KAJIAN KONDISI DAMAGE PADA SAAT PROSES LAUNCHING JACKET

Transkripsi

1 KAJIAN KONDISI DAMAGE PADA SAAT PROSES LAUNCHING JACKET Ari Dwi Prasetyo 1 ;P. Indiyono 2 ; J. J. Soedjono 2 1) Mahasiswa Jurusan Teknik Kelautan, ITS-Surabaya 2) Staf Pengajar Jurusan Teknik Kelautan, ITS-Surabaya Abstrak Tugas akhir ini membahas kondisi damage pada jacket saat proses launching dan berlanjut upending. Analisa yang diakukan meliputi stabilitas jacket dan motion jacket dengan menggunakan software MOSES (MOSES ver7.0 dan MOSES ver6.0) serta upending jacket pada kondisi damage menggunakan software SACS 5.2. Jacket merupakan struktur laut terpancang yang berfungsi sebagai struktur pendukung yang menopang platform lepas pantai atau fasilitas produksi dalam beroperasi. Stabilitas dan motion jacket pada saat setelah launching merupakan hal yang penting sebelum dilakukan proses upending. Oleh karena itu pengkajian kemungkinan terjadi damage menjadi penting dilakukan. Sampai pada kondisi damage bagaimanakah jacket masih aman dari sisi stabilitasnya sebelum dilakukan upending. Model yang digunakan adalah Jacket CPP North Belut-Conoco Philips Indonesia (COPI). Untuk pemodelan awal jacket, digunakan software SACS 5.2 lalu dikonversi ke MOSES ver7.0. Untuk analisa digunakan MOSES ver6.0 yang menghasilkan stabilitas jacket dan RAO motion struktur (heave, roll, pitch). Untuk analisa upending dilakukan dengan software SACS 5.2. Hasil dari analisa menunjukkan jika stabilitas jacket masih memenuhi syarat sesuai DnV (1981) hingga kondisi 2 leg damage. Pada kondisi 3 leg damage, stabilitas jacket sudah tidak memenuhi syarat sehingga tidak aman untuk dilakukan upending. Perubahan heave dan pitch pada kondisi 2 leg damage relatif kecil sebesar 1,134% dan 1,163% terhadap kondisi normal, sedangkan roll sebesar 36,306%. Karakteristik gerakan jacket saat upending pada kondisi 2 leg damage cenderung lebih kasar dibandingkan dengan kondisi normal. Proses upending pada kondisi damage secara keseluruhan masih aman dan memenuhi kriteria DnV (1981) dan Noble Denton Indonesia (2005) hingga kondisi 2 leg damage. Kata-kata Kunci: jacket, launching, stabilitas, upending, damage. 1. PENDAHULUAN Salah satu faktor penting dalam offshore jacket design adalah menentukan metode instalasi yang akan digunakan. Untuk jacket instalation biasanya metode launching atau peluncuran sering digunakan. Pada proses launching ini salah satu faktor yang harus diperhatikan adalah stress yang akan diterima dari struktur jacket tersebut. Distribusi beban akan sangat berpengaruh terhadap kekuatan jacket. Apabila terjadi konsentrasi beban yang salah pada suatu titik maka akan menimbulkan kerusakan (damage) pada jacket, kerusakan bisa juga terjadi karena cacat pada saat fabrikasi. Meskipun proses launching sendiri berlangsung dengan waktu yang relatif singkat, tetapi operasi inilah yang menentukan keberhasilan atau kegagalan proses selanjutnya yaitu upending serta keseluruhan instalasi (Noble Denton and Associates, 1984). Kegagalan tersebut dapat mengakibatkan kerusakan (damage) pada local member, cacat pada transportation barge bahkan kehilangan total struktur (Gerwick, 1986). Upending jacket itu sendiri adalah proses mendirikan struktur jacket dari posisi terapung bebas (floatation) di permukaan air laut hingga ke posisi tegaknya di dasar laut. Proses pendiriannnya menggunakan perpaduan sistem flooding ke dalam kaki-kaki jacket dan sistem crane yang berfungsi sebagai pengontrol pergerakan jacket turun ke bawah. Dalam prakteknya proses floatation dan upending tersebut lebih bersifat teknis lapangan yang sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan. Upending akan dilakukan pada kondisi jacket damage. Tujuan dari diadakannya penelitian ini adalah: 1. Mengetahui stabilitas jacket pada kondisi damage. 2. Mengetahui perilaku gerakan jacket setelah launching. 3. Mengetahui perhitungan upending jacket kondisi damage/bocor. Manfaat yang diperoleh dari tugas akhir ini adalah dapat memberikan informasi kepada designer tentang perilaku jacket pada kondisi normal dan damage, memberikan informasi 1

