Analisa Riser Protection pada Fixed Jacket Platform Akibat Beban Tubrukan Kapal Syamsul Bachri Usman 1, Murdjito 2, Handayanu 2 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS 2 Staf Pengajar Jurusan teknik Kelautan, FTK-ITS Abstrak Riset ini bertujuan melakukan upaya perlindungan terhadap riser-riser yang memiliki kemungkinan besar untuk mengalami accident seperti tertubruk oleh kapal. Penelitian ini dilakukan pada Jacket NGL-B platform yang dimiliki oleh Pertamina ONWJ. Jacket ini dioperasikan pada kedalaman 135 ft. Analisa dilakukan dengan bantuan software SACS untuk memodelkan design riser protection, kemudian dilakukan analisa ship impact guna mendapatkan nilai deformasi yang terjadi dan besarnya energi yang diserap oleh riser protection sebagai akibat pengaruh beban tubrukan kapal. Selain itu juga menggunakan software ANSYS Workbench untuk melakukan analisa lokal terhadap member-member utama pada riser protection. Dari hasil penelitian didapat bahwa riser protection menyerap energi lebih banyak pada analisa kondisi kedalaman high water level yaitu sebesar 309.67 KJ untuk bow impact, 535.49 KJ untuk side impact dan stress terbesar yang dialami tumpuan utama riser protection adalah sebesar 2.4201e+005 psf yaitu pada tumpuan 2 dengan kondisi side impact. Kata kunci : riser protection, ship impact, ANSYS, SACS. 1. PENDAHULUAN Riser termasuk salah satu bagian penting didalam sebuah struktur jacket platform. Karena begitu pentingnya sehingga dalam proses design sebuah jacket platform, selalu diupayakan posisi riser berada ditempat yang terlindung dari kemungkinan akan tertubruk oleh supply vessel. Kejadian tertubruknya riser-riser pada Mumbai High North (MHN) platform yang memiliki lima gas export risers dan sepuluh fluid import risers, dimana letaknya berada diluar jacket platform merupakan satu contoh bagaimana pentingnya perlindungan terhadap riser yang posisinya berada diluar jacket platform. Pada penelitian kali ini, dilakukan desain riser protection pada NGL-B platform yang posisi beberapa risernya berada sangat dekat dengan boatlanding. Kemudian dilakukan analisa ship impact dengan bantuan software SACS 5.2 untuk mengetahui besarnya energi yang mampu diserap oleh struktur riser protection sebagai akibat beban tubrukan kapal dan besarnya deformasi yang terjadi. Kemudian nilai deformasi tersebut akan dijadikan input analisis lokal pada ANSYS Workbench. 2. DASAR TEORI 2.1 Kategori Tubrukan Tubrukan yang terjadi tergolong menjadi tiga kategori (Gjerde et al 1999) yaitu: a. Low-energy collision : Kategori ini sering terjadi pada kapal berukuran kecil dengan kecepatan mendekati kecepatan normal saat vessel mendekat atau menjauhi struktur. Energi yang dihasilkan sekitar 1 MJ. Frekuensi kejadian >10-4 per tahun. b. Accidental collision : Kategori ini sering terjadi pada vessel yang mengalami drifting pada kondisi lingkungan yang buruk. Kondisi ini dapat terjadi karena vessel berada pada jarak yang dekat dengan platform. Frekuensi kejadian 10-4 per tahun. c. Catastrophic collision : Kategori ini terjadi karena adanya vessel dengan ukuran yang cukup besar dan kecepatan tubrukan yang besar atau kombinasi dari keduanya sehingga dapat menghasilkan energi tubrukan yang dapat meruntuhkan struktur. Frekuensi kejadian <10-4 per tahun. Gambar 2. 1 Tipikal tubrukan vessel & kurva deformasi (Norsok N-004) 1
