BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sistem pemipan dalam industri perminyakan adalah suatu entiti yang paling sibuk baik dari segi desain, konstruksi dan operasional. Hal ini dikarenakan sistem pemipaan adalah salah satu milestone terpenting dalam sebuah total bisnis permiyakan. Juga dikarenakan sistem pemipaan mengharuskan pemenuhan standard, codes, spesifikasi dan regulasi yang banyak baik dari sisi desain, konstruksi dan operasional. Dalam suatu instalasi perminyakan dan gas, pipa flare memiliki fungsi yang sangat esensial sebagai penyeimbang dari suatu proses yang terjadi didalam nya. Pipa flare berfungsi sebagai tempat pembuangan gas dari peralatan-peralatan dan sistim pemipaan yang ada pada suatu instalasi. Salah satu permasalahan yang kerap terjadi pada sistim pemipaan flare adalah vibrasi yang diakibatkan oleh Acoustic Induced vibration (AIV). AIV terjadi karena laju aliran turbulen dengan kecepatan tinggi yang menghasilkan frekwensi akuistik energy tingkat tinggi. Frekwensi tingkat tinggi (500-200 Hz) ini dapat menimbulkan tingkat kebisingan tonal tinggi (tonal noise) dan akan menyebabkan frekwensi vibrasi yang parah (severe high frequency vibration) pada dinding pipa. Vibrasi 1
ini mengambil bentuk lokal dari dinding pipa yang lentur (shell flexural modes of vibration) yang sangat berpotensi terjadinya dinamik stress pada circumferential discontinuities dari dinding pipa seperti small bore connection, fabrikasi Tee dan welded pipe support. AIV terjadi akibat dari pressure drop dimana laju aliran turbulen dibatasi oleh katup perubah tekanan seperti chocked valve dan shockwaves downstream dari Restriction Orifice. Vibrasi yang terjadi karena AIV, jika tidak ditangani dengan baik maka akan menyebabkan fatigue crack, dan akhirnya membawa kepada terjadinya fatigue failure. Oleh karena itu perlu dilakukan langkah-langkah pencegahan atau penanganan terhadap vibrasi yang disebabkan oleh AIV terutama pada tahapan detail desain. Analisa mendalam terhadap permasalahan ini sangat diperlukan sehingga kegagalan (failure) tersebut bisa diantisipasi sedini mungkin. Disini penulis menganaliasa[permasalahan [diatas]ini menjadi bagian dari tahapan detail [awal ]desain dari Ruby Tie - In Proyek yang dikerjakan oleh PT. Amec Berca Indonesia. 2
Gambar 1 Jalur Pipa Flare 1.4 Tujuan Tujuan dari penyusunan tugas akhir ini adalah : a. Merancang system pemipaan pada flare agar memenuhi standar keselelamatan terhadap vibrasi sesuai ketentuan Energy Institute 2008. b. Menganalisa langkah-langkah penanganan Acoustic Induced Vibration pada pipa flare dan merumuskan langkah pencegahan dan perbaikan. c. Menghitung sound power level dan LOF skor pada pipa downstream dari PSV dan flare header. d. Menghitung stress analysis terhadap Pipa Flare sesuai Asme B31.3 3
1.5 Perumusan masalah Pipa flare yang merupakan muara dari semua gas buangan dari sebuah instalasi memiliki karakteristik yang rentan terhadap vibrasi yang diakibatkan oleh adanya Flow induced Turbulence, Flow induced excitation, pulsation, Periodic Flow Induced Excitation, High frequency Acouistic excitation, Surge/Momentum Changes due to Valve operation, Cavitation and Flashing. Pada Kasus ini kita akan menganalisa Acoustic Induced vibration yang disebabkan pressure drop pada alat-alat pengubah tekanan dan mass flow rate dari fluida yang mengalir didalamnya. Pada saat terjadinya keadaan darurat sebagai akibat dari Shutdown, over pressure, dan kebakaran maka alarm akan berbunyi. Sebagai respon dari alarm maka emergency shutdown valve (ESDV-3901,ESDV-3902, ESDV-3904, ESDV-3905) akan menutup secara otomatis, sehingga aliran fluida bertekanan yang ada pada upstream piping sistim dari emergency shutdown valve dan equipment akan terjebak. Dengan mass flow rate sebesar 115 MMscfd laju aliran yang terhambat (blocked) akan berpotensi menimbulkan ledakan (blast) pada pipa dan equipment. Sehingga perlu diadakannya tindakan penurunan tekanan (depressurizing) pada pipa dan equipment tersebut. Piping sistim dirancang untuk mengantisipasi kejadian seperti ini dengan sistim penangan yang berlapis. Sehingga pada saat emergency shutdown valve menutup, secara otomatis Blowdown valve (BDV-3901, BDV-3902, BDV-3903, BDV-3904 ) akan membuka sehingga aliran fluida akan dialirkan ke Flare line. Jika aliran fluida ini melebihi set pressure pada Blowdown valve sebesar 65 Barge maka fluida tersebut akan mengalir melalui PSV-3901, PSV-3902, PSV-3903, PSV-3904, PSV-3905, PSV- 3906. 4