2 kepada designer tentang perilaku jacket pada kondisi damage/mengalami kerusakan sehingga apat diketahui pengaruh yang terjadi antara kondisi jacket normal dengan kondisi jacket yang damage. Selain itu penelitian ini juga memberi informasi mengenai perhitungan upending jacket pada kondisi damage. 2. DASAR TEORI Proses instalasi jacket merupakan satu proses yang penting dalam pembangunan anjungan Jacket. Untuk instalasi jacket ada tiga cara yang bisa dipertimbangkan: Lifting (diangkat), launching (diluncurkan), dan self floating (Soegiono, 2004). Jacket dapat mengalami kerusakan selama proses launching apabila tidak dipersiapkan dengan baik. Pada penelitian sebelumnya (Asyhar, 2008) tidak melakukan analisa stabilitas jacket pada kondisi damage. Padahal kemungkinan terjadi damage pada jacket bisa saja terjadi. Oleh karena itu, perlu dilakukan analisa stabilitas dan motion jacket pada kondisi damage. Selanjutnya upending dari jacket kondisi damage tersebut juga perlu dianalisa. 2.1 Stabilitas Bangunan Apung Statis Jika struktur mengalami pergerakan heave negatif (tenggelam lebih dalam) maka akan ada peningkatan gaya apung sehingga mengakibatkan struktur bergerak kembali keatas.untuk kembali ke titik kesetimbangan awal. Untuk menghitung gaya apung dan gravitasi digunakan prinsip Archimedes: g gm...(2. 1) dengan, = masa jenis air laut, g = percepatan grafitasi, 9,81 = volume tercelup, 3 m m = massa struktur, ton 1025 kg m m s Lengan Stabilitas Gambar 2.1 Stabilitas benda apung (Asyhar, 2008). Titik M adalah titik metacenter perpotongan garis apung (pengembali) dengan garis vertikal saat diam dengan sudut heeling. Posisi awal titik metacenter dapat dihitung dengan mudah dalam keadaan khusus. Heeling ini menyebabkan perpindahan horizontal titik tengah buoyancy B0B BM. tan. Lengan stabilitas GZ GM.sin ditentukan oleh propertis hidrostatik bagian yang tenggelam dan titik berat bangunan apung. GM KB BM KG...(2.2) 2.3 Gerakan Bangunan Apung Menurut Asyhar (2008) ada tiga gerakan translasi bangunan terapung terhadap titik berat CoG atau G yaitu terhadap sumbu x, y, dan z: a. Gerakan surge, jika struktur bergerak terhadap sumbu longitudinal x, nilai positif jika bergerak ke depan. b. Gerakan sway, jika struktur bergerak terhadap sumbu lateral y, nilai positif jika bergerak kearah port side (jika menghadap ke depan berarti sisi kiri struktur). c. Gerakan heave, jika struktur bergerak terhadap vertkal z, nilai positif jika bergerak keatas. Ada tiga gerakan rotasi: a. Gerakan roll, jika struktur berputar terhadap sumbu x, nilai positif jika berputar searah jarum jam. b. Gerakan pitch, jika struktur berputar terhadap sumbu y, nilai positif jika berputar searah jarum jam. c. Gerakan yaw, jika struktur berputar terhadap sumbu z, nilai positif jika berputar searah jarum jam. 2

