DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... HALAMAN PENGESAHAN... HALAMAN PERNYATAAN... NASKAH SOAL... HALAMAN PERSEMBAHAN... INTISARI... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR LAMPIRAN... DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN... i ii iii iv vi v vii ix xiii xv xvi xvii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Latar Belakang Penulisan... 3 1.3 Rumusan Masalah... 6 1.4 Batasan Masalah... 6 1.5 Tujuan Penelitian... 7 1.6 Manfaat Penelitian... 7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 8 2.1 Perancangan Bejana Tekan... 8 2.2 Analisis Tegangan Lokal pada Nozzle... 10 BAB III DASAR TEORI... 13 3.1 Perancangan Shell... 13 3.1.1 Pemilihan material... 13 3.1.2 Tebal minimum shell... 13 3.1.3 MAWP shell... 14 3.1.4 MAPNC shell... 15 3.1.5 Tegangan pada shell... 15 3.2 Perancangan Head... 16 3.2.1 Pemilihan material... 16 3.2.2 Tebal minimum head... 16 3.2.3 MAWP head... 17 3.2.4 MAPNC head... 18 3.2.5 Tegangan pada head... 18 3.2.6 Tekanan pengujian hydrotest... 19 ix
3.3 Perancangan Nozzle... 20 3.3.1 Perancangan flange... 21 3.3.2 Pemilihan material pipa nozzle... 22 3.3.3 Tebal minimum nozzle... 23 3.3.4 Luasan penguat... 23 3.3.5 Tegangan yang diijinkan pada pengelasan... 26 3.3.6 Analisis kekuatan pengelasan... 27 3.4 Berat Bejana Tekan dan Komponennya... 29 3.4.1 Berat shell... 30 3.4.2 Berat head... 30 3.4.3 Berat nozzle... 31 3.4.4 Berat fluida kerja... 32 3.5 Titik Berat Bejana Tekan... 34 3.6 Perancangan Saddle... 34 3.6.1 Tegangan lengkung longitudinal... 35 3.6.2 Tegangan geser tangensial... 36 3.6.3 Tegangan sirkumferensial... 37 3.7 Perancangan Lifting lug... 38 3.7.1 Gaya pada lifting lug... 39 3.7.2 Tegangan pada lifting lug... 42 3.7.3 Gaya pada sambungan las lifting lug... 43 3.7.4 Tegangan pada lubang pin... 44 3.8 Analisis Tegangan Perpipaan... 46 3.8.1 Pembebanan sistem perpipaan... 46 3.8.2 Kriteria analisis tegangan perpipaan... 49 3.8.3 Solusi analisis tegangan perpipaan... 51 3.9 Analisis Tegangan Lokal pada Nozzle (WRC 107)... 52 3.9.1 Rumus umum... 53 3.9.2 Tegangan karena beban dan momen eksternal... 55 3.9.3 Solusi analisis tegangan lokal pada nozzle... 61 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN... 62 4.1 Diagram alir perancangan bejana tekan... 62 4.2 Diagram alir analisis tegangan lokal karena pembebanan eksternal... 65 BAB V PERANCANGAN SLUG CACTHER... 68 5.1 Data Perancangan... 68 5.1.1 Penentuan kondisi desain... 69 5.2 Perancangan Shell... 69 5.2.1 Perhitungan tebal minimum shell.... 69 x
5.2.2 Perhitungan MAWP shell... 70 5.2.3 Perhitungan MAPNC shell... 70 5.2.4 Tegangan pada shell kondisi operasi... 70 5.3 Perancangan Head... 71 5.3.1 Perhitungan tebal minimum head... 71 5.3.2 Perhitungan MAWP head... 71 5.3.3 Perhitungan MAPNC head... 72 5.3.4 Tegangan pada head kondisi operasi... 72 5.3.5 Tegangan pada hydrotest... 73 5.3.6 Data hasil perhitungan desain shell dan head... 75 5.4 Perancangan Nozzle... 75 5.4.1 Data nozzle... 75 5.4.2 Pemilihan rating flange... 76 5.4.3 Perancangan nozzle gas inlet 24... 78 5.4.4 Perancangan nozzle liquid outlet 6... 85 5.4.5 Perancangan nozzle PI 2... 91 5.5 Perhitungan Berat Slug cacther... 94 5.5.1 Perhitungan berat shell... 94 5.5.2 Perhitungan berat head... 94 5.5.3 Perhitungan berat nozzle... 95 5.5.4 Perhitungan berat fluida kerja... 99 5.6 Berat Perlengkapan Lainnya... 102 5.7 Perhitungan Titik Berat Bejana... 102 5.8 Perancangan Saddle... 104 5.8.1 Tegangan lengkung longitudinal... 105 5.8.2 Tegangan geser tangensial pada permukaan saddle... 107 5.8.3 Tegangan sirkumferensial pada horn saddle... 107 5.9 Perancangan Lifting lug... 108 5.9.1 Perhitungan gaya di lifting lug... 110 5.9.2 Perhitungan tegangan pada lifting lug... 112 5.9.3 Gaya pada sambungan las lifting lug lifting lug... 114 5.9.4 Perhitungan tegangan pada lubang pin... 115 BAB VI ANALISIS TEGANGAN LOKAL PADA NOZZLE GAS INLET... 117 6.1 Sistem Perpipaan Gas di sekitar Slug cacther... 120 6.2 Analisis Tegangan Sistem Perpipaan... 118 6.3 Gaya dan Momen pada Nozzle Gas Inlet... 122 6.4 Analisis Tegangan pada Nozzle Gas Inlet... 123 6.5 Analisis Tegangan dengan Variasi Pembebanan pada Nozzle Gas Inlet... 126 xi
BAB VII PENUTUP... 131 7.1 Kesimpulan... 131 7.1.1 Perancangan slug cacther... 131 7.1.2 Analisis tegangan lokal pada nozzle... 132 7.2 Saran... 134 DAFTAR PUSTAKA... 132 LAMPIRAN... 136 xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Diagram alir transmisi gas... 5 Gambar 2.1 Proses pemisahan gas dan kondensat dalam slug cacther... 9 Gambar 2.2 Contoh slug cacther di Total E&P Indonesie... 10 Gambar 3.1 Tegangan pada shell karena tekanan internal... 15 Gambar 3.2 Tegangan pada head karena tekanan internal... 18 Gambar 3.3 Bagian-bagian nozzle... 21 Gambar 3.4 Penampang nozzle dengan penguat (reinforcement pad )... 24 Gambar 3.5 Daerah pengelasan pada nozzle... 26 Gambar 3.6 Daerah pengecekan kekuatan las... 27 Gambar 3.7 Sketsa ukuran perhitungan berat shell... 30 Gambar 3.8 Sketsa ukuran perhitungan berat head... 31 Gambar 3.9 Posisi kondensat pada shell ketika slug cacther beroperasi... 32 Gambar 3.10 Posisi kondensat pada head ketika slug cacther beroperasi... 33 Gambar 3.11 Sketsa saddle slug cacther... 35 Gambar 3.12 Contoh pengangkatan slug cacther di Total E&P Indonesie... 39 Gambar 3.13 Sketsa pengangkatan slug catcher... 40 Gambar 3.14 Sketsa lifting lug... 42 Gambar 3.15 Momen pada belokan... 49 Gambar 3.16 Momen pada percabangan... 49 Gambar 3.17 Kriteria critical line untuk sistem perpipaan... 51 Gambar 3.18 Sistem perpipaan yang terkoneksi ke shell bejana tekan... 52 Gambar 3.19 Perjanjian tanda WRC 107... 53 Gambar 3.20 Beban yang terjadi pada nozzle... 54 Gambar 4.1 Diagram alir perancangan slug cacther... 62 Gambar 4.2 Diagram alir analisis tegangan lokal karena pembebanan eksternal sistem perpipaan... 65 Gambar 4.3 Contoh hasil perhitungan WRC 107... 67 Gambar 5.1 Pemilihan rating flange pada ASME B.16.5... 77 xiii
Gambar 5.2 Sketsa nozzle gas inlet 24... 79 Gambar 5.3 Sketsa nozzle liquid outlet 6... 86 Gambar 5.4 Sketsa nozzle gas PI 2... 93 Gambar 5.5 Flange tipe RFWN 24-300 #, Schedule 80... 95 Gambar 5.6 Blind flange tipe RFWN 24-300 #... 96 Gambar 5.7 Flange tipe RFWN 6-300 #, Schedule 160... 97 Gambar 5.8 Flange tipe RFWN 2-300 #, Schedule 160... 98 Gambar 5.9 Letak elemen slug cacther... 104 Gambar 5.10 Penampang lifting lug tampak samping... 110 Gambar 5.11 Sketsa slug cacther pada pengangkatan... 110 Gambar 6.1 Jalur pipa gas FSRU pipeline slug cacther... 117 Gambar 6.2 Plot plan disekitar slug cacther berserta pipe support-nya... 118 Gambar 6.3 Pemodelan sistem perpipaan sekitar slug cacther beserta tipe pipe suppport-nya... 119 Gambar 6.4 Rasio tegangan pada perpipaan FSRU pipeline- slug cacther... 121 Gambar 6.5 Penyesuaian vektor beban pada Autopipe dan PV Elite... 122 Gambar 6.6 Kondisi pembebanan pada nozzle yang menempel di shell... 124 Gambar 6.7 Hasil perhitungan tegangan pada nozzle dan reinforcement pad.. 125 Gambar 6.8 Rasio tegangan yang terhitung pada software PV Elite... 126 Gambar 6.9 Urutan pelepasan pipe support pada jalur pipa gas nozzle inlet... 127 Gambar 6.10 Grafik antara jumlah pipe support yang dilepas dan rasio tegangan... 130 xiv
DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Skema debit gas dari Semarang ke Gresik... 5 Tabel 3.1 Penentuan rating tekanan flange... 22 Tabel 3.2 Perbandingan luasan beban pada nozzle... 24 Tabel 3.3 Nilai faktor pengurangan tegangan (ASME B.31.3, 2002)... 46 Tabel 3.4 Perjanjian tanda dari beban dan momen pada nozzle... 55 Tabel 3.5 Lembar perhitungan tegangan lokal pada shell silindris... 58 Tabel 5.1 Data perancangan shell dan head... 68 Tabel 5.2 Data hasil perhitungan shell dan head... 75 Tabel 5.3 Spesifikasi desain nozzle gas inlet 24... 78 Tabel 5.4 Spesifikasi desain nozzle liquid outlet 6... 85 Tabel 5.5 Spesifikasi desain nozzle PI 2... 92 Tabel 5.6 Berat perlengkapan lain pada slug cacther... 102 Tabel 5.7 Berat elemen slug cacther dan jarak titik pusatnya... 102 Tabel 6.1 Pipe support yang terdapat pada jalur pipa nozzle gas inlet... 119 Tabel 6.2 Tegangan pada perpipaan FSRU Pipeline slug cacther... 121 Tabel 6.3 Gaya dan momen pada kondisi pembebanan sustained, expansion dan occasional di nozzle gas inlet... 123 Tabel 6.4 Tipe pipe support yang dilepas... 128 Tabel 6.5 Perbandingan antara jumlah pipe support yang dilepas terhadap rasio tegangan pada nozzle dan reinforcement pad... 129 xv
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Data sheet slug cacther... 137 Lampiran 2 Procces Flow Diagram ORF... 140 Lampiran 3 Piping and Instrument Diagram Slug cacther... 141 Lampiran 4 Gambar plot plan ORF... 142 Lampiran 5 Tabel construction stell for non corroded service... 143 Lampiran 6 Saddle standard drawing... 144 Lampiran 7 Pipe support detail di sekitar nozzle gas inlet slug cacther... 145 Lampiran 8 Contoh gambar isometrik perpipaaan ORF... 148 Lampiran 9 Koefisien pengali volume shell (Tabel 418 Megysey)... 149 Lampiran 10 Koefisien pengali volume head (Tabel 422 Megysey)... 152 Lampiran 11 Grafik 3C WRC 107... 155 Lampiran 12 Grafik 4C WRC 107... 156 Lampiran 13 Grafik 1C WRC 107... 157 Lampiran 14 Grafik 2C-1 WRC 107... 158 Lampiran 15 Grafik 3A WRC 107... 159 Lampiran 16 Grafik 1A WRC 107... 160 Lampiran 17 Grafik 4A WRC 107... 161 Lampiran 18 Grafik 2A WRC 107... 162 Lampiran 19 Grafik 4B WRC 107... 163 Lampiran 20 Grafik 1B WRC 107... 164 Lampiran 21 Grafik 2B WRC 107... 165 Lampiran 22 Grafik 3B WRC 107... 166 Lampiran 23 Operasi Software Autopipe... 167 Lampiran 24 Operasi Software PV Elite... 173 Lampiran 25 Laporan Perhitungan WRC 107... 177 Lampiran 26 Gaya dan momen pada kasus pelepasan pipe support... 186 Lampiran 27 Gambar teknik slug cacther... 192 xvi
DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN A A A 1 A 2 A 41 A 42 A 5 b b BA BFx BFy C CA Ch d D p f f 1 f 2 f 3 f 4 f 1 FB FT FS F W Fy h h H xl H xr H yl H yr Ii Io K K Luas penguat yang dibutuhkan Jarak garis tangen kiri ke saddle kiri Luas yang tersedia pada shell Luas yang tersedia pada nozzle Luas yang tersedia di pengelasan antara nozzle dan reinforcement pad Luas yang tersedia di pengelasan antara reinforcement pad dan shell Luas yang tersedia di reinforcement pad Lebar saddle Tinggi dari plat ke pusat lubang pin Area bearing Gaya lengkung pada arah x axis Gaya lengkung pada arah y axis Titik pusat gravitasi dihitung dari garis tangen kiri Corrosion allowance Ketebalan las leg Radius dalam nozzle dalam keadaan terkorosi Radius luar reinforcement pad Faktor pengurangan tegangan Faktor pengurangan kekuatan nozzle dan shell Faktor pengurangan kekuatan nozzle dan shell Faktor pengurangan kekuatan nozzle dan reinforcement pad Faktor pengurangan kekuatan nozzle dan reinforcement pad Faktor pengurangan kekuatan nozzle dan shell Tegangan lengkung yang diijinkan Tegangan yang diijinkan pad Tegangan geser yang diijinkan Tegangan pengelasan maksimum yang diijinkan Tegangan yield Panjang dari lug Panjang head Gaya horisontal arah x (lug kiri) Gaya horisontal arah x (lug kanan) Gaya horisontal arah y (lug kiri) Gaya horisontal arah y(lug kanan) In-plane stress intensification factor Out-of-plane stress intensification factor faktor pengali head elips Faktor tegangan occasional xvii
K K 2 K 3 K 6 K 7 Kn Kb L Leg Ln MC Mch M cs M h ML M i M o M pipa M pad MT M s M sf MAWP MAPNC M Φ N i N N Φ P P P P b P m P L P l Q Q R R n konstanta saddle konstanta saddle konstanta saddle konstanta saddle konstanta saddle Konsentrasi tegangan tekan atau tarik Konsentrasi tegangan lengkung Panjang garis tangen lebar kaki las Jarak dari tangen line ke titik berat tiap komponen Momen sirkumferensial Berat kondensat dalam head Berat kondensat dalam shell Berat head Momen longitudinal In-plane bending moment Out-of-plane bending moment Berat pipa Berat reinforcement pad Momen torsional Berat shell Berat straight flange Maximum allowable working pressure Maximum allowable pressure new and cold Momen lengkung pada dinding shell pada arah sirkumferensial Gaya membran pada dinding shell pada arah sirkumferensial Jumlah lifting lug Gaya membran pada dinding shell pada arah sirkumferensial Tekanan internal Beban sling Beban radial Tegangan lengkung primer lokal Tegangan membran primer global Panjang sambungan las Tegangan membran primer lokal Beban terbesar pada saddle Total tegangan sekunder Radius dalam shell kondisi terkorosi Radius dalam nozzle pada kondisi terkorosi xviii
R o Radius luar shell R m Radius rata-rata shell S Tebal yang diijinkan oleh shell S 1 Tegangan lengkung longitudinal S 2 Tegangan geser tangensial S 4 Tegangan sirkumferensial pada horn saddle S 5 Tegangan sirkumferensial pada shell bagian bawah S Tegangan maksimum yang diijinkan pada kondisi lingkungan S a Tegangan yang diijinkan untuk ekspansi termal S a Tegangan maksimum yang diijinkan pada kondisi temperatur operasi SA Area geser Sb Resultan tegangan akibat beban lentur S c Tegangan pada pipa dalam keadaan dingin S Fy Gaya geser pada arah y axis S h Tegangan pada pipa dalam keadaan temperatur tertentu S l Tegangan sustain yang terhitung S lf Skew load factor S mh Tegangan yang diijinkan pada kondisi operasi S mc Tegangan yang diijinkan pada kondisi lingkungan S mav g Tegangan rata-rata (S mh + S mc )/2 S t Tegangan puntir T Tebal wear plate T f Gaya tarik t n Tebal nominal pipa nozzle (nozzle neck) t r Tebal minimum shell dan head t rn Tebal minimum pipa nozzle t s Tebal nominal shell V h Volume head V pad Volume reinforcement pad V s Volume shell V sf Volume straight flange VC Gaya geser sirkumferensial VL Gaya pada lifting lug kiri VL Gaya geser longitudinal VR Gaya pada lifting lug kanan W h Ketebalan las WT Berat ereksi slug cacther Z Modulus elastisitas pipa α Sudut sling ( 0 ) xix
Φ Sudut swing ( 0 ) σbx Tegangan lengkung pada sumbu horisontal axis x σby Tegangan lengkung pada sumbu horisontal axis y σt Tegangan tarik σs Tegangan karena tekanan internal xx