Optimasi Konfigurasi Sudut Stinger dan Kedalaman Laut Dengan Local Buckling Check

Transkripsi

1 Optimasi Konfigurasi Sudut Stinger dan Kedalaman Laut Dengan Local Buckling Check Oleh : Desak Made Ayu Pembimbing : Prof. Ir. Daniel M. Rosyid, Ph.D Ir. Hasan Ikhwani, M.Sc

2 OUTLINE : I. PENDAHULUAN -Latar Belakang -Manfaat -Perumusan Masalah -Batasan Masalah -Tujuan II. Tinjauan Pustaka dan Dasar Teori -Tinjauan Pustaka -Dasar Teori

3 OUTLINE : III. Metodologi Penelitian -Skema Diagram Alir -Skema Local Buckling Check IV. Analisa dan Pembahasan -Analisa Instalasi Dengan OFFPIPE -Analisa Local Buckling Check V. Kesimpulan

4 Latar Belakang Penggunaan minyak dan gas pada kehidupan sehari-hari tidak dapat dilepaskan, hal ini menyebabkan semakin agresifnya eksplorasi minyak dan gas didaerah lepas pantai. Proses instalasi pipa terlebih dahulu harus dilakukan agar dapat mendistribusikan minyak dan gas yang terlebih dahulu telah ditambang. Sebagai bagian dari proyek PRP , PT. PHE ONWJ bermaksud untuk menginstal pipa baru dalam rangka melakukan antisipasi peningkatan produksi di masa depan.

5 Data Pipa Tabel 1.1 Data Desain Pipa Material Units 6 Pipeline Steel Outer Diameter inch Material Specifiation - Carbon Steel API-5L-X52 PSL 2 Offshore Wall Thickness in Corrosion Allowance mm 2.54 Steel Density pcf 490 (7850 kg/m 3 ) SMYS psi 70 F SMTS psi 70 F Young s Modulus, E psig x 10 7 Poisson s Ratio Coefficient of Thermal Expansion k x 10-6 Thermal Conductivity W/mK 45 (Sumber: PT. Globa Maritime, 2013) Tabel 1.2 Pipeline Coating Parameter Decription Pipeline Type AE External Anti-Corrosion Thickness,mm 4 Coating Density,lb/ft Cutback,mm 150 +/- 10mm Thickness,mm 30 Concrete Coating Density,lb/ft3 190 Thickness Cutback,mm 300 +/- 25mm Water Absorption 5 (Sumber: PT. Globa Maritime, 2013)

6 Data Lay Barge & Stinger Untuk pengerjaan menggunakan Barge S-Lay HAFAR Neptune. Data barger dan stinger yang akan digunakan adalah sebagai berikut : Tabel 1.3 Data Lay Barge Description Barge Parameter Maximum Pipe Tension Available 60 MT No. Of Tensioners Available on the 2 nos Barge No. Of Rollers on the Barge 7 nos Length of Tensioner 6.5 m Hitch X-Location (w.r.t stern) m Hitch Y-Location (w.r.t main deck) m Length = 85 m Barge Moulded Dimensions Breadth = 25 m Depth = 5.5 m (Sumber: PT. Globa Maritime, 2013) Tabel 1.4 Stinger Parameter Description Barge Parameter No.of Rollers on Stinger 3 Stinger Length (1 section) Stinger Roller Bed Length m Increment Rotation Angle (from 2.22 deg horizontal) (Sumber: PT. Globa Maritime, 2013)

7 -Berapakah sudut optimum stinger dan bagaimanakah pengaruh konfigurasi sudut stinger pada tegangan Von Mises yang terjadi pada pipeline untuk setiap perbedaan kedalaman saat proses instalasi? -Bagaimanakah local buckling yang terjadi pada pipeline untuk setiap perbedaan kedalaman dan variasi sudut stinger? Perumusan Masalah -Menganalisa dan mengetahui berapakah sudut optimum stinger dan pengaruh konfigurasi sudut stinger pada tegangan Von Misses pada saat proses instalasi. Menganalisa local buckling yang terjadi pada pipeline untuk setiap perbedaan kedalaman dan variasi sudut stinger. Tujuan Manfaat dari penelitian ini adalah memberikan pemahaman mengenai instalasi pipa bawah laut dengan metode S- Lay, mengetahui pengaruh konfigurasi sudut stinger untuk melihat tegangan yang terjadi pada pipeline serta menganalisa local buckling yang terjadi pada saat proses laying. Manfaat

