QUANTITATIVE RISK ASSESSMENT UNTUK EQUIPMENT DALAM GAS PROCESSING UNIT DI TOPSIDE OFFSHORE PLATFORM TUGAS SARJANA Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh Reza Hadyansyah 13103104 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
Lembaran Pengesahan Tugas Sarjana Quantitative Risk Assessement untuk Equipment dalam Gas Processing Unit di Topside Offshore Platform Oleh Reza Hadyansyah 13103104 Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung Disetujui pada Tanggal : 11 Februari 2008 Pembimbing Dr. Ir. IGN Wiratmaja Puja NIP : 131 835 240
Judul Tugas Sarjana Quantitative Risk Assessment untuk Equipment dalam Gas Processsing Unit di Topside Offshore Platform Reza Hadyansyah Program Studi Teknik Mesin 13103104 Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung Abstrak Risk dipresentasikan sebagai perkalian antara akibat jika suatu peristiwa kegagalan yang terjadi (consequence of failure) dan seberapa besar kemungkinan peristiwa kegagalan tersebut dapat terjadi (probability of failure). Di dalam industri, kegagalan dipengaruhi oleh berbagai mekanisme degradasi dan dalam dunia proses & migas, kegagalan yang terjadi biasanya adalah kegagalan batasan tekanan (pressure boundary) seperti kebocoran dinding pipa, bejana tekan, dan sebagainya. Kegiatan dalam mengkaji besar nilai risk yang ada ini disebut dengan risk assessment, yang harus dilakukan sesuai dengan Code yang mengaturnya. Pada tugas akhir ini dikembangkan sebuah perangkat lunak yang berfungsi sebagai alat bantu hitung analisis risk assessment untuk equipment yang mencakup perhitungan CoF dan PoF berdasarkan DNV-RP-G101. Studi kasus dilakukan terhadap equipment untuk Gas Processing Unit yang berada di platform Hang Tuah yang berlokasi di laut Natuna. Dari hasil analisis resiko didapatkan bahwa level resiko untuk jenis safety consequence risk dan economic consequence risk, kategori risk yang paling tinggi yang dimiliki oleh equipment dalam analisis adalah medium high. Equipment yang memiliki kategori medium high safety consequence risk adalah 2 nd stage suction scrubber dan equipment yang memiliki kategori medium high economic consequence risk adalah 1 st stage suction scrubber. i
Title Bachelor Thesis Quantitative Risk Assessment for Equipments in Gas Processing Unit at The Topside of Offshore Platform Reza Hadyansyah Major Mechanical Engineering 13103104 Faculty of Mechanical and Aerospace Engineering Institute of Technology Bandung Abstract Risk is presented as the product of the outcomes of an event to happen (consequence of failure) and the probability of that event to happen (probability of failure). In process and oil & gas industries, the failure event is a factor of degradation mechanism and it meant to be the failure of pressure boundaries such as pipe wall, pressure vessel wall, etc. The activity in assessing the level of existing risks is called risk assessment, which has to be carried in accordance to relevant codes concerning to it. In this final project, software has been developed to calculate risk assessment analysis for equipment including calculation for CoF and PoF based on DNV-RP-G101. The case study is conducted to the equipment for gas processing unit, located in Hang Tuah platform in Natuna Sea. From the result using the risk assessment, risk level for safety consequence risk and economic consequence risk, the highest risk category for equipment is medium high. Equipment that has category medium high safety consequence risk is 2 nd stage suction scrubber and equipment that has category medium high economic consequence risk is 1 st stage suction scrubber. ii
KATA PENGANTAR Segala puji penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-nya penulis dapat menyelesaikan buku tugas akhir ini yang berjudul Quantitative Risk Assessment untuk Equipment dalam Gas Processing Unit di Topside Offshore Platform yang merupakan syarat untuk dapat lulus dari Institut Teknologi Bandung untuk dapat menyelesaikan tugas sarjana ini dengan baik. Di kesempatan ini, penulis juga ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih terhadap orang-orang yang telah sangat berperan dalam membantu penyelesaian tugas sarjana ini, yaitu kepada: 1. Kedua orang tua saya, