BAB III DATA PEMODELAN SISTEM PERPIPAAN Dalam pemodelan sistem perpipaan diperlukan data-data pendukung sebagai input perangkat lunak dalam analisis. Data yang diperlukan untuk pemodelan suatu sistem perpipaan adalah: 1. Material balance: diperlukan untuk menentukan kondisi operasi pipa. 2. Process and instrumentation diagram (P&ID): diperlukan untuk pemahaman arah aliran dan membantu dalam menentukan kondisi operasi pipa 3. Line List/ Line Index: merupakan daftar nama-nama pipa sebagai indikasi semua pipa yang ada dalam kilang. 4. Piping plan: Sangat membantu insinyur untuk memahami sistem pipa. Piping plan sendiri merupakan dasar untuk membuat isometrik pipa. 5. Isometrik pipa (pipe isometric): memuat material, diameter, schedule, dan panjang pipa. Selain itu juga memuat spesiflkasi valve, flange, reducer dan komponen lain yang diperlukan dalam pemodelan. 6. Spesiflkasi isolasi pipa (specification for hot insulation) 7. Standar tumpuan (support standard) 8. Tumpuan khusus (special standard) 9. Data sheet peralatan 10. Data peralatan yang terhubung dengan pipa 11. Data hasil pengukuran getaran Data ini kemudian akan diolah menjadi input rancangan model sistem perpipaan pada CAESAR II.5.1 dan AFT-IMPULSE. 3.1 Material Balance (PFD) Material balance berisikan tingkat keadaan pada suatu sistem pipa yang diberi dengan kode nomor. Tingkat keadaan ini membantu dalam penentuan kondisi operasi sistem pipa yaitu tekanan dan temperatur. Data pemodelan lain yang dapat diambil dari material balance adalah massa jenis fluida. Material balance diampirkan pada lampiran A1-A3 pada bagian lampiran. Istilah lain material balance dapat ditemukan dalam diagram alir yang dikenal dengan PFD (Process Flow Diagram) 3.2 Process and Instrumentation Diagram (P&ID) P&ID merupakan gambar atau skema yang berisi simbol-simbol peralatan, instrumen, dan gambaran sistem pipa serta catatan-catatan lain yang menyangkut data sistem pipa tersebut. P&ID juga memberikan kemana aliran fluida dalam suatu sistem perpipaan. Pipa yang disimbolkan dengan garis pada P&ID bukan merupakan jalur pipa sebenarnya. Pada P&ID 104
panjang dan elevasi pipa juga belum ditentukan, namun menjadi dasar pembuatan piping plan. P&ID dilampirkan pada lampiran A4-A5 bagian lampiran. 3.3 Line List/ Line Index Pipa akan memiliki sistem penamaan khusus yang memberikan ciri akan material, rating (class), service fluids, faktor korosi yamg dikenal luas sebagai material class. Daftar indek ini akan memberikan semua informasi proses dan perpipaan, masuk didalamnya, ukuran pipa dengan kelasnya, temperatur dan tekanan, jenis fluida, rujukan nomor P&ID. Daftar indek untuk minimum flow Boiler Feed Water dilampirkan pada lampiran A-6. 3.4 Piping Plan Piping plan sebenarnya adalah pandangan atas dari sistem perpipaan. Piping plan memuat banyak informasi sebagai dasar pembuatan isometrik pipa. Data-data yang telah ada pada piping plan diantaranya adalah panjang, kelas, elevasi pipa, rating katup, reducer, dan flange. Piping plan dilampirkan pada lampiran B1 bagian lampiran. 3.5 Piping Isometric Data-data yang dimuat dalam isometrik pipa adalah: 1. Arah mata angin 2. Bahan pipa 3. Panjang pipa 4. Diameter dan schedule pipa 5. Spesiflkasi flange, valve,dan reducer dan komponen lain. Data-data diatas sangat diperlukan dalam pemodelan. Untuk spesiflkasi flange, reducer, valve dan jenis tumpuan pada isometrik pipa bisanya belum lengkap. Standar data akan menambah informasi lebih lengakap mengenai spesiflkasi komponen-komponen tersebut. Biasanya isometrik ini diringkas lagi menjadi piping stress sketch yang akan digunakan sebagai dasar pemodelan dan analisa. Hasil pemodelan CAESAR dilampirkan pada lampiran B2-B4. 3.6 Piping Plan Spesiflkasi Isolasi Pipa (Specification for Hot Insulation) Isolasi pipa berguna untuk mencegah panas fluida terbuang ke lingkungan. Isolasi dalam pembebanan sebenarnya hanya memberi beban berat terhadap pipa itu sendiri. Data yang diperlukan dari isolasi pipa adalah tebal dan massa jenisnya. Data mengenai isolasi diperoleh dari spesiflkasi isolasi (specification for hot insulation). 3.7 Standar Tumpuan Pipa (Standard Pipe Support) Standar tumpuan berisikan gambar detail tumpuan yang dapat memberikan gambaran kondisi tumpuan di lapangan. Standar tumpuan membantu insinyur dalam pemodelan tumpuan pada perangkat lunak. Terutama dalam penentuan jenis tumpuan dan gap pada arah-arah sumbu x,y, dan z. Beberapa contoh tumpuan dilampirkan pada lampiran C1-C3. 105
