BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI.1 Vessel 1. Vessel merupakan salah satu contoh dari bejana bertekanan (Pressure Vessel) yang paling sederhana, hal ini dikarenakan bagian utama dari suatu Vessel hanya terdiri dari head dan shell. Pada industri Oil and Gas, Vessel berfungsi sebagai alat penampung dan pemisah fluida (Sumber : Eugene F, Megyesy, 1986, Pressure Vessel Handbook Seventh Edition, PUBLISHING INC., Tulsa, OK. Ref.).Gambar.1.di bawah ini merupakan salah satu contoh dari suatu Vessel. Gambar.1.Vessel HP Flare KO Drum Vesselsendiri ada jenis yaitu :Horizontal Vesseldan Vertical Vessel.Dimana perbedaan tersebut terletak pada penumpunya. a. Horizontal Vessel Seperti namanya, maka Horizontal Vesseltentunya posisinya horizontal. Perbedaannya dengan Vertical Vessel, yaitu horizontal Vesselmenggunakan saddlesebagai alat penumpunya (support). Keunggulan horizontal Vesseldibanding dengan vertical Vesselyaitu external pressureyang diterima tidak Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 10

2 terlalu besar, tetapi horizontal Vesselmembutuhkan tempat (space) yang luas jika ukuran Vesselnya besar karena posisinya yang horizontal (Sumber : Eugene F, Megyesy, 1986, Pressure Vessel Handbook Seventh Edition, PUBLISHING INC., Tulsa, OK. Ref.). Gambar.. di bawah ini merupakan contoh dari horizontal Vessel. Gambar.. HorizontalVessel Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed. b. Vertical Vessel Vertical Vesselposisinya vertical (berdiri). Jika pada horizontal Vesselpenumpunya adalah saddle, maka pada vertical Vesselalat penumpunya adalah kaki (Leg). Perbandingan maksimum antara panjang kaki dengan diameter Vesselbiasanya :1. Jumlah kaki, ukuran dan detail tambahan tergantung besar beban yang diterima Vesseltersebut. Keunggulan vertical Vesseldibanding dengan horizontal Vesselyaitu vertical Vesseltidak perlu membutuhkan tempat (space) yang luas, karena posisinya yang vertical (berdiri), tetapi external pressureyang diterima cukup besar. Semakin tinggi Vessel, maka semakin besar pula external pressureyang diterima, misal seperti tekanan angin. Gambar.3. di bawah ini merupakan contoh dari vertical Vessel. Gambar.3.VerticalVessel Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 11

3 .Head Head(kepala) merupakan salah satu komponen utama penyusun suatu Vesselyang letaknya dipasang pada kedua ujung dari shellsekaligus sebagai penutup shelltersebut. Ada beberapa macam head yang digunakan dalam proses perancangann sebuah Vessel, misalnya : Sphere and Hemispherical head, Ellipsoidal head, Torispherical head, dan Flat head. Akan tetapi dalam perancangann sebuah Vesselbiasanyaa banyak menggunakan ellipsoidal head :1. Sphere and Hemispherical Head.Contoh Sphere and Hemispherical Headseperti gambar.4.di bawah ini. Gambar.4. Hemispherical Head Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed. Perumusan thickness dan pressurepada spherical head yaitu : (.1) Dimana : t P L S E = Thickness required (inches) = DesignPressure (Psi) = Inside spherical or crown radius (inches) = Stress value of material (Psi) = Joint Efficiency Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 1

4 (Sumber : Eugene F, Megyesy, 1986, Pressure Vessel Handbook Seventh Edition, PUBLISHING INC., Tulsa, OK. Ref.).3 Ellipsoidal Head Contoh Ellipsoidal Headseperti gambar.5. di bawah ini : Gambar.5. Ellipsoidal Head Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed. Perumusan thickness dan pressurepada Ellipsoidal head yaitu : (.) Dimana : D = Inside diameter head(inches).4 Torispherical Head Contoh Torispherical Headseperti gambar.6.di bawah ini : Gambar.6. Torispherical Head Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed. Perumusan thickness dan pressurepada torispherical head yaitu : (.3) Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 13

5 .5 Flat Head Contoh dari Flat Headseperti gambar.7.di bawah ini : Gambar.7. Flat Head Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed. Perumusan thickness dan pressurepada flat head yaitu : (.4).6 Shell Samaa seperti dengan head, shelljuga merupakan komponen utama dari sebuah Vessel. Pada proses perancangan sebuah Vesselyang cukup besar, diperlukan lebih dari satu plat baja yang kemudian disambung dengan cara pengelasan. Lalu setelah itu dilakukan proses pengerolan sehingga terbentuk suatu shell. Gambar.8. di bawah ini merupakan contoh gambar dari shell. Gambar.8.Shell Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed. Perumusan thickness dan pressurepada Ellipsoidal head yaitu : (.5) Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 14

