DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

Transkripsi

1 ANALISA TEGANGAN PIPA PADA WELL CONNECTING TNAA45rc/TNAA46rc/TNAA47rcDENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II v.5.10 DI TOTAL E&P INDONESIE SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik DISUSUN OLEH : RAYMOND EBENEZER SIPAYUNG DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

2

3

4

5

6

7

8

9

10 ABSTRAK Dalam merancang suatu sistem plant, kita tidak akan terlepas dari sistem perpipaan. Sistem perpipaan berfungsi menghantarkan fluida dari suatu komponen ke komponen lain. Jarak yang di tempuh untuk menghantarkan fluida terkadang sangat jauh sehingga diperlukan perhitungan yang akurat dalam perancangan pipa, seperti jarak antar tumpuan dan jenis tumpuan yang digunakan. Dan sitem perpipaan ini harus dapat menahan beban secara statis dan dinamis, sehingga diperlukan perhitungan baik itu beban yang diakibatkan oleh beban berat pipa, beban berat fluida, angin, gelombang laut, gempa bumi, dan temperatur. Hal itu harus diperhitungkan untuk menghindari terjadinya kegagalan sistem perpipaan akibat tegangan yang berlebihan, sehingga diperlukan yang namanya fleksibelitas pipa.well Connecting merupakan sumur gas yang berada di tengah laut, sehingga dalam transportasi gas harus melalui permukaan bawah laut, sehingga dalam perancangan pipa harus sesuai dengan ASME B31.8 Ch VIII dan perlu dilakukan analisa tegangan pipa bawah laut (on bottom stabillity). On bottom stabillity menganalisa pengaruh gaya-gaya hidrodinamika air laut terhadap pipa yang berada di dibawah laut. Kata Kunci : Tegangan Pipa,Well Connecting, On Bottom stabillity

11 ABSTRACT In designing a plant system, we will not be separated from the piping system. Delivering fluid piping system function of a component to another component. The distance traveled for delivering fluid sometimes very much so needed an accurate calculation in the design pipeline, such as the distance between the pedestal and pedestal type used. And this piping system must be able to withstand static and dynamic loads, so that the necessary calculation for the load caused by the heavy load of pipe, fluid heavy loads, wind, ocean waves, earthquakes, and temperature. It must be taken into account to avoid failure of the piping system due to excessive voltage, so it requires the name of flexibility pipa.well Connecting a gas well located in the middle of the sea, so that the gas transport through the surface to be under the sea, so that the design of the pipe shall be in accordance with the ASME B31.8 Ch VIII and needs to be done underwater pipe stress analysis (on bottom stabillity). On the bottom stabillity analyze the effect of hydrodynamic forces on the sea water pipe that is in the sea below. Keywords: Pipe Stress, Well Connecting, On Bottom stabillity

12 KATA PENGANTAR Segala puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala kasih karunia dan berkat-nya serta penyertaan-nya, yang senantiasa memberikan hikmat dan kesehatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik sesuai dengan waktu yang direncanakan. Adapun judul skripsi ini adalah ANALISA TEGANGAN PIPA PADA WELL CONNECTING TNAA45rc / TNAA46rc / TNAA47rc DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II v.5.10 DI TOTAL E&P INDONESIE BALIKPAPAN yang diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Kedua orang tua Ayahanda Lamsana Sipayung dan Ibunda Jura Hutagaol, yang telah banyak memberikan materi dan moril serta dukungan kepada penulis hingga dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. 2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik Mesin FT-USU. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 3. Bapak Ir. Abdul Halim Nasution, M.Sc selaku dosen pembimbing penulis dalam penyelesaian tugas sarjana ini. 4. Teman satu team penelitian (Herdin Jonathan Sibarani) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini. 5. Teman-teman seperjuangan Teknik mesin khususnya (Wiranata Sinurat) yang banyak memberikan motivasi serta teman-teman angkatan 2010.

