BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Indonesia merupakan salah satu negara yang kaya akan sumber daya alam (SDA). Sebagian besar dari wilayah kepulauan Indonesia memiliki banyak cadangan minyak bumi dan gas alam yang melimpah. Oleh karena itu, para pihak yang melakukan eksplorasi dan eksploitasi sumber daya gas alam berkepentingan membangun jaringan pipa gas untuk mengalirkan gas dari sumber/tambang gas menuju daerah yang akan mengkonsumsi gas tersebut. Pada area tersebut gas akan digunakan sebagai sumber energi bagi industri, pabrikpabrik, pembangkit listrik dan keperluan rumah tangga. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu infrastruktur khusus yang berfungsi untuk mentransmisikan gas tersebut. Infrastruktur transmisi gas, terutama untuk antar pulau dengan jarak jauh, yang saat ini sedang naik daun adalah dengan jaringan pipa bawah laut. Jaringan pipa ini lama kelamaan dapat menggeser peran kapal LNG transporter yang selama ini telah digunakan. Jaringan pipa dianggap lebih praktis, dengan biaya pembangunan awal yang sangat besar, akan tetapi biaya operasional dan perawatan yang rendah ditambah usia operasional yang relatif panjang. Hingga saat ini, terdapat ribuan mil jaringan pipa bawah laut yang telah dibangun di berbagai daerah atau negara antara lain, Teluk Meksiko AS, Laut Mediterrania, Laut Utara, dan di berbagai pelosok benua Eropa, Amerika, Afrika, Asia maupun Australia. Jaringan pipa transmisi bawah laut merupakan suatu infrastruktur yang membutuhkan perencanaan yang matang dan membutuhkan biaya yang mahal. Jaringan pipa ini didesain untuk kuat terhadap gaya gaya yang bekerja padanya, baik pada saat instalasi maupun setelah beroperasi, dan didesain untuk beroperasi dengan umur operasional tertentu. Gambar 1.1 dan 1.2 menunjukkan ilustrasi jaringan pipa transmisi bawah laut dan jaringan pipa transmisi gas antar pulau yang telah ada. PIPA TRANSMISI SSWJ-II PT PGN,Tbk 1-1
Gambar 1.1 Skema jaringan pipa transmisi gas. Gambar 1.2 Jaringan pipa transmisi gas SSWJ-II milik PT PGN, Tbk. PIPA TRANSMISI SSWJ-II PT PGN,Tbk 1-2
Penyempurnaan perencanaan teknis dan pelaksanaan konstruksi jaringan pipa bawah laut dibutuhkan untuk menyesuaikan dengan kondisi alam laut pada lokasi, dan tentunya optimasi biaya dan peningkatan tingkat keselamatan bagi sistem jaringan pipa transmisi gas tersebut. Proses perencanaan dan konstruksi yang baik harus dapat menjamin integritas pipa, baik ketika instalasi maupun setelah beroperasi hingga batas usia yang telah ditentukan. Pada saat beroperasi, ketika pipa tergeletak di dasar laut, pipa akan mengalami gaya gaya hidrodinamika akibat gelombang dan arus, perubahan/pergerakan seabed, korosi akibat lingkungan air laut yang bersifat korosif, tekanan dan temperatur fluida yang ditransportasikan, hingga gaya gaya luar seperti gaya tumbukan jangkar ataupun gaya dari jaring penangkap ikan. Pokok bahasan kali ini, akan membahas dampak terhadap pipa akibat free span atau bentangan bebas yang akan terekspos terhadap gaya gaya hidrodinamika. Free span terjadi akibat ketidak rataan permukaan seabed sehingga pipa tidak dapat mengikuti kontur tersebut karena fluktuasi kontur tersebut lebih kecil dari radius kurvatur natural dari pipa tersebut. Selain itu, free span pada pipa juga dapat disebabkan oleh adanya proses scouring atau penggerusan pada seabed dimana pipa tersebut tergeletak. Dengan adanya free span ini, maka pipa akan memiliki gap terhadap seabed dari bottom of pipe (BOP). Gaya hidrodinamika yang akan menumbuk atau melewati free span pipa dapat menyebabkan pipa bervibrasi akibat fenomena Vortex Induced Vibration (VIV). Selain itu, jika panjang free span jauh melebihi kriteria tegangan lelehnya pada kondisi statis, maka akan menjadi beban yang sangat berat bagi span pipa tersebut karena dikhawatirkan pipa akan mencapai tegangan plastisnya. Vibrasi pada pipa menjadi momok yang menakutkan bagi operator jaringan pipa karena berisiko tinggi menyebabkan kegagalan pada sistem jaringan pipa. Kegagalan yang terjadi ini disebabkan oleh vibrasi yang menyebabkan pipa mengalami kelelahan atau fatigue. Oleh karena itu, untuk mengatasi masalah free span, maka dapat dibangun struktur penopang maupun dengan rock berm (tumpukan batu). PIPA TRANSMISI SSWJ-II PT PGN,Tbk 1-3
