BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada dunia industri terutama industri kimia dan perminyakan banyak proses yang berhubungan dengan perubahan satu material ke material yang lain baik secara kimia maupun non kimia. Proses ini memerlukan tempat (peralatan) yang dapat menangani material dalam jumlah yang banyak dengan beragam konstruksi tergantung pada karakteristik material (fisik maupun kimia) yang ditanganinya. Bejana tekan (pressure vessel) merupakan salah satu peralatan utama dari proses yang digunakan untuk menangani proses industri tersebut dengan modifikasi yang beragam sesuai dengan keperluan. Dikarenakan mempunyai fungsi yang beragam, pada dunia industri, bejana tekan memiliki nama yang beragam. Sebagai contoh istilah destilator merupakan bejana tekan dimana didalamnya terdapat proses kimia atau sebagai penyimpan. Istilah lainnya adalah separator yang berfungsi sebagai pemisah uap dan cairan atau memisahkan cairan yang memiliki berat jenis yang berbeda dan masih banyak lagi nama dari bejana tekan yang digunakan pada industri. Defenisi bejana tekan menurut ASME VIII Divisi I (Boiler and Pressure Vessel ) adalah sebuah wadah berisi zat yang tekanan eksternal maupun internal. Tekanan tersebut biasa berasal dari sumber langsung maupun sumber tidak langsung. Selanjutnya, dalam bahasa populer bejana tekan sering hanya disebut sebagai vessel. Bagian-bagian bejana tekan adalah shell, head, dan tumpuan (support). Shell adalah bagian dari bejana tekan yang berfungsi sebagai tempat menampung fluida baik gas maupun cair. Biasanya berbentuk bola, silindris, dan persegi. Head adalah bagian dari ujung shell yang berfungsi sebagai penutup. Bentuknya biasanya setengah bola, elip, kerucut, dan rata (flat). Support adalah bagian dari bejana tekan yang berfungsi sebagai penyangga shell dan head. Jenisnya biasanya berupa beton, baja struktur, kolom, skirt, dan saddle. 1
Berdasarkan posisi shell, bejana tekan dibedakan menjadi bejana tekan vertikal dan horisontal. Posisi shell tergantung pada pertimbangan teknis, fungsional, dan ekonomisnya. Sebagai contoh adalah distilling columns (tangki penyulingan). Efek gaya gravitasi sangat diperlukan untuk proses pemisahan fasa sehingga konstruksi bejana tekan vertikal akan sangat membantu. Pada heat exchanger, pemilihan konstruksi dipengaruhi oleh rute aliran fluida dan pertukaran proses panas yang berlangsung didalamnya. Jika bejana tekan direncanakan dibangun di luar ruangan, beban angin yang dialami oleh bejana tekan vertikal mungkin akan membutuhkan tebal shell yang lebih dan pondasi yang jauh lebih kuat untuk mencegah gejala overturning yang berlebihan. Untuk alasan ini, konstruksi horisontal akan lebih ekonomis. Shell biasanya berbentuk bola, silinder, persegi dan obround (segi empat yang sudut-sudutnya berbentuk kurva). Pemilihan bentuk meliputi pertimbangan teknis, fungsional, dan ekonomis. Untuk tekanan yang sama, bentuk bola memerlukan tebal plat yang hanya setengahnya, tapi proses pembuatannya jauh lebih rumit dan mahal dibanding bentuk silindris. Bentuk head yang ada antara lain setengah bola (hemispherical head), elip (ellipsoidal head), torisperis (torispherical head), kerucut (conical head), dan rata (flat head). Seperti halnya dengan shell, pemilihan bentuk head meliputi pertimbangan teknis-fungsional-ekonomis. Bentuk rata (flat head) lebih mudah dibuat tetapi hanya dapat menahan tekanan rendah. Bentuk hemispherical (setengah bola) lebih kuat tapi pembuatannya rumit dan mahal. Tangki pengaduk biasanya menggunakan bottom head (head bagian bawah) berbentuk rata untuk lebih menjamin keseragaman hasil pengadukan dan mencegah penumbukan pertikel yang diaduk pada dasar shell. Selama beroperasi, bejana tekan ditumpu oleh support (tumpuan) yang berbeda bentuknya. Bejana tekan vertikal yang pendek biasanya ditumpu oleh lug support ataupun leg support dan yang tinggi disebut skirt support, sedangkan bejana tekan horisontal biasanya menggunakan tumpuan sadel (saddle). Shell dan saddle harus dirancang untuk dapat menahan beban baik oleh beban bejana tekan itu sendiri, beban angin, beban gempa sampai batas-batas 2