3.8 Tumpuan Khusus (Special Pipe Support) Semua gambar penumpu pipa yang tidak ada dalam standar disebut tumpuan khusus, beberapa tumpuan khusus ini biasanya terkait dengan gambar-gambar struktur baik punya sipil maupun memang dirancang karena kebutuhan beban tertentu, keterbatasan akses termasuk karena fungsinya yang khusus seperti sway brace (tumpuan ayun) yang berfungsi untuk mengurangi besaran getaran (dampener) pada pipa. Contoh gambar dilampirkan pada lampiran C4. 3.9 Data Sheet Peralatan (Equipment Data Sheet ) Semua komponen pemipaan termasuk mesin adan peralatan proses yang dibutuhkan pada tahap perancangan harus disiapkan karena data sheet ini menjadi rujukan bagi supplier atau vendor untuk menyiapkan bahkan merancangnya. Contoh data sheet dilampirkan dalam lampiran D1-D2. 3.10 Data Peralatan (Equipment Data ) Peralatan yang terhubung dengan pipa pada saat beroperasi pada temperature operasi akan mengalami ekspansi. Besar ekpansi ini sangat diperlukan saat pemodelan. Beban pada nozzle peralatan seperti nozzle pompa, heat exchanger dan boiler memiliki batas izin beban yaitu batasan beban gaya dan momen. Sistem perpipaan didesain agar tidak memmbulkan beban pada nozzle melebihi beban izinnya nozzle (nozzle allowable load). Gambar pompa, katup ARV dan BPR ada pada lampiran D3-D5. 3.11 Data Pengukuran Getaran Data hasil pengukuran sebagai langkah awal penilaian besarnya getaran yang terjadi sangat mutlak diperlukan untuk bisa melanjutkan analisis getaran. Gambar pada lampiran B3-B4 jika disederhanakan tampak seperti gambar berikut: Gambar 58 Jalur pipa minimum flow BFW 106
Pengukuran getaran dilakukan pada 7 titik lokasi seperti terlihat pada gambar, dimana getaran terbesar terjadi pada titik no. 4 tepat di titik pencabangan (tee) berada di atas batas koreksi. Gambar 59 Hasil plot data vibrasi terhadap kurva wachel Dominan getaran dalam arah vertikal (y) dengan frekuensi 19.4 Hz dan simpangannya 0.461 mm. Data hasil plot pengukuran yang lain dapat dilihat pada lampiran E. 3.12 Komponen Pipa Dalam P&ID dan daftar indek dapat diketahui bahwa kelas material untuk minimum untuk air umpan boiler ini adalah 6CS1S yang memiliki base material baja karbon., yang memiliki rating 600 lb, corrosion allowance 1,3 mm, mampu tahan sampai temperatur 425 C dengan maksimum tekanan 44,7 Kg/cm 2 seperti tampak pada gambar dibawah. Untuk komponen-komponen pipa lainnya ada dilampiran F. 107
Gambar 60 Material class BFW 3.12.1 Data pipa dari lampiran-f 3.12.2 Data properti air Temperature deg.c 120 Vapor pressure ata 2,02 =H2O_Pvap(t) +/-0.033% (-50<t<Tc) Density kg/m3 942,84 =H2O_Density(t) +/-0.066% (-13<t<Tc) Viscosity cp 0,23 =H2O_Vis(t) +/- 0.02% (0<t<100C), +3/-0.02% (100C<t<Tc) Specific heat kcal/kg.c 1,01 =H2O_Cp(t) +0.25/-0.04% (0<t<Tc) Thermal conductivity kcal/m.h.c 0,59 =H2O_ThermCon(t) +0.12/-1.6% (0<t<Tc) Surface tension dyne/cm 54,97 =H2O_SurfTen(t) +/- 0.4% (0<t<350C), +2.0/-0.4% (350C<t<Tc) Tabel 3.1 108
3.13 Basis Data dan Properti Sistem Perpipaan Gambar 61a Stream No pada Diagram Alir Sebagai gambaran dibuatkan juga stream no pada layout perpipaan seperti berikut Gambar 61b Stream No pada layout pipa 109
