DESAIN DAN ANALISIS INSTALASI STRUKTUR PIPA BAWAH LAUT

DESAIN DAN ANALISIS INSTALASI STRUKTUR PIPA BAWAH LAUT TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Oleh Fantri C. Sianturi NIM 15503013 Program Studi Teknik Kelautan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

Lembar Pengesahan Tugas Akhir Sarjana DESAIN DAN ANALISIS INSTALASI STRUKTUR PIPA BAWAH LAUT Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, Penulis Pasfoto 3x4 Fantri C Sianturi NIM 15503013 Bandung, Pembimbing Ricky Lukman Tawekal, Ph.D NIP 131 476 534 Mengetahui: Program Studi Teknik Kelautan Ketua, Dr.Ir. Muslim Muin, MSOE NIP 131 570 005

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Diberikan kepada : Nama : Fantri C Sianturi NIM : 15503013 TUGAS AKHIR Judul Tugas Akhir adalah Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut, dengan isi Tugas Akhir sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN BAB II DASAR TEORI BAB III METODE DAN ANALISIS INSTALASI BAB IV STUDI KASUS BAB V PENUTUP Tugas Akhir ini dibuat rangkap enam dengan rincian sebagai berikut : 1. Untuk Mahasiswa 1 buah 2. Untuk Pembimbing Tugas Akhir 1 buah 3. Untuk Penguji Sidang Tugas Akhir 2 buah 4. Untuk Tata Usaha Program Studi Teknik Kelautan 1 buah 5. Untuk Perpustakaan 1 buah Bandung, Februari 2008 Menyetujui, Koordinator Tugas Akhir, Pembimbing, Krisnaldi Idris, Ph.D Ricky Lukman Tawekal, Ph.D NIP. 131 570 002 NIP. 131 476 534

KATA PENGANTAR Pertama-tama, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat Nya, penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir dengan judul Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut ini dibuat sebagai salah satu syarat menyelesaikan tahap pendidikan sarjana (Strata-1) di Program Studi Teknik Kelautan, Institut Teknologi Bandung. Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak saran, bantuan, dan dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak berikut ini. Ayah tercinta, Bitner Sianturi dan Ibu tercinta, Raudur Sidabutar atas dukungan yang diberikan kepada penulis sampai penulis menyelesaikan pendidikan sebagai sarjana dan doa yang tak pernah putus. Terima kasih telah membesarkan saya hingga kini dengan penuh kasih sayang. Bapak Ricky Lukman Tawekal, Ph.D sebagai dosen pembimbing yang telah bersedia membimbing, memberikan saran, dan memeberikan perhatian kepada penulis selama mengerjakan Tugas Akhir. Bapak Krisnaldi Idris, Ph.D dan Bapak Ir. A. Hasan Bachri, M.Eng sebagai dosen penguji seminar Tugas Akhir atas segala masukan dan koreksi terhadap Tugas Akhir ini dan Bapak Krisnaldi Idris, Ph.D selaku koordinator Tugas Akhir di Program Studi Teknik Kelautan ITB. Bapak Rildova, Ph.D dan Ibu Dr. Nita Yuanita, ST, MT sebagai dosen penguji sidang Tugas Akhir atas semua masukan terhadap Tugas Akhir ini. Abang Omry P. Sianturi, Kakak Osmy Jenni Sianturi dan adik-adikku Sri Esry Sianturi & Sanrose Novely Sianturi atas kasih sayang yang diberikan kepada penulis dalam keluarga. Seluruh staff pengajar di lingkungan Program Studi Teknik Kelautan atas pendidikan ilmu pengetahuan yang telah diberikan kepada penulis. i

Tata Usaha dan karyawan di lingkungan Program Studi Teknik Kelautan. Pak Yatno, Pak Isep, Bu Nunung, Bu Witri, Pak Tumin, dll, atas perhatian dan bantuannya kepada penulis selama menjalani perkuliahan di ITB. Teman-teman KL angkatan 2003 yang juga teman seperjuangan : Andreas, Rudi, Reza, Ridho, Amri, Anton, Dimas, Mendy, Mico, Mice, Yaser, Gusti, Priyo, Iyus, Ica, Rahma, Ana, Nana, Wistie, Wawan, Andri, Leo, Iwan, Oki, Erik, Utek, Mamin, Frans. Terimakasih untuk menjadi teman-teman penulis selama ini. Sekali teman, tetap teman selama-lamanya. Teman-teman semua angkatan di KL yang penulis kenal dan mengenal penulis, penulis ucapkan terimakasih atas dukungannya. Dwi Haryo Wibisono Bang Karyo yang membimbing dan mengajarkan penulis dalam mengerjakan TA. Terimakasih banyak bang atas segalanya, semoga sukses selalu. Teman-teman UKSU ers, terutama teman seperjuangan angkatan 2003 : Juli Joe, Toguh, Romi, Apri, Daniel Mare, Adi domu, Ryan, Ondoran, Lae Ricardi, Ndung, Uces, Yosafat, dll dan juga senior dan junior yang penulis kenal dan mengenal penulis atas persahabatan yang terjalin selama ini. Teman-teman kost, Bang Hotma, Bang Roy, Binje, Ucup, Bembeng, Bang Agra, dll. Terimakasih atas persahabatan selama ini. Teman-teman yang lain yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Terimakasih atas dukungannya. Penulis menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu penulis memohon maaf atas segala kesalahan dan kekurangan yang ada pada laporan ini dan penulis menerima kritik dan saran atas laporan ini. Akhir kata, penulis berharap semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Terimakasih. Bandung, Februari 2008 Fantri C. Sianturi 15503013 ii