3 2.4 Response Amplitude Operators (RAO) Response Amplitude Operator (RAO) atau sering disebut sebagai Transfer Function adalah fungsi respon yang terjadi akibat gelombang dalam rentang frekuensi yang mengenai struktur offshore. RAO disebut sebagai Transfer Function karena RAO merupakan alat untuk mentransfer beban luar (gelombang) dalam bentuk respon pada suatu struktur. Bentuk umum dari persamaan RAO dalam fungsi frekuensi (Chakrabarty, 1987) adalah sebagai berikut: Response ( ) = (RAO) ( )...(2.3) dimana, = amplitudo gelombang, m, ft Menurut Chakrabarti (1987), persamaan RAO dapat dicari dengan rumus sebagai berikut: X RAO (ω) = P ( )...(2.4) ( ) dengan : X p (ω) = amplitude struktur (m) η(ω) = amplitude gelombang (m) 2.5 Upending Jacket Setelah dilakukan launching, maka langkah selanjutnya adalah upending jacket. Upending jacket merupakan kombinasi sistem crane barge dengan sistem controlled flooding yang digunakan untuk memposisikan struktur jacket dari posisi horizontal di permukaan air laut menjadi posisi vertikal yang siap untuk dilakukan pemancangan. Pada fase upending ini dibutuhksn sinkronisasi antara crane barge dengan sistem flooding controlled sehingga dapat diprediksikan dengan baik prosedur proses upendingnya. Sistem flooding harus didesain untuk menahan tekanan air yang akan dialami jacket selama proses upending. Semua penutup aliran (valve), sambungan lifting, dan peralatan yang berkaitan dengan prosedur ini harus benar-benar dipastikan dalam kondisi aman dan siap digunakan. Karena sifatnya berdasarkan kondisi lingkungan maka perencanaan dan persiapan yang dilakukan harus matang dan dirincikan secara detail tiap-tiap langkahnya supaya terhindar dari bahaya. 3. ANALISA DAN PEMBAHASAN 3.1 Data Struktur Dimensi utama Jacket : 1. Tinggi : m 2. Panjang : m 3. Kedalaman air : 96.5 m 4. Batter : 1:8 5. Jumlah kaki : 8 kaki 6. Struktur Geometri : Tubular 7. Jenis :Central Processing Production Platform 8. Berat awal : 5359 ton Center Of Gravity: X : 50,45 m Y : 0,071 m Z : 17,395 m 3.2 Hasil pemodelan struktur a. Model dengan MOSES rev7.0 Model pada MOSES ini akan digunakan untuk perhitungan dan analisa stabilitas dan motion dari jacket. Gambar 3.1 Isometrik view pada MOSES Gambar 2.2 Proses launching hingga upending jacket dengan floating crane ( 3

4 Gambar 3.2 Model 3D view jacket Tabel 3.1 Perbandingan COG Tabel 3.2 Perbandingan berat b. Model dengan SACS 5.2 Model pada SACS 5.2 akan digunakan untuk perhitungan dan analisa upending. Gambar 3.4 Model 3D dengan kompartmen Tabel 3.3 Perbandingan model dengan asli Gambar 3.3 Isometrik view pada SACS5.2 Analisa dilakukan pada kondisi normal dan damage. Untuk analisa stabilitas dan motion dilakukan 5 kondisi damage, yaitu 1/3 leg A42, 2/3 leg A42, full leg A42, full leg B42 dan full leg B32. Tujuannya adalah untuk mengetahui pengaruh masuknya air yang bertahap sewaktu jacket kemasukan air. Pada waktu floating, leg A42 berada dibawah leg B42. Pada analisa upending dilakukan perbandingan antara kondisi normal dan kondisi damage pada leg A42 dan B Hasil Running Software MOSES 1. Stabilitas Analisa stabilitas meliputi analisa Righting arm, Heeling arm dan Area ratio dari jacket. 4

5 Gambar 3.5 Grafik stabilitas kondisi normal Gambar 3.10 Grafik Stabilitas 3 leg damage Tabel 3.4 Syarat stabilitas menurut DnV (1981) Tabel 3.5 Area ratio masing-masing kondisi Gambar 3.6 Grafik stabilitas kondisi 1/3 damage Gambar 3.7 Grafik stabilitas kondisi 2/3 damage Tabel 3.6 Area ratio kondisi 3 leg damage Gambar 3.8 Grafik stabilitas kondisi 1 damage Gambar 3.9 Grafik stabilitas kondisi 2 damage 5

