1.1. Latar Belakang BAB I PENDAHULUAN Di dunia industri terutama dibidang petrokimia dan perminyakan banyak proses perubahan satu fluida ke fluida yang lain yang lain baik secara kimia maupun non kimia. Proses ini memerlukan peralatan yang dapat menangani fluida dalam jumlah yang banyak dengan beragam konstruksi tergantung pada karakteristik material yang ditanganinya. Bejana tekan (pressure vessel) merupakan salah satu peralatan utama dari proses yang digunakan untuk menangani proses industri tersebut. Dalam tugas akhir ini akan dilakukan perancangan bejana tekan vertikal dan analisis skala kegempaan terhadap skirt bejana tekan dengan studi kasus scrubber generator power plant Fluid Collection and Reinjection System (FCRS), unit Karaha PT. Pertamina Geothermal Energy (PGE). Definisi bejana tekan berdasar ASME Section VIII Divisi I adalah sebuah bejana yang berisikan fluida bertekanan yang tahan bocor yang berfungsi sebagai penampung ataupun pemisah antara fluida gas dan cair. Bagian utama dari sebuah bejana tekan adalah pressurerize part yang terdiri dari shell, head dan nozzle dan non pressurized part yakni mencakup lifting lug dan support. Shell adalah bagian utama yang berfungsi menampung fluida yang berbentuk gas maupun cair atapun campuran. Shell berbentuk macam macam, namun yang paling lazim digunakan adalah shell dengan bentuk silinder dan bola dikarenakan cukup kuat menahan beban, baik beban dari fluida, tekanan internal proses sendiri. Pemilihan bentuk dari bejana tekan dipengaruhi beberapa faktor seperti fluida yang diproses, tekanan yang bekerja, kemudahan dalam fabrikasi dan ekonomis. Shell dengan bentuk silinder dapat dikategorikan menjadi dua silinder vertikal dan silinder horisontal. Dalam perancangan bejana tekan dengan shell yang vertikal beban terhadap angin dan gempa harus benar benar diperhatikan supaya shell mampu menahan beban yang terjadi. Sedangkan shell dengan bentuk bola, untuk tekanan yang sama membutuhkan material yang lebih tipis daripada shell berbentuk silinder. 1
Head dalam bejana tekan adalah salah satu pembatas pada ujung ujung shell. Terdapat berbagai macam jenis head yang ada antara lain setengah bola (hemispherical head), elipsoidal (ellipsoidal head), torisperi (torispherical head), kerucut (conical head), dan rata (flat head). Seperti halnya dengan shell, pemilihan bentuk head juga mempertimbangan fungsinya. Bentuk rata (flat head) lebih mudah dibuat tetapi hanya dapat menahan tekanan rendah. Bentuk hemispherical (setengah bola) lebih kuat tapi pembuatannya rumit dan mahal. Sedangkan support adalah bagian dari bejana tekan yang berfungsi sebagai penyangga shell dan head. Jenis yang biasa digunakan ada dua yakni support vertikal dan support horisontal. Untuk bejana tekan dengan posisi horisontal menggunakan saddle, sedangkan untuk yang vertikal ada dua, untuk bejana tekan yang tidak terlalu tinggi dapat digunakan leg atau lug sebagai support, namun apabila bejana tekan tinggi maka menggunakan skirt. Dalam perancangan bejana tekan selain beban yang diakibatkan karena berat bejana tekan, fluida dan operasi, beban angin beban gempa juga harus diperhitungkan dengan seksama, sehingga bejana tekan mampu bekerja pada kondisi optimum. Hal ini menjelaskan bahwa faktor alam sangatlah berperan dalam perancangan bejana tekan berukuran besar maka beban angin dan beban gempa sangatlah berpengaruh. 1.1.1. Latar Belakang Penulisan Berdasar sensus yang dilakuan BPS pada tahun 2012, jumlah penduduk Indonesia mencapai 237.641.326 orang. Dengan jumlah penduduk yang mencapai 237.641.326 orang serta kondisi negara Indonesia yang sedang mengalami perkembangan di berbagai sektor, maka jumlah energi listrik untuk menopang kebutuhan masyarakat akan energi listrik pun mengalami peningkatan hingga 7,2 % pada semester 1 tahun 2013 ini. Menurut SKK Migas, rasio cadangan produksi minyak Indonesia tahun 2013 tinggal 11 tahun, jumlah cadangan minyak bumi Indonesia sebesar 3,6 miliar barrel atau hanya 0,2% dari total cadangan minyak di dunia, sementara cadangan gas Indonesia sebesar 104,25 triliun kaki kubik atau hanya sekitar 1,7% 2
