ANALISIS PERBANDINGAN TEGANGAN PADA ONSHORE PIPELINE MENGGUNAKAN MATERIAL GLASS-REINFORCED POLYMER (GRP) DAN CARBON STEEL BERBASIS TEKNO EKONOMIK

Transkripsi

1 ANAISIS PERBANDINGAN TEGANGAN PADA ONSHORE PIPEINE MENGGUNAKAN MATERIA GASS-REINFORCED POYMER (GRP) DAN CARBON STEE BERBASIS TEKNO EKONOMIK Naja Himawan (1), Imam Rocani (), Hasan Ikwani (3) 1 Maasiswa Jurusan Teknik Kelautan,,3 Dosen Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, ITS-Surabaya naza_milanisti@yaoo.co.id ABSTRAK Penggunaan pipa Carbon Steel pada industri migas mengadapi masala pada rendanya ketaanan teradap korosi. Sala satu alternatif mengatasi masala korosi adala mengganti pipa Carbon Steel dengan pipa Glass Reinforced Polymer. Pada penelitian ini dilakukan perbandingan penggunaan kedua jenis material pipa berbasis tekno ekonomi dengan variasi tegangan, keuntungan dan kerugian penggunaan pipa, serta penggunaan metode instalasi yang tepat dengan menggunakan network planning. Penelitian ini dilakukan pada pipa dengan diameter 8 inc yang mentransmisikan crude oil. Dengan menggunakan software Caesar 5.1 diasilkan nilai tegangan pada pipa GRP sebesar 5.435x10 7 Pa dengan tegangan ijin sebesar 6.635x10 7 Pa dan pada pipa Carbon Steel sebesar 5.684x10 7 Pa dengan tegangan ijin sebesar.17x10 8 Pa. Pada perbandingan pressure loss diperole nilai sebesar 4,97 psi pada pipa GRP dan 37,73 psi pada pipa Carbon Steel, selisi biaya maintenance sebesar 3781,4 US$ per taun, dan selisi biaya instalasi sebesar 9.91% dan waktu instalasi sebesar 11.36% dibandingkan dengan pipa Carbon Steel. Sedangkan berdasar penggunaan network planning diperole efisiensi waktu sebesar 37.77% pada instalasi pipa GRP dan 4,4% pada instalasi pipa Carbon Steel. Berdasarkan asil penelitian ini disimpulkan bawa penggunaan material GRP masi memenui tegangan ijin yang disyaratkan code ISO Penggunaan pipa GRP juga memiliki keuntungan dalam mengurangi biaya instalasi, biaya maintenance, serta memiliki nilai pressure loss yang lebi renda. Serta penggunaan network planning dapat meningkatkan efisiensi waktu pekerjaan. Kata kunci : tegangan, GRP, tekno ekonomi, network planning.

2 COMPARATIVE ANAYSIS OF ONSHORE PIPEINE DESIGN USING MATERIA GASS- REINFORCED POYMER (GRP) AND CARBON STEE BASED ON TECHNO-ECONOMIC Naja Himawan (1), Imam Rocani (), Hasan Ikwani (3) Departement of Ocean Engineering, Faculty of Ocean Engineering, Institute Tecnologi of Sepulu Nopember Surabaya naza_milanisti@yaoo.co.id ABSTRACT Te use of carbon steel pipes in oil and gas industry faces te problem of low resistance to corrosion. One alternative to overcome te corrosion problem is to replace te carbon steel pipe wit pipe Glass Reinforced Polymer. In tis researc, comparing te use of bot types of pipe material based on tecno economy wit stress variations, advantages and disadvantages of te use of pipes, and use proper metods of installation using a network planning. Researc was conducted on 8-inc diameter pipe tat transmits te crude oil. By using Caesar 5.1 software generated stress value of 5.435x10 7 Pa GRP pipe wit permission stress of 6.635x10 7 Pa and on carbon steel pipe amounted to 5.684x10 7 Pa wit a stress a permit for.17x10 8 Pa. In comparison te pressure loss is obtained at a value of 4.97 psi and psi GRP pipes in carbon steel pipe, te difference in maintenance costs amounting to U.S. $ per year, and te installation cost difference of 9.91% and time difference of 11.36%. Wile te use of network planning based on time efficiency of 37.77% in te GRP pipe installation and 4.4% in te carbon steel pipe installation. Based on te results of tis study concluded tat te use of GRP materials still meet te required voltage license code ISO Te use of GRP pipe also as te advantage of reducing installation costs, maintenance costs, and as a value of pressure loss is lower. And te use of network planning can improve te efficiency job in terms of time. Key words: stress, GRP, tecno economics, network planning. 1. PENDAHUUAN Pipeline Engineering atau teknik transmisi pipa merupakan suatu rekayasa teknik tentang sebua struktur pipa yang sering digunakan sebagai sistem pendistribusian minyak dan gas bumi. Pada industri migas, pipa logam merupakan jenis pipa yang paling banyak digunakan, terutama pipa yang terbuat dari carbon steel. Hal ini disebabkan karena pipa carbon steel suda tersedia datadata yang lengkap tentang keandalannya dan aturan perancangan berupa code dan standard. Namun begitu masala utama yang sering diadapi pada penggunaan pipa carbon steel adala masala rendanya ketaanan pipa carbon steel teradap korosi, baik internal maupun eksternal korosi. Sala satu alternatif untuk mengatasi permasalaan korosi pada pipa carbon steel adala dengan mengganti penggunaan pipa carbon steel dengan pipa yang terbuat dari material lain yang kuat namun taan teradap korosi. Scmit (1998) menyatakan sala satu jenis pipa yang sesuai dengan kriteria tersebut adala pipa yang terbuat dari material komposit. Jenis material komposit pada saat ini yang paling banyak digunakan dalam sistem perpipaan adala Glass Reinforcement Polymer (GRP). Pada tugas akir ini akan dikaji mengenai perbandingan analisis tegangan pada onsore pipeline yang mentransmisikan fluida berupa crude oil menggunakan pipa carbon steel dan pipa komposit glass-reinforced polymer berbasis tekno ekonomik. Data yang digunakan yaitu pada lapangan migas Pondok Tenga, Bekasi dari blok stasiun selatan (BSS) ke blok stasiun utara (BSU) seperti pada Gambar 1 berikut.