6 Berdasarkan hasil perhitungan stabilitas diatas dan setelah dilakukan pengecekan sesuai kriteria seperti yang ditunjukan pada tabel 3.4 dapat dilihat ternyata semua telah memenuhi syarat stabilitas hingga kondisi 2 leg damage, tetapi untuk kondisi 3leg damage tidak memenuhi syarat sehingga tidak aman untuk dilakukan upending. Berdasarkan grafik diatas dapat dilihat bahwa semakin banyak air masuk pada jacket mengakibatkan area ratio semakin menurun dan sudut potong heeling arm dan righting arm juga semakin turun. Secara keseluruhan stabilitas jacket masih aman hingga kondisi 2 leg damage. Spektrum yang digunakan adalah JONSWAP, dengan Hs = 0,269 m dan periode T= 5,25. Heave Di bawah ini adalah perbandingan nilai puncak RAO heave masing-masing kondisi pada frekuensi 0,25 rad/s. Tabel 3.8 Perbandingan puncak heave 2. Metacentric Height Berdasarkan Noble Denton International (2005), tinggi metacenter merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam perhitungan stabilitas. Nilai minimal tinggi metacenter setelah launching dan selama upending dapat dilihat dari tabel 3.6 dibawah ini: Tabel 3.6 Minimum metacentric height (Noble Denton, 2005) Tabel 3.7 Tinggi Metacenter tiap-tiap kondisi Berdasarkan nilai tinggi metacenter pada tabel 3.7 diatas dapat dilihat bahwa semakin naik level damage yang berarti semakin banyak air yang masuk pada leg jacket, maka tinggi metacenter semakin menurun baik pada sumbu transversal maupun longitudinal. Akan tetapi secara keseluruhan stabilitas metaceter masih aman dimana masih memenuhi kriteria seperti ditunjukkan pada tabel 3.6 Gambar 3.10 Grafik perbandingan nilai puncak heave Berdasarkan hasil perbandingan nilai puncak heave diatas, terlihat bahwa nilai puncak heave semakin meningkat sebanding dengan semakin besarnya damage yang terjadi. Akan tetapi peningkatannya relatif stabil dan kecil, peningkatan maksimal sebesar 1,134% terjadi pada kondisi 2 kaki damage. Roll Di bawah ini adalah perbandingan nilai puncak RAO roll masing-masing kondisi pada frekuensi 0,25 rad/s. Tabel 3.9 Perbandingan puncak roll 3. Motion Analisa motion pada penelitian ini hanya meninjau 3 gerakan, yaitu heave, roll dan pitch. Hal ini dikarenakan 3 gerakan tersebut merupakan gerakan yang dominan terjadi. 6

7 pada kondisi damage terbesar tetapi pada kondisi 2/3 damage karena beban akibat masuknya air terkonsentrasi di bagian belakang kaki A42 sehingga menimbulkan pitch yang besar. 3.4 Hasil Running SACS Skenario Upending Upending dilakukan pada kondisi normal dan kondisi 2 leg damage pada A42 dan B42. Gambar 3.10 Grafik perbandingan nilai puncak roll Berdasarkan hasil perbandingan nilai puncak roll diatas, terlihat bahwa nilai puncak roll semakin meningkat sebanding dengan semakin besarnya damage yang terjadi. Peningkatannya relatif lebih besar dibandingkan dengan kondisi normal, peningkatan maksimal sebesar 36,306% terhadap kondisi normal yang terjadi pada kondisi 2 kaki damage. Pitch Di bawah ini adalah perbandingan nilai puncak RAO roll masing-masing kondisi pada frekuensi 0,46 rad/s. Tabel 3.11 Skenario Upending normal Tabel 3.12 Skenario Upending damage Tabel 3.10 Perbandingan puncak pitch Buoyancy dan Hook Load Hook load sangat berperan untuk menjaga jacket tetap terapung pada saat buoyancy berkurang karena proses flooding. Hal ini yang merupakan pembuktian dari bahwa: berat jacket = buoyancy + beban lifting...(3.1) Berat jacket sendiri dapat dilihat pada tabel 3.2 dimana berat jacket plus contingency yang menjadi acuan. Hubungan tersebut dapat dilihat pada grafik dibawah ini:: Gambar 3.11 Grafik perbandingan nilai puncak pitch Berdasarkan hasil perbandingan nilai puncak pitch diatas, terlihat bahwa kenaikan RAO Pitch tertinggi terjadi pada kondisi damage 2/3 damage pada kaki A42 sebesar 1,163 % terhadap kondisi intact. Peningkatannya maksimal ini tidak terjadi 7