1.2 TUJUAN PENULISAN Secara umum, Laporan Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi syarat kelulusan jenjang S 1 pada Program Studi Teknik Kelautan, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung. Secara khusus, bahasan dari Laporan Tugas Akhir ini adalah analisis fenomena free span pada sistem jaringan transmisi gas bawah laut. Free span ini disebabkan oleh ketidakrataan permukaan kontur seabed, baik akibat melewati lubang (low depression) atau melewati lembah. Bahasan utama lainnya adalah metoda penanggulangan free span dengan pembangunan struktur penopang pada bentang bebas tersebut. Ketika terjadi free span, pipa secara statis akan mengalami defleksi akibat beban pipa itu sendiri yang dapat menyebabkan keruntuhan leleh, ketika tegangan yang terjadi pada pipa melebihi tegangan leleh atau tegangan plastisnya. Untuk dampak secara dinamis, ketika terjadi free span pipa akan mengalami vibrasi akibat gaya hidrodinamika yang bekerja pada bentag bebas pipa tersebut, yang dikenal dengan fenomena Vortex Induced Vibration (VIV). Terjadinya VIV ini kemudian dapat menyebabkan keruntuhan fatigue atau kelelahan pada pipa. Fenomena VIV ini terjadi akibat terbentuknya vortex yang terbentuk di belakang pipa yang membelakangi arah aliran arus yang membentur pipa. Dengan adanya vortex pada bagian belakang pipa ini maka tekanan pada area tersebut menjadi lebih kecil daripada tekanan di area depan pipa. Hal ini yang akan menyebabkan vibrasi. Dari penjelasan umum diatas, maka jelas bahwa free span merupakan suatu threat atau ancaman bagi suatu sistem jaringan pipa transmisi migas bawah laut. Oleh karena itu, harus dilakukan suatu analisis tentang kondisi free span ini terhadap gaya gaya yang mungkin terjadi, untuk kemudian dijadikan acuan untuk pengambilan keputusan metoda penanggulangannya maupun abandonment (pengabaian). Seluruh perhitungan teknis untuk pipa bawah laut yang dilakukan dalam Tugas Akhir ini berdasar pada kode standar DnV 1981 Rules for Submarine Pipelines, DnV OS F101 Submarine Pipelines System dan DnV RP F 105 Free Spanning Pipelines. Sedangkan untuk perhitungan teknis untuk struktur penopang berdasarkan kode standar untuk struktur baja lepas pantai API RP2A dan DnV OS C201 Offshore Structure Design (LRFD method). PIPA TRANSMISI SSWJ-II PT PGN,Tbk 1-4
1.3 RUANG LINGKUP PEMBAHASAN Jaringan pipa transmisi gas bawah laut yang dijadikan studi kasus pada Tugas Akhir adalah jaringan pipa transmisi gas South Sumatra West Java phase II (SSWJ II) milik PT Perusahaan Gas Negara, Tbk. Jaringan ini merupakan sistem yang sudah selesai diinstalasi pada akhir Mei 2007 dan telah berada dalam masa operasi. Adanya free span pada jaringan pipa terdeteksi pada proses inspeksi dan commisioning sebelum pipa siap dioperasikan. Berikut ini adalah ruang lingkup pembahasan masalah pada Tugas Akhir ini: Struktur pipa yang dianalisis merupakan pipa silinder horizontal dengan diameter relatif kecil terhadap panjang gelombang. Arus laut diasumsikan arus steady dan diambil nilai maksimumnya untuk tiap parameter. Gaya hidrodinamika akibat gelombang laut dihitung berdasarkan Teori Morrison. Kondisi tanah pada seabed adalah tanah kohesif (lempung/clay) dan tanah non kohesif (pasir/sand). Analisis hanya dilakukan pada satu (1) buah bentang bebas (free span). Analisis fatigue yang dihitung dalam Tugas Besar ini, sejauh umur sisa layan akibat fatigue dan jumlah sisa siklus osilasi akibat VIV secara signifikan. Analisis dinamik hanya sebatas penghitungan frekuensi natural pipa dan struktur penopang serta kemungkinan terjadinya resonansi gabungan. Seluruh perhitungan, analisis dan pembahasan akan dilakukan berdasarkan kode satndar yang berlaku untuk struktur pipa bawah laut dan struktur baja lepas pantai. Untuk pipa bawah laut, mengacu pada kode standar DnV 1981 Rules for Submarine Pipelines, DnV OS F101 Submarine Pipelines System dan DnV RP F 105 Free Spanning Pipelines. Sedangkan untuk untuk struktur penopang mengacu pada kode standar untuk struktur baja lepas pantai API RP2A dan DnV OS C201 Offshore Structure Design (LRFD method). PIPA TRANSMISI SSWJ-II PT PGN,Tbk 1-5
1.4 SISTEMATIKA PENULISAN Penulisan Laporan Tugas Akhir ini akan dibagi bagi menjadi beberapa bab bab sebagai berikut: Pada bab ini dijelaskan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan Laporan Tugas Akhir, Ruang lingkup pembahasan, dan sistematika penulisan Laporan Tugas Akhir. BAB 2 TEORI DASAR Pada bab ini dijelaskan tentang berbagai teori dasar yang digunakan sebagai dasar perhitungan dan analisis dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Teori dasar yang akan dibahas mencakup teori gelombang laut linear dan turunannya, teori gaya gelombang, teori dasar mekanika teknik, teori dasar VIV dan teori dasar fatigue. BAB 3 ANALISIS PIPE FREE SPAN Pada bab ini akan dijelaskan mengenai deskripsi umum mengenai fenomena free span, yang dilanjutkan dengan berbagai analisis yaitu; analisis data lingkungan, analisis pipa di atas seabed, analisis gaya hidrodinamika, analisis pipeline free spanning, analisis dinamik free span pipa, dan analisis fatigue. BAB 4 STUDI KASUS Pada bab ini akan dijabarkan tentang deskripsi umum masalah free span yang terjadi pada jaringan pipa SSWJ II, yang dilanjutkan dengan analisis data desain, analisis kestabilan pipa dan VIV, serta desain struktur pipe span support. Analisis respon dinamik struktur support dibahas dalam bab ini. BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Pada bab ini merupakan penutup dari Laporan Tugas Akhir ini yang berisi kesimpulan dan saran. PIPA TRANSMISI SSWJ-II PT PGN,Tbk 1-6