PERENCANAAN SAMBUNGAN LAS PADA BEJANA TEKAN (PRESSURE VESSEL) TIPE SEPARATOR UNTUK FLUIDA GAS

Transkripsi

1 PERENCANAAN SAMBUNGAN LAS PADA BEJANA TEKAN (PRESSURE VESSEL) TIPE SEPARATOR UNTUK FLUIDA GAS Nugroho Aprianto, Edi Septe. S, Iman Satria. Program Studi Teknik Mesin-Fakultas Teknologi Industri-Universitas Bung Hatta Jl. Gajah Mada No.19 Olo Nanggalo Padang Telp Fax nugroho.aprianto@rocketmail.com, edysepte@yahoo.com, extro_iman@yahoo.com ABSTRACT Pressure vessel is a container for a fluid, either liquid or gas fluid is pressurized. In designing a pressure vessel there are some things that must be considered, namely the voltages appearing on the vessel walls due to the pressure generated due to the fluid that is in the vessel, the weight of the vessel itself, nor the pressures arising from external factors. The process of manufacture of pressure vessels is performed by using a rolling process and assembly welding process. The welding process used to be considered based on the level of density, leakage and at the same strength. Planning the welding procedure to be carried out on pressure vessels and pressure vessels process of welding the first conducted Shell Welding, Shell - Head, Nozzle, Reinforcement Pad, Neck - Flange, Skirt Support. Material pressure vessel welding to be performed by ASME section II, such us: SA 516 Gr 70 for Shell, SA 516 Gr 70 for Head, SA 106 Gr B for Nozzle, SA 516 Gr 70 for Reinforcement pad, SA 105 for Flange, and SA 36 for Skirt Support. The welding process used GTAW and SMAW, and for the selection of electrode based on the chemical composition & mechanical properties of base metal, Based on the planning of the welding connection consisting of five welding procedures are determined and summarized into one WPS (Welding Procedure Specification) based on the ASME Section IX. Keywords: Pressure Vessel, GTAW and SMAW, WPS (Welding Procedure Specification).

2 1. PENDAHULUAN Bejana tekan merupakan suatu wadah untuk fluida, baik fluida cair maupun gas yang bertekanan. Dalam perancangan suatu bejana tekan ada beberapa hal yang harus diperhatikan, yaitu tegangan-tegangan yang muncul pada dinding bejana tersebut akibat tekanan yang dihasilkan karena fluida yang berada dalam bejana, berat bejana itu sendiri, maupun tekanan yang muncul akibat faktor eksternal, seperti beban angin dan gempa yang diperoleh oleh bejana. Bejana tekan merupakan suatu konstuksi berbentuk tabung yang menerima beban tekan. Tekanan pada tabung ini bersal dari isi atau fungsi tabung sebagai tempat penyimpanan fluida gas atau cairan yang bertekanan. Konstruksi bejana tekan ini biasanya terbuat dari baja tahan karat sesuai dengan fluida yang tersimpan didalamnya. Proses pembuatan bejana tekan ini dilakukan dengan proses pengerolan dan perakitannya menggunakan proses pengelasan. Prosedur pengelasan merupakan perencanaan standar untuk melaksanakan pengelasan yang meliputi cara pembuatan kontruksi las yang sesuai dengan rencana dan spesifikasinya dengan menentukan semua hal yang diperlukan dalam pelaksanaan tersebut. Karena itu yang menentukan prosedur pengelasan harus mempunyai pengetahuan tentang teknolgi las, dapat menggunakan pengetahuan tersebut dan mengerti tentang efisiensi dan ekonomi dari aktivitas produksi. Untuk setiap pelaksanaan pekerjaan harus dibuat prosedur tersendiri secara terperinci termasuk menentukan alat yang diperlukan yang sesuai dengan rencana pembuatan dan kwalitas produksi. 1.1 Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah Merencanakan sambungan las pada bejana takan (Pressure Vassel) tipe separator untuk fluida gas berdasarkan standar ASME. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bejana Tekan Adapun definisi dari bejana tekan (Pressure Vessels) merupakan wadah tertutup yang dirancang untuk menampung cairan atau gas pada

