunjukan lokasi pemasangan tumpuan pipa yang baru dan jenis tumpuan yang digunakan pada gambar isometrik. Kemudian dilanjutkan dengan penyajian penambahan tumpuan pada model sistem perpiaan menggunakan software AutoPIPE Terakhir, disajikan analisis tegangan yang terjadi pada sistem perpipaan setelah dilakukan penambahan tumpuan pipa pada sistem perpipaan itu. Hasil tegangan yang terjadi disajikan dalam bentuk tabel sehingga dapat dibandingkan nilai-nilai tegangan maksimum yang terjadi sebelum dan setelah dilakukan penambahan tumpuan pipa pada sistem perpipaan. 105

13 " & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process Berdasarkan analisis tegangan dalam Bab III, sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process telah mengalami kegagalan akibat tegangan berlebih pada kondisi operasinya. Penambahan tumpuan pipa pada beberapa lokasi di dekat titik overstress diharapkan mampu menurunkan nilai tegangan yang terjadi. Pada gambar 5.9 berikut menunjukan lokasi penambahan tumpuan pipa melalui gambar isometrik sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process. Add the rest support at here Gambar 5.9 Lokasi penambahan tumpuan pipa pada gambar isometrik 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process (1) Lokasi penambahan tumpuan pipa pada gambar isometrik sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process tersebut kemudian dapat diaplikasikan ke pemodelan sistem perpipaan pada AutoPIPE 2004 seperti ditunjukan pada gambar 5.10 sebagai berikut: 106

14 Gambar 5.10 Pemodelan penambahan tumpuan pipa pada gambar isometrik 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process (1) Dari pemodelan penambahan tumpuan pipa tersebut, kemudian dilakukan analisis tegangan yang terjadi berdasarkan Code ASME B31.3. Nilai-nilai tegangan aktual yang terjadi diharapkan akan mengalami penurunan sehingga sistem perpipaan kembali berada pada kondisi yang aman untuk beropeasi. Kontur tegangan yang dihasilkan dari analisis tegangan yang telah dilakukan ditunjukan pada gambar 5.11 sebagai berikut: Gambar 5.11 Kontur tegangan setelah penambahan tumpuan pada line 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process (1) 107

15 Pada analisis tegangan yang telah dilakukan, didapatkan nilai-nilai tegangan yang berada dibawah nilai tegangan ijin Code ASME B31.3, sehingga sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process berada pada kondisi yang aman untuk beroperasi. Nilai-nilai tegangan aktual dan rasio tegangan maksimum yang terjadi ditujukan pada tabel 5.7 di bawah ini: Tabel 5.7 Tegangan aktual sebelum dan setelah analisis penambahan tumpuan pipa pada sistem perpipaan 10" & 12" Gas Line from Production & Test Header at LA-Well to L.Process (1) Load Stress Before Adding Supports (psi) Allowable Stress (psi) Ratio Stress After Adding Supports (psi) Allowable Stress (psi) Ratio Combined Combined Combined Combined Kombinasi Antara 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process Berdasarkan analisis tegangan dalam Bab III, sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA- Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process telah mengalami kegagalan akibat tegangan berlebih pada kondisi operasinya. Penambahan tumpuan pipa pada beberapa lokasi di dekat titik overstress diharapkan mampu menurunkan nilai tegangan yang terjadi. Pada gambar 5.12 berikut menunjukan lokasi penambahan tumpuan pipa melalui gambar isometrik sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process. 108

16 Add the guide support at here Add the guide support at here Gambar 5.12 Lokasi penambahan tumpuan pipa pada gambar isometrik 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process (1) Lokasi penambahan tumpuan pipa dan jenis tumpuan pipa yang digunakan pada gambar isometrik sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process tersebut kemudian dapat diaplikasikan ke pemodelan sistem perpipaan pada AutoPIPE 2004 seperti ditunjukan pada gambar 5.13 sebagai berikut: 109

17 Gambar 5.13 Pemodelan penambahan tumpuan pipa pada 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process (1) Dari pemodelan penambahan tumpuan pipa tersebut, kemudian dilakukan analisis tegangan yang terjadi berdasarkan Code ASME B31.3. Nilai-nilai tegangan aktual yang terjadi diharapkan akan mengalami penurunan sehingga sistem perpipaan kembali berada pada kondisi yang aman untuk beropeasi. Kontur tegangan yang dihasilkan dari analisis tegangan yang telah dilakukan ditunjukan pada gambar 5.14 sebagai berikut: 110

18 Gambar 5.14 Kontur tegangan setelah penambahan tumpuan pada line 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process (1) Pada analisis tegangan yang telah dilakukan, didapatkan nilai-nilai tegangan yang berada dibawah nilai tegangan ijin Code ASME B31.3, sehingga sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process berada pada kondisi yang aman untuk beroperasi. Nilainilai tegangan aktual dan rasio tegangan maksimum yang terjadi ditujukan pada tabel 5.8 di bawah ini: 111

19 Tabel 5.7 Tegangan aktual sebelum dan setelah analisis penambahan tumpuan pipa pada sistem perpipaan 18" Gas Line from LP-V2 and LP-V3 at L. Process to V-1 at L.Comp., 8" Mol 3 Phase from LA-Well to L.Process, dan 6 Gas Out Test Separator from LA-Well To L.Process (1) Load Stress Before Adding Supports (psi) Allowable Stress (psi) Ratio Stress After Adding Supports (psi) Allowable Stress (psi) Ratio Combined Combined Combined Combined Combined Combined Combined