6 .7 Nozzle Nozzle merupakan Inlet/masukan dan Outlet/keluaran suatu fluida pada suatu Vessel.Nozzlebiasanya dipasang pada shellatau head, yang nantinya sebagai tempat sambungan (connection) dengan pipa. seperti tampak pada gambar.9.di bawah ini. Gambar.9.Nozzle Sumber : Simbol-simbol penunjuk yang ada pada nozzle sebagai referensi untuk menghitung nozzleadalah seperti gambar.10.dibawah ini. Gambar.10.Struktur nozzle Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed. Perhitungan pada nozzle sebagai berikut : For shell,.. 0,6..6 For nozzle, Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 15

7 .. 0,6..7 Perhitungan nozzle jika tanpa reinforcing pad AREA OF REINFORCEMENT REQUIRED 1.8 AREA OF REINFORCEMENT AVAILABLE A 1 diambil yang terbesar A diambil yang terkecil A 3 diambil yang terkecil. 1 jumlah las 1 jumlah las TOTAL AREA AVAILABLE.18 Jika A < A tot maka tidak membutuhkan Reinforcing Pad Perhitungan nozzle jika diperlukan reinforcing pad Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 16

8 AREA OF REINFORCEMENT REQUIRED sama seperti di atas AREA OF REINFORCEMENT AVAILABLE sama seperti di atas 5., A diambil yang terkecil sama seperti di atas 1 jumlah las 1 jumlah las 1 jumlah las TOTAL AREA AVAILABLE.5 Jika A < A tot maka tidak membutuhkan Reinforcing Pad (Sumber : Eugene F, Megyesy, 1986, Pressure Vessel Handbook Seventh Edition, PUBLISHING INC., Tulsa, OK. Ref.).8 Saddle Saddle merupakan alat penumpu (support) pada horizontal Vessel.Saddle sering dipakai pada horizontal Vesselkarena konstruksinya sederhana dan cukup kuat untuk menahan beban, bahkan untuk Vessel yang berukuran sangat besar Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 17

9 sekalipun. Sebagian besar Vessel horisontal ditumpu oleh dua buah saddle dengan sudut kontak 10º. Gambar.11. berikut ini merupakan contoh gambar dari suatu saddle. Gambar.11.Saddle Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed. Perhitungan Stresses in Vessel on Two Saddle : a. Longitudinal bending stress a) Pada saddles (tension at the top, compression at the bottom) QA 1 A L S1 = ± KR t s R H + AL 4H 1+ 3L (.6) Catatan : Untuk menghitung tension stress, faktor K yang digunakan merupakan nilai K 1 Untuk menghitung compression stress, faktor K yang digunakan merupakan nilai K 8. Ketika kulit dikeraskan, nilai faktor K = 3.14 b) Pada midspan (tension at the bottom, compression at the top) R H 1+ QL L 4 4H 1+ 3L = ± S1 πr t s 4A L (.7) Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 18

10 Pada tension S 1 ditambah tegangan yang disebabkan oleh internalpressure(pr/t s ) kurang dari sama dengan nilai tegangan ijin material kulit Pada compression, tegangan yang disebabkan internalpressure dikurani S 1 kurang dari sama dengan setengah nilai compression yield point material atau dengan rumus: E S 1 9 / ( t / R) [ ( / 3)( 100)( t R) ] (.8) b. Tangential shear stress a) SaddlesAway From Head(A>R/) Padashell S K 3Q L A = Rt L + 4 H s 3 (.9) Padashell S = K 3Q L A Rt L + 4 H s 3 (.30) b) Saddlejauh dengan head(a R/) Pada shell K Q Rt s 4 S = (.31) Pada head S = K 4Q Rt h (.3) Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 19

11 Tegangan tambahan pada head S 3 = K 5 Q Rt h (.33) S tidak boleh lebih besar dari 0.8 tegangan ijin material. S 3 ditambah tegangan yang disebabkan oleh internalpressuretidak boleh lebih besar dari 0.15 tegangan ijin tensil material head. Catatan : Gunakan rumus dengan nilai K jika tidak menggunakan ring atau menggunakan ring yang dipasang pada salah satu saddle. Gunakan rumus dengan nilai K 3 jika direncanakan menggunakan ringpada tiapsaddle. c. Circumferential stress a) Pada horn of saddle L 8R S 4 = Q 3K Q 6 ( b Rt ) t 4ts s s (.34) L<8R S 4 = Q 1K QR 6 ( b Rt ) Lt 4t s s s (.35) b) Pada bagian bawah shell S5 = t 7 ( b ) s Rt s S 4 tidak boleh lebih besar dari 1.50 tegangan ijin tensil material shell K Q (.36) S 5 tidak boleh lebih besar dari 0.5 titik yield kompresi material shell. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 0