13 6. Veronika Saragih yang selalu memberikan semangat untuk menyelesaikan tugas sarjana ini. 7. Adik-adik Teknik Mesin USU angkatan 2011 dan 2012 yang banyak memberikan dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas sarjana ini selesai. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengemban ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya. Medan, Januari 2015 Penulis, RAYMOND EBENEZER SIPAYUNG NIM :

14 DAFTAR ISI ABSTRAK.. i KATA PENGANTAR iii DAFTAR ISI.v DAFTAR GAMBAR.viii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR NOTASI.. x BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Penelitaan Batasan Masalah Manfaat Penelitian Metodologi Penelitian Sistematika Penelitian 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem perpipaan teori dasar tegangan pipa tegangan normal Tegangan Longitudinal (Longitudinal Stress) Tegangan tangensial (hoop stress) Tegangan radial (radial stress) Tegangan geser tegangan geser akibat gaya geser (shear stress) tegangan geser akibat momen puntir (torsional stress) 12

15 2.2.3 tegangan kode tegangan kode ASME/ASMI B tegangan kode ASME/ASMI B31.8 Ch VIII Desain pipa dan komponen pipa Desain Komponen Pipa Berdasarkan Tekanan Tebal minimum dinding pipa lurus Tekanan Kerja yang Diizinkan- AWP (Allowable Working Pressure) Desain pipa berdasarkan berat (bobot mati) Tegangan atau defleksi karena beban bobot mati Jarak antar support maksimum (maximum pipe span) Sistem Penumpu Anchor Restrain Snubber Gaya dan Momen pada tumpuan Analisa Pipa Bawah Laut (On Bottom Stability) Gaya-Gaya Yang Bekerja Pada Analisa Stabilitas Pipa Bawah Laut. 43 a. Gaya drag.45 b. Gaya Inersia.46 c. Gaya Angkat Reduksi Pembebanan Pada Pipa...47 a. Reduksi gaya akibat sifat permeable dasar perairan 47 b. Reduksi gaya akibat terjadinya penetrasi ke tanah 47 c. Reduksi gaya akibat gaya trenching 48 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pendahuluan Studi Kasus 50

16 3.2.1 Spesifikasi Pipa Spesifikasi Fluida Diagram Alir Penelitian Urutan Proses Analisa Pembuatan Data Awal Studi Literatur Metode Pengerjaan Pemodelan Sistem Perpipaan Mengecek Error pada Pemodelan Pemodelan Tumpuan Analisa Besarnya Tegangan Pipa Pembahasan Pengenalan Software Prosedur Simulasi Caesar II.57 BAB IV ANALISA DAN HASIL SIMULASI 4.1 Pemodelan Sistem Perpipaan pada Isometric dan CAESAR II Analisa Maksimum Allowable Operating Pressure Analisa Wall Thickness Analisa tegangan pipa dengan tebal pipa yang berbeda dan tekanan yang tetap Analisa Displacement pipa dengan tebal pipa yang berbeda dan tekanan yang tetap 111

17 4.6 Analisa tegangan pipa dengan tebal pipa yang tetap dan tekanan yang berbeda Analisa Displacement pipa dengan tebal pipa yang sama dan tekanan yang berbeda Analisa Tegangan Akibat Beban Occasional..122 a. Analisa Tegangaan Akibat Beban Angin 122 b. Analisa Tegangaan Akibat Beban Gempa.142 c. On Bottom Stability Analysis Hasil Analisa dengan menggunakan Software CAESAR II v a. Hasil Analisa Tegangan berdasarkan kode ASME B b. Hasil Analisa Tegangan berdasarkan kode ASME B31.8 Ch VIII BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN SARAN 100 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

18 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Arah gaya aksial pipa..8 Gambar 2.2 arah gaya akibat tekanan pipa..8 Gambar 2.3 bending momen.. 9 Gambar tegangan tangensial...10 Gambar 2.5 shear stress. 12 Gambar torsional stress...13 Gambar 2.7 pinned support...28 Gambar 2.8 fixed support..28 Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Anchor axial restraint rod hanger...34 sway strut. 34 structural steel restraint penetrasi di dinding. 36 guide slide support 37 Snubber...37 Gambar 2.18 sketsa keadaan pipa dalam keadaan ditumpu..38 Gambar diagram benda bebas kesetimbangan gaya dan momen.38

19 Gambar diagram gaya geser dan momen lentur...42 Gambar 2.21 Sketsa gaya-gaya yang bekerja pada pipa bawah laut.43 Gambar 2.22 Gaya-gaya hidrodinamika pada pipa...44 Gambar Sketsa terjadinya gaya gesek pada pipa. 45 Gambar Sketsa terjadinya gaya angkat pada pipa Gambar Sketsa pipa yang terpendam ditanah...48 Gambar 2.26 Sketsa pipa dalam parit...48 Gambar 3.1 Well Connecting Gambar 3.2 Tampilan Caesar II v Gambar 3.3 Tampilan Awal CAESAR II.58 Gambar 3.4 Data satuan yang digunakan dalam pemodelan.58 Gambar 3.5 Piping input pada CAESAR II..59 Gambar 3.6 Error dan warning pada pengecekan bila terjadi kesalahan...59 Gambar 3.8 Error dan warning bila tidak terjadi kesalahan..60 Gambar 3.9 Pemilihan jenis beban pada pemodelan 60 Gambar 4.1 Lokasi Penelitian di Handil Balikpapan 62 Gambar 4.2 Gambar Isometric Well Conecting bagian a.63 Gambar 4.3 Gambar Isometric Well Conecting bagian b.64 Gambar 4.4 Gambar Isometric Well Conecting bagian c.65 Gambar 4.5 Gambar Isometric Well Conecting bagian d.66 Gambar 4.6 Gambar Isometric Well Conecting bagian e. 67

