Proses Desain dan Perancangan Bejana Tekan Jenis Torispherical Head Cylindrical Vessel di PT. Asia Karsa Indah. Dengan kemajuan teknologi yang semakin pesat, telah diciptakan suatu alat yang bisa menampung, menyimpan suatu fluida bertekanan tinggi, baik berupa cairan, uap air, atau gas. Bejana tekan telah digunakan secara luas untuk berbagai aplikasi industri yang mencakup bahan kimia, farmasi, uap panas, minyak dan bahan bakar dan lainnya, dengan tingkat tekanan yang tinggi. Maka proses disain dan produksi suatu bejana tekan merupakan faktor utama dalam penggunaan bejana tekan, terlebih apabila fluida yang dipergunakan bersifat beracun karena proses kimia. Dalam pelaksanaan kegiatan proses produksi di PT. Asia Karsa Indah semua bagian produksi harus dapat memahami dan melaksanakan tugasnya dengan baik dan benar sesuai dengan disain dan perencanaan produk yang telah dibuat, sesuai dan disetujui oleh Dirjen Migas Indonesia dan standarisasi yang dipergunakan, ASME Section VIII Div. 1. Agar terjamin kualitas pada setiap produk yang dihasilkan, ada factor penting yang turut menunjang terciptanya kualitas yang baik dan juga dalam pencapaian target produksi yaitu sumber daya manusia yang baik, perencanaan produksi yang baik, berikut di dalamnya proses disain produk, mempengaruhi hasil dari produk
tersebut. Sehingga proses disain suatu produk memegang peranan penting dalam proses produksi itu sendiri. Sejalan dengan pesatnya perkembangan teknologi di dalam dunia industri, maka sangatlah tepat bila didukung oleh kemampuan suatu alat di dalam perindustrian itu sendiri untuk mencapai kualitas produksi yang diharapkan. Maka diciptakanlah suatu alat yang bisa menampung, menyimpan suatu fluida bertekanan tinggi, baik berupa cairan, uap air, atau gas pada tingkat tekanan yang lebih besar dari tekanan udara. Bejana tekan (Pressure Vessels) telah digunakan secara luas untuk berbagai aplikasi industri yang mencakup bahan kimia, farmasi, uap panas, minyak dan bahan bakar dan lainnya, dengan tingkat tekanan yang tinggi. Maka proses disain dan produksi suatu bejana tekan merupakan faktor utama dalam penggunaan bejana tekan, terlebih apabila fluida yang dipergunakan bersifat beracun karena proses kimia. Bejana tekan (Pressure Vessels) adalah tempat penampungan suatu fluida baik berupa cair maupun gas dengan tekanan yang lebih tinggi dari tekanan atmosfir, pada umumnya sampai dengan 15.000 PSI, Bejana tekan pada umumnya bekerja pada suhu antara -350 o F hingga di atas 1000 o F, dengan kapasitas yang sangat besar hingga 95.000 gallon. Sehingga dapat pula digunakan sebagai ketel uap (Boiler), alat pertukaran panas (Heat exchanger), Air receiver, bejana penyimpanan fluida baik udara, maupun cairan.
Pressure Vessels paling sering digunakan sebagai media penampung fluida cairan, uap air, atau gas pada tingkatan tekanan lebih besar dari tekanan udara. Pressure Vessels menampung suatu unsur yang digunakan secara luas untuk berbagai aplikasi industri yang mencakup bahan kimia, farmasi, makanan dan minuman, minyak dan bahan bakar, industri nuklir, dan industri plastik. Bejana tekan dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis berdasarkan kontruksi dan bentuk, ukuran dan penggunaannya. Akan tetapi jenis bejana tekan yang diproduksi perusahaan tempat penelitian ilmiah penulis berdasarkan kontruksinya adalah jenis bejana tekan silinder Torispherical head, yang digunakan sebagai Test Separator. bejana tekan tersebut berbentuk layaknya sebuah silinder atau tabung. Bejana tekan ini merupakan awal dari pembuatan bejana tekan selanjutnya. Bejana tekan silinder dibagi lagi menjadi beberapa jenis sesuai dengan bentuk head yang digunakan. Yang termasuk dalam golongan ini antara lain : a. Bejana Tekan Elipsoidal Head. b. Bejana Tekan Torispherical Head. c. Bejana Tekan Hemispherical Head. d. Bejana Tekan Conical Head. e. Bejana Tekan Toriconical Head. Macam-macam bagian dan komponen pendukung bejana tekan yang sering terdapat dan yang sering digunakan pada bejana tekan pada umumnya diklasifikasikan sebagai berikut :
