Studi Optimasi Offshore Pipeline Replacement di Area Bekapai TOTAL E&P Indonesie, Balikpapan. (Ema Sapitri, Hasan Ikhwani, Daniel M.

Transkripsi

1 Studi Optimasi Offshore Pipeline Replacement di Area Bekapai TOTAL E&P Indonesie, Balikpapan (Ema Sapitri, Hasan Ikhwani, Daniel M. Rosyid) Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya ABSTRACT This study discusses about optimization of offshore pipeline replacement at Bekapai field TOTAL E&P Indonesie, Balikpapan. This optimization is studied because the design life of pipeline finished and the production flowrate of well in this area declined. The variable in this study is outside pipe diameter and pipe wall thickness, while the constraint which is considerated is hoop stress, system collapse, and propagation buckling. Design parameter which is calculated is stress analysis (hoop stress, longitudinal stress, bending stress, and combined stress), buckling analysis (local buckling, global buckling, propagation buckling and system collapse check), pipeline stability (on bottom stability : vertical and lateral stability check), free span calculation of pipeline (free span analysis), and laying analysis with OFFPIPE software to check the percentage of maximum allowable yield stress at overbend and sag bend area each material grade. The variation of material grade is grade B, X42, X46, X52, and X56 based on API 5L This result study find that the minimum pipe inside diameter is Ø in. With this minimum diameter, its outside diameter just reach in (API 5L 2000). This diameter too small, so it is determined the dimension of diameter which is coon in market and can to be installed, these is Ø 4.5 in dan Ø in. Pipe wall thickness for Ø 4.5 in that comply the percentage of maximum yield stress in OFFPPE modelling each material grade to be continued is (0.237 in), (0.281 in), (0.219 in), (0.188 in), and (0.188 in), while pipe wall thickness for Ø in is (0.28 in), (0.375 in), 6.35 (0.25 in), (0.219 in), and (0.219 in). Optimization graphic in this study shows that optimum point of outside diameter and pipe wall thickness is (7.2, ) and it occurs at material grade X52. It is meaning that at material grade X52, optimum outside diameter is 7.2 in and optimum pipe wall thickness is in. With the weight of pipe = lb/in. Because of this outside diameter and pipe wall thickness is no ready in pipe schedule (API 5L 2000), so it is selected that limit to this outside diameter and pipe wall thickness, it is outside diameter in and pipe wall thickness in. So optimum outside diameter and optimum pipe wall thickness that can be installed and operable in BK-BP1 platform Bekapai field to be continued is outside diameter in and pipe wall thickness in. 1

2 Key words : optimazation, offshore pipeline replacement, constraint, material grade, line sizing ABSTRAK Studi ini membahas mengenai optimasi offshore pipeline replacemenet di area Bekapai TOTAL E&P Indonesie, Balikpapan. Optimasi dilakukan karena design life pipa sudah habis dan produksi flowrate pada sumur di area ini menurun. Variabel dalam studi ini adalah diameter luar pipa dan tebal pipa, sementara batasan-batasan (constraint) yang dipertimbangkan adalah hoop stress, system collapse, dan propagation buckling. Parameter desain yang diperhitungkan meliputi stress analysis (hoop stress, longitudinal stress, bending stres, dan combined stress), buckling analysis (local buckling, global buckling, propagation buckling dan system collapse check), stabilitas pipa (on bottom stability : vertical and lateral stability check), perhitungan panjang bentangan pipa (free span analysis), dan laying analysis dengan bantuan software OFFPIPE untuk pengecekan persentase yield stress maksimum yang diijinkan pada daerah overbend dan sag bend tiap material grade. Variasi material grade yang dipilih antara lain grade B, X42, X46, X52, dan X56 berdasarkan API 5L Hasil studi ini menemukan bahwa diameter dalam minimal sesuai line sizing calculation adalah Ø in. Dengan diameter dalam minimal ini, diameter luarnya hanya mencapai in (API 5L 2000). Karena diameter ini terlalu kecil, sehingga langsung ditentukan ukuran diameter yang lebih coon di pasaran dan dapat diinstall yaitu Ø 4.5 in dan Ø in. Tebal pipa untuk Ø 4.5 in yang memenuhi persentase maximum yield stress pada pemodelan OFFPIPE untuk masing-masing material grade berturut-turut adalah (0.237 in), (0.281 in), (0.219 in), (0.188 in), dan (0.188 in), sementara tebal pipa untuk Ø in adalah (0.28 in), (0.375 in), 6.35 (0.25 in), (0.219 in), dan (0.219 in). Grafik optimasi dalam studi ini menunjukkan bahwa titik optimum diameter luar dan tebal pipa adalah (7.2, ) dan terjadi pada material grade X52. Hal ini berarti pada material grade X52 diameter luar pipa yang optimum adalah 7.2 in dan tebal pipa yang optimum adalah in. Dengan berat pipa = lb/in. Karena diameter luar dan tebal pipa ini tidak disediakan dalam schedule pipa (API 5L 2000), maka dipilih yang mendekati diameter luar dan tebal pipa tersebut, yaitu diameter pipa in dan tebal pipa in. Sehingga diameter luar dan tebal pipa optimum yang dapat diinstall dan dioperasikan di BK-BP 1 platform area Bekapai berturut-turut adalah in dan tebal pipa in. Kata kunci : optimasi, offshore pipeline replacement, constraint, material grade, line sizing 2