2.2 Massa tambah Sebuah objek yang mengalami pergerakan dalam media cair akan mengalami pertambahan massa sebagai akibat adanya massa air yang ikut bergerak. Total berat vessel yang digunakan dalam analisa tubrukan sangat bergantung pada massa tambah.. API RP 2A memberikan koefisien massa tambah 1.4 untuk tubrukan samping (side impact) dan 1.1 untuk tubrukan depan (bow/stern impact). M ms ma Dengan: M = Massa total (kg) ms = massa struktur/vessel (kg) ma = massa tambah (kg) = 0.4ms untuk jenis side impact = 0.1ms untuk jenis bow/stern impact. 2.3 Penyerapan Energi Sebuah bangunan lepas pantai akan menyerap energi sebagai akibat dari: d. Deformasi plastis lokal (denting) dari tubular member. e. Kelenturan elastis/plastis dari member. f. Regangan elastis/plastis dari member. g. Fender, jika ada. h. Deformasi global struktur i. Deformasi kapal Secara umum, tahanan terhadap tumbukan kapal bergantung pada interaksi antara kerusakan (denting) member dan kelengkungan (bending) member. Deformasi global dari struktur dapat diabaikan. Pengurangan energi tubrukan dapat terjadi dalam banyak kasus dimana ukuran vessel dan atau peralatan operasi vessel tersebut dibatasi. 2.4 Energi Tubrukan (Impact Energy) Dalam HSE Offshore Technology Report, 2001 direkomendasikan bahwa gaya impact dirumuskan sebagai berikut : F = Po F V c. a. m Dengan F = gaya impact (MN) Po = minimum crushing strength bagian yang terkena tumbukan dari vessel dan bagian impact dari struktur landing platform. c = kekakuan akibat tumbukan pada vessel (MN/m) a = koefisien massa tambah (sideway impact = 1,4 ; stern / bow impact = 1,1 ) m = displacement vessel (Kg) V = kecepatan merapat relatif (m/s) 2.5 Tegangan Von Mises Tegangan Von Mises yang terjadi dinyatakan melalui persamaan: Dengan: σ v = tegangan von mises, Pa σ 1 = tegangan sumbu-x, Pa σ 2 = tegangan sumbu-y, Pa σ 3 = tegangan sumbu-z, Pa 2 PEMODELAN Pemodelan struktur jacket NGL-B platform menggunakan software SACS. Data gambar struktur yang digunakan untuk pemodelan adalah dari technical drawing NGL-B Platform. Dimana data gambar tersebut meliputi dimensi jacket dan jenis material. Dalam pemodelan geometri struktur, semua struktur dimodelkan termasuk dek-dek, kaki jacket, dan boat landing. Gambar 4. Model NGL-B Platform Desain riser protection yang dibuat pada penelitian kali ini ada dua macam, dimana model pertama adalah riser protection yang tidak memiliki hubungan langsung dengan boatlanding yang ada disebelahnya. Sedangkan yang kedua memiliki hubungan langsung dengan boatlanding ditunjukkan dengan adanya member yang terkoneksi dengan boatlanding. Pemodelan riser protector juga dilakukan pada SACS 5.2, dengan cara menambahkan langsung pada model struktur NGL-B yang telah dimodelkan sebelumnya. Gambar 5. Model 1 riser protection 2