optimum. Hal ini dikarenakan faktor kondisi alam yang sangat berpengaruh dalam perancangan sebuah bejana tekan terutama yang ukuran sangat besar (kapasitas jutaan liter) atau ketinggian diatas 10 meter, dimana pada ketinggian tersebut kecepatan angin dan daerah gempa harus diperhitungkan faktor ekonomisnya. Bejana tekan dibuat untuk keperluan yang berbeda, antara lain sebagai tempat penyimpanan (storage tank), sarana pengangkut (transportation tank), dan sebagai tempat proses dari rangkaian proses kimia. Hal ini menyebabkan tiap bejana tekan memiliki instrument kelengkapan proses yang berbeda-beda. Bejana tekan untuk proses secara umum memiliki instrument lebih banyak dibanding tangki penyimpanan, misalnya nozzle inlet dan outlet fluida, manhole, indikator tekanan, pressure safety valve, pressure transmitter, indikator temperatur, indikator level dan drain. 1.2 Latar Belakang Penulisan PT. Pertamina (Persero) telah ditunjuk sebagai pemenang tender di BPH Migas dan mendapatkan hak-hak khusus sesuai dengan surat No.034/Kpts/PL/BPH Migas/Kom/III/2006, untuk proyek pembangunan dan pengoperasian segmen pipa gas Gresik - Semarang. Pembangunan dan pengoperasian pipa transmisi gas bumi (Natural Gas Transmission Pipeline) diserahkan kepada PT. Pertamina Gas berbasis dengan keputusan Direktur PT. Pertamina (Persero) kepada Presiden Direktur PT. Pertamina Gas No.540/C00000/2008-S0. Pipeline akan dibangun dari wilayah Gresik, Tuban, Bojonegoro, Cepu, Purwodadi dan berakhir di daerah Semarang, dan direncanakan akan dibangun paralel kanan jalan (right of the way) jalur kereta api Surabaya-Semarang. Kecepatan desain aliran pipa yang akan dikembangkan adalah sampai dengan 390 MMSCFD (maksimum). Ada 4 sumber utama gas yang ditransmisikan, yaitu: 1. Floating Storage Regasification Unit (FSRU) 2. Kepodang Blok (Offshore Gas Field) 3. Mobil Oil Blok Cepu 4. Gundih (Onshore Gas Field) 3
FSRU akan dibangun sekitar 20 km ujung utara Banjir Kanal Timur Semarang. Pembawa LNG yang berfungsi untuk mengangkut LNG dari terminal pemuatan (Terminal Beban dari Bontang, Tangguh, Arun, dan Sakhalin) akan mengangkut LNG ke FSRU. Offloading LNG dari kapal LNG ke FSRU akan dilakukan oleh kapal ke kapal sistem transfer pada kondisi kriogenik, dimana LNG cair akan disimpan dalam tangki kriogenik terletak di FSRU. Kemudian LNG cair FSRU akan dipompa dan akan melalui proses penguapan (cair terhadap perubahan fasa gas) ke wilayah Landfall di ujung utara dari Banjir Kanal Timur. FSRU dirancang untuk menyimpan LNG dan mengirimkan gas dengan kecepatan aliran desain dari 390 MMSCFD. Gas ini kemudian ditransmisikan melalui jaringan pipa lepas pantai sampai ke Onshore Receiving Facility (ORF). Pada ORF, aliran gas dibagi menjadi dua arah, debit aliran pertama sebesar 200 MMSCFD ke PLTGU Tambak Lorok dan sisanya 190 MMSCFD melewati sepanjang Jalan Tol ke titik tie-in yang terletak sebelah selatan dari Kereta Api KM 3 + 400 Muktiharjo (pedesaan kota Semarang). Dari titik tie-in, 50 MMSCFD aliran gas akan dikirim melalui pipa distribusi untuk Zona Industri Semarang, sementara sisanya 140 MMSCFD akan ditransmisikan melalui pipa menuju Cepu. Selanjutnya pipa gas sepanjang ORF ke titik tie-in Cepu, akan dibangun