BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA 4.1. Data-Data Awal Analisa Tegangan Berikut ini data-data awal yang menjadi dasar dalam analisa tegangan ini baik untuk perhitungan secara manual maupun untuk data masukan sofware CAESAR II adalah sebagai berikut : Kode dan standar : ASME B31.3 Line no. : PA211-8SLC-27810-ASA2-(P) Tegangan yang diijinkan : 20 ksi = 137.8951 N/mm 2 pada suhu maksimum Tegangan yang diijinkan : 20 ksi = 137.8951 N/mm 2 pada suhu minimum Asumsi nilai f : 1.0 Material pipa : carbon steel (ASTM A106 grade B) Koefisien material : 0.4 ( ASME B31.3 appendix table A1) 57
Faktor kualitas produksi : 0.95 (API 5L seamless) Massa jenis pipa : 7.8334 x 10-6 kg/mm 3 Diameter pipa : 8 inci (219 mm) Tekanan design : 1.05 kgf/cm 2 G = 0.1029 N/mm 2 Tekanan operasi : 1.03 kgf/cm 2 G = 0.1010 N/mm 2 Temperature design : 110 ºC Temperature operasi : 61 ºC Corrosion allowance :1.7 mm Jenis insulasi pipa : PP (personal protection) Material insulasi : calcium silicate Massa jenis insulasi : 2.4 x 10-7 kg/mm 3 Ketebalan insulasi : 25 mm Jenis service / content : SLC (steam low condensate) Massa jenis content : 9.8713 x 10-7 kg/mm 3 Material nozzle pompa : carbon steel Panjang nozzle pompa : 125 mm Beban maksimum nozzle : 890 N searah sumbu porosnya 58
Koefisien muai carbon steel : 1.044 x 10-5 mm/mm ºC Jenis expansion joint : rubber expansion joint (flexible hose) Effective ID expansion joint : 200 mm Axial Stiffness : 196.5 N/mm Tranverse Stiffness : 305 N/mm Bending Stiffness : 18 N.mm/deg 4.1.1. Perhitungan Tebal Dinding Pipa Tebal dinding pipa menjadi salah satu parameter pada sofware CAESAR II yang harus dimasukkan sebagai data input dalam proses analisa, untuk itu harus diperhitungkan. Penentuan ketebalan dinding pipa menjadi faktor penentu terhadap hasil analisa, adapun perhitungannya adalah sebagai berikut :... (2.25) Hasil perhitungan tebal dinding menunjukkan hasil t = 1.786 mm yang menunjukkan bahwa pada kondisi tersebut untuk pipa diameter luar NPS 8 inci ( 219 mm ) mempunyai diameter dalam 215.428 mm. Hasil nilai tebal pipa tersebut merupakan tebal minimum, oleh karena itu pada proyek ini ketebalan pipa sudah 59
ditentukan dengan menggunakan acuan schedule pipa dan ketersediaannya dipasaran yaitu menggunakan SCH 20 dengan tebal dinding pipa 6.35 mm. 4.1.2. Perhitungan Displacement Nozzle Perubahan panjang nozzle pada pompa akibat dari perubahan suhu dapat memberikan beban tambahan baik pada pipa maupun pada pompa itu sendiri sehingga perlu diperhitungkan pada analisa fleksibilitas, berikut ini adalah perhitungannya :... (2.18) Akibat perubahan suhu, nozzle mengalami perubahan panjang 0.1161 mm searah sumbu axial. Nilai tersebut menjadi data input untuk salah satu pemilihan parameter displacement pada analisa software CAESAR II dengan memasukkan nilai tersebut pada kolom isian dz (arah nozzle-nya). 4.1.3. Perhitungan Jarak Penyangga Pipa (Span Support) Berbagai fungsi dari penyangga sesuai jenis yang digunakan pada masing-masing posisi dan masing-masing kasus dapat pula menghambat pergerakan pipa untuk mencapai fleksibilitasnya. Untuk itu pemilihannya harus didasarkan pada proses engineering secara matang. Ketepatan pemilihan dan perhitungan jarak penyangga menjadi faktor penentu dalam keberhasilan analisa fleksibilitas. Jarak penyangga dapat 60