20 Gambar 4.7 Gambar Isometric Well Conecting bagian f.. 68 Gambar 4.8 Gambar Isometric Well Conecting bagian g. 69 Gambar 4.9 Gambar Isometric Well Conecting bagian h. 70 Gambar 4.10 Membuat new file di Caesar v Gambar 4.11 Satuan yang digunakan dalam Caesar Iiv Gambar 4.12 Pembuatan Node awal.72 Gambar 4.13 Jenis Material yang digunakan pada CAESAR v Gambar 4.14 Pemilihan kode standar yang akan digunakan 74 Gambar 4.15 Pembuatan Tumpuan...75 Gambar 4.16 Pembuatan Check Valve. 75 Gambar 4.17 Pembuatan Bend..76 Gambar 4.18 Pembuatan Penumpu Vertical. 77 Gambar 4.19 Pemodelan CAESAR II keseluruhan pada Well Conecting bagian a 78 Gambar 4.20 Pemodelan CAESAR II keseluruhan pada Well Conecting bagian b.. 78 Gambar 4.21 Pemodelan CAESAR II keseluruhan pada Well Conecting bagian c 79

21 Gambar 4.22 Pemodelan CAESAR II keseluruhan pada Well Conecting bagian d 79 Gambar 4.23 Pemodelan CAESAR II keseluruhan pada Well Conecting bagian e 80 Gambar 4.24 Pemodelan CAESAR II keseluruhan pada Well Conecting bagian f 80 Gambar 4.25 error dan batch run.. 81 Gambar 4.26 Pemeriksaan warning dan error...81 Gambar 4.27 Well Connecting TN-AA46rc Gambar 4.28 Isometric TN-AA46rc terkena angindari segala arah Gambar 4.29 Peta zona gempa Indonesia Gambar 4.30 Keadaan pipa ditanam di dalam tanah permukaan laut..150 Gambar 4.31 diagram benda bebas pipa dibawah laut 153 Gambar 4.32 Sketsa berat yang mengenai pipeline 156 Gambar 4.33 Distribusi momen lentur sepanjang pipa Gambar 4.34 pipa yang mengalami tegangan torsi Gambar 4.35 pipa yang mengalami tegangan hoop maksimal Gambar 4.36 Pipa yang mengalami tegangan aksial maksimal.. 166

22 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi Pipa. 38 Tabel 3.2 Spesifikasi Fluida.. 39 Tabel 4.1 Jenis Load case yang digunakan Tabel 4.2 Nilai SYMS pada berbagai material. 72 Tabel 4.3 Design Factor 73 Tabel 4.4 Temperatur Derating Faktor...73 Tabel 4.5 Nilai Longitudinal Joint Factor.75 Tabel 4.6 Hasil perhitungan tegangan model 1 76 Tabel 4.7 Hasil perhitungan tegangan model 2 76 Tabel 4.8 Hasil perhitungan tegangan model 3 77 Tabel 4.9 Hasil perhitungan tegangan model Tabel 4.10 Hasil perhitungan displacement model Tabel 4.11 Hasil perhitungan displacement model Tabel 4.12 Hasil perhitungan displacement model 3 81 Tabel 4.13 Hasil perhitungan displacement model 4 82 Tabel 4.14 Hasil perhitungan tegangan model

23 Tabel 4.15Hasil perhitungan tegangan model Tabel 4.16Hasil perhitungan tegangan model Tabel 4.17 Hasil perhitungan tegangan model Tabel 4.18 Hasil perhitungan displacement model 1 87 Tabel 4.19 Hasil perhitungan displacement model 2 87 Tabel 4.20 Hasil perhitungan displacement model 3 88 Tabel 4.21 Hasil perhitungan displacement model

24 DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan S Tegangan KPa F Gaya N A Luas penampang pipa mm 2 D Diameter Pipa mm P Tekanan Kpa R Jari-Jari Pipa mm t Tebal pipa mm Massa Jenis kg/cm 3 W Berat kg h Ketinggian m