Gambar 6. Model 2 riser protection Berikutnya adalah memodelkan member-member utama riser protection. Hal ini dilakukan dengan bantuan software Autocad yang kemudian diimport ke ANSYS Workbench. Gambar 3. Model Member-member utama 3 3 HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Analisa Perbandingan Model Riser Protection Setelah melakukan pemodelan 2 model riser protection, seperti terlihat pada gambar 5 dan gambar 6. Selanjutnya adalah melakukan analisa terhadap kedua model tersebut, untuk memilih model riser protection terbaik bagi NGL-B platform. Gambar 7. Model Member-member utama 1 Tabel 3.1 Perbandingan antara 2 rancangan model riser protection Analisa Perbandingan Model 1 Model 2 Massa Struktur 18.915 Kips 21.664 Kips Desain dan Konstruksi Lebih mudah dalam hal konstruksi karena tidak mengganggu struktur sebelumnya yang sudah ada Karena ada member yang terkoneksi dengan boatlanding yang sudah ada, maka dari segi konstruksi model 2 akan lebih sulit isbanding model 1 Gambar 2. Model Member-member utama 2 Reaksi membermember riser protection terhadap beban tubrukan yang dialami boatlanding ketika kapal bersandar Tidak terpengaruh Terpengaruh atau mendapat transfer gaya. 3
Dari table diatas, maka diperoleh bahwa riser protection yang tidak memiliki member yang terkoneksi langsung dengan boatlanding lebih baik (model 1). 3.2. Analisa Ship Impact Analisa ship impact dilakukan pada 3 kedalaman yaitu HHWL, MSL, dan LLWL. Gambar 6. Perbandingan Absorb Energi saat kecepatan 0.5 m/s pada kondisi Bow impact Gambar 7. Perbandingan Absorb Energi saat kecepatan 0.5 m/s pada kondisi Side Impact Dari perbandingan Absorb Energi didapat bahwa kondisi HHWL meng-absorb energi jauh lebh besar dibandingkan kondisi lainnya, pada kondisi bow impact dengan kecepatan 0.5 m/s energi yang diserap oleh riser protection adalah 309.67 KJ dan 535.49 KJ pada kondisi side impact. Tabel 3.1 Defleksi Maksimum 0.5 m/s, Bow Impact (HHWL) JOINT DEFLEKSI (INCH) X Y Z 595 0.009684-0.0954 0.001 9702 0.012682-0.15-0.004 9698 0.007684-0.13413-6.2E-05 969B -0.01206-0.13438-0.01399 969D 0.03686-0.15281-0.06547 969E 0.03761-0.10789-0.02874 1587 0.057581-0.1853-0.04783 9697 0.040151-0.21487-0.04773 9701 0.030918-0.22856-0.04773 969J 0.055506-0.37734-0.10603 969K 0.045546-0.44727-0.10489 969M 0.031748-0.52601-0.10385 1590-0.00412-0.12002-0.01138 9696 0.002642-0.12978-0.01138 9700 0.017886-0.14629-0.01128 969R 0.014024-0.11966 0.000356 969S 0.009553-0.175-0.00071 969U 0.00752-0.07876 0.000711 Tabel 3.2 Defleksi Maksimum 0.5 m/s, Side Impact (HHWL) JOINT DEFLEKSI (INCH) X Y Z 595 0.012912-0.1272 0.001333 9702 0.01691-0.2-0.00533 9698 0.010246-0.17885-8.3E-05 969B -0.01608-0.17918-0.01866 969D 0.049147-0.20375-0.0873 969E 0.050147-0.14386-0.03832 1587 0.046232-0.14877-0.0384 9697 0.032237-0.17251-0.03832 9701 0.024823-0.18351-0.03832 969J 0.044566-0.30296-0.08513 969K 0.036569-0.35911-0.08422 969M 0.02549-0.42233-0.08338 1590-0.00675-0.19675-0.01866 9696 0.004332-0.21275-0.01866 9700 0.029322-0.23982-0.01849 969R 0.022991-0.19617 0.000583 969S 0.01566-0.28689-0.00117 969U 0.012328-0.12912 0.001166 4
3.3 Analisa Lokal Member-Member Tumpuan Utama Tumpuan 2 Tumpuan 1 2.4201e+005 9.013e+003 4.6364e+003 4.2015e+002 Gambar 8. Stress pada Tumpuan 1 saat kecepatan 0.5 m/s pada kondisi Side Impact Gambar 10. Stress pada Tumpuan 2 saat kecepatan 0.5 m/s pada kondisi Side Impact 1.9406e+004 1.0259e+004 3.4445e+003 3.3808e+004 Gambar 9. Stress pada Tumpuan 1 saat kecepatan 0.5 m/s pada kondisi Bow Impact Gambar 11. Stress pada Tumpuan 2 saat kecepatan 0.5 m/s pada kondisi Bow Impact 5