3 Korespondensi (Correspondence) : Ema Sapitri, Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya jsapitri.ema@gmail.com, Contact Number : PENDAHULUAN Offshore pipeline replacement merupakan aktivitas yang dilakukan secara rutin/ periodik pada perusahaan migas, termasuk TOTAL E&P Indonesie, Balikpapan. Selama ini metode yang digunakan untuk offshore pipeline replacement di area Bekapai ini menggunakan studi komparasi yaitu dengan mencari perbandingan yang sesuai dari parameter-parameter yang ada. Misalnya mencari perbandingan yang sesuai antara pipa berdiameter 6 (enam inchi), 8 (delapan inchi), 10 (sepuluh inchi), 12 (dua belas inchi) dan seterusnya. Metode dengan studi komparasi tersebut telah lama diterapkan, namun belum ditemukan metode yang cukup efektif dan efisien untuk melakukan instalasi/konstruksi offshore pipeline di area Bekapai ini. Sehingga dalam studi/penelitian ini akan dilakukan Studi Optimasi untuk mencari diameter luar dan tebal pipa (pipe wall thickness) yang optimum. Offshore pipeline replacement di area Bekapai- Balikpapan-Kalimanatan Timur ini dilakukan karena produksi (flowrate) yang dihasilkan sudah tidak sebesar saat pipa ini dibuat dan design life dari offshore pipeline ini adalah 25 tahun, dimana date coissioned pada tahun Studi ini akan berusaha menjawab permasalahan-permasalahan, diantaranya sebagai berikut : 1. Bagaimana meminimalkan berat pipa untuk mendapatkan diamater luar pipa (Do) dan tebal pipa (t) yang optimum dengan mempertimbangkan constraint (kendala) berikut : a. Stress Analysis, yang menjadi constraint adalah hoop stress. b. Buckling Analysis, yang meliputi : system collapse check dan propagation buckling. 2. Bagaimana stabilitas pipa di dasar laut (on bottom stability : vertical stability dan lateral stability)? 3. Berapa panjang bentangan pipa yang diijinkan dan panjang bentangan kritis pipa (free span analysis)? 4. Bagimana laying analysis dan persentase yield stress yang dihasilkan dari pemodelan OFFPIPE? 5. Berapa dimensi diameter luar pipa (Do) dan tebal pipa (t) yang optimum untuk dapat dioperasikan di BK-BP 1 platform area Bekapai tersebut? Lapangan atau area di daerah Bekapai sendiri memiliki kedalaman perairan (water depth) kurang lebih 35 meter, 10 buah platform, dan sebuah living quarter dengan ukuran diemeter pipa yang berbeda-beda pada masing-masing pipa yang menghubungkan satu platform ke platform lainnya. Sementara offshore pipeline replacement dilakukan di daerah yang menghubungkan antara 3

4 platform BK ke BP-1 seperti scope warna merah yang ditunjukkan pada gambar 1 berikut : Gambar 1. Lokasi Offshore Pipeline Replacement di Bekapai Ø 8 (Sumber : Intranet TOTAL E&P Indonesie) Optimasi Optimasi adalah proses memaksimasi atau meminisasi suatu fungsi tujuan dengan tetap memperhatikan pembatas yang ada. Optimasi memegang peranan penting dalam proses mendesain suatu sistem. Dengan optimasi desain suatu sistem bisa menghasilkan ongkos yang lebih murah atau profit yang lebih tinggi, menurunkan waktu proses dan sebagainya. Masalah optimasi bisa dikategorikan ke dalam dua kelas besar : optimasi tanpa pembatas (unconstrained optimization) dan optimasi dengan pembatas (constrained optimization). (Santosa, 2008). Dikenal pula metode optimasi multi-dimensi tanpa kendala dan dengan kendala. Untuk kedua kategori metode optimasi tersebut, prosedur optimasi dapat menggunakan metode orde-nol ataupun metode orde-nol ataupun metode berbasis gradient. Sedangkan metode optimasi multi-dimensi dengan kendala terdapat dua pendekatan yang digunakan yaitu : mengembangkan prosedur pelacakan yang memperhatikan adanya kendala ini secara langsung dan mentransformasikan persoalan berkendala menjadi serangkaian persoalan tanpa kendala sehingga teknik-teknik optimasi tanpa kendala dapat dipakai secara bertahap. Metode optimasi muti-dimensi dengan kendala dapat didekati dengan Sequential Linier Prograing dan Feasible Direction (Metode Arah Laik). (Rosyid, 2009). 4

5 Sizing Criteria for Gas/Liquid Lines (API RP-14E 1991) a. Erosional Velocity Kecepatan erosi fluida mengenai dinding pipa persamaan empiris berikut : V e = c ρm dapat dihitung dengan (1) Dengan : V e = kecapatan aliran tererosi, feet/second c = konstanta empiris ρm = mixture density dari gas/liquid pada tekanan dan suhu terhenti, lbs/ft 3 b. Penurunan Tekanan (Pressure Drop) Penurunan tekanan pada sistem pipa dapat dihitung dengan formula berikut : ΔP = 5 x 10 6 W 2 d i 5 ρm Dengan : ΔP = Penurunan tekanan, psi/100 feet d i = Diameter dalam pipa, inchi ρm = Density gas/cairan pada aliran tekanan dan suhu tertentu, lbs/ft W = Jumlah cairan dan laju aliran uap air lbs/hr Stabilitas Pipa Bawah Laut (DNV RP-F ) Stabilitas Vertikal di dalam Air Stabilitas pipa secara vertikal harus memenuhi kriteria desain berikut : b γ w = γ w 1,00 (3) w s +b s g Dengan : γ w = Safety factor b = Gaya apung pipa tiap satuan panjang, N/m w s = Berat pipa yang terpendam tiap satuan panjang, N/m sg = Pipe spesific density Analisis Tegangan (Stress Analysis) (ASME B ) a. Hoop Stress Pada sistem pipa lepas pantai, tensile hoop stress terjadi karena perbedaan tekanan dalam dan luar pipa tidak boleh melebihi nilai yang diberikan pada persamaan berikut : S h F 1 S y (2) 3 (4) 5

6 Di mana : S h = (P i P e ) D 2t (5) Dengan : D F 1 Pe Sh Sy T = Diamater luar pipa, in () = Faktor desain hoop stress = Tekanan eksternal pipa, psi = Hoop stress, psi = Specified Minimum Yield Strength, psi = Tebal pipa nominal, in () b. Longitudinal Stress Longitudinal stress pada sistem pipa lepas pantai, tidak melebihi persamaan berikut : S L = F 2 S y (6) S L = S a + S b (7) S a = F a A (8) S b = (i i M i ) 2 + (i o M o ) 2 /Z (9) Di mana : F a F2 ii io Mi Mo = Gaya aksial, lb (N) = Faktor desain longitudinal stress = In plane stress intensification factor = Out of plane stress intensification factor = In plane bending moment, in.lb (N.m) = Out of plane bending moment, in.lb (N.m) Sa = Axial stress (F a /A), pis (Mpa) Sb = Maximum resultan bending stress, psi (Mpa) Sl = Maximum longitudinal stress (S a +S b ), psi (MPa) Z = Section modulus pipa, in 3 (cm 3 ) c. Combined Stress Combined stress yang disyaratkan dalam ASME B tidak boleh melebihi nilai yang diberikan oleh persamaan Maximum Shear Stress berikut : 2 S L S h 2 + S 2 2 t F 3 S y (10) Dengan : F 3 = Faktor desain combined stress (Tabel Koefisien Beban Hidrodinamis secara Vertikal DNV RP-F ) 6