paralel dengan ROW (right of way) kereta api. Rute pipa akan melewati Semarang, Demak, Grobogan, Blora, Bojonegoro, Lamongan, dan Gresik. Kabupaten Cepu adalah lokasi titik tie-in dari gas yang akan ditransmisikan oleh Mobil Oil Cepu sebesar 200 MMSCFD dan 50 MMSCFD dari lapangan gas Gundih. Sisanya dari 140 MMSCFD gas dari FSRU ditambah dengan 250 MMSCFD dari Mobil Oil Cepu dan Gundih kemudian ditransmisikan ke Gresik. Skema dari pipa gas keseluruhan routing untuk Gresik-Semarang proyek pipa Transmisi Pembangunan digambarkan pada gambar berikut ini. 4
Gambar 1.1 Diagram alir transmisi gas Mengacu pada dokumen tender teknis "Rencana Kerja dan Syarat-syarat (RKS) halaman 7-8/93". Skema aliran distribusi gas melalui pipeline Semarang - Gresik terlampir pada tabel di bawah ini. Tabel 1.1 Skema debit gas dari Semarang ke Gresik 5
Paket kompresor penguat harus disediakan di Cepu untuk memampatkan gas yang masuk dari ORF dan pasokan gas selanjutnya dari Gundih dan Mobil Oil Cepu ke tekanan yang dibutuhkan di Gresik (PT. Petrokimia / PLTGU Gresik) sebesar 400 Psig. Slug catcher adalah salah satu bejana tekan yang terdapat di ORF yang berfungsi untuk memisahkan kondensat dan gas yang berasal dari FSRU. Kondensat merupakan hasil kondensasi gas dalam pipa bawah laut dari FSRU ke ORF. Gas yang berasal dari FSRU memiliki tekanan operasi sebesar 600 Psig (4136.85 kpa) sehingga diperlukan desain yang kuat untuk menahan tekanan gas tersebut. Desain slug catcher mengacu pada ASME VIII divisi 1. 1.3 Rumusan Masalah Pada pra-konstruksi jalur perpipaan gas Semarang ke Gresik, diperlukan instalasi bejana tekan slug cacther di area ORF (Onshore Receiving Facility). Slug cacther tersebut dirancang pada tekanan operasi 4136.85 kpa (600 Psig) dengan kapasitas 390 MMSCFD. Perancangan slug cacther ini berdasarkan ASME VIII divisi 1 untuk menghitung pressurized part seperti shell, head nozzle dan manhole. Beberapa hitungan dilakukan untuk merancang non pressurized part seperti saddle dan lifting lug. Perancangan juga dilengkapi dengan assesoris bejana tekan seperti platform, ladder, name plate, handrail dan grating. Pada bagian selanjutnya dilakukan analisis kekuatan nozzle dan reinforcement pad terhadap variasi beban eksternal perpipaan. Analisis kekuatan nozzle berdasarkan code Welding Research Council Bulletin 107 (WRC 107). Pada bagian akhir perancangan ini disajikan gambar teknik slug cacther berupa general arrangement, detail bagian eksternal shell dan head, detail nozzle, detail manhole, detail platform dan ladder clip. 1.4 Batasan Masalah 1. Data-data perancangan ini mengacu pada PFD (Procces Flow Diagram), P&ID (Piping and Instrument Diagram), Data sheet slug cacther, gambar plot plan dan isometrik perpipaan ORF. 6
2. Perancangan bejana tekan berdasarkan code ASME VIII divisi 1. 3. Perhitungan simulasi kekuatan nozzle terhadap beban eksternal perpipaan berdasarkan pada code WRC 107. 1.5 Tujuan Penelitian Penyusunan Tugas Akhir ini mempunyai tujuan sebagai berikut : 1. Merancang bejana tekan horisontal slug catcher di Fasilitas ORF Semarang yang mengacu pada code ASME VIII divisi 1. 2. Melakukan analisis kekuatan nozzle dan reinforcement pad terhadap variasi beban eksternal pada nozzle dengan simulasi terlepasnya penyangga pipa (pipe support) pada perpipaan sekitar nozzle. 1.6 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Memberikan rekomendasi pada perancangan slug cacther di ORF Pertamina Gas jalur Semarang-Gresik. 2. Mengetahui pengaruh variasi beban eksternal perpipaan terhadap kekuatan nozzle. 3. Memperluas khasanah ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi perkembangan teknologi dan industri di Indonesia. 7