Aliran fluida turbulen yang mengalir dengan kecepatan tinggi akan mengalami pembatasan pada BDV, Restriction orifice (RO) dan PSV sehingga menimbulkan tingkat kebisingan yang tinggi. Tingkat kebisingan yang tinggi ini dihasilkan oleh tubrukan aliran fluida kecepatan tinggi pada dinding pipa. Selain itu, aliran turbulen yang bercampur dengan gerakan valve karena chocked flow dan shockwaves pada downstream dari RO sebagai akibat dari pressure drop turut menyumbang pada tingkat kebisingan yang tinggi. Tingkat kebisingan yang tinggi ini akan merangsang frekwensi vibrasi yang tinggi dan akut pada dinding pipa. Vibrasi akan membentuk pelemahan lokal pada dinding pipa sehingga mengakibatkan potensi dinamik stres yang tinggi pada circumferential discontinuities dari welding. Terutama pada sambungan cabang pipa kecil (small bore) dan welded support. Stress yang terjadi tersebut bisa mengakibatkan fatigue failure jika tidak di tangani dengan baik. Dalam makalah ini akan dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut 1. Bagaimana Acoustic induced vibration (AIV) bisa terjadi pada pipa flare, menganalisa faktor-fakor penyebab AIV, serta merumuskan penanganannya (mitigation action) agar tidak terjadi fatigue failure pada pipa tersebut. 2. Menghitung besarnya Source Sound Power level (SWL S ) dan Sound power level (SWL) dan Likelihood of Failure (LOF) dari cabang-cabang koneksi PSV ke Flare line, sehingga mengetahui kontribusi masing-masing PSV terhadap AIV. 3. Menghitung stress terutama static analisis yang terjadi pada pipa flare. 5
1.6 Pembatasan masalah Pembahasan mengenai desain pipa flare sangatlah luas dilihat dari berbagai sisi. Baik itu dari sisi proses, instrument, piping dan penyanggahnya. Pada pembahasan kali ini, penulis membatasi permasalahan pada: 1. Menganalisa SWL dan LOF berdasarkan ketentuan Energy Institute 2008. 2. Menghitung sound power level (SWL) dan likelihood of failure (LOF) pada masingmasing cabang dari pipa yang berhubungan dengan PSV. 3. Perhitungan stress analysis pada pipa flare. 1.7 Metodelogi perhitungan Metode yang dipakai dalam analisa vibrasi pada pembahasan ini adalah Metode manual dengan menghitung sound power level (SWL) dari masing-masing PSV, kemudian di lanjutkan dengan menghitung SWL Limit dari masing-masing cabang downstream dari PSV, dan menghitung LOF skor. Dari LOF skor yang didapat akhirnya disimpulkan apakah desain pipa tersebut dapat memenuhi criteria skor dalam LOF Method. Setelah pipa tersebut aman dari vibrasi maka kemudian akan dianalisa tegangannya dengan CAESAR II. 6
1.8 Sistematika penulisan Sistematika dalam pembahasan ini disajikan sebagai berikut: BAB I : Pendahuluan Dalam bab ini diuraikan mengenai latar belakang dari masalah yang akan dibahas, tujuan dari penulisan makalah ini, perumusan masalah, pembatasan masalah dan sistematika penulisan. BAB II : Landasan Teori Dalam bab ini dijelaskan mengenai landasan teori dari fluida, sistem Flare, vibrasi, Acoustic Induced Vibration dan analisa tegangan. BAB III : Desain data dan Metodelogi Penelitian Dalam bab ini akan dijelaskan metode penelitian berupa diagram alir dari penelitian dan data-data yang berhubungan dengan penulisan. BAB IV : Analisa dan Pembahasan Dalam bab ini akan dijelaskan mengenai perhitungan Sound Power Level, sound power limit, LOF skor dan Hasil dari stress analisis yang dihitung. BAB V : Kesimpulan dan Saran Dalam bab ini berisi kesimpulan dari penulisan dan saran-saran untuk perbaikan desain sistem pemipaaan Flare. 7