7 S t = Torsional stress, psi (MPa) Analisis Buckling / Buckling Analysis (DNV-OS-F ) a. Local Buckling (System Collapse) Kriteria yang harus dipenuhi untuk local buckling sesuai DNV OS-F adalah sebagai berikut : System collapse (hanya pada pada tekanan eksternal) Propagation Buckling Combined Loading Criteria, contoh interaksi antara tekanan eksternal dan internal, gaya aksial, dan moment bending. Karakteristik kekuatan tekanan eksternal (collapse) berdasarkan DNV OS- F dapat dihitung dengan persamaan berikut : [p c (t) p el (t)] p c (t) 2 p p (t) 2 = p c (t) p el (t) p p (t) f 0 D t (11) Dengan : P c = Tekanan collapse, psi Pel = Tekanan collapse elastic, psi Pp = Tekanan collapse plastis, psi fo = Ovality D = Diameter luar, in t = Tebal dinding pipa, in System collapse check harus memenuhi kriteria berikut : p e p min p c(t) γ m γ SC (12) Dengan : p e = Tekanan eksternal, psi p min = Tekanan internal minimum, psi γ m = Material resitance factor, (Tabel 2.14) γ SC = Safety class rresistance factor b. Propagation Buckling Kondisi terjadinya propagation buckling jika: P pr < P in < P e (13) Dengan : P pr P in P e : Tekanan propagasi, psi : Tekanan inisiasi, psi : Tekanan eksternal, psi 7

8 Tebal minimum pipa akibat tekanan eksternal harus memenuhi kriteria yang disyaratkan DNV yaitu : Ppr Pe γmγsc (14) Untuk menghitung propagation buckling digunakan persamaan : p pr = 35f y α fab t 2 D 2,5 ; D t 2 45 (15) Dengan : Pe = Tekanan eksternal, psi P pr = Tekanan perambatan buckling, psi fy = Tegangan yield, psi D = Diameter luar pipa, in t 2 = Tebal minimum dinding pipa, in αfab = Faktor fabrikasi γm = Faktor tahanan material γsc = Faktor keamanan (safety factor) Free Span Analysis (DNV RP-F ) Persamaan analisis free span menurut DNV RP-F adalah : a. In-Line Natural Frequency f n,il γ IL = U c,100 year VIL R,onset 1 L D c 1 (16) 250 α cw b. Cross-Flow Natural Frequency f n,cf γ CF = U c,100 year+ U w,1 year VCF (17) R,onset D c α cw = Dengan : U c,100 year U w,1 year + U c,100 year (18) γ IL = Screening Factor for in-line α cw = Rasio aliran arus D = Diamater luar pipa termasuk coating, m L = Panjang free span U w,1year = Nilai return period signifikan 1 tahun untuk gelombang yang terinduksi aliran kecepatan pada level pipa yang dikorespondensikan dengan tinggi gelombang signifikan 1 tahun Hs,1year IL V R,onset = Nilai in-line onset untuk kecepatan alir tereduksi γ CF = Screening factor untuk cross-flow 8

9 METODOLOGI PENELITIAN Garis besar metode yang digunakan dalam studi ini adalah : 1. Melakukan kalkulasi line sizing, pipe wall thicknes, dan kalkulasi secara mechanical design. 2. Melakukan pemodelan pada software OFFPIPE untuk pengecekan maximum allowable yield stress. 3. Membuat pemodelan optimasi untuk menentukan diameter luar dan tebal pipa yang optimum. Kalkulasi terhadap line sizing berfungsi untuk menentukan diameter dalam pipa minimal dan mengetahui penurunan tekanan (pressure drop) yang terjadi pada diameter minimal tersebut. Setelah diameter dalam pipa minimal ditemukan, langkah berikutnya adalah menentukan diameter luar pipa yang tersedia dalam schedule pipa kemudian melakukan perhitungan dengan mempertimbangkan aspek mechanical design, yang meliputi stabilitas pipa (on bottom stability), stress analysis (analisis tegangan), buckling analysis (analisis buckling), dan analisis terhadap panjang bentangan pipa (free span analysis). Langkah berikutnya adalah melakukan pemodelan pada software OFFPIPE untuk pengecekan maximum allowable yield stress. Variasi tension yang diambil pada pipa adalah kn dengan variasi radius pada stinger dan radius pada lay barge m. Sedangkan variasi material grade yang diambil untuk diameter luar dan tebal pipa adalah grade B, X42, X46, X52, dan X56 (API 5L 2000). ANALISIS DAN PEMBAHASAN Kalkulasi Dimensi Awal Pipa Dari erosional velocity criteria dihasilkan minimum pipe inside diameter sebesar in dan penurunan tekanan (pressure drop) sebesar 1.18 psi/100 ft (API RP-14E-1991). Dengan diameter dalam minimal ini, diameter luarnya hanya mencapai in (sesuai API 5L 2000). Karena diameter ini terlalu kecil, sehingga langsung ditentukan ukuran diameter yang lebih coon di pasaran dan dapat diinstall yaitu Ø 4.5 in dan Ø in, karena diameter original sendiri adalah 8 in. Di sisi lain, pada bulan Juli hingga Agustus 2010 telah dilakukan studi mengenai dimensi pipa di area Bekapai BK-BP1 paltform ini oleh mahasiswa ITB, dan dihasilkan diameter 4 dan 6 in. Studi sebelumnya ini lebih merekomendasikan diameter 6 in untuk diinstall. Kalkulasi terhadap Tebal Pipa (Pipe Wall Thickness) Kalkulasi terhadap tebal pipa dilakukan dengan mengacu pada ASME B Berikut tabel output untuk masing-masing material grade (API 2L 2000) : 9