dari total cadangan gas dunia sedangkan untuk dapat menambah jumlah cadangan minyak dan gas di Indonesia dibutuhkan eksplorasi dan untuk eksplorasi dibutuhkan investasi dalam jumlah besar. Dengan melonjaknya kebutuhan energi listrik, dan menipisnya cadangan minyak dan gas bumi, pemerintah harus mencari solusi alternatif selain mengandalkan energi fosil sebagai sumber energi untuk pembangkit listrik baik PLTU maupun PLTG. Salah satu energi yang dapat dimanfaatkan adalah energi panas bumi. Energi panas bumi merupakan salah satu sumber energi yang dihasilkan oleh adanya aktivitas magma bumi. Energi panas tersebut dapat dimanfaatkan sebagai sumber utama dari sebuah pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP). Hal ini dikarenakan sumber panas bumi merupakan energi yang selalu terbarukan dan ramah lingkungan, sehingga dapat diandalkan sebagai penggerak turbin generator pembangkit listrik secara berkelanjutan. Sedangkan berdasar perhitungan Nenny Saptadji (2005) untuk energi geothermal saat ini, Indonesia baru mengeskplorasi sekitar 4% dari ketersediaan geothermal yang ada. Energi panas bumi yang dihasilkan oleh aktivitas magma memanaskan sejumlah air di dalam bumi dan menghasilkan uap yang panas dan kotor. Fluida inilah yang dimanfaatkan untuk penggerak turbin generator. Uap panas tersebut dieksplorasi dari sumur produksi yang sudah disiapkan sedemikian rupa melewati perpipaan dan menuju sebuah plant penampungan. Dalam plant tersebut fluida dalam keadaan dua fasa, yakni fasa uap dan fasa cair dipisahkan oleh bejana tekan separator, yang kemudian fluida gas dialirkan menuju scrubber untuk dilakukan penyaringan lebih lanjut terhadap uap panas sebelum masuk menuju turbin generator. PT. Pertamina Geothermal Energy (PGE) akan membangun sebuah plant Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi dengan kapasitas sebesar 1x30MW beserta fasilitas pendukungnya yakni Fluid Collection and Reinjection System (FCRS) yang terletak pada area Karaha, Jawa Barat. Fluid Collection and Reinjection System (FCRS) berfungsi untuk mengambil uap geothermal dari sumur produksi dan dibersihkan terlebih dauhulu sebelum uap dikirimkan 3
pembangkit listrik tenaga panas bumi. Uap yang akan dimanfaatkan berasal dari sumur produksi uap kluster 4 dan 5 di area karaha. Detil lokasi Fluid Collection and Reinjection System (FCRS) dapat dilihat pada gambar 1.1 berikut Gambar 1.1. Detail lokasi Fluid Collection and Reinjection System (FCRS) Fluid Collection and Reinjection System (FCRS) akan terdiri dari empat sumur produksi dengan rincian dua sumur produksi di kluster 4 (KRH 4-1 dan KRH 4-3) dan dua sumur produksi di kluster 5 (KRH 5-1 and KRH 5-2) serta satu sumur injeksi (KRH 2-1). Proses operasi pada Fluid Collection and Reinjection System (FCRS) dapat dilihat pada gambar process flow diagram sebagai berikut. 4
Gambar 1.2. Process and Flow Diagram (PFD) Fluid Collection and Reinjection System (FCRS) Terdapat tiga bejana tekan dalam Fluid Collection and Reinjection System (FCRS) yakni bejana tekan separator, scrubber dan silencer. Separator akan berfungsi sebagai penyaring uap tahap pertama dimana uap geothermal masih dalam kondisi dua fasa, scrubber dalam hal ini akan berfungsi sebagai penyaring tahap kedua dimana akan membersihkan uap lebih lanjut, dan silencer berfungsi sebagai penurun tingkat kebisingan silencer dan flash fluida hingga ketekanan atmosfir. Pada saat operasi normal, fluida dua fase dari sumur produksi akan mengalir ke separator yang akan memisahkan fase uap dari cairannya. Uap dari kluster separator akan mengalir ke scrubber, yang akan berlokasi di daerah pembangkit listrik. Di scrubber, kondensat yang masih terbawa uap dipisahkan sehingga kualitas uap memenuhi persyaratan turbin uap. Brine dari separator akan diinjeksikan bersama dengan kondensat dari scrubber ke sumur reinjeksi KRH 2-1. Saat kondisi darurat, brine dari masing-masing separator akan mengalir ke silencer dan selanjutnya dikirim ke kolam pendingin untuk mengurangi suhu 5