3 Gambar 1 okasi Instalasi Pipa (Hutagaol: 008) Data yang digunakan pada tugas sarjana ini adala sistem perpipaan dengan menggunakan material pipa GRP. Material properties pipa GRP seperti pada Tabel 1 berikut. Tabel 1 Material Properties Pipa GRP Series Star FRP Series 500 API 15 HR ACT OD 8.10 inc Specific Gravity 1.99 SG Density 10.5 lb/ft 3 Modulus Elastisitas Hoop x 10 6 psi Modulus Elastisitas Aksial x 10 6 psi Poisson Ratio 0.39 Sumber : API 15HR Sedangkan untuk analisis pembandingannya menggunakan sistem perpipaan dengan jenis material pipa carbon steel seperti pada Tabel berikut. Tabel Material Properties Pipa Carbon steel Series Seamless API 5 Grade B SCH 40 OD 8.65 inc Specific Gravity 7.8 SG Density 490 lb/ft 3 Modulus Young (E) 30.0 x 10 6 psi Specified Minimum Yield Strengt (SMYS) psi Poisson Ratio 0.30 Sumber : API 15 Analisis tegangan pipa berbasis tekno ekonomik digunakan untuk menentukan tegangan secara aktual pada sistem perpipaan teradap pengaru beban (sustained, occasional, operational, dan ekspansi termal), kemudian dibandingkan dengan batasan-batasan minimum yang suda ditetapkan dalam code dan standard internasional, apabila tegangan yang terjadi melebii batasan minimumnya maka sistem perpipaan dinyatakan bermasala. Ole karena itu arus dilakukan analisis yang tepat agar sistem perpipaan menjadi aman, sedangkan untuk analisis ekonominya akan dianalisis berdasarkan analisis pressure loss dan network planning pada instalasi pipa. Analisis dilakukan dengan menggunakan code ASME B.31.8, standard API 5 untuk pipa carbon steel dan ISO 1469, standard API 15 HR untuk pipa GRP.

4 . REVIEW TEORI GRP merupakan material komposit tipe berserat yang dibentuk dari resin polymer sebagai matriksnya dan serat kaca (fiberglass) sebagai baan penguat (reinforcement). Resin yang biasa digunakan adala resin epoxy, al ini dikarenakan epoxy memiliki ketaanan kimia yang paling baik dibandingkan tipe resin yang lain (isoptalic polyester, vinyl ester dan penolics). Ole karena al tersebut, GRP sering disebut sebagai glass reinforced epoxy (GRE). Penggunaan pipa komposit merupakan sala satu solusi untuk mengatasi permasalaan korosi yang diadapi dalam pipa logam, terutama penggunaan pipa pada lingkungan yang agresif. Pada umumnya material dasar memiliki sifat isotropik, yang artinya kekuatan ke semua ara cenderung sama. Sedangkan komposit memiliki sifat inomogeneous. Inomogeneous artinya material yang sifatnya tidak seragam dan merupakan fungsi dari tubu material tersebut. Pada kasus kusus, yaitu pada lamina komposit yang ara seratnya menuju ke satu ara (unidirectional), memiliki sifat ortotropik. Ortotropik adala anisotropik kusus, dimana dalam beberapa ara memiliki kekuatan yang sama. Berbeda dengan material carbon steel pada umumnya yang memiliki sifat isotropic, material komposit memiliki sifat ortotropic, yang artinya kekuatan ke satu ara belum tentu sama dengan kekuatan ke ara yang lain. Proses manufaktur pipa komposit juga sangat berbeda dengan pipa logam, terutama pipa carbon steel. Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan sifat material seingga proses penyambungan pipa komposit tidak dapat dilakukan metode pengelasan sebagaimana yang dilakukan pada proses manufaktur pipa carbon steel.1 Analisis Burial Analisis Pipa pada terkubur dilakukan untuk mengetaui apaka dengan kedalaman yang tela ditentukan, tegangan-tegangan yang terjadi tidak melebii tegangan yang diizinkan sesuai standar code yang digunakan. Dead oad ateral Soil Spring (1) Vertical Uplift Soil Spring () Vertical Bearing Soil Spring (3) (4). Analisis Tegangan Analisis tegangan pada pipeline arus dilakukan dengan mengacu pada standard untuk pipeline seperti ASME B31.8, DNV, ABS. Analisa statik pada pipeline dilakukan dengan mengevaluasi/ mengitung pada kondisi idrotest (testing condition), instalasi, operasional, dan occasional loadcases yang berubungan dengan kesesuaian fungsi dan beban lingkungan. Pada tugas akir ini akan dilakukan analisis berdasarkan oop stress, longitudinal stress, dan combined stress. Kriteria penerimaan stress didasarkan pada allowable stress yang tela ditentukan ole standard/ class atau owner.

