Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Bahan bakar fosil yang terdiri atas gas dan minyak bumi masih menjadi kebutuhan pokok yang belum tergantikan sebagai sumber energi dalam semua industri proses. Seiring dengan hal tersebut, proses eksploitasi dan eksplorasi bahan bakar fosil semakin dikembangkan guna memenuhi kebutuhan energi industri proses. Akan tetapi, proses pengembangan eksploitasi dan eksplorasi bahan bakar fosil seringkali memiliki kendala utama kerena adanya geohazard, yaitu resiko kegagalan yang terjadi pada segala komponen proses ekploitasi dan eksplorasi yang disebabkan oleh fenomena geoteknik dan hidroteknik. Ekstraksi gas dan minyak bumi lepas pantai atau yang lebih dikenal dengan sebutan offshore menggunakan platform-platform sebagai stasiun pengeboran maupun sebagai stasiun penampungan sementara fluida proses hasil proses ekstraksi. Platform dan semua komponen yang berada diatasnya yang terdiri atas sistem perpipaan dan berbagai equipments memiliki resiko yang sangat besar mengalami kegagalan akibat fenomena geohazard. Offshore subsidence merupakan salah satu jenis geohazard berupa fenomena penurunan permukaan tanah bawah laut (seabed) yang biasanya terjadi bersamaan dengan ekstraksi gas, minyak, air tanah, batuan bumi dari dalam bumi (1). Subsidence akan memberikan dampak yang besar bagi komponen pada platform apabila terjadi dengan kecepatan penurunan yang tinggi dan relatif tidak konstan. Perancangan awal (Basic Design) aspek mekanikal untuk sistem perpipaan yang berada diatas platform (topside) dilakukan agar tidak terjadi kegagalan pada saat kondisi pemasangan (instalasi) dan kondisi operasi. Kegagalan-kegagalan yang dapat terjadi antara lain akibat tegangan yang disebabkan oleh tekanan internal yang melebihi batas tegangan yang diijinkan, perpindahan pipa akibat ekspansi termal yang terlalu besar, terjadinya korosi yang menyebabkan pipa bocor, kegagalan akibat beban dinamik, kegagalan buckling misalkan akibat 1
subsidence, dan lain-lain. Kegagalan tersebut dapat menyebabkan terganggunya proses operasi atau bahkan berhenti sehingga tidak bisa melakukan produksi. Kegagalan-kegagalan tersebut dapat dihindari, caranya dengan melakukan analisis dan perhitungan-perhitungan yang benar pada tahap perancangan sistem perpipaan yang berada pada topside platform terhadap berbagai aspek sesuai dengan Code dan Standar yang mengatur perancangan awal sistem perpipaan tersebut. Dalam Code dan Standar ditetapkan persyaratan-persyaratan yang dianggap perlu untuk mendapatkan hasil rancangan dan kontruksi sistem perpipaan yang aman. Oleh karena itu, setiap tahap perancangan, misalnya pemilihan komponen, penentuan dimensi, perhitungan beban dan tegangan, dan lain-lain harus selalu mengacu pada aturan yang ditetapkan oleh Standard dan Code yang dipakai dalam proses perancangan sistem perpipaan. Pada tugas akhir ini akan dilakukan analisis integritas kekuatan pipa yang terletak pada topside platform di Laut Jawa akibat terjadinya fenomena subsidence. Subsidence yang terjadi diperkirakan akan mengakibatkan terjadinya tegangan berlebih (overstress) pada sistem perpipaan pada topside platform. Analisis yang meliputi perhitungan-perhitungan tersebut akan mengacu pada Code yang mengatur sistem perpipaan untuk piping proses pada petroleum refinery plant, yaitu ASME B31.3. Selain itu, analisis ini menggunakan Code API sebagai acuan untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik dari material pipa yang digunakan. 1.2 Tujuan Tujuan yang ingin didapatkan dari penulisan tugas akhir ini, yaitu: a. Memahami dan mengerti dampak subsidence yang terjadi pada offshore terhadap integritas kekuatan sistem perpipaan pada topside platform. b. Memahami dan mengerti analisis integritas kekuatan sistem perpipaan dengan melakukan analisis tegangan berdasar pada Code dan Standar. c. Menguasai tahapan-tahapan pemodelan dan analisis tegangan pada sistem perpipaan dengan menggunakan software perpipaan AutoPIPE 2004. 2