brine oleh konveksi alami. Brine dari kolam pendingin akan mengalir ke kolam penampung. Setiap kluster akan memiliki satu kolam pendingin dan kolam penampung. Brine di kolam KRH kluster 5 akan dipompa ke kolam KRH kluster 4. Selanjutnya, brine dari kolam penampung KRH kluster 4 akan dipompa ke reinjeksi KRH 2-1. Dalam penulisan tugas akhir ini dirancang bejana tekan vertikal scrubber dimana akan ditumpu oleh skirt. Scrubber memiliki beberapa nozzle diantaranya : inlet nozzle, outlet nozzle, drain, level indicator, pressure indicator, pressure safety valve, manhole dan temperatur indicator. Dalam operasinya, uap yang melewati scrubber adalah uap panas dan bertekanan, bejana tekan akan mengalami berbagai macam tekanan selama proses terjadi atau kondisi operasi. Pemilihan meterial bejana dan penghitungan ketebalan yang tepat akan menjadi parameter utama dari perancangan sehingga bejana mampu menahan beban kerja. Pemilihan material dan penhitungan ketebalan akan dipengaruhi beberapa faktor internal yakni tekanan operasi, temperatur operasi dan tegangan yang diijinkan dari sistem tersebut. Selain harus dirancang untuk dapat menahan beban scrubber itu sendiri, terdapat faktor eksternal lain yakni beban operasi, beban angin, beban gempa, maupun beban akibat sistem perpipaan. Diperlukan perancangan bejana tekan yang sesuai dengan kondisi operasi agar scrubber bekerja aman sesuai dengan kondisi kerja. Perancangan bejana tekan meliputi juga bagian pressurized part dan non pressurized part. 1.2. Rumusan Masalah Dalam instalasi geothermal salah satu produk utamanya adalah uap panas yang bersih untuk memutar turbin, maka keberadaan bejana tekan scrubber pada instalasi geothermal menjadi penting kerena berfungsi sebagai pembersih uap dari sumur produksi. Dalam tugas akhir ini dilakukan perancangan bejana tekan vertikal scrubber yang meliputi spesifikasi material yang digunakan, tegangan yang diijinkan, beban bejana tekan, tegangan yang terjadi dengan acuan dasar 6
perancangan code ASME VIII divisi 1. Perhitungan meliputi pressurized part seperti shell, nozzle, head, reinforcement pad, dan termasuk non pressurized part seperti support dan lifting lug. Pada bagian selanjutnya akan dilakukan analisis kekuatan support yang berupa skirt terhadap variasi beban gempa dengan dasar acuan pembebanan gempa menggunakan UBC 1997. Dan pada bagian akhir dari penulisan tugas akhir ini akan disajikan gambar teknik bejana tekan scrubber berupa general arrangement, detail eksternal dari bejana tekan scrubber, detail shell, detail head dan detail nozzle. 1.3. Batasan Masalah Batasan masalah dalam penulisan tugas akhir ini adalah 1. Perancangan bejana tekan berdasarkan code ASME VIII divisi 1. 2. Simulasi pembebanan gempa terhadap skirt berdasar UBC 1997. 1.4. Tujuan Penelitian Tujuan perancangan ini adalah : 1. Melakukan perancangan bejana tekan vertikal scrubber di lapangan panas bumi PT PGE yang terletak di area Karaha. 2. Melakukan simulasi pembebanan gempa pada support skirt. 1.5. Manfaat Penelitian Manfaat dari perancangan ini 1. Memberikan rekomendasi kepada PT. Pertamina Geothermal Energy (PGE) dalam perancangan bejana tekan scrubberr pada Fluid Collection and Reinjection System (FCRS) yang terletak di area Karaha. 2. Mengetahui pengaruh variasi pembebanan gempa pada support skirt. 3. Memperluas khasanah ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi perkembangan teknologi dan industri di Indonesia. 7