5 Analisis Tegangan Pipa Carbon Steel Tegangan Hoop Pd 0 = (5) t Tegangan ongitudinal = pd0 4( t) (6) Tegangan Torsional M t t = (7) Z Tegangan Combined e = τ (8) Analisis Tegangan Pipa GRP Tegangan Hoop pd = (9) t r Tegangan ongitudinal = + (10) a at ap Tegangan Torsional M T( Di + tb) t = 1, 5 (11) 4lb Tegangan Combined e = τ (1) Analisis Tegangan Maksimum Pipa Carbon Steel η.smys (13) η.smys (14) e η.smys (15) Analisis Tegangan Maksimum Pipa GRP sum f A A A qs (16) 1 3.,sum a,sum 1 3 ( 1 r u f A A A r) + qs (17)

6 .3 Analisis Pressure oss Analisis pressure loss digunakan untuk mengitung keilangan tekanan (pressure loss) pada pipa seingga berpengaru teradap aliran fluida. Dengan menggunakan persamaan Hazen-Williams berikut dapat diitung nilai pressure loss pada masing-masing jenis material pipa. 1,85 4,53x Q ΔP = 4,87 (18) d C.4 Network Planning Network planning adala suatu perencanaan, penjadwalan, dan pengendalian proyek yang menggambarkan ubungan ketergantungan antara tiap pekerjaan yang divisualisasikan dalam diagram network Penggunaan network planning mempunyai beberapa manfaat antara lain: 1. Perencanaan suatu proyek yang kompleks. Penjadwalan pekerjaan-pekerjaan sedemikian rupa dalam urutan-urutan yang praktis dan efisien 3. Mengadakan pembagian kerja dari tenaga kerja dan dana yang tersedia 4. Penjadwalan ulang untuk mengatasi ambatan-ambatan dengan keterlambatanketerlambatan 5. Menentukan trade off (kemungkinan pertukaran) antar waktu dan biaya 6. Menentukan probabilitas penyelesaian suatu proyek angka-langka dalam menyususn network planning 1. Menginventarisasi kegiatan-kegiatan. Menyususun ubungan antar kerja 3. Menyusun network diagram 4. Menentukan waktu untuk setiap kegiatan 5. Mengidentifikasi jalur kritis (critical pat) pada network diagram 6. Melakukan analisis waktu, biaya, dan sumber daya 3. METODE PENEITIAN 3.1 Diagram Alir

7 Gambar Diagram Alir Secara umum langka kerja pada penelitian ini terdri dari beberapa langka pengerjaan. angka awal yaitu studi literature dan pengumpulan data kemudian dilakukan analisis tegangan pada pipa carbon steel dan GRP dengan bantuan software Caesar 5.1 kemudian dibandingkan dengan tegangan ijin sesuai code masing-masing. Kemudian kita lakukan analisis-analisis yang mendukung teradap penggunaan material baru ini seperti analisis pressure loss, biaya maintenance, dan biaya instalasi. Kemudian kita analisis metode perencanaan kerja yang tepat seingga diperole rencana kerja yang tepat. 3. Pengelompokan data Data-data yang digunakan meliputi. Tabel 3 Data Operasi Jenis fluida crude oil Density 856. kg/m 3 aju aliran Design pressure Operating temperature Max allowable operating pressure Max allowable operating temperature engt Average burial 1809 BOPD 4.14 MPa 70 0 F 1.79 MPa F 4.1 km 1.3 m Tabel 4 Data Tana Soil Description Sand Density of soil(asumsi rata-rata) 1500 Kg/m3 Friction coefficient of soil ( µ ) 0,4 Koefisien koesif pasir 191 kpa Sudut gesekan dalam 37 0