Analisa pipe support terhadap flexibility dan tegangan yang terjadi pada sistem perpipaan PT PERTAMINA (Persero) Residu Catalyst Cracking OFFGAS to PROPYLENE PROJECT (ROPP) 030 Hendra Akbar (1), Rudi Walujo Prastianto (2), Imam Rochani (3) 1 Mahasiswa Teknik Kelautan, 2,3 Staf Pengajar Teknik Kelautan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Keputih Sukolilo-Surabaya 6011 e-mail: Hendra.Akbar05@mhs.oe.its.ac.id Abstrak Sistem perpipaan dalam industri migas/kimia merupakan salah satu sistem yang cukup penting. Karena fungsinya yang sangat penting yaitu mengalirkan fluida dari satu tempat ke tempat lainnya, maka sistem perpipaan ini harus mampu menahan semua beban yang bekerja padanya, sehingga tidak terjadi deformasi dan tegangan yang berlebih atau kegagalan lainnya yang dapat mengganggu keseluruhan proses. Untuk itu harus dilakukan analisa fleksibilitas dan tegangan pada sistem perpipaan. Di sisi lain, hasil analisa tersebut juga dapat digunakan untuk menentukan letak dan jenis pipe support yang akan dipasang dengan pertimbangan nilai ekonomis dan faktor keamanan dari sistem perpipaan sesuai code ASME B31.3 dan syarat fabrikasinya. Dalam Tugas Akhir ini dilakukan studi kasus terhadap penggunaan spring pipe support dan variasi pipe support pada Residue Catalyst Cracking to Propylene Project PT. PERTAMINA PERSERO yang bekerja sama dengan PT Rekayasa Industri. Analisa dilakukan secara numerik dengan menggunakan software CAESAR 5.1 terhadap existing design dan disain alternatifnya dengan memvariasikan letak pipe support jenis spring. Hasil analisa menunjukkan bahwa pada existing design dan disain alternatif dengan menggunakan 2 pipe support jenis spring, deformasi dan tegangan yang terjadi masih memenuhi code ASME B31.3. Berdasarkan analisa biayanya, disain alternatif satu menjadi pilihan dengan nilai keekonomian yang paling baik jika dibandingkan dengan disain yang lain. Kata-kata Kunci: Fleksibilitas, tegangan, spring pipe support, existing design, disain alternatif. 1. PENDAHULUAN Perancangan dan flexibilitas sistem perpipaan dan penyangga pipa yang baik dan aman sangat dibutuhkan untuk menjamin kelangsungan dari proses serta menjamin umur pemakaian dari sistem pemipaan sesuai dengan siklus rancangan. Namun pada kenyataannya dilapangan masih ditemukan kegagalan-kegagalan yang terjadi pada sistem pipa, baik pada saat instalasi maupun operasi. Hal ini jelas merugikan karena sistem tidak dapat beroperasi secara maksimum. Gambar 1. 1 Kegagalan sistem perpipaan Instalasi perpipaan supaya terjamin dan aman dari kerusakan baik karena pemuaian maupun berat instalasi pipa sendiri diperlukan penyangga pipa dan tentunya tidak mengabaikan fleksibility instalasinya. Tujuan analisa dan tegangan piping system dan pipe support,untuk mengetahui dan meyakinkan tingkat tegangan maksimum,serta momen,gaya yang terjadi pada piping system,dan equipment masih dalam tahap tegangan dan allowable yang dijinkan.namun demikian besar kecilnya penyangga pipa serta jumlahnya memerlukan suatu analisa dan pengalaman agar instalasi perpipaan tidak rusak dan tahan lama. Penyangga pipa merupakan suatu perlengkapan instalasi perpipaan yang tidak dapat dipisahkan, karena tanpa penyangga pipa/penumpu instalasi perpipaan tidak dapat dipasang dengan sempurna. Supaya penyangga pipa dalam instalasi perpipaan dapat berfungsi sempurna, maka sebelum membuat penyangga pipa atau penumpu pipa diperlukan perhitungan perencanaan yang baik, begitu pula tempat pemasangannya. Analisis fleksibility merupakan hal penting didalam perhitungan dan perencanaan sistem perpipaan sesuai dengan code. Dalam analisa fleksibility, faktor-faktor beban terjadi karena