ABSTRAK Tugas akhir ini berisikan hal yang berhubungan dengan desain dan analisis instalasi di Laut Jawa. Pada tugas akhir ini dilakukan perhitungan desain ketebalan pipa yang dibutuhkan, perhitungan kestabilan pipa di dasar laut (on-bottom stability), dan analisis bentang bebas (free span) pada pipa bawah laut untuk berbagai kondisi yang terjadi pada pipa dengan menggunakan standar DNV serta analisis terhadap pipa pada saat proses instalasi berlangsung dengan menggunakan bantuan perangkat lunak yang khusus untuk melakukan analisis instalasi. Tujuan dari perhitungan dan analisis tersebut adalah untuk mendapatkan parameter-parameter yang dibutuhkan pada instalasi dan operasi struktur pipa bawah laut untuk keperluan penyaluran gas dengan diameter pipa sebesar 6.625 inci sehingga struktur pipa bawah laut yang direncanakan diharapkan dapat beroperasi sesuai dengan tujuan struktur itu dibuat. iii

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... ABSTRAK... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i iii iv viii x BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG... 1.2 TUJUAN... 1.3 RUANG LINGKUP... 1.4 SISTEMATIKA PENULISAN... I-1 I-3 I-3 I-4 BAB II DASAR TEORI 2.1 TEKANAN INTERNAL... 2.2 PRESSURE CONTAINMENT... 2.3 BUCKLING... 2.3.1. Umum... 2.3.2. System Collapse... 2.3.3. Combined Loading Criteria... 2.3.4. Propagation Buckling... 2.4 KESTABILAN PIPA DI DASAR LAUT... 2.4.1. Umum... 2.4.2. Gaya Horizontal... 2.4.3. Gaya Vertikal... 2.4.4. Analisis Kestabilan Pipa... 2.5 FREE SPAN PADA PIPELINE... 2.5.1. Umum... 2.5.2. Analisis Free Span pada Pipa Bawah Laut... II-1 II-2 II-3 II-3 II-4 II-6 II-8 II-10 II-10 II-11 II-15 II-16 II-19 II-19 II-20 iv

2.6 PROSEDUR PERHITUNGAN... 2.6.1. Desain Ketebalan Pipa... 2.6.2. Analisis Kestabilan Pipa di Dasar Laut... 2.6.3. Analisis Free Span pada Pipa Bawah Laut... II-28 II-28 II-34 II-40 BAB III METODE DAN ANALISIS INSTALASI 3.1 UMUM... 3.2 METODE INSTALASI... 3.2.1 Metode S-Lay... 3.2.2 Metode Reel... 3.2.3 Metode Bottom Pull... 3.3 ANALISIS INSTALASI METODE S-LAY... III-1 III-1 III-1 III-8 III-10 III-14 BAB IV STUDI KASUS 4.1 DESKRIPSI STUDI KASUS... 4.2 DESAIN KETEBALAN PIPA... 4.2.1 Perhitungan Ketebalan Pipa akibat Pressure Containment... 4.2.2 Perhitungan Ketebalan Pipa akibat System Collapse... 4.2.3 Pengecekan ketebalan Pipa terhadap Kriteria Combined Loading... 4.2.4 Pengecekan Ketebalan Pipa akibat Buckling Propagation... 4.2.5 Ketebalan Pipa yang Dibutuhkan... 4.3 ANALISIS KESTABILAN PIPA DI DASAR LAUT... 4.3.1. Analisis Kestabilan Pipa pada Kondisi Instalasi... 4.3.2. Analisis Kestabilan Pipa pada Kondisi Hidrotes, Operasi, dan Operasi Terkorosi... 4.3.3. Hasil Perhitungan Analisis Kestabilan Pipa di dasar laut... 4.4 ANALISIS FREE SPAN PADA PIPELINE BAWAH LAUT... 4.5 ANALISIS INSTALASI PIPELINE BAWAH LAUT... 4.5.1 Parameter Barge dan Stinger... 4.5.2 Metodologi Analisis... 4.5.3 Data Pemodelan... 4.5.4 Hasil Analisis... IV-1 IV-4 IV-5 IV-5 IV-7 IV-7 IV-8 IV-9 IV-9 IV-15 IV-15 IV-16 IV-17 IV-17 IV-18 IV-19 IV-20 v

4.6 PENGECEKAN KETEBALAN PIPA TERHADAP COMBINED LOADING... IV-24 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN... 5.2 SARAN... V-1 V-2 DAFTAR PUSTAKA... xii LAMPIRAN A. PERHITUNGAN KETEBALAN PIPA PADA KONDISI INSTALASI... LAMPIRAN B. PERHITUNGAN KETEBALAN PIPA PADA KONDISI HIDROTES... LAMPIRAN C. PERHITUNGAN KETEBALAN PIPA PADA KONDISI OPERASI... LAMPIRAN D. ANALISIS KESTABILAN PIPA PADA KONDISI INSTALASI... LAMPIRAN E. ANALISIS KESTABILAN PIPA PADA KONDISI HIDROTES... LAMPIRAN F. ANALISIS KESTABILAN PIPA PADA KONDISI OPERASI... LAMPIRAN G. ANALISIS KESTABILAN PIPA PADA KONDISI OPERASI TERKOROSI... LAMPIRAN H. ANALISIS FREE SPAN (BENTANG BEBAS) PIPA PADA KONDISI INSTALASI... LAMPIRAN I. ANALISIS FREE SPAN (BENTANG BEBAS) PIPA PADA KONDISI HIDROTES... LAMPIRAN J. ANALISIS FREE SPAN (BENTANG BEBAS) PIPA PADA KONDISI OPERASI... LAMPIRAN K. ANALISIS FREE SPAN (BENTANG BEBAS) PIPA PADA KONDISI OPERASI TERKOROSI... LAMPIRAN L. ANALISIS INSTALASI PADA KEDALAMAN 30.8 METER... A-1 B-1 C-1 D-1 E-1 F-1 G-1 H-1 I-1 J-1 K-1 L-1 vi

LAMPIRAN M. ANALISIS INSTALASI PADA KEDALAMAN 36 METER... LAMPIRAN N. ANALISIS INSTALASI PADA KEDALAMAN 40.8 METER... M-1 N-1 vii

DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Lokasi Gulf of Mexico... Gambar 1.2 Ilustrasi Pipeline Bawah Laut... Gambar 2.1 Beban Tekanan (P) yang Terjadi pada Pipa (Cross Section Pipa)... Gambar 2.2 Local Buckling pada Penampang Pipa... Gambar 2.3 Jenis Propagation Buckling pada Pipa... Gambar 2.4 Diagram Gaya yang Bekerja pada Pipa di Dasar Laut... Gambar 2.5 Vortex dan Flow Separation... Gambar 2.6 Gaya Gesek Dasar Laut pada Pipa... Gambar 2.7 Osilasi Vortex Shedding... Gambar 2.8 Ilustrasi VIV (Vortex Induced Vibration)... Gambar 2.9 Ilustrasi VIV dengan Berbagai Bentuk... Gambar 2.10 Kecepatan Arus untuk Gerakan In-line (DnV 1981 App A)... Gambar 2.11 Strouhal Number untuk Silinder Sirkular (DnV 1981 App A) Gambar 2.12 Kecepatan Arus untuk Gerakan Cross-flow (DnV 1981 App A)... Gambar 2.13 Proses Desain Ketebalan Pipa... Gambar 2.14 Potongan Melintang Pipa... Gambar 2.15 Grafik Kecepatan Arus Signifikan... Gambar 2.16 Grafik Periode Zero-up Crossing... Gambar 2.17 Grafik Faktor Kalibrasi... Gambar 3.1 Lay-barge yang Digunakan pada Instalasi Metode S-Lay... Gambar 3.2 Ilustrasi Instalasi Metode S-Lay... Gambar 3.3 Sketsa Penempatan Jangkar Lay-barge... Gambar 3.4 Layout Peralatan Utama pada Lay-barge... Gambar 3.5 Bagian Storage di Atas Lay-barge... Gambar 3.6 Penggerindaan Sambungan Pipa yang Telah Dilas... I-2 I-3 II-1 II-4 II-9 II-11 II-12 II-15 II-22 II-22 II-23 II-26 II-26 II-27 II-28 II-34 II-37 II-37 II-39 III-2 III-2 III-3 III-4 III-5 III-5 viii

Gambar 3.7 Tensioner Pipa pada Lay-barge... Gambar 3.8 Pemasangan Coating Anti korosi pada Sambungan Pipa... Gambar 3.9 Pemasangan Lapisan Aspal pada Sambungan Pipa... Gambar 3.10 Reel Barge yang Digunakan pada Metode Reel... Gambar 3.11 Struktur Chute... Gambar 3.12 Segmen Pipa yang Diletakkan di Atas Launching Ramp... Gambar 3.13 Pemasangan Penahan pada Bagian Ujung Pipa... Gambar 3.14 Susunan Nose pada Bagian Ujung Pipa... Gambar 3.15 Winch yang Dipasang di atas Barge... Gambar 3.16 Winch yang Dihubungkan dengan Katrol Pengatur... Gambar 3.17 Penarikan Segmen Pipa Pertama... Gambar 3.18 Gaya-gaya yang Terjadi pada Pipeline Saat Instalasi... Gambar 3.19 Daerah Overbend dan Sagbend... Gambar 3.20 Deformasi pada Segmen Balok... Gambar 3.21 Pemodelan Daerah Sagbend... Gambar 4.1 Lokasi Studi Kasus... Gambar 4.2 Grafik Kecepatan Arus Signifikan... Gambar 4.3 Grafik Periode Zero-up Crossing... Gambar 4.4 Grafik Faktor Kalibrasi... Gambar 4.5 Diagram Momen Bending Disepanjang Pipa pada Kedalaman 30.8 Meter... Gambar 4.6 Diagram %SMYS Disepanjang Pipa pada Kedalaman 30.8 Meter... Gambar 4.7 Diagram Momen Bending Disepanjang Pipa pada Kedalaman 36 Meter... Gambar 4.8 Diagram %SMYS Disepanjang Pipa pada Kedalaman 36 Meter... Gambar 4.9 Diagram Momen Bending Disepanjang pipa pada Kedalaman 40.8 Meter... Gambar 4.10 Diagram %SMYS Disepanjang Pipa pada Kedalaman 40.8 Meter... III-6 III-7 III-7 III-9 III-9 III-11 III-11 III-12 III-12 III-13 III-14 III-15 III-15 III-16 III-19 IV-4 IV-11 IV-11 IV-13 IV-21 IV-21 IV-22 IV-22 IV-23 IV-23 ix

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Faktor Fabrikasi... Tabel 2.2 Material Resistance Factor... Tabel 2.3 Safety Class Resistance Factor... Tabel 2.4 Pendekatan Nilai C D, C L, C M... Tabel 2.5 Nilai... Tabel 2.6 Nilai q h... Tabel 3.1 Perbandingan Metode Analisis Stress pada Daerah Sagbend Tabel 4.1 Koordinat Platform EZA dan URA... Tabel 4.2 Data Lingkungan... Tabel 4.3 Properti Air Laut... Tabel 4.4 Parameter Fungsional... Tabel 4.5 Properti Material... Tabel 4.6 Properti Tanah... Tabel 4.7 Proteksi Korosi... Tabel 4.8 Metocean Parameter... Tabel 4.9 Pengecekan Ketebalan Pipa Terhadap Pressure Containment Tabel 4.10 Pengecekan Ketebalan Pipa Terhadap System Collapse... Tabel 4.11 Pengecekan Ketebalan Pipa Terhadap Propagation Buckling Tabel 4.12 Ketebalan Pipa yang Dibutuhkan... Tabel 4.13 Perhitungan Berat Terendam Pipa... Tabel 4.14 Perhitungan Kecepatan Partikel Air... Tabel 4.15 Penentuan Faktor Kalibrasi... Tabel 4.16 Perhitungan Gaya Hidrodinamika dan Berat Terendam Pipa yang Dibutuhkan... Tabel 4.17 Perhitungan Faktor Keamanan... Tabel 4.18 Hasil Perhitungan Kestabilan Pipa di Dasar Laut... Tabel 4.19 Panjang Free Span yang Diijinkan... II-6 II-6 II-6 II-16 II-33 II-33 III-18 IV-1 IV-1 IV-2 IV-2 IV-2 IV-2 IV-3 IV-3 IV-5 IV-6 IV-8 IV-8 IV-10 IV-12 IV-13 IV-14 IV-15 IV-16 IV-17 x

Tabel 4.20 Specific Barge and Stinger Parameters yang Digunakan pada Analisis Instalasi... Tabel 4.21 Barge Rollers Profile... Tabel 4.22 Stinger Rollers Profile... Tabel 4.23 Hasil Pemodelan... Tabel 2.24 Tabel 2.25 Nilai E, A, F... Condition loads effect factor, C... Tabel 4.26 Pengecekan Ketebalan Pipa terhadap Combined Loading... IV-19 IV-19 IV-20 IV-20 IV-25 IV-25 IV-26 xi