1. Pressure Vessels Shells 2. Pressure Vessels Heads 3. Flange 4. Katup (Valve) 5. Stud Bolt dan Gasket 6. Lifting Lugs 7. Saddle Plate 8. Lubang Lalu Orang dan Lubang Pembersih 9. Pelat Nama Komponen-komponen tersebut terhubung menjadi satu kesatuan hingga menjadi suatu bejana tekan. Adapun komponen tersebut terhubung satu dengan yang lainnya dengan berbagai cara, ada yang dengan proses pengelasan (permanent) atau dengan proses baut (dapat dibuka-pasang). Dalam proses pembuatan bejana tekan, setelah ditentukan material, tekanan dan temperatur serta efisiensi sambungan yang akan digunakan, kita menentukan ketebalan shell bejana ini. Berikut ini beberapa perhitungan menentukan tebal bejana tekan : Untuk bejana silinder : [3] t = P.ri Sa.E 0,6P (2.1) Untuk bejana bola t = P.ri 2Sa.E 0,2P (2.2)
Keterangan : t P Sa ri = Ketebalan dinding bejana (inch) = Desain Tekanan / MAWP (PSIG) = Tekanan material yang diijinkan (PSI) = Radius bagian dalam (inch) E = Efisiensi sambungan, umumnya 1. Berikut ini beberapa perhitungan mengenai tekanan yang berdasarkan MAWP dan MOP yang ada, agar sesuai dengan faktor keamanan yang berlaku : [3] Untuk bejana yang tipis, di mana R kurang dari 1,1 Untuk bejana silinder : S a Et P = atau P = r i σ μ Et SF μ r i (2.3) Untuk bejana bola 2S a Et P = atau P = r i 2σ μ Et SF μ r i (2.4) Untuk bejana dengan ketebalan medium, dimana 1,1 R 1,5 Untuk bejana silinder :
S a Et σ μ Et P = atau P = r i + 0,6t SF μ (r i +0,6t)..(2.5) Untuk bejana bola S a Et σ μ Et P = atau P = r i + 0,2t SF μ (r i +0,2t).(2.6) Untuk bejana yang tebal, dimana 1,5 R 2,0 Untuk bejana silinder : [r o 2 - r i 2 ] σ μ [r o 2 - r i 2 ] P = S a atau P = [r o 2 - r i 2 ] SF μ [r o 2 - r i 2 ] (2.7) 2σ y σ y P = 2 - ln R ѕsfμ σ μ (2.8) Untuk bejana bola : [r o 3 - r i 3 ] 2σ μ [r o 3 - r i 3 ] P = 2S a atau P = [r o 3 - r i 3 ] SF μ [r o 3 - r i 3 ] (2.9) σ y 2σ y P = 2 - ln R SFμ σ μ...(2.10) Untuk bejana yang sangat tebal, dimana R 2,0 Untuk bejana silinder, menggunakan persamaan (7) Untuk bejana bola, menggunakan persamaan (9)
Keterangan : P Sa SFμ σ μ σ y = MAWP (PSIG) = Tekanan material yang diijinkan (PSI) = Faktor keselamatan, berdasar pada mekanika kekuatan material. = Mekanika kekuatan maksimum material (PSI) = Kekuatan luluh material (PSI) E = Efisiensi sambungan, umumnya 1. t ri ro R = Ketebalan dinding bejana (inch) = Radius bagian dalam (inci) = Radius luar (inch) = ro/ri Jenis bejana tekan yang dianalisa penulis adalah jenis bejana tekan torispherical head untuk itu penulis pada perhitungan untuk menentukan ketebalan head membatasi hanya pada bejana tekan jenis torispherical head. t dimana : t = tebal minimum r r Lo D = diameter dalam head Lo = radius dalam head D r = radius sisi head = 6 % x L
Dari gambar diatas mendapatkan persamaan untuk perhitungan menentukan ketebalan torispherical head, dimana : [3] P x Lo x M + 2 t =......(2.11) 2 x Sa x E x P x (M 0,2) Keterangan : t P Lo Sa E = Tebal drum bejana (inch) = Desain Tekanan / MAWP (PSIG) = Radius dalam head (inch) = Tekanan Material yang diijinkan (PSI) = Efisiensi sambungan, umumnya 1,00 untuk head M = ¼ (3 + Lo / r) Selanjutnya didapatkan perhitungan mengenai tekanan yang berdasarkan MAWP dan MOP yang ada untuk jenis bejana tekan thorispherical head, agar sesuai dengan faktor keamanan yang berlaku. Untuk bejana tekan jenis torispherical head : [3] 2 x Sa x E x t P =...(2.12) M x Lo - t x (M - 0,2) Keterangan : t P = Tebal drum bejana (inch) = Desain Tekanan / MAWP (PSIG)
Lo Sa E = Radius dalam head (inch) = Tekanan Material yang diijinkan (PSI) = Efisiensi sambungan, umumnya 1,00 untuk head Drum bejana atau tangki bejana tekan diperhitungkan terhadap kemungkinan hal hal yang tidak diinginkan seperti kemungkinan terjadinyah pecah, atau hal-hal lainnya. Gambar 2.13 Tangki bejana tekan yang mengalami tegangan tarik [4] τt dihitung berdasarkan kemungkinan pecah : [4] Besarnya gaya untuk membelah drum = P (pound-force) ; P = L x D x p (pound-force).. (2.13) Gaya sebesar P Newton tersebut ditahan oleh dinding drum bejana yang luas irisannya F (inch 2 ). F = {2.L.T + 2.t (D + 2xt)} (inch 2 )