ditentukan dengan menggunakan tabel dan dapat juga dari hasil perhitungan, adapun perhitungannya adalah sebagai berikut :... (2.26) dimana, W = W P + W C + W I... (2.28) W P = berat pipa per satuan panjang = π/4. (d 2 o -d 2 i ). (density of steel)... (2.29) = π/4 x (219 2-206.3 2 ) x (7.8334 x 10-6 ) = 3.3214 x 10-2 kg/mm = 0.3255 N/mm W C = berat isi (content) per satuan panjang = π/4. (d 2 i ). (density of fluida)... (2.30) = π/4 x (206.3 2 ) x (9.8713 x 10-7 ) = 3.2980 x 10-2 kg/mm = 0.3232 N/mm W I = berat insulasi per satuan panjang = π/4. (d 2 o insul -d 2 o ). (density of insulation)... (2.31) = π/4 x (269 2-219 2 ) x (2.4 x 10-7 ) = 4.5970 x 10-3 kg/mm = 0.0450 N/mm Jadi berat total per satuan panjang (W), 61
W = 0.3255 + 0.3232 + 0.0450 = 0.6937 N/mm Sedangkan untuk nilai Z nya adalah :... (2.27)... (2.26) Nilai L tersebut merupakan nilai maksimal jarak antar penyangga agar tidak terjadi tegangan yang melebihi batas yang telah ditentukan oleh kode dan standar ataupun untuk mencegah terjadinya defleksi yang melampaui batasan. 4.2. Tegangan Maksimum yang Diijinkan Tegangan maksimum yang diijinkan (S A ) berdasarkan displacement stress akibat dari suhu yang terjadi pada pipa dapat diperhitungkan sebagai berikut : 62
... (2.19) 4.3. Analisa Tegangan dan Hasil Data Output Software CAESAR II Permodelan dan pengisian parameter data input yang dilakukan disesuaikan dengan gambar isometrik dari jalur pipa 8SLC-27810-ASA2-(P) pada proyek PKT-5 dan dari berbagai sumber data dalam proyek tersebut dengan harapan dapat mendekati hasil kebenarannya. 63
Gambar 4.1 Tampilan Permodelan Line no. PA211-8SLC-27810-ASA2-(P) Pada Kondisi Operasi Referensi : software CAESAR II Gambar 4.2 Hasil Output Beban Nozzle Pompa Pada Line no. PA211-8SLC-27810-ASA2-(P) Referensi : software CAESAR II 4.3.1. Hasil Output Software CAESAR II CASE 1 (OPE) W+D1+T1+P1 Piping Code: B31.3-2004, April 29, 2005 NO CODE STRESS CHECK PROCESSED: LOADCASE 1 (OPE) W+D1+T1+P1 Highest Stresses: (N./sq.mm. ) LOADCASE 1 (OPE) W+D1+T1+P1 OPE Stress Ratio: 0.0 @Node 60 OPE Stress: 235.8 Allowable: 0.0 Axial Stress: 9.3 @Node 1050 Bending Stress: 226.7 @Node 60 Torsion Stress: 41.9 @Node 70 Hoop Stress: 17.1 @Node 20 3D Max Intensity: 313.8 @Node 60 CASE 2 (OPE) W+T2+P2 Piping Code: B31.3-2004, April 29, 2005 64