8 Tabel 3.15 Nilai GMT dan GML pada kondisi damage Gambar 3.12 Grafik hubungan Hook dan Buoyancy kondisi normal Tabel 3.13 Buoyancy akhir pada tiap kondisi Berdasarkan nilai pada tabel 3.14 dan 3.15 terlihat bahwa selama proses upending stabilitas GM masih memenuhi kriteria minimun yang disyaratkan sehingga upending aman dilakukan Flood Ballast Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan total flood ballast untuk masing-masing kondisi adalah sebagai berikut: Tabel 3.16 Total Flood Ballast Gambar 3.13 Grafik hubungan Hook dan Buoyancy kondisi damage Berdasarkan grafik dan tabel diatas terlihat bahwa buoyancy yang berkurang selama proses upending di imbangi dengan hook load sehingga memenuhi berat dari jacket. Hal ini sekaligus membuktikan persamaan Stabilitas minimum (GM) Tinggi metacenter pada sumbu transversal dan longitudinal jacket selama proses upending harus memenuhi kriteria Noble Denton yang tertera pada tabel 3.6. Tabel 3.14 Nilai GMT dan GML pada kondisi normal Dari tabel 3.16 diketahui bahwa flood ballast terbanyak terdapat pada skenario damage yaitu 1692,63 ton dan skenario normal dengan flood ballast 1525,36 ton. Hal ini menunjukkan bahwa flood ballast pada kondisi damage lebih besar dikarenakan terdapat leg yang mengalami damage sehingga air yang masuk semakin banyak Mudline Clearence Jarak aman antara member terbawah jacket pada saat flooding terakhir dengan permukaan mudline adalah 3 m (Noble Denton, 2005). Berdasarkan hasil running dapat diketahui nilai minimum mudline clearence tiap kondisi sebagai berikut: Tabel 3.17 Minimum Mudline Clearence Berdasarkan tabel diatas, nilai minimum mudline clearence pada kondisi damage sebesar 4,64 meter dan masih memenuhi syarat sehingga masih aman. 8

9 3.4.6 Gerakan Jacket Saat Upending Gerakan yang sangat mempengaruhi pergerakan jacket saat upending adalah pitch, roll, dan gerakan hook yang menaik turunkan struktur jacket. Gerakan naik turunnya jacket dianggap sebagai gerakan heave. Dengan dibocorkannya jacket leg maka secara otomatis struktur jacket akan mengalami pitch/kemiringan sesuai besarnya air yang masuk ke dalam jacket leg tersebut. Banyak sedikitnya air serta pembocoran yang berbeda akibat perbedaan skenario akan menimbulkan perbedaan kemiringan/pitch pada struktur jacket tersebut. Sedangkan heel timbul dengan adanya pitch yang terjadi pada struktur a. Heave Gambar 3.14 Grafik pergerakan heave Karakteristik gerakan heave dapat dilihat lebih smooth gerakan pada kondisi normal. Hal ini semakin menunjukan bahwa pada kondisi damage terjadi gerakan yang lebih kasar karena masuknya air karena damage yang menyebabkan hook lebih banyak bekerja untuk menyeimbangkan posisi jacket. b. Roll Gambar 3.15 Grafik pergerakan roll Karakteristik gerakan roll terlihat lebih stabil pada upending kondisi normal dibandingkan kondisi damage. Hal ini dikarenakan pada kondisi damage terjadi damage pada jacket yang menyebabkan masuknya air sehingga buoyancy jacket berkurang dan inilah yang menyebabkan jacket mengalami roll yang lebih besar. c. Pitch Gambar 3.16 Grafik pergerakan pitch Karakteristik gerakan pitch pada kondisi normal cenderung lebih smooth dibandingkan kondisi damage. Terutama pada awal-awal step, hal ini dikarenakan pada kondisi damage telah terjadi damage sebelumnya yang menyebabkan jacket mengalami pitch lumayan besar sehingga perlu langkah-langkah flooding untuk menyeimbangkan posisinya yang oleng Waktu Proses Upending Waktu upending merupakan total dari waktu flooding dan waktu pergerakan Hook. Pergerakan hook diasumsikan 10 cm/detik. Dari data valve diketahui diameter valve 20 cm sesuai dengan ANSI 150LB. Durasi flooding dapat dihitung dengan prinsip hukum Bernauli. p 1 + ρ g h ρv 1 2 = p 2 + ρ g h ρv 2 2 Dimana debit air (Q) adalah Q= v x A dan Sehingga t = volume/q. Keterangan: P 1, 2 = tekanan di 1 dan 2 v 1, 2 = kecepatan arus fluida (m/s2) Q = debit air (m3/s) ρ = massa jenis air h 1 = kedalaman air (m) h 2 = ketinggian fluida dalam jacket leg (m) g = percepatan gravitasi t = waktu A = luas penampang jacket leg Berdasarkan perhitungan maka didapatkan waktu total selama upending sebagai berikut: Tabel 3.18 Total waktu selama upending 9