3 temperatur yang berbeda dari temperatur lingkungan. Jika tekanan didalam bejana melebihi tekanan atmosfir di luar bejana, maka bejana dinamakan bejana tekan (pressure vessels). Gambar 2.1 Bejana Tekan 2.2 Komponen Bejana Tekan (Pressure Vessel). Komponen utama dalam merancang sebuah bejana tekan dengan cara pengelasan seperti Shell, Head, Nozzle, Flange, Reinforcement Pad, Skirt Support. a. Shell Shell adalah komponen yang paling utama yang berisi fluida yang bertekanan. Pada umumnya ada dua tipe shell yang ada yaitu shell silindris dan spherical shell. b. Head Head adalah bagian penutup dari vessel, seperti namanya yang di ambil dari bahasa inggris, berarti kepala. Head sendiri itu ada di bagian kanan dan kiri untuk vessel horizontal, atau untuk vessel vertikal ia berada di bagiaan atas bawah. c. Nozzle Nozzle adalah komponen silinder yang berupa lubang yang menembus shell atau head dari bejana tekan. d. Flange Flange merupakan bagian penepat yang digunakan untuk menghubungkan flange pada pipa dengan menggunakan baut secara bersama-sama. flange untuk memungkinkan koneksi atanra vessel dengan piping. e. Reinforcement pad Reinforcement pad adalah pelat yang berfungsi untuk menguatkan nozzle. f. Skirt Support Komponen ini berfungsi untuk menahan bejana tekan agar tidak berpindah atau bergeser. Penyangga ini harus bisa menahan beban baik berupa beban berat bejana ataupun beban dari luar seperti angin dan gempa bumi. Perancangan penyangga tidak seperti desain bejana tekan karena penyangga tidak mempunyai tekanan.

4 2.3 Pengelasan Pengelasan (welding) adalah salah satu teknik penyambungan logam dengan cara mencairkan sebagian logam induk dan logam pengisi dengan atau tanpa tekanan dan dengan atau tanpa logam penambah dan menghasilkan sambungan yang kontinyu. Lingkup penggunaan teknik pengelasan dalam kontruksi sangat luas, meliputi perkapalan, jembatan, rangka baja, bejana tekan, pipa pesat, pipa saluran dan sebagainya. 2.4 Jenis-Jenis Pengelasan SMAW (Shielded Metal Arc SAW (Submerged Arc ESW (Electro Slag SW (Stud ERW (Elektrik Resistance EBW (Electron Beam GMAW (Gas Metal Arc GTAW (Gas Tungsten Arc FCAW (Flux Cored Arch PAW (Plasma Arch OAW (Oxigen Acetylene 2.5 Posisi Pengelasan Posisi mengelas terdiri dari empat macam yaitu : 1. Posisi di Bawah Tangan (down hand) Posisi di bawah tangan yaitu suatu cara pengelasan yang dilakukan pada permukaan rata/datar dan dilakukan dibawah tangan. Kemiringan elektroda las sekitar 10º 20º terhada garis vertikal dan 70º 80º terhadap benda kerja. 2. Posisi Tegak (Vertikal) Mengelas posisi tegak adalah apabila dilakukan arah pengelasannya keatas atau kebawah. Pengelasan ini termasuk pengelasan yang paling sulit karena bahan cair yang mengalir atau menumpuk diarah bawah dapat diperkecil dengan kemiringan elektroda sekitar 10º 15º terhada garis vertikal dan 70º 85º terhadap benda kerja. 3. Posisi Datar (Horisontal) Mengelas dengan horisontal biasa disebut juga mengelas merata dimana kedudukan benda kerja dibuat tegak dan arah elektroda mengikuti

5 horisontal. Sewaktu mengelas elektroda dibuat miring sekitar 5º 10º terhada garis vertikal dan 70º 80º kearah benda kerja. 4. Posisi di Atas Kepala (Over Head) Posisi pengelasan ini sangat sukar dan berbahaya karena bahan cair banyak berjatuhan dapat mengenai juru las, oleh karena itu diperlukan perlengkapan yang serba lengkap. Mengelas dengan posisi ini benda kerja terletak pada bagian atas juru las dan kedudukan elektroda sekitar 5º 20º terhadap garis vertikal dan 75º 85º terhadap benda kerja. 2.6 Macam-Macam Cacat Las 1. Porositas 2. Slag Inclusion 3. Incomplete Fusion 4. Undercut 5. Overlap 6. Crack (retak) 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian Perencanaan sambungan las Pada bejana tekan (Pressure Vessel) tipe separator untuk fluida gas ini diperlihatkan pada Gambar 3.1 Gambar 3.1 Diagram Alir Perencanaan Sambungan las 3.2 Lokasi dan Waktu Penelitian Dalam Penelitian ini, Peneliti mengambil lokasi penelitian di PT. WASCO ENGINEERING INDONESIA. Jl. Brigjend Katamso, Km 5, Tanjung Uncang Batam. provinsi Kepulauan Riau, Indonesia. Adapun beberapa pertimbangan peneliti sehingga memilih lokasi tersebut: 1. Data yang diperlukan memadai.