d. Mendapatkan distribusi tegangan dan rasio tegangan yang terjadi pada sistem perpipaan di topside platform sebagai akibat adanya subsidence. e. Mendapatkan prediksi sisa umur sistem perpipaan melalui analisis ultimate stress berdasar pada subsidence rate yang terjadi. f. Mendapatkan distribusi tegangan dan rasio tegangan yang mana merupakan hasil analisis penambahan tumpuan pada sistem perpipaan, sebagai salah satu solusi tindakan mitigasi terhadap kegagalan pada sistem perpipaan akibat adanya subsidence. 1.3 Ruang Lingkup Dalam tugas akhir ini dilakukan analisis integritas terhadap kekuatan sistem perpipaan pada topside platform yang berada di area Lima, Laut Jawa milik British Petroleum akibat fenomena subsidence. Sistem perpipaan pada topside platform tersebut digunakan untuk mentransmisikan fluida proses dari satu equipment ke equipment lain dalam satu platform dan antar platform yang relatif saling berdekatan. Acuan utama analisis yang digunakan adalah Code ASME B31.3 yang mengatur perancangan dan analisis sistem perpipaan proses pada petroleum refinery, chemical and pharmaceutical plants, dan segala industri proses. Selain itu, juga digunakan Code API untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik dari material sebagai data input terhadap perhitungan yang dilakukan. Selain melakukan analisis tegangan yang terjadi pada sistem perpipaan akibat subsidence, dilakukan pula analisis tindakan mitigasi sebagai solusi untuk menurunkan resiko kegagalan sistem perpipaan akibat beban berlebih (overstress) dan analisis ultimate stress untuk mendapatkan perkiraan sisa umur sistem perpipaan berdasarkan data kecepatan (rate) subsidence yang telah diketahui. Pemodelan sistem perpipaan pada topside platfom dilakukan berdasarkan pada data-data yang diperoleh dari pihak British Petroleum. Data-data tersebut antara lain berupa gambar isometrik sistem perpipaan, data material, data operasi sistem perpipaan, data peta posisi platform, data subsidence terdiri atas nilai penurunan tanah hasil pengukuran langsung dari lapangan dan kecepatan subsidence dari 3
GPS. Data-data tersebut kemudian dijadikan input bagi pemodelan sistem perpipaan dengan menggunakan software perpipaan AutoPIPE 2004 dengan acuan pada kriteria Code ASME B31.3. Hasil analisis akan dilakukan validasi dan beberapa modifikasi berdasarkan kriteria-kriteria pada Code tersebut. 1.4 Metodologi Penulisan Penulisan laporan tugas akhir ini dilakukan secara bartahap. Tahapan-tahapan tersebut adalah sebagai berikut: 1. Studi literatur Yang pertama melakukan pengenalan sistem perpipaan secara umum, yang meliputi jenis-jenis pipa dan komponen-komponen yang terdapat pada sistem perpipaan. a. Mengetahui beban-beban yang diterima sistem perpipaan pada topside platform dan tegangan-tegangan yang diijinkan berdasar pada Code ASME B31.3. b. Mengetahui analisis fleksibilitas dari sistem perpipaan berdasar pada Code ASME B31.3. c. Mempelajari program AutoPIPE 2004 dan penerapan program ini sebagai alat bantu analisis tegangan pipa dalam menentukan ratio kekuatan pipa. Kemudian mendefinisikan fenomena subsidence yang meliputi gambaran umum terjadinya fenomena subsidence dan faktor-faktor penyebab terjadinya subsidence. 2. Melakukan pemodelan sistem perpipaan pada topside platform dengan beban sesuai kondisi operasi dan beban displacement akibat subsidence serta melakukan analisis tegangan untuk mendapatkan titik lokasi pembebanan berlebih (overstress). 3. Melakukan analisis ultimate stress untuk memperkirakan sisa umur sistem perpipaan akibat beban operasi dan subsidence bedasar pada data subsidence rate yang telah diketahui. 4
4. Melakukan analisis tindakan mitigasi dengan melakukan rekayasa penambahan tumpuan pada pipa guna menurunkan nilai tegangan yang terjadi sedemikian hingga lebih kecil dari nilai tegangan yang diijinkan oleh Code. 1.5 Sistematika Penulisan Sistematika pembahasan dalam laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: Bab I Pendahuluan, membahas latar belakang masalah, tujuan tugas akhir, ruang lingkup masalah, dan metodologi pembahasan. Bab II Tinjauan Pustaka, berisi teori dan konsep dasar yang mendukung analisis, Code dan Standar yang dipakai dalam melakukan analisis dalam tugas akhir ini. Bab III Data Operasi Sistem Perpipaan, berisi peta lokasi platform-platform di area Lima, Laut Jawa, dan data-data yang diperlukan untuk analisis kekuatan pipa, seperti data operasional, material pipa, fluida proses, lingkungan, dan data subsidence rate. Bab IV Pemodelan dan Analisis Tegangan, berisi pemodelan piping pada topside platform dengan menggunakan program AutoPIPE 2004 dan analisis tegangan yang terjadi. Bab V Analisis Tegangan Ultimate dan Analisis Penambahan Tumpuan Pipa, berisi analisis mengenai perkiraan sisa umur sistem perpipaan pada topside platform berdasar pada data subsidence rate yang terjadi dan berisi pula analisis terhadap tindakan mitigasi berupa penambahan tumpuan pada pipa untuk menurunkan nilai tegangan yang terjadi. Bab VI Kesimpulan dan Saran, berisi kesimpulan-kesimpulan yang dapat diambil mengacu pada tujuan dari penulisan tugas akhir ini dan memberikan saran-saran teknis yang berkaitan untuk perbaikan operasi sistem perpipaan. 5