10 Tabel 1. Tebal Pipa Material Grade B, X42, X46, X52, dan X56 Grade Do t min () t req () t selected () B 4.5'' = X42 4.5'' = '' = X X52 4.5'' = X56 4.5'' = Analisis Tegangan (Stress Analysis) Kalkulasi analisis tegangan pipa yang meliputi hoop stress, longitudinal stress, dan combined stress dilakukan dengan mengacu pada ASME B Berikut tabel output untuk masing-masing material grade (API 2L 2000) : Tabel 2. Hoop Stress Material Grade B, X42, X46, X52, dan X56 Grade B X42 X46 X52 X56 Outside Diameter (Do) S h (psi) Allowable S h (psi) Presentase S h 4.5'' = '' = '' = '' = '' = Tabel 3. Combined Stress pada Material Grade B, X42, X46, X52, dan X56 Grade Outside Diameter (Do) Combined Allawable Stress (psi) Stress (psi) B 4.5'' = X42 4.5'' =

11 Grade X46 X52 X56 Combined Allawable Outside Diameter (Do) Stress (psi) Stress (psi) 4.5'' = '' = '' = Combined stress ini masih memenuhi combined stress yang diijinkan (allowable combined stress), sehingga tidak terjadi stress berlebih. Buckling Analysis Buckling analysis meliputi pengecekan terhadap local buckling, global buckling, pengecekan system collapse, dan propagation buckling. Berikut tabel hasil perhitungannya : Tabel 4. System Collapse pada Material Grade B, X42, X46, X52, dan X56 Grade B X42 X46 X52 X56 Ouside Diameter (Do) Caracteristic Collapse Pressure (P c ), psi Collapse (psi) Syarat ( P e - P min < psi) 4.5'' = '' = '' = '' = '' = NOT Tabel 5. Propagation Buckling pada Material Grade B, X42, X46, X52, dan X56 Grade Ppropagation Outside Diameter Propagation (Syarat > Pe Presssure (Do) Pressure ( (psi) (psi) psi)) B 4.5'' = X42 4.5'' = X46 4.5'' = ,

12 Grade X52 X56 Outside Diameter (Do) Ppropagation Presssure (psi) Propagation Pressure (psi) 4.5'' = '' = (Syarat > Pe ( psi)) On Bottom Stability Dalam perhitungan On Bottom Stability dilakukan terhadap stablitas vertikal dan stabilitas lateral. Perhitungan on bottom stability ini didesain untuk kondisi instalasi dan operasi. Referensi yang digunakan adalah code DNV RP-F dan DNV RP-E untuk asumsi konservatif jika diperlukan. Output kalkulasi on bottom stability secara vertikal dan lateral dalam kondisi instalasi dan operasi selengkapnya dapat dijelaskan pada tabel berikut : Tabel 6. Tabel Hasil Kalkulasi Stabilitas Vertikal dalam Kondisi Instalasi dan Operasi Grade B X42 X46 X52 X56 Outside diameter (Do) 4.5'' = '' = '' = '' = '' = Installation Condition Operation Condition Syarat Syarat Ratio Ratio DNV DNV

13 Tabel 7. Tabel Hasil Kalkulasi Stabilitas Lateral dalam Kondisi Instalasi Grade B X42 X-46 X52 X56 Outside Diameter (Do) Design Criterion (DC) Syarat DNV Ration DC dg Passive Soil Resistance '' = '' = '' = '' = '' = Syarat DNV Grade B X42 X46 X52 X56 Tabel 8. Tabel Hasil Kalkulasi Stabilitas Lateral dalam Kondisi Operasi Outside Diameter (Do) Design Criterion (DC) Syarat DNV Ration DC dg Passive Soil Resistance '' = '' = '' = '' = '' = Syarat DNV 13