adanya pengaruh perlakuan beban operasi pada sistem perpipaan. Pemasangan penyangga pipa adalah hal yang paling penting agar pengaruh pembebanan selama kondisi operasi sistem perpipaan tidak mengalami kegagalan atau kerusakan. Pada tugas akhir ini akan dilakukan studi kasus flexibilitas sistem perpipaan yang terdapat pada sistem perpipaan PT.PERTAMINA Balongan dan PT.REKAYASA INDUSTRI sebagai realisasi dari peningkatan kapasitas produksi gas. Analisis yang dilakukan akan mengacu pada kode yang mengatur proses perpipaan, yaitu ASME B31.3 Process Piping, Paul R.Smith Thomas J.Van Laan, (1987), Piping and Support System McGraw-Hill dan restraint support Code ANSI /ASME B 31.1. Dengan melakukan analisis tegangan sistem perpipaan dan redesign penyangga pipa khususnya penyangga pipa tipe spring yang berjumblah 3 buah beserta pemakaian code yang sesuai dibidang pipa proses. Dalam melakukan analisis studi kasus fleksibility sistem perpipaan dibantu dengan menggunakkan program CAESAR II versi 5.1, diharapkan dapat memiliki pemahaman dan pendalaman terhadap proses perancangan sistem perpipaan dan mampu mengoptimalkan penyangga pipa. Rekayasa Industri.Berikut data pada sistem perpipaan ROPP 030 antara lain: Diameter pipa : 8 Ins Material : A333 6 Dsgn Temp : -45 c Dsgn Press : 43.5 kg/cm 2 Op. Temp : -22 c Test. Media : water Insul Thick : 75 mm Hydo press :93.45kg/cm 2 3. Metodologi Langkah-langkah penelitian ini secara umum proses pengerjaannya meliput sebelum melakukan analisa tegangan menggunakan software Caesar II 5.1. kita harus melihat layout design dengan menggunakan software SPR (Smart Plant Review). Untuk dapat mengetahui routing pada pipa. Sehingga nantinya kita dapat melakukan redesign sesuai dengan layout design tersebut.kemudian melakukan pemodelan design existing sistem perpipaan dan pipe support ROPP 030 dengan software Caesar 5.1 dan melakukan redesign pada pipe support spring dengan varisai pipe support. Selanjutnya melakukan analisa terhadap tegangan yang terjadi pada sistem perpipaan sesuai dengan code ASME B31.3 PROCESS PIPING apakah tegangan yang terjadi masih memenuhi Allowable sesuai code.dan langkah terakhir adalah melakukan analisa terhadap gaya,dan momen yang terjadi pada equipment yang terhubung dengan sistem peepipaan apakah masih memuhi batas yang dijinkan dari fabrikasi equipment,dan menganalisa defleksi yang terjadi apakah masih aman sesuai code dan fabrikasi equipment setelah dilakukan redesign pada pipe support spring. Gambar 3.1 gambar isometrik 1 Data sistem perpipaan yang digunakan dalam penelitian ini didapatkan Departemen Piping PT.
Gambar 3.2 gambar isometrik 2 Gambar 3.4 gambar isometrik 4 Gambar 3.3 gambar isometrik 3 Gambar 3.5 gambar isometrik 5
4. Analisa Data dan Pembahasan 4.1 Pemodelan design exisiting dengan Caesar Gambar 4.1 pemodelan caesar ROPP 030 3 Spring Gambar 3.6 gambar fabrikasi equipment pompa Tabel 4.1 Tegangan Maksimum Design existing ROPP 030 Gambar 3.7 gambar pipe support spring Dari Hasil pemodelan dengan caesar yang disajikan di tabel 4.1 tegangan maksimum yang terjadi pada sistem perpipaan dengan 3 buah spring masih memenuhi allowable yang ditetapkan fabrikasi equipment dan tidak tejadi over stress dengan 3 buah penempatan 3 buah spring pipe support dengan Allowable yang telah ditetapkan ASME B31.3. Dapat terlihat bahwa tegangan aktual yang terjadi tidak ada yang melebihi tegangan yang diijinkan ASME B31.3.