12 Tabel.1.Values of Constant K. Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 1

13 Grafik.1. Values of Constant K 6. Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed. DESIGN OF SADDLE F = K 11. Q (.7) Where : Q K 11 = the load on one saddle (lbs) = constant as tabulated Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

14 Tabel..Values of ConstantK 11. Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed. Tabel.3.Dimension of Saddle. Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed..9 leg Leg (kaki) merupakan alat penumpu pada vertical Vessel.Perbandingan maksimum antara panjang kaki dengan diameter Vesselbiasanya :1. Jumlah kaki, Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 3

15 ukuran dan detail tambahan tergantung besar beban yang diterima Vesseltersebut.Gambar.1.berikut ini merupakan contoh gambar dari suatu leg. Gambar.1.leg.10 Reinforcement pad Reinforcement padmerupakan penguat yang dilekatkan di sekeliling nozzledan di atas shellatau head, sebagai kompensasi atas daerah yang hilang karena adanya lubang yang dipakai untuk penyambungan suatu nozzle. Seperti pada gambar.13. di bawah ini. Gambar.13.Reinforcement pad Sumber : Pressure Vessel Handbook Seventh Ed..11 Lifting Lug Lifting lug adalah bagian dari Vessel yang berfungsi sebagai tempat untuk mengaitkan alat pemindah yang biasanya berupa crane. Perhitungan lifting lug Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 4

16 didasarkan pada 3 macam kekuatan yaitu : kekuatan lubang lug, kekuatan kaki lug, dan kekuatan las lug. Lifting lug harus dapat menahan berat vesel dalam keadaan kosong ditambah dengan berat saddle. Gambar.14. di bawah ini merupakan salah satu tipe lifting lug. Tabel.4.Dimension of Lifting Lug. Gambar.14. Lifting Lug Perhitungan tebal pada Lifting Lug. 8 Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 5

17 Dimana : t P S = Required thickness of lug (in.) = Load (lbs) = Allowable shear stress (Psi).1 Software Compress 658 Software Compress 658 merupakan software khusus yang dapat digunakan untuk proses merancang dan menganalisa Pressure Vessel, seperti :Vessel, Heat Exchanger, Filter, dan Column. Input data yang akan dimasukkan ke dalam software ini berasal dari datasheet yang telah dibuat, lalu data tersebut diolah berdasarkan standard ASME 007 Section VIII div. 1 yang telah tersedia dalam software ini. Jadi, pada intinya software ini sangat memudahkan dalam proses menganalisa pressurevessel..13 Sistem Flare KO Drum Knock out DrumVesseldigunakanuntuk memperlambatgasdan memisahkan cairandarialiran gas. Knock out drum dapat diinstal baik di header gaslimbah ataupun di flare itu sendiri. Knock out Drum dapat dikonfigurasi baik horisontal, atau vertikal.ketika horisontal, knock out drum yang akan dibangun dengan satu gas inlet aliran, dan dua outlet, yang kemudian dapat bergabung dengan m anifold. Konfigurasilain yang dapat digunakan adalah salah satu inlet dengan outlet yang jauh lebih besar. Sebuah liquid level gauge atau indikator harus selalu disertakan, karena vessel ini harus tetap kering dan bebas dari kelebihan cairan. Dalam pengaturannya vertikal KO drum dapat memiliki inlet sisi dengan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 6

18 keluaranyang lebih besar yang akan memperlambat gas. Metode lain untuk menggunakan drum vertikal adalah dengan menggunakan inlet tangensial. Dengan tangensial KO drum, gas akan masuk dan berputar di sekitar dinding vessel. Selama memutar fluidic gas di sepanjang dinding akan mengikis banyak cairan endapan. Baffle juga digunakan dalam drum vertikal untuk menghalangi dan memperlambat gas sebelum keluar. Drum ini harus dilengkapi dengan liquid level gauge atau indikator sehingga mereka dapat dikeringkan. Knock out drum, apakah dipasang di header gas limbah atau di dasar flare dapat diberikan dengan pilihan berikut:vessel yang berukuran sesuai dengan kebutuhan proses klien. Konstruksi dapat dari Carbon Steel, atau untuk korosif menggunakan Stainless steel. Kontrol saluran otomatis dapat dimasukkan untuk mencegah akumulasi cairan pada seal. Untuk mengeringkan dan membersihkan vessel digunakan Flanged Drain connection. Gambar.15.skema flow diagram systemflare stack secara umum Sumber : Teknik Mesin Universitas Mercu Buana 7