14 Dari hasil kalkulasi, pipa dengan diameter Ø 4.5 in dan Ø in adalah stabil dalam kondisi instalasi maupun operasi, dengan nilai rasio dan spesific gravity yang kurang dari 1.0 dan kriteria desain maupun ratio antara kriteria desain dengan passive soil resistance yang kurang dari 1.0. Free Span Analysis Panjang free span pada Ø 4.5 in dan Ø in untuk masing-masing material grade dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 9. Tabel Hasil Kalkulasi Free Span Analysis pada Material Grade B, X42, X46, X52, dan X56 Grade B X42 X46 X52 X56 Outside Diameter (Do) Span Lenght, L s (m) The Critical Span Lenght for In-Line Motion, L C-IL (m) The Critical Span Lenght for Cross Flow Motion 1, L C-CF (m) 4.5'' = ,819 12,617 17,889 12,430 14,000 27, '' = , ,305 13,859 27, '' = ,692 12,436 17,632 11,855 13,703 27, '' = ,443 12,080 17,128 11,855 13,352 26, '' = ,443 12,080 17,128 11,855 13,352 26,544 L s < L C- IL & LC-CF Panjang bentangan pipa yang tidak tertumpu pada sea bed (span length) baik pada Ø 4.5 in maupun Ø in untuk masing-masing material grade masih kurang dari panjang bentangan kritis pipa baik secara in line maupun cross flow motion. Sehingga masih memenuhi (aman). Laying Analysis Analisis laying pipa pada saat instalasi dilakukan dengan bantuan software OFFPIPE untuk pengecekan terhadap besarnya yield stress maksimum yang terjadi baik pada daerah over bend maupun sag bend dengan menggunakan data-data lay barge DMB (Dwi Satu Mustika Bumi) 88 sebagai input pemodelan. Laying analysis yang dihasilkan dari pemodelan OFFPIPE 14

15 menunjukkan bahwa pada material grade B pada Ø 4.5 in dan Ø in persen yield stress-nya melebihi Maximum Allowable Bending Stress, sementara pada material grade pada X42, X46, X52, dan X56 untuk Ø 4.5 in dan Ø in masih memenuhi. Berikut tabel persentase yield stress sebagai output dari (hasil pemodelan) software OFFPIPE : Tabel 10. Persentase Yield Stress sebagai Output dari Pemodelan software OFFPIPE Grade B X42 X46 X52 X56 Do (Ouside Diameter) 4.5'' = '' = '' = '' = '' = Percent Yield Stress (Overbend) Max. Allowable Yield Stress (Overben d) Percent Yield Stress (Sagbend) % 49.28% NOT 85% % 70.06% 81.64% % 85% 82.10% 65.54% 74.66% 40.97% 85% 78.64% 65.11% 66.04% 36.24% 85% 67.82% 59.77% 72.60% 33.34% 85% 66.75% 49.41% Max. Allawable Yield Stress (Sagbend) 70% 70% 70% 70% 70% NOT Pemodelan Optimasi Pemodelan optimasi dilakukan dengan bantuan Microsoft Excel untuk membuat grafik pada material grade X42, X46, dan X52. Tidak dilakukan pemodelan optimasi pada material grade B karena secara mechanical design dalam laying analysis tebal maksimum pipa (yang ada dalam schedule pipa API 5L 2000) dengan material grade B yield stress-nya melebihi yield stress yield stress yang diijinkan, sehingga tidak dapat diinstall. Sedangkan material grade X56 tidak dilakukan pemodelan optimasi, karena material grade terlalu tinggi. Hal ini mengacu pada desain awal pipa (diameter original) 8 in menggunakan material grade X42. Dengan menggunakan persamaan hoop stress, sysstem collapse, dan propagation buckling serta berat pipa, maka dapat ditentukan diameter dan tebal pipa optimum. Berikut tabel output tiap material grade : 15

16 Material Grade X42 Tabel 11. Diameter Luar dan Tebal Pipa Material Grade X42 Hoop Stress (Psi) System Collapse Propagation Buckling (Psi) (Psi) D (in) t (in) D (in) t (in) D (in) t (in) 4,5 0,0751 4,5 0,1 4,5 0,19 6,625 0,111 6,625 0,162 6,625 0, , , ,243 Kemudian akan diplot dalam grafik untuk mencari titik optimumnya. 0,3 Grafik Optimasi tiap Constraint (Psi) 0,25 y = -0,001x 2 + 0,0272x + 0,0871 Tebal Pipa (n) 0,2 0,15 y = -0,0144x 2 + 0,189x - 0,4595 Hoop Stress X-42 System Collapse X-46 Propagation Buckling X-52 0,1 Poly. (Hoop Stress X-42) 0,05 y = -5E-05x 2 + 0,0174x - 0, Diameter Luar Pipa (in) Gambar 2. Grafik Optimasi tiap Constraint pada Material Grade X42 Sehingga titik optimumnya adalah : (7.9, ). Hal ini berarti pada material grade X42 diameter luar pipa yang optimum adalah 7.9 in dan tebal pipanya optimum adalah in. Dengan berat pipa = lb/in. Karena diameter luar ini tidak disediakan dalam schedule pipa (API 5L 2000), maka dipilih yang mendekati diameter luar dan tebal pipa, yaitu diameter pipa in dan tebal pipa in. 16