= (2.L.t + 2.t.D + 4 t 2 )......(2.14) Dengan tegangan di dalam dinding drum bejana sebesar PSI sehingga : P = L.D.p = F. τt = (2.L.t = 2.t.D + 4 t 2 ). τt..(2.15) Bila 4.t 2 diabaikan, karena dianggap kecil terhadap 2.t.D ; maka didapat P = L.D.p = (2.L.t + 2.t.D) x τt..(2.16) Atau apabila tegangan tarik yang sebenarnya akan dicari : [4] L x D x p τt=..(2.17) 2 x t x (L+D) Keterangan : D = Diameter dalam drum bejana (inch) t = Tebal drum bejana (inch) τt = Tegangan tarik yang sebenarnya didalam dinding drum bejana (PSI) L = Panjang drum sebelah dalam (inch) p = Tekanan dalam drum bejana/desain tekanan (PSIG) Agar drum tidak pecah maka harus sesuai dengan persyaratan : τt yang diizinkan > τt yang sebenarnya
Bejana Tekan (Pressure Vessel) adalah suatu alat yang berfungsi untuk tempat penampungan suatu fluida baik berupa cair maupun gas dengan tekanan yang lebih tinggi dari tekanan atmosfir, pada umumnya sampai dengan 15.000 PSI, dengan kemampuan tampung yang besar berkapasitas hingga 95.000 gallon. Sehingga dapat pula digunakan sebagai ketel uap, alat pertukaran panas, bejana penyimpanan fluida baik udara maupun cairan. Bejana tekan pada umumnya bekerja pada suhu antara -350 o F sampai di atas 1000 o F. Bejana tekan telah digunakan secara luas untuk berbagai aplikasi industri yang mencakup bahan kimia, farmasi, uap panas, minyak dan bahan bakar dan lainnya, dengan tingkat tekanan yang tinggi. Maka proses disain dan produksi suatu bejana tekan merupakan faktor utama dalam penggunaan bejana tekan, terlebih apabila fluida yang dipergunakan bersifat beracun karena proses kimia, dan dioperasikan pada kondisi tekanan luar yang tidak stabil. Di dalam proses perencanaan bejana tekan, turut pula diperhitungkan jenis fluida, tingkat tekanan, maupun temperaturnya. Sehingga pada penggunaanya, proses operasional, pemeliharaan dan perawatannya sesuai dengan yang telah diperhitungkan. Sehingga hal ini dapat mengurangi resiko kegagalan suatu bejana tekan pada proses operasionalnya. Pada Bejana Tekan yang diamati penulis adalah Bejana Tekan Thorispherical Head, yang diproduksi oleh PT. Syamsir Karya Fabricator yang dipesan oleh PT. Asia Karsa Indah digunakan sebagai Horizontal Separator.
Dalam proses kerja Horizontal Separator ini masih dianggap aman karena sesuai dengan persyaratan yaitu tegangan tarik yang sebenarnya lebih kecil dari tegangan tarik yang diizinkan. τt yang diizinkan > τt yang sebenarnya = 8001,23 PSI > 7043,34 PSI Setelah mengamati dan melakukan penelitian proses desain dan produksi suatu bejana tekan di PT. Syamsir Karya Fabrication dengan jenis Torispherical head pressure vessel, penulis dapat menyimpulkan sebagai berikut : 1. Bejana tekan yang diproduksi, didisain untuk dioperasikan sebagai horizontal separator, yang dipesan oleh PT. Asia Karsa Indah Jakarta. Dimana fluida yang dipergunakan adalah udara bertekanan, yang didisain bertekanan hingga 250 PSIG pada temperatur 100 o F ~ 212 o F. 2. Bejana tekan tersebut didisain, dan diproduksi sesuai dengan standarisasi kode ASME Seksi VIII, Div I, dan bersertifikasi serta disetujui oleh MIGAS dan Departemen Tenaga Kerja Indonesia. 3. Dalam proses pembuatannya, disain bejana tekan sangatlah penting dan berpengaruh dalam proses operasi bejana tekan tersebut agar sesuai dengan perencanaan bejana tersebut. 4. Dalam proses perencanaan disain bejana tekan, ditentukan disain konstruksi dari bejana tekan, pemilihan bahan, dan disain spesifik shell, head, dan komponen lain bejana tersebut. Dan ditentukan pula disain
5. Pada proses disain shell dan head bejana tekan, ditentukan ketebalan dinding shell dan head, dan kekuatan shell dan head berdasarkan oleh MAWP dan MOP yang dipergunakan, berikut dengan bahan yang dipilih dan didapat kesimpulan Sepanjang MAWP > Design Pressure atau τt yang diizinkan > τt yang sebenarnya akan sesuai dengan faktor keamanan yang berlaku. Dalam pengoperasian bejana tekan, semua appendages bejana tekan sebaiknya telah terpasang dengan baik dan katup pengaman di setting 9,5 bar. Katup pengaman ini berfungsi apabila sewaktu-waktu pressure switch rusak maka fluida yang berlebih keluar melalui katup pengaman.