8 Batasan Masalah Metode instalasi yang digunakan adalah metode S-Lay. Dasar laut dianggap datar. Analisa yang dilakukan adalah analisa statis. Tinggi roller konstan. Gerakan barge diabaikan. Panjang stinger konstan. Codes yang digunakan adalah DNV 1981 mengenai Rules for Submarine Pipeline System.

9 didasar Teori Metode Pipelaying Teori Tegangan Teori Optimasi Local Buckling Local Buckling Check DNV 81

10 S Lay Metode Pipelaying Kurva pipa yang keluar dari Lay Barge hingga seabed akan berbentuk seperti huruf S. Pada saat pemasangan akan membutuhkan stinger dan tensioner.

11 J Lay Metode Pipelaying Metode ini menggunakan berat pipa itu sendiri agar pipa dapat menyentuh dasar laut. Tidak ada daerah kritis pada tekukan atas (overbend) dan hanya ada pada bagian tekukan bawah (sagbend) sebagai daerah kritis

12 Proses Pipelaying Welding Operation -> NDT (None Distraction Test) station cek pengelasan dan coating station -> Roller akan membantu pipa bergerak dari barge hingga masuk ke laut

13 Stinger A B Proses Pipelaying Stinger berfungsi sebagai pengarah pipa pada roller yang terletak antara tubular sehingga pipa dapat meluncur ke bawah dari barge stern sampai ke seabed.

14 Overbend Proses Pipelaying Daerah overbend biasanya dimulai dari tensioner pada deck barge, melalui barge ramp, dan turun ke stinger sampai pada titik dimana pipa tidak lagi didukung oleh stinger

15 Sagbend Proses Pipelaying Daerah sagbend biasanya dimulai dari titik inflection sampai titik touch down pada seabed

16 Tegangan Normal Teori Tegangan Tegangan normal adalah tegangan yang bekerja dalam arah tegak lurus terhadap permukaan bahan dan dapat berupa tegangan tarik (tensile stress) atau tegangan tekan (compressive stress). σ = P A dengan: σ = tegangan normal (N/m2) P = gaya tarik/tekan (N) A = luas penampang melintang (m2)

17 Tegangan Von Mises Teori Tegangan Penggabungan tegangan-tegangan utama pada suatu elemen merupakan suatu cara untuk mengetahui nilai tegangan maksimum yang terjadi pada node tersebut. Salah satu cara mendapatkan tegangan gabungan adalah dengan menggunakan formula tegangan Von Misses yaitu: σ e = 0.5(σ 1 σ 2 ) 2 + (σ 2 σ 3 ) 2 (σ 3 σ 1 ) dengan: σ e = tegangan von mises σ 1 = tegangan utama 1 σ 2 = tegangan utama 2 σ 3 = tegangan utama 3

18 Teori Optimasi Optimasi adalah pencarian nilai-nilai variable yang dianggap optimal, efektif dan efisien.

19 Metode Pendekatan Optimasi Untuk mendapatkan titik optimum pada grafik, dengan mencari beberapa titik variasi kemudian memplotkan. Sehingga didapatkan grafik masing-masing constraint. Kemudian didapatkan grafik constraint tersebut, dimana titik potong tersebut adalah titik optimumnya.

20 Local Buckling Local Buckling pada pipa dipengaruhi external pressure, axial force dan bending moment. Buckling merupakan keadaan dimana pipa sudah tidak bundar atau mengalami perubahan bentuk akibat tekanan hidrostatis yang besar pada kedalaman tertentu.