17 Material Grade X46 Tabel 12. Diameter Luar dan Tebal Pipa Material Grade X46 Hoop Stress (Psi) System Collapse (Psi) Propagation Buckling (Psi) D (in) t (in) D (in) t (in) D (in) t (in) 4,5 0,0754 4,5 0,107 4,5 0,187 6,625 0,111 6,625 0,2 6,625 0,22 8 0, ,13 8 0,243 Kemudian akan diplot dalam grafik untuk mencari titik optimumnya. 0,3 Grafik Optimasi tiap Constraint (Psi) Tebal Pipa (in) 0,25 y = 0,0003x 2 + 0,0117x + 0,1273 0,2 y = -0,027x 2 + 0,3447x - 0,8964 0,15 0,1 y = -7E-06x 2 + 0,0168x - 0,0002 0,05 Hoop Stress X-46 System Collapse X-46 Propagation Buckling X-46 Poly. (Hoop Stress X-46) Poly. (System Collapse X-46) Poly. (Propagation Buckling X- 46) Diameter Luar Pipa (in) Gambar 3. Grafik Optimasi tiap Constraint pada Material Grade X46 Sehingga titik optimumnya adalah : (7.8, ). Hal ini berarti pada material grade X46 diameter luar pipa yang optimum adalah 7.8 in dan tebal pipanya optimum adalah in. Dengan berat pipa = lb/in. Karena diameter luar dan tebal pipa ini tidak disediakan dalam schedule pipa (API 5L 2000), maka dipilih yang mendekati diameter luar dan tebal pipa, yaitu diameter pipa in dan tebal pipa in. 17

18 Material Grade X52 Tabel 13. Diameter Luar dan Tebal Pipa Material Grade X52 System Collapse Propagation Buckling Hoop Stress (Psi) (Psi) (Psi) D (in) t (in) D (in) t (in) D (in) t (in) 4,5 0,0755 4,5 0,139 4,5 0,183 6,625 0,11 6,625 0,25 6,625 0,22 8 0, , ,243 Kemudian akan diplot dalam grafik untuk mencari titik optimumnya. 0,3 Grafik Optimasi tiap Constraint (Psi) y = -0,0002x 2 + 0,0196x + 0,0988 Tebal Pipa (in) 0,25 y = -0,0409x 2 + 0,5072x - 1,3153 0,2 0,15 0,1 Hoop Stress X-52 System Collapse X-52 Propagation Buckling X-52 Poly. (Hoop Stress X-52) Poly. (System Collapse X-52) 0,05 0 y = 0,0001x 2 + 0,0147x + 0, Diameter Luar Pipa (in) Poly. (System Collapse X-52) Poly. (Propagation Buckling X-52) Gambar 4. Grafik Optimasi tiap Constraint pada Material Grade X52 Berbeda dengan grafik optimasi pada 2 material grade sebelumnya (B dan X42) dimana constraint hanya berpotongan pada Hoop Stress dan System Collapse, sehingga dapat langsung ditentukan titik optimumnya pada 2 perpotongan constraint tersebut. Namun pada grafik optimasi material grade X52, 3 constraint saling berpotongan semua. Karena lingkup studi ini adalah optimasi, akan mencari diameter luar dan tebal pipa yang paling minimum, maka pada material grade X52 ini titik optimum diambil dari perpotongan constraint Hoop Stress dan Propagation Buckling. Sehingga titik optimumnya adalah : (7.2, ). Hal ini berarti pada material grade X52 diameter luar pipa yang 18