Tumpuan 3 9.505e+002 3.9782e+002 Gambar 12. Stress pada Tumpuan 3 saat kecepatan 0.5 m/s pada kondisi Side Impact 6.4222e+002 5.7365+002 Gambar 13. Stress pada Tumpuan 3 saat kecepatan 0.5 m/s pada kondisi Bow Impact Pada analisa lokal terhadap 3 tumpuan utama riser protection didapat bahwa nilai stress tertinggi terletak pada tumpuan 2 kondisi side sebesar 2.4201e+005 psf, berarti kondisi ini masih aman berdasarkan standart maksimum stress yang diberikan oleh AISC yaitu sebesar 36 KSI atau 5.184e+006. KESIMPULAN DAN SARAN 3.4 Kesimpulan Dari hasil perhitungan dan analisa dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut, 1. Desain Riser Protection yang terbaik adalah model 1 yang tidak memiliki member yang terkoneksi langsung dengan boatlanding. 2. Besarnya Energi yang diserap oleh riser protection adalah 309.67 KJ untuk kondisi tubrukan bow dan 535.49 untuk kondisi side. Hasil ini memenuhi syarat minimal yang harus terpenuhi yaitu 235 KJ untuk bow impact dan 300 untuk side impact. 3. Stress terbesar yang terjadi pada tumpuan utama riser protection adalah sebesar 2.4201e+005 yang berarti masih dalam batas yang diperbolehkan berdasarkan standart AISC yaitu sebesar 36 ksi atau setara dengan 5.184e+006. 4.2 Saran Saran yang dapat diberikan untuk penelitian lebih lanjut adalah sebagai berikut : 1. Suatu riser yang lokasinya terletak ditempat rawan untuk tertubruk kapal, perlu pengamanan yang sangat hati-hati, oleh karena itu penelitian kedepannya penulis menyarankan untuk memakai kecepatan accidental. 2. Salah satu komponen yang diabaikan pada penelitian kali ini adalah keberadaan fender, padahal dalam kenyataannya fender mengambil peran cukup penting. Oleh karena itu perlu diadakan penelitian lebih lanjut dengan menyertkan keberadaan fender. DAFTAR PUSTAKA American American Petroleum Institute. 2002. Recommended Practice For Planning and Constructing Fixed Offshore Platform - Working Stress Design. API Recommended Practice 2A (RP 2A) WSD 21 th. Popov, E. P. 1993. Mekanika Teknik. Jakarta: Penerbit Erlangga. Rahawarin, A.K.,2009, Analisa Keruntuhan Jacket Fixed Platform Akibat Tubrukan Supply Vessel, ITS, Surabaya. Rosyid, D.M., 2007, Pengantar Rekayasa Keandalan, Airlangga University Press, Surabaya. Soedjono, J. J., 1999, Perancangan Sistem Bangunan Laut, Fakultas Teknologi Kelautan, ITS, Surabaya. 6
Hastanto, E. S., 2005, Analisa Ultimate Strenght Struktur Jacket LE Berbasis Keandalan. Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS, Surabaya. Sumiwi, A. D., 2009, Respon Dinamis Akibat Benturan Kapal Pada Anjungan Jacket, Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan; ITS, Surabaya. Gjerde, P., Parsons S.J., Igbenabor, S.C., 1999, Assessment of jack-up boat impact analysis methodology, Marine Structures 12 (1991), Pages 371-401. Kenny, J.P., 1988, Protection of Offshore Installations Against Impact, Offshore Technology Information, OTI 88 535. Walker, S., 2005, Mumbai High North Accident, HSE Presentation to Marine Safety Forum, Mumbai. Soedjono, J. J., 1999, Perancangan Sistem Bangunan Laut, Fakultas Teknologi Kelautan, ITS, Surabaya. Sumiwi, A. D., 2009, Respon Dinamis Akibat Benturan Kapal Pada Anjungan Jacket, Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan; ITS, Surabaya. Visser, W., 2004, Ship collision and capacity of brace member of fixed steel offshore platform, HSE Research report, Netherlands. 7