21 Local Buckling adalah kombinasi kritis tegangan longitudinal dan hoop yang kemudian dicari permissible combination Local Buckling Check DNV 81 σ x = Total axis stress (Pa) σ xcr = Critical Longitudinal Stress (Pa) η xp = Permessible buckling usage factor σ y = Hoop Stress (Pa) σ ycr = Critical Hoop Stress (Pa) η yp = Permissisble buckling usage factor

22 Metodologi Penelitian

23 METODOLOGI PENELITIAN 1.1 Metode Penelitian BAB III METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Skema Diagram Alir Mulai Pengumpulan data pipa dan lay barge Pemodelan Pipa dengan menggunakan software OFFPIPE Skema Alir Running pemodelan menggunakan software OFFPIPE Output variasi sudut stinger dan kedalaman Analisa hasil pemodelan Cek Local Buckling dengan DNV 1981 Selesai

24 Mulai Memasukan inputan data Menghitung longitudinal stress Local Buckling Check Menghitung Cross Section Area Menghitung elastic section modulus Menghitung longitudinal stress due to axial force Menghitung longitudinal stress due to pipe bending Menghitung critical longitudinal stress ketika N bertindak sendiri Menghitung critical longitudinal stress ketika M bertindak sendiri A

25 A Menghitung longitudinal (compressive) stress Menghitung hoop stress Menghitung critical compressive hoop stress for completely elastic buckling Menghitung compressive hoop stress Input Data Nominal Outside Diameter of Pipe Nominal Wall Thickness Axial force in pipe Bending moment Specified yield strength Water depth External pressure Internal pressure Modulus of Elasticity Menghitung α σ x ᶯ xp σ xcr Check α + α y ᶯ yp σ ycr 1 Selesai

26 Analisa Data dan Pembahasan Untuk memulai permodelan instalasi dengan menggunakan bantuan software OFFPIPE yang akan dilakukan adalah memodelkan laybarge, stinger,dan memasukan data properties pipa serta memasukkan data lingkungan seperti kedalaman laut. Berikut adalah loadcase untuk pengerjaan tugas akhir :

27 Load Case STATIC CASE Water Depth Stinger Angle Outiside Diamete r Wall STATIC Lay Water Thickness CASE TensionDepth Stinger Angle Outiside Diamete r Wall STATIC Lay Water Thickness CASE Tension Depth Stinger Angle Outiside Diamete r T (m) (deg) (cm) (cm) (kn) (m) (deg) (cm) (cm) (kn) (m) (deg) (cm) CASE CASE CASE CASE CASE CASE CASE CASE CASE

28 Untuk analisa kali ini akan digunakan 9 case seperti pada tabel diatas yang dimana pada setiap water depth akan divariasikan sudut stingernya. Setelah itu loadcase akan dimasukan dan setelah itu kita akan mendapatan hasil dari runningan OFFPIPE, yaitu : STATIC CASE Water Depth (m) CASE CASE CASE Stinger Angle Maximum Stress On Overbend Maximum Stress On Sagbend Total Total Pipeline Pipeline Stress (deg) Stress Stress Stress SYMS (Mpa) SYMS % (Mpa) %

29 STATIC CASE Water Depth (m) CASE CASE CASE Stinger Maximum Stress Maximum Stress Angle On Overbend On Sagbend Total Total Pipeline Pipeline Stress (deg) Stress Stress Stress SYMS (Mpa) SYMS % (Mpa) %

30 STATIC CASE Water Depth (m) CASE CASE CASE Stinger Maximum Stress Maximum Stress Angle On Overbend On Sagbend Total Total Pipeline Pipeline Stress (deg) Stress Stress Stress SYMS (Mpa) SYMS % (Mpa) %

31 Hasil yang didapat akan diplotkan dalam bentuk grafik, maka akan membentuk grafik sebagai berikut: 500 Maximum Stress On Overbend Maximum Stress (Mpa) CASE 1 ( m) CASE 2 ( m) CASE 3 ( m) CASE 4 ( m) CASE 5 (19.11 m) CASE 6 ( m) CASE 7 ( m) CASE 8 ( m) CASE 9 ( m) Stinger Angle (deg)