19 optimum adalah 7.2 in dan tebal pipa yang optimum adalah in. Dengan berat pipa = lb/in. Karena diameter luar dan tebal pipa ini tidak disediakan dalam schedule pipa (API 5L 2000), maka dipilih yang mendekati diameter luar dan tebal pipa, yaitu diameter pipa in dan tebal pipa in. Dari tiga material grade di atas dapat diketahui berat pipa minimal yaitu lb/in yang terjadi pada material grade X52 dengan diameter luar pipa in dan tebal pipa in. Sehingga diameter luar dan tebal pipa optimum yang dapat diinstall dan dioperasikan di BK-BP 1 platform area Bekapai berturut-turut adalah in dan tebal pipa in. Perbandingan Hasil Studi Sebelumnya Studi yang dilakukan sebelumnya yang merekomendasikan diameter 6 untuk diinstall tersebut, namun hanya mempertimbangkan kriteria pressure drop. Sementara dari segi mechanical design (stabilitas pipa, analisis tegangan, analisis terjadinya buckling, free span analysis, dan laying analysis) tidak diperhitungkan dan belum mendapatkan dimensi optimum. Sehingga penelitian ini mencoba menyempurnakan studi sebelumnya dengan memperhatikan aspek mechanical design dan dihasilkan diameter luar dan tebal yang optimum yaitu 7.2 in dan tebal pipanya optimum adalah in. Karena dimensi optimum ini tidak disediakan dalam schedule pipa, maka diambil dimensi yang disediakan dalam schedule yaitu diameter luar pipa in dan tebal pipa in dengan berat minimal pipa lb/in dan material grade X52. KESIMPULAN Kesimpulan dari studi ini adalah sebagai berikut : 1. Meminimalkan berat pipa dilakukan dengan bantuan Microsoft Excel dengan membuat persamaan objektif tiap constraint dengan memplotkan 2 variabel diameter luar dan tebal pipa pada grafik. 2. Pipa dengan Ø 4.5 in dan Ø in pada masing-masing material grade (B, X42, X46, X52, dan X56 mengacu pada material grade API 5L 2000) baik pada kondisi instalasi maupun operasi masih stabil, yaitu nilai stabilitasnya (kriteria desainnya sesuai syarat DNV RP-F109, 2010). 3. Panjang bentangan pipa pada Ø 4.5 in dan Ø in pada material grade B, X42, X46, X52, dan X56 masih kurang dari panjang bentangan kritisnya. Sehingga masih memenuhi. 4. Laying analysis yang dihasilkan dari pemodelan OFFPIPE menunjukkan bahwa pada material grade B pada Ø 4.5 in dan Ø in persen yield stress-nya melebihi Maximum Allowable Bending Stress, sementara pada material grade pada X42, X46, X52, dan X56 untuk Ø 4,5 in dan Ø in masih memenuhi. 5. Dari kesimpulan point 1 dan 4, maka diameter luar pipa (Do) dan tebal pipa (t) yang optimum untuk dapat dioperasikan di BK-BP 1 platform area Bekapai adalah diameter in, dan tebal in dengan berat minimal pipa lb/in dan material grade X52. 19

20 DAFTAR PUSTAKA API RP-14E Recoended Practice for Design and Installation of Offshore Production Platform Piping System. Northwest Washington, DC. American. API Spec-5L Spesification for Line Pipe. American Petroleum Institute, American. ASME B Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids. The American Society of Mechanical Engineers, American. Bai,Y Pipeline and Risers. Oxford. Elsevier Science Ltd. DNV OS-F Submarine Pipeline Systems. Det Norske Veritas, American. DNV RP-F On-Bottom Stability Design of Submarine Pipelines. Det Norske Veritas, American. DNV RP-F Global Buckling of Submarine Pipelines Structural Design Due to High Temperature/High Pressure. Det Norske Veritas, American DNV RP-F Free Spanning Pipelines. Det Norske Veritas, American DNV RP-E On-Bottom Stability Design of Submarine Pipelines Det Norske Veritas, American. GS EP COR Corrosion, Three Layer Polyethylene External Coating for Pipelines. TOTAL E&P Indonesie. Guo, B., Song, S., Chacko, J., dan Ghalambor, A Offshore Pipeline. Elsiver, United State. Halliwell, R. (1986). An Introduction to Offshore Pipeline. University College, Cork. Intranet TOTAL E&P Indonesie. Mouselli, A Offshore Pipeline Design, Analysis and Methods. PenWell Books, Oklahoma. Rosyid, D.M Optimasi, Teknik Pengambilan Keputusan secara Kuantitatif. ITS Press, Surabaya. Tahrizi, A Report of On the Job Training Bekapai Pipeline Analysis BKP- SNP 12 Pipeline Depressurisation Study and BK-BP1 New Pipeline Design, Balikpapan. Santosa, B MATLAB untuk Statistika dan Teknik Optimasi. Graha Ilmu, Yogyakarta. 20