Tabel 4.2 Beban nozzle vessel Tabel 4.3 Beban Nozzle pada Pompa Gambar 4.2 pemodelan caesar Design 1 dengan 2 Spring ROPP 030. Tabel 4.5 Tegangan Maksimum Design 1 dengan 2 Spring ROPP 030 Dari tabel 4.2 beban pada nozzel vessel dan tabel 4.3 Beban nozzle pada pompa,baik gaya dan momen yang terjadi sistem perpipaan masih memenuhi Allowable yang telah ditetapkan oleh fabrikasi equipment,sehingga dari analisa penggunaan pipe support dengan 3 buah spring analisa tegangan yang terjadi pada konfigurasi pipa ROPP 030 tidak terjadi over stress dan gaya dan momen yang terjadi masih memenuhi allowable fabrikasi equipment. Tabel 4.4 Hasil Analisis Displacement Pada Design Existing perpipaan ROPP 030 Dari hasil output displacement yang terjadi pada sistem perpipaan pada kondisi operasi dan sustain dengan 3 buah spring tidak ada yang melebihi batas aman yang telah ditentukan yaitu 5 mm,sebaimana batas displacement ditetapkan Fabrikasi equipment dibawah 5 mm pada kondisi operasi dan sustain Dari Hasil pemodelan dengan caesar yang disajikan di tabel 4.2 tegangan maksimum yang terjadi pada sistem perpipaan dengan 2 buah spring masih memenuhi allowable yang ditetapkan fabrikasi equipment dan tidak tejadi over stress dengan 2 buah penempatan 2 buah spring pipe support dengan Allowable yang telah ditetapkan ASME B31.3. Dapat terlihat bahwa tegangan aktual yang terjadi tidak ada yang melebihi tegangan yang diijinkan ASME B31.3. 4.2 Pemodelan design 1 dengan 2 spring pada design exisiting dengan Caesar
Tabel 4.6 Beban nozzle vessel Tabel 4.8 Tegangan Maksimum Design 2 dengan 2 Spring ROPP 030 Tabel 4.7 Beban Nozzle pada Pompa Setelah dilakukan redesign dengan 2 buah spring dengan melakukan redesign pipe support spring dengan melakukan perubahan jenis pipe support jenis Y pada sistem perpipaan ROPP 030 terjadi momen dan gaya yang berlebih pada nozzle vessel dan pompa suction dan discharge 37-p- 102A/B terhadap gaya dan momen yang telah ditetapkan,sehingga perlu dilakukan lagi penempatan dan pemilihan pipe support pada daerah kritis yang mengalami momen dan gaya yang yang berlebih,sehingga sistem perpipaan tetap dalam kondisi aman. Dari Hasil pemodelan dengan caesar yang disajikan di tabel 4.8 tegangan maksimum yang terjadi pada sistem perpipaan dengan 2 buah spring masih memenuhi allowable yang ditetapkan fabrikasi equipment dan tidak tejadi over stress dengan 2 buah penempatan 2 buah spring pipe support dengan Allowable yang telah ditetapkan ASME B31.3. Dapat terlihat bahwa tegangan aktual yang terjadi tidak ada yang melebihi tegangan yang diijinkan ASME B31.3. Tabel 4.9 Beban nozzle vessel 4.3 Pemodelan design 2 dengan 2 spring pada design exisiting dengan Caesar Gambar 4.3 pemodelan caesar Design 2 dengan 2 Spring ROPP 030. Tabel 4.10 Beban Nozzle pada Pompa
Setelah dilakukan redesign dengan 2 buah spring dengan melakukan redesign pipe support pada node disekitar nozzle pompa dan vessel dengan melakukan perubahan jenis pipe support jenis Y,limit support dan line stop pada sistem perpipaan ROPP 030 Tidak terjadi momen dan gaya yang berlebih pada nozzle pompa suction dan discharge 37-p-102A/B masih sesuai dibawah allowable yang telah ditetapkan oleh fabrikasi equipment Gambar 4.4 Pemodelan 1Smart Plant Review ROPP 030 exisiting Tabel 4.11 Hasil Analisis Displacement Pada Design Existing perpipaan ROPP 030 Gambar 4.5 Pemodelan 2 Smart Plant Review ROPP 030 exisiting Dari hasil output displacement yang terjadi pada sistem perpipaan pada kondisi operasi dan sustain dengan 3 buah spring tidak terjadi deflek yang berlebih pada pada sistem perpipaan ROPP 030 dengan dibawah 5 mm,sebaimana batas displacement ditetapkan Fabrikasi equipment dibawah 5 mm pada kondisi operasi dan sustain 4.4 Pemodelan Sistem Pipa Design Alternatif ROPP 030 ( Caesar II. V5.1) dan Smart Plant Review. Gambar 4.6 Pemodelan 3 Smart Plant Review