6 2. Lokasi penelitian memberikan keterangan yang lengkap tentang objek penelitian yang diteliti. Penelitian ini dilaksanakan yakni mulai 4 Maret 2015 hingga 16 Juni Bagian bagian Bejana Tekan yang akan dilakukan Pengelasan Perencanaan sambungan las yang akan ditetapkan pada bejana tekan dan Proses pengerjaan pengelasan bejana tekan yang pertama dilakukan adalah : 1. Pengelasan Shell 2. Pengelasan Shell Head 3. Pengelasan Nozzle 4. Pengelasan Reinforcement Pad 5. Pengelasan Neck Flange 6. Pengelasan Skirt Support 4. HASIL PERENCANAAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Perencanaan sambungan las pada Shell Shell adalah komponen yang paling utama yang berisi fluida yang bertekanan. Untuk sambungan pada pengelasan shell. Longsiam dan circum, dengan bentuk sambungan : Double V. Gambar 4.1 Sambungan las shell Material pressure vessel yang akan dilakukan pengelasan berdasarkan ASME section II : - Shell = SA 516 Gr 70 - Head = SA 516 Gr 70 - Nozzle = SA 106 Gr B - Reinforcement pad = SA 516 Grade 70 - Flange = SA Skirt Support = SA Perencanaan sambungan las pada Head Seluruh bejana tekan harus ditutup dengan head. Head lebih banyak berbentuk kurva dari pada pelat datar. Untuk sambungan antara Head dan Shell menggunakan sambungan : Double V.

7 4.4 Perencanaan sambungan las pada Reinforcment pad Reinforcment pad merupakan sebagai Pelapis dan sambungan Nozzle pada bagian Shell dan Head. Pengelasan reinforcman menggunkan sambungan single bevel, fillet weld. Gambar 4.2 sambungan las head ke shell 4.3 Perencanaan sambungan las pada Nozzle Nozel adalah komponen silinder yang berupa lubang yang menembus shell atau head dari bejana tekan. Sambungan untuk pengelasan yang digunkan untuk sambungan Nozzle Shell, Nozzle Head adalah menggunakan sambungan Single Bevel. Gambar 4.4 Sambungan Las Reinforcment pad 4.5 Perencanaan sambungan las pada Flange Flange merupakan bagian penepat yang digunakan untuk menghubungkan flange pada pipa dengan menggunakan baut secara bersama-sama. Pengelasan Flange ke Neck dengan menggunkan sambungan Single V. Gambar 4.3 sambungan las Nozzle

