BAB V ANALISA HASIL 5.1. Evaluasi Perhitungan Secara Manual 1. Tegangan-tegangan utama maksimum pada pipa. Dari hasil perhitungan awal dapat diketahui data-data sebagai berikut : - Diameter luar pipa (Do) = 114.3 mm - Tebal dinding pipa atau schedule (t) = 8.6 mm (sch 80) - Tekanan desain fluida (P) = 1350 psi = 93 bar = 9.3 Mpa a) Tegangan utama longitudinal (Longitudinal principal stress) (LPS), yaitu tegangan yang bekerja sepanjang garis sumbu pipa, tegangan ini disebabkan oleh pembengkokan, beban gaya aksial atau tekanan. LPS = P. Do 4t = 9,30 x 114.3 = 30.9 Mpa 4 x 8.6 b) Tegangan utama radial RPS (Radial principal stress), yaitu tegangan yang bekerja pada satu garis mulai dari pusat pipa secara radial sampai ke dinding pipa, tegangan ini bersifat tegangan tekan bila disebabkan oleh tekanan dalam pipa dan tegangan ini bersifat tegangan tarik bila tekanan dalam pipa hampa (vacum pressure) RPS = Tekanan desain fluida (P) RPS = 9.3 Mpa 64
c) Tegangan utama circumferensial CPS (Circum ferential principal stress) atau disebut juga sebagai Hoop stress, tegangan ini bekerja tegak lurus terhadap tegangan longitudinal dan tegangan radial. Tegangan ini bertendensi membelah dinding pipa dalam arah melingkar pipa dan tegangan ini disebabkan tekanan dari dalam pipa. CPS = P. Do 2t = 9.30x 114.3 = 61.8 MPa 2 x 8.6 Dari semua tegangan-tegangan utama maksimum yang terjadi pada jalur pipa tersebut yang paling besar adalah harga tegangan utama circum ferensial (CPS) yaitu 95,11 MPa. Sehingga jalur pemipaan dari sumur pengeboran gas menuju pipa distribusi akan dinyatakan aman apabila harga CPS tidak melebihi batas yield strength material pipa tersebut pada temperatur yang sama. 2. Tegangan geser maksimum MS (maximum shear stress) yaitu harga rata-rata dari tegangan yang paling besar dikurangi dengan tegangan yang paling kecil dan dibagi dua. MS = CPS-RPS = 61.8 30.9 = 15.45 MPa 2 2 Dan jalur pemipaan dari sumur pengeboran gas menuju pipa distribusi akan aman bila harga tegangan geser maksimum MS tidak melebihi batas yield strength material pipa tersebut pada temperatur yang sama. 3. Tegangan maksimum yang diizinkan (allowable displacement stress range) (S a ), yaitu batasan tegangan maksimum yang diizinkan yang terjadi akibat pemuaian atau penyusutan karena terjadi perbedaan temperatur pada saat sistem beroperasi. 65
S a = f (1,25 S c + 0,25 S h ) Mpa Pada temperatur desain = 93 0 C S c S h = 30.000 psi = 206,84 Mpa = 28.400 psi = 195,81 Mpa Jumlah Siklus 10 tahun = 1 x 365 x 10 = 3650 f = 1 ( untuk siklus kurang dari 7.000 Tabel 2.2) Jadi : S a = 1 (1.25 x 206,84 + 0.25 x 195,81 ) S a = 307.5 Mpa Tegangan maksimum yang diizinkan untuk pembebanan yang jarang terjadi seperti gempa bumi dan badai : S = 1.33 x tegangan maksimum yang diizinkan S = 1.33 x 307.5 Mpa S = 408,98 Mpa Tegangan maksimum berdasarkan kekuatan material pipa. Berdasarkan uraian pada Bab III didapat jenis material pipa yang digunakan adalah A 106 Grade B, yang memiliki batas tegangan luluh material (maximum yield strength) = 3.5000 psi= 241 MPa. Dari hasil perhitungan tegangan secara manual yang telah dilakukan dengan menggunakan data-data dari perhitungan diameter pipa, ketebalan dan jenis material yang digunakan diperoleh harga maksimum pada CPS = 129,81 MPa. Harga tersebut masih berada di bawah tegangan maksimum yang diizinkan (S a ) = 307,5 MPa. Sedangkan harga tegangan maksimum yang diizinkan akibat pemuaian dan penyusutan pada siklus yang berulang masih di bawah harga batas 66
tegangan luluh material (maximum yield strength) = 3.5000 psi= 241 Mpa. Sehingga jalur pemipaan dari sumur pengeboran gas menuju pipa distribusi tidak terjadi tegangan yang berlebih (overstress) dan aman bagi fasilitas migas dan lingkungan sekitarnya. 5.2. Evaluasi Perhitungan Program Caesar II Dalam melakukan perhitungan dengan program Caesar II didapat hasil output gaya, momen dan tegangan pipa pada saat sistem beroperasi, yang besarnya bervariasi sesuai dengan jenis material yang digunakan, besar temperatur, tekanan dan tingkat fleksibilitas jalur tersebut. Hasil perhitungan tersebut di dasarkan atas tiga kondisi pembebanan yaitu : 1. Pembebanan karena berat material dan berat fluida ( W ) 2. Pembebanan karena pengaruh temperatur disain ( T1 ) 3. Pembebanan karena pengaruh Tekanan disain ( P1 ) 1. Dari ketiga kondisi pembebanan tersebut akan dikombinasikan dalam suatu perhitungan tegangan, sehingga didapat harga maksimum dari hasil analisis tersebut. Kemudian hasil tersebut akan dibandingkan dengan harga maksimum tegangan yang diijinkan (allowable displacement stress range) yang dihitung secara manual sesuai setandard ASME B31,3. Jadi untuk tegangan maksimum hasil perhitungan kalkulasi Caesar pada tegangan Sustain & Expansion: - Tegangan Sustain W+P1 sebesar 102.4, 74,3% dari batas tegangan yang di ijinkan sebesar 137.9 MPa 67
- Tegangan Sustain W+P2 sebesar 85.8 MPa, 62.2% dari batas tegangan yang di ijinkan sebesar 137.9 MPa - Tegangan Expansion L5=L2-L3 sebesar 90.2 Mpa, 31.3% dari batas tegangan yang di ijinkan sebesar 288.2 MPa. Data-data yang didapat dari hasil analisis tegangan dengan menggunakan program Caesar II pada jalur pemipaan sumur pengeboran gas menuju pipa distribusi seperti di bawah ini: Gaya maksimum diakibatkan oleh tekanan gaya akibat ekspansi pipa dari arah sumur pengeboran gas menuju pipa distribusi. Adapun arah gaya pada posisi Y (searah dengan gaya gravitasi bumi). Sedangkan arah gaya pada posisi sumbu X dan Z = 0 (tidak ada beban yang berarti). Hal ini terjadi karena pipa dapat berekspansi pada arah sumbu X dengan bebas tanpa ada hambatan. Sedangkan besar harga ekspansi pada arah sumbu Z relatif kecil antara sumur pengeboran gas menuju pipa distribusi. 68