Tabel 4.12 Tegangan Maksimum Design Alternatif1 ROPP 030 Gambar 4.8 Pemodelan 5 Smart Plant Review ROPP 030 exisiting Dari Hasil pemodelan dengan caesar yang disajikan di tabel 4.12 tegangan maksimum yang terjadi pada sistem perpipaan dengan design alternatif dengan melakukan perubahab pada elbow dengan 2buah spring masih memenuhi allowable yang ditetapkan fabrikasi equipment dan tidak tejadi over stress dengan Allowable yang telah ditetapkan ASME B31.3. Dapat terlihat bahwa tegangan aktual yang terjadi tidak ada yang melebihi tegangan yang diijinkan ASME B31.3. Tabel 4.13 Beban nozzle vessel Gambar 4.9 Pemodelan 2 Smart Plant Review ROPP 030 exisiting Tabel 4.14 Beban Nozzle pada Pompa Gambar 4.10 pemodelan caesar Design Alternatif dengan 2 Spring ROPP 030. Dari tabel 4.13 dan 4.14 beban pada nozzel vessel Beban nozzle pada pompa,baik gaya dan
momen yang terjadi sistem perpipaan masih memenuhi Allowable yang telah ditetapkan oleh fabrikasi equipment,sehingga dari analisa penggunaan pipe support dengan 2 buah spring dan perubahan penempatan elbow analisa tegangan yang terjadi pada konfigurasi pipa ROPP 030 tidak terjadi over stress dan gaya dan momen yang terjadi masih memenuhi allowable. Tabel 4.15 Hasil Analisis Displacement Pada Design Alternatif 1 perpipaan ROPP 030 Gambar 4.11 pemodelan caesar Design Alternatif 2 ROPP 030. Tabel 4.16 Tegangan Maksimum Design Alternatif1 ROPP 030 Dari hasil output displacement yang terjadi pada sistem perpipaan pada kondisi operasi dan sustain dengan 3 buah spring tidak terjadi deflek yang berlebih pada pada Alternatif Design sistem perpipaan ROPP 030 dengan dibawah 5 mm,sebaimana batas displacement ditetapkan Fabrikasi equipment dibawah 5 mm pada kondisi operasi dan sustain. Pertimbangan perubahan penempatan elbow pada Alternatif design dengan space yang ada adalah sebagai berikut: 1.Untuk mengurangi Strees,gaya,dan momen yang terjadi pada sistem perpipaan ROPP 030 sehingga pipa lebih flexibel 2.Mengurangi Defleksi yang terjadi pada sistem akibat Thermal pada sistem perpipaan ROPP RI 030 sehingga pipa lebih flexibel 3.Mengurangi penambahan pipe support jenis Guide atau limit stop pada Design 2 buah spring,sehingga lebih ekonomis dan mengurangi penggunaa pipe supoort yang berlebih yang bisa menyebakan terjadi kenaikan Thermal karena ada pembatasa ruang gerak yang berlebih pada sistem Perpipaan. Dari Hasil pemodelan dengan caesar yang disajikan di tabel 4.21 tegangan maksimum yang terjadi pada sistem perpipaan dengan design alternatif dengan melakukan penambahan Expantion joint masih memenuhi allowable yang ditetapkan fabrikasi equipment dan tidak tejadi over stress dengan Allowable yang telah ditetapkan ASME B31.3. Dapat terlihat bahwa tegangan aktual yang terjadi tidak ada yang melebihi tegangan yang diijinkan ASME B31.3. Tabel 4.17 Beban nozzle vessel 4.5 Pemodelan Sistem Pipa Design Alternatif 2 ROPP 030 ( Caesar II. V5.1) dan Smart Plant Review. Tabel 4.18 Beban Nozzle pada Pompa