8 4.8 Hasil Pembahasan Berdasarkan perencanaan sambungan las yang terdiri dari 5 prosedur pengelasan yang ditentukan dan dirangkum menjadi 1 WPS (Welding Procedur Spesification) berdasarkan ASME IX. WELDING PROCEDURE SPECIFICATON Applicable Code : ASME IX, Welding and Brazing Qualification AND ASME VIII Div.1, Rules for Construction of Pressure Vessels Gambar 4.5 sambungan las Flange 4.6 Perencanaan sambungan las pada Skirt support Bejana tekan silindris vertikal biasanya menggunakan penyangga tipe skirt support. Penyangga skirt adalah perpanjangan shell yang dilas dibagian shell pada bejana tekan vertikal silindris. Untuk sambungan pengelasan yang digunakan : Fillet Weld. WPS No : WPS-ASME-06 Date : 25-Mei-15 Supporting PQR No : Revision No : 0 Type of process : Manual Welding Process(es) : GTAW + SMAW JOINTS (QW-402) Joint Design : Butt Joint, Tee Joint Backing : YES/NO Backing Material Type : Weld metal or base metal Retainer : Note : BASE METALS (QW-403) Base Metal Qual. (With Impact Test) : P No. 1 Group 2 to P No. 1 Group 2 P No 1 Group 2 to P No. 1 Group 1 Base Metal Qual. (Non Impact Test) : P No 1 Group Any (mm) Base Metal Thickness Qual, Groove Fillet (mm) : All Base Metal Thickness Qual, Groove (mm) Fillet (mm) : All Base metal Diameter Qual. (mm) Fillet (mm) : All FILLER METALS (QW-404) Filler Metal 1 Filler Metal Filler Metal 2 3 Welding Process : GTAW SMAW Specification (SFA) No : ER70S-6 E7018 AWS Class No : Brand name : KOBE STEEL KOBE STEEL F No. / A-No : 6/1 4/1 Filler Metal Size (Ø mm) : & 3.2 Weld Metal Thk Range Groove (mm) : 3 mm 15 mm All Fillet (mm) : All Covered Electrode Product Form : Rod Electrode Flux class : Alloy Elements : Flux Trade name : Alloy Flux : Consumable Insert : Flux Type : Supplier Filler Material : Recrushed Slag : Other Information : POSITION (QW-405) PWHT (QW-407) GTAW SMAW Temperatur ( C) : None Position(s) of groove All All Time Range : Weld Progression Uphill Uphill Heating Rate ( C/Hour) : Position(s) of Fillet All All Cooling Rate ( C/Hour) : PREHEAT (QW-406) GAS (QW-408) Preheat Temp. Min ( C) : T 33 mm : 75⁰ C Gas(es) Interpass Temp max ( C) : T > 33 mm : 100 ⁰ C Shielding (GTAW) Argon Preheat Maintenance : Gas heating torch or Heating element Trailing Backing Mixture, % Flow Rate, lpm ELECTRICAL CHARACTERISTIC (QW-409) Current Polarity : DCEN(GTAW); DCEP(SMAW) Pulsing Current GTAW : Tungsten Electrode Type : EWTh2 WFS Range (inch/min) : Tungsten Electrode Size : 2.4 mm GMAW Metal Transfer : TECHNIQUES (QW-410) String or Weave Bead : String and/or w eaving Stick Out/CTWD : Method of Cleaning : Grinding and Brushing Orifice cup/nozzle Size : Any Size Method of Backgouging : Gerinding/Carbon Arc Welding Number of Electrodes : Single Oscillation : Other information(s) : Max. Weaving / bead width Multi or Single Pass : Multipass shall be not more than Closed to out Chamber : 3x core of wire (SMAW) Electrode Spacing : Peening : None Gambar 4.6 Sambungan Las Skirt Support WELDING PARAMETER Filler Metal Curent Heat Input Volt Range Travel Speed Weld layer Process Size Type of Amperage (Kj/mm) Class (V) (mm/min) (mm) polarity Range (A) Min Max Root GTAW 2.4 ER70S-6 DCEN Hotpass GTAW 2.4 ER70S-6 DCEN Filler SMAW 2.6 E7018 DCEP Filler SMAW 2.6 E7018 DCEP Filler SMAW 3.2 E7018 DCEP Capping SMAW 3.2 E7018 DCEP

9 Aplicable for Double vee QUALIFIED JOINTS DETAIL wps 4 neck & flange, wps 5 skirt support. Kelima prosedur tersebut dirangkum menjadi 1 prosedur standar dan dalam format WPS (welding procedur spesification) berdasarkan ASME Section IX. Aplicable for single vee Aplicable for Fillet Joint Aplicable for single bevel 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan perencanaan sambungan las, maka dapat disimpulkan bahwa sambungan las untuk pressure vessel dilakukan dengan prosedur tertentu. Prosedur Pengelasan tersebut terdiri dari 5 prosedur yaitu : wps 1 shell & head, wps 2 nozzle, wps 3 reinforcement pad, DAFTAR PUSTAKA 1) Widharto S, 2006, Petunjuk Kerja Las, Cetakan Ke 6, Jakarta. 2) Hery S, 2008, Jilid 2, Teknik Pengelasan Kapal, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. 3) Daryanto, 2012, Teknik Las. Cetakan kesatu, Penerbit Alfabeta, Bandung. 4) Harsono Wiryosumatro, Toshie Okumura, 2008, Teknologi Pengelasan Logam, cetakan kesepuluh, Penerbit PT. Balai Pustaka, Jakarta Timur. 5) Welding Handbook, Kobe Steel, LTD, Welding Division. 6) ASME Section II, 2010, Ferrous Material Spesification. 7) ASME Section VIII, 2010, Ruls for Construction of Pressure Vessels. 8) ASME Section IX, 2010, Welding and Brazing Qualification.

10 9) Sumber: Pressure+Vessel=vertical.com 10) Sumber: 11) Sumber: m-macam-las.com