32 Maximum Stress On Sagbend 380 Maximum Stress (Mpa) CASE 1 ( m) CASE 2 ( m) CASE 3 ( m) CASE 4 ( m) CASE 5 (19.11 m) CASE 6 ( m) CASE 7 ( m) CASE 8 ( m) CASE 9 ( m) Stinger Angle (deg)

33 Analisa Perhitungan Local Buckling Check Permisebble combination untuk menghitung local buckling yang terjadi pada pipa dengan menggunakan DNV 1981 adalah: Dengan: σ x = Total axis stress (Pa) σ xcr = Critical Longitudinal Stress (Pa) η xp = Permssible buckling usage factor (0.86) σ y = Hoop Stress (Pa) σ ycr = Critical Hoop Stress (Pa)

34 Hasil yang didapatkan dari perhitungan local buckling check untuk perhitungan pada overbend dengan 11.1 deg dengan DNV 1981 Static Case Permissible Combination Overbend Case Case Case Case Case Case Case Case Case Dari hasil diatas dapat diketahui bahwa pipa aman dari adanya local buckling karena permisibble combination dari seluruh static case tidak lebih besar dari 1.

35 Dari hasil dibawah dapat diketahui bahwa pipa aman dari adanya local buckling karena permisibble combination dari seluruh static case tidak lebih besar dari 1. Static Case Permissible Combination Sagbend Case Case Case Case Case Case Case Case Case

36 Kesimpulan Sudut optimal saat variasi sudut stinger dan kedalaman laut adalah sudut 11.1 derajat. Pada variasi sudut stinger dengan kedalaman laut kita dapat melihat bahwa semakin besar sudut (13.32 dan derajat) maka akan semakin besar pula tegangan Von Mises yang didapatkan (dapat dilihat pada gambar dan grafik) tetapi hal ini terjadi setelah sudut stinger bernilai 11.1 derajat. Jika sudut terlalu besar (13.32 dan derajat) dan kedalaman laut tidak terlalu dalam ( m, m dan m), hal ini menyebabkan tegangan akan semakin besar. Tidak terjadi local buckling pada daerah sagbend dan overbend karena nilai permissible combination yang didapatkan 1 dengan menggunakan standart code DNV 1981.

37 Andini, F. T., (2010). Optimasi Konfigurasi Sudut Stinger dan Jarak Antara Lay Barge dan Exit Point Pada Instalasi Horizontal Directional Drilling, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kelautan-FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Bai, Y., (2001). Pipeline and Riser, Elsevier Ocean Engineering Book Series, Volume 3, Oxford, UK. Det Norske Versitas (1981). DNV 1981: Rules For Submarine Pipeline System. Det Norsle Versitas, Norway. Gere, J., S. Timoshenko, (2009). Mechanics of Material. Cengage Learning, Canada. Guo, B., S. Song, J. Chacko, A. Ghalambor, (2005). Offshore Pipeline. Elsevier, UK. Kenny, J. P. (1993). Structural Analysis of Pipeline Spans. Safety Executive, USA. Mouselli, A.H., (1981). Offshore Design, Analysis and Methods, Penwell Books, Oklahoma. PT. Pertamina PHE ONWJ (2013). Pipelaying Analysis (Including Dynamic and Pipe Weld Repair). MMA MMJ Pipeline, MIKE-W-CAL Jakarta PT. Rare (2013). ANSI B36.10 Seamless Pipe Sizes. Midvaal. Rizaldi, A., (2011). Analisa Buckling Pada Saat Instalasi Pipa Bawah Laut: Studi Kasus Saluran Pipa Baru Karmila-Titi Milik CNOOC di Offshore South East Sumatera, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kelautan-FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Daftar Pustaka

38 Rao, S., (1985). Optimization Theory and Applications, Wiley Eastern Limited, New Delhi. Rosyid, D. M., (2009). Optimasi Teknik Pengambilan Keputusan Secara Kuantitatif, ITS Press, Surabaya. Soegiono, (2007). Pipa Laut. Airlangga University Press, Surabaya. Daftar Pustaka

39 TERIMA KASIH