4.7 Analisa Biaya Pipe Support Dari tabel 4.22 dan 4.23 beban pada nozzel vessel Beban nozzle pada pompa,baik gaya dan momen yang terjadi sistem perpipaan masih memenuhi Allowable yang telah ditetapkan oleh fabrikasi equipment,sehingga dari analisa penggunaan pipe support dengan 2 buah spring dan penambahan Expantion joint analisa tegangan yang terjadi pada konfigurasi pipa ROPP 030 tidak terjadi over stress dan gaya dan momen yang terjadi masih memenuhi allowable. Tabel 4.18 Hasil Analisis Displacement Pada Design Alternatif 2 perpipaan ROPP 030 5. Penutup Tabel 4.19 Analisa Biaya Pipe Support 5.1 Kesimpulan Dari analisis Tugas Akhir yang telah dilakukan diperoleh beberapa kesimpulan antara lain sebagai berikut: 1. Dari hasil analisa tegangan yang telah dilakukan pada Sistem perpipaan ROPP 030,dengan penggunaan 2 dan 1 spring pipe support dan variasi pipe support pada design existing dan design alternatif dengan software Caesar 5.1 tidak terjadi Over strees dan masih memenuhi standar ASME B31.3. 2. Dari hasil analisa tegangan pada redesign pipe support spring.jumlah spring yang terpakai berjumlah 2 buah pipe support spring yang masih memenuhi code dan fabrikasi equipment.dan dari analisa biaya dari pipe support untuk setiap design sebagai berikut: Dari hasil output displacement yang terjadi pada sistem perpipaan pada kondisi operasi dan sustain dengan 3 buah spring tidak terjadi deflek yang berlebih pada pada sistem perpipaan ROPP 030 dengan dibawah 5 mm,sebaimana batas displacement ditetapkan Vendor dibawah 5 mm pada kondisi operasi dan sustain Design untuk 3 buah pipe support spring dan variasi pipe support ($) 2721,83 Design untuk 2 buah pipe support spring dan variasi pipe support ($) 2666,26 Alternatif design 1 perubahan penempatan elbow ($) 1939,76 Alternatif design 2 dengan penambahan Exspantion joint ($) 4823,76
3. Dari hasil analisa tegangan yang terjadi terhadap gaya,momen dan defleksi yang terjadi pada sistem perpipaan pada design existing dan alternatif design dengan menggunakan 2 buah pipe support spring dan variasi pipe support masih memenuhi fabrikasi equipment yang telah ditetapkan.untuk penggunaan 1 pipe support pada design existing baik gaya dan momen yang terjadi tidak memenuhi standar fabrikasi equipment yang telah ditetapkan. 5. 2. Saran 1. Analisis dinamis perlu dilakukan untuk mengetahui hubungan sistem perpipaan terhadap getaran yang dihasilkan oleh pompa sentrifugal. Apakah getaran yang dihasilkan oleh pompa dapat diterima oleh fleksibilitas struktur sistem perpipaan area pompa. Chamsudy,Ahmad. 2005. Diktat Pelatihan Pipe Stress Analysis.Jakarta: Piping Departement. PT.Rekayasa Industri. M, Victor Helguero. 1986. Piping Stress Handbook, 2 nd Ed. Texas : Gulf Publishing Company. Paul R.Smith Thomas J.Van Laan, (1987), Piping and Support System, McGraw-Hill Raswari,1986. Teknologi dan Perencanaan Sistem Perpipaan UI-Press,Jakarta. 2. Analisis statis pipa cadangan yang terhubung dengan sistem perpipaan ROPP 030 bisa dilakukan terhadap variasi diameter,thermal dan lain-lain. Daftar Pustaka ASME. 2004. B31.3-2004 Process Piping. New York : American Society for Mechanical Engineer. ASME. 2004. B31.3-2004 Power Piping. New York : American Society for Mechanical Engineer. API 610. 2004. Centrifugal Pump for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industrie. New York : American Petroleum Institute. ASME 1996. B16.5-1996 Welded and Seamless Wrought Steel Pipes. New York : American Society for Mechanical Engineers. ASME 1996. B36.10M-1996 Welded and Seamless Wrought Steel Pipes. New York : American Society for Mechanical Engineers. ASME 1998. B16.34-1996. Valves Flanged, Threaded, and Welding end. New York : American Society for Mechanical Engineers. ASME 1998. B16.47a-1998 Welded and Seamless Wrought Steel Pipes. New York : American Society for Mechanical Engineers. ASME 2001. B16.9-2001. Factory-made Wrought Buttwelding Fittings. New York : American Society for Mechanical Engineers.