NO CODE STRESS CHECK PROCESSED: LOADCASE 2 (OPE) W+T2+P2 Highest Stresses: (N./sq.mm. ) LOADCASE 2 (OPE) W+T2+P2 OPE Stress Ratio: 0.0 @Node 60 OPE Stress: 228.3 Allowable: 0.0 Axial Stress: 9.1 @Node 1050 Bending Stress: 219.4 @Node 60 Torsion Stress: 40.6 @Node 70 Hoop Stress: 16.7 @Node 20 3D Max Intensity: 303.9 @Node 60 CASE 3 (SUS) W+P1 Piping Code: B31.3-2004, April 29, 2005 CODE STRESS CHECK FAILED : LOADCASE 3 (SUS) W+P1 Highest Stresses: (N./sq.mm. ) LOADCASE 3 (SUS) W+P1 CodeStress Ratio: 222.8 @Node 60 Code Stress: 307.3 Allowable: 137.9 Axial Stress: 13.0 @Node 1050 Bending Stress: 295.0 @Node 60 Torsion Stress: 54.6 @Node 70 Hoop Stress: 23.7 @Node 20 3D Max Intensity: 306.1 @Node 60 CASE 4 (SUS) W+P2 Piping Code: B31.3-2004, April 29, 2005 CODE STRESS CHECK FAILED : LOADCASE 4 (SUS) W+P2 Highest Stresses: (N./sq.mm. ) LOADCASE 4 (SUS) W+P2 CodeStress Ratio: 218.6 @Node 60 Code Stress: 301.4 Allowable: 137.9 65
Axial Stress: 12.7 @Node 1050 Bending Stress: 289.4 @Node 60 Torsion Stress: 53.5 @Node 70 Hoop Stress: 23.2 @Node 20 3D Max Intensity: 300.3 @Node 60 CASE 5 (EXP) L5=L1-L3 Piping Code: B31.3-2004, April 29, 2005 CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 5 (EXP) L5=L1-L3 Highest Stresses: (N./sq.mm. ) LOADCASE 5 (EXP) L5=L1-L3 CodeStress Ratio: 3.1 @Node 59 Code Stress: 6.4 Allowable: 206.8 Axial Stress: 0.1 @Node 160 Bending Stress: 6.4 @Node 59 Torsion Stress: 1.1 @Node 69 Hoop Stress: 0.0 @Node 20 3D Max Intensity: 8.5 @Node 59 CASE 6 (EXP) L6=L2-L3 Piping Code: B31.3-2004, April 29, 2005 CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 6 (EXP) L6=L2-L3 Highest Stresses: (N./sq.mm. ) LOADCASE 6 (EXP) L6=L2-L3 CodeStress Ratio: 1.1 @Node 69 Code Stress: 2.2 Allowable: 206.8 Axial Stress: 0.2 @Node 70 Bending Stress: 2.2 @Node 69 Torsion Stress: 0.3 @Node 70 Hoop Stress: 0.3 @Node 20 66
3D Max Intensity: 3.2 @Node 69 4.3.2. Tegangan Karena Beban Tetap (Sustained Load) Tegangan ini dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya beban axial, pengaruh tekanan, dan momen bending yang terjadi pada sistem perpipaan. Nilai tegangan bending sudah diketahui dari hasil output CAESAR II pada kasus sustained load (SUS). Perhitungan ini dimaksudkan sebagai pembenaran dari hasil analisa dengan software sesuai dengan kenyataan dalam standar yang digunakan.... (2.21) dimana, 67
Nilai S b adalah nilai bending stress yang terjadi pada case 3 (sustained load) yaitu sebesar 295 N/mm 2 pada node 60.... (2.21) Dari perhitungan secara manual menunjukkan kegagalan dalam sistem perpipaan tersebut ( S L S h ). Adapun perbedaan hasil dari perhitungan manual dan dari software dikarenakan pada perhitungan manual, faktor-faktor yang diperhitungkan tidak secara menyeluruh seperti pada software CAESAR II. 4.3.3 Tegangan Karena Beban Thermal (Expansion Load) Tegangan ini terjadi karena perubahan suhu yang menyebabkan perubahan panjang sehingga mempengaruhi momen bending dan momen puntir pada sistem perpipaan. Nilai tegangan bending dan tegangan puntir sudah diketahui dari hasil output CAESAR II pada kasus expansion load (EXP). Perhitungan ini dimaksudkan sebagai pembenaran dari hasil analisa dengan software sesuai dengan kenyataan dalam standar yang digunakan. dimana, 68
Nilai S b adalah nilai bending stress yang terjadi pada case 5 (expansion load) yaitu sebesar 6,4 N/mm 2 pada node 59. Nilai S T adalah nilai torsion stress yang terjadi pada case 5 (expansion load) yaitu sebesar 1,1 N/mm 2 pada node 69.... (2.23) 69