10 4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil analisa dan pembahasan, maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut: 1. Perhitungan stabilitas pada kondisi normal hingga kondisi 2 leg damage (A42, B42) masih memenuhi semua kriteria-kriteria stabilitas dari Noble Denton (2005) dan DnV (1981), sedangkan untuk kondisi 3 leg damage (A42, B42, B32) tidak memenuhi kriteria tersebut. Sehingga dapat dikatakan stabilitas jacket masih stabil dan aman hingga kondisi 2 leg damage. 2. Tren perubahan heave dan pitch yang terjadi relatif kecil terhadap kondisi normal. Tren perubahan yang terjadi pada roll meningkat sebanding dengan terjadinya damage yang semakin besar. Secara keseluruhan motion pada masing-masing kondisi masih memenuhi kriteria-kriteria yang disyaratkan sehingga masih aman untuk selanjutnya dilakukan proses upending hingga kondisi 2 leg damage. 3. Karakteristik gerakan jacket pada upending kondisi damage cenderung lebih kasar dibandingkan skenario kondisi normal. Berdasarkan analisa, upending masih diijinkan hingga kondisi 2 leg damage, semua perhitungan hingga kondisi 2 leg damage masih memenuhi kriteria-kriteria upending yang disyaratkan sehingga masih aman. 4.2 Saran Beberapa hal yang dapat dijadikan saran yang sifatnya membangun penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Dilakukan analisa dengan kondisi damage yang semakin bervariasi baik letak kerusakan jacket maupun skenario upending yang digunakan. 2. Dilakukan perhitungan optimasi dari upending kondisi damage. Fixed Offshore Platform Working Stress Design, API (RP2A-WSD) Asyhar, D. F Analisa Stabilitas Dinamis Sistem Barge Dan Jacket Saat Peluncuran. Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan ITS. Surabaya. Bhattacharyya, R Dynamic Of Marine Vehicles. New York : A Willey Interscience Publ. Chakrabarti, S.K Hydrodynamics of Offshore Structures. Computational Mechanics Publications Southampton. Boston, USA. Chul H.Jo, Kyung S.Kim, Jae H. Kim dan S.H. Lee Parametric Study on Offshore Jacket Launching. 11th International Offshore and Polar Conference (june 17-22) : Djatmiko, E. B Seakeeping: Perilaku Bangunan Apung di atas Gelombang. Jurusan Teknik Kelautan ITS, Surabaya Gerwick, B. C Construction of Offshore Structures. John Wiley and Sons. Inc Hambro, L Jacket Launching Simulation by Diferentiation of Constrain. Det norske Veritas. Norway Indiyono, P Hidrodinamika Bangunan Lepas Pantai. Surabaya : FTK-ITS NDI Guidelines For The Transportation And Installation Of Steel Jackets. Noble Denton International. Soegiono Teknologi Produksi Dan Perawatan Bangunan Laut. Airlangga University Press : Surabaya Vasicek D Launch and Flotation Analysis of Offshore Structure Part-2 Barge and Jacket Interaction on Launch Analysis. Petroleum Engineer International. Volume 51, DAFTAR PUSTAKA API Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing 10