Stream No Gambar 61 Diagram Alir BFW 1 2 3 4 5 6 7 Data Proses (Process Data) Fase fluida Cair Cair Cair Cair Cair Cair Cair Temperatur 120,3 120,3 120,3 120,3 120,3 120,3 120,3 Tekanan mutlak 2 56 56 56 56 56 56 Flow rate (massa) 836,9 836,9 216,8 96,7 96,7 96,7 546,7 Flow rate 887,6 885,1 230 102,3 102,3 102,3 578,2 Berat molekul 18 18 18 18 18 18 18 942,8 Massa Jenis ρ 942,8 942,8 942,8 942,8 942,8 942,8 Viskositet μ Dinamik 0,229 0,229 0,229 0,229 0,229 0,229 0,229 Data Perpipaan (Piping Data) Material pipa A106 Gr. B A106 Gr. B A106 Gr. B A106 Gr. B A106 Gr. B A106 Gr. B A106 Gr. B Modulus Elastisitas Dingin 203469,21 203469,21 203469,21 203469,21 203469,21 203469,21 203469,21 203469,21 203469,21 Modulus Elastisitas Panas 196972,71 196972,71 196972,71 196972,71 196972,71 196972,71 196972,71 196972,71 196972,71 Modulus borongan (bulk) 22127,00 22127,00 22127,00 22127,00 22127,00 22127,00 22127,00 22127,00 22127,00 Tekanan desain (maksimum) 78,00 78,00 78,00 78,00 78,00 78,00 78,00 78,00 78,00 Tekanan operasi 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00 60,00 Temperatur desain (maksimum) 148,00 148,00 148,00 148,00 148,00 148,00 148,00 148,00 148,00 Temperatur operasi 120,00 120,00 120,00 120,00 120,00 120,00 120,00 120,00 120,00 NPS pipa 24 10 8 8 10 16 16 16 16 Tebal dinding Pipa 17,48 9,27 8,18 8,18 9,27 12,7 12,7 12,7 12,7 Sch 60 XS XS XS XS 60 60 60 60 Tebal dinding Pipa 24,61 12,7 12,7 12,7 12,7 16,66 16,66 16,66 16,66 Diameter Luar Pipa 609,4 273,05 219,08 219,08 273,05 406,4 406,4 406,4 406,4 Diameter Dalam Pipa 560,18 247,65 193,68 193,68 247,65 373,08 373,08 373,08 373,08 Luas Area 246459,23 48168,88 29461,81 29461,81 48168,88 109318,54 109318,54 109318,54 109318,54 Faktor gesekan 0,03 0,04 0,03 0,04 0,05 0,16 0,16 0,16 0,03 Bilangan Reynold 2307,38 5219,24 6673,61 1729,16 1352,33 400,31 400,31 400,31 2263,18 Drop-tekanan/ 100m 2,8548E- 08 1,89196E- 06 6,05151E- 06 4,31978E- 07 1,61602E- 07 1,39917E- 08 1,39917E- 08 1,39917E- 08 9,24903E- 08 Kecepatan fluida 0,00100 0,00512 0,00837 0,00217 0,00133 0,00026 0,00026 0,00026 0,00147 Tabel 3.2 Data lengkap ada dilampiran-f2 110
3.14 Perhitungan ARV dan BPR (Sizing) Berkaitan dengan besarnya drop tekanan dari jalur utama (main line) menuju jalur minimum flow (bypass line) maka peranan ARV dan BPR menjadi sangat penting. Jika tekanan dibagian hilir bypass ARV setelah drop tekanan terjadi ini tidak dikontrol tekanannya maka bisa turun drastis lebih rendah dari tekanan uapnya dan akan menyebabkan kavitasi, flasing untuk kemudian menyebabkan kerusakan baik terhadap trim katupnya sendiri maupun sistem perpipaan akibat getaran yang berlebih. Informasi yang diperlukan untuk pemilihan ARV berangkat dari kebutuhan dan batasan proses seperti tampak pada gambar diatas bahwa tekanan di bagian hilir harus sedemikian rupa dijaga tidak boleh melebihi 3,5 Kg/cm2G karena harga ini merupakan batasan maksimum tekanan desainnya bejana tekan (daerator), akan tetapi perlu menjadi batasan juga bahwa tekanan uap untuk air pada temperatur 120 C tekanan uapnya adalah 1.03 Kg/cm2G. Artinya bahwa range kerja tekanan pada jalur minimum flow ini sangat ketat untuk bisa bekerja dengan baik yakni harus berada diantara 1,03 3,5 Kg/cm2G, dan menjadi tugasnya ARV dan BPR untuk menjaga dan mengontrolnya. Perhitungan dan pemilihan ARV dan BPR ini biasanya menjadi scope vendor, akan tetapi bisa juga dilakukan dengan alat bantu yang telah disiapkan oleh vendor. Saat ini khusus untuk ARV buatan Yarway telah memberikan fasilitas untuk melakukan sizing sendiri dengan mengakses secara online dengan alamat web http://sizing.tycovalves.com/arcsizing, Walaupun dihitung secara otomatis akan tetapi beberapa informasi harus disiapkan terlebih dahulu. Beberapa parameter yang dibutuhkan untuk menghitung ARVadalah: 111
Jika semua data atau informasi ini sudah tersedia maka tinggal diisikan dan nanti akan dihitung secara otomatis oleh vendor software, hasil akhir akan nampak seperti berikut: Tampak dari hasil sizing diperkirakan fenomena kavitasi akan terjadi oleh karena itu tidak bisa hanya dengan memang ARV karena drop tekanannya sangat besar dan disarankan untuk memasang BPR secara bersamaan. Form yang lengkap hasil perhitungan dan detil gambar ARV dan BPR ada dilampiran-d5 dan D6. 112
3.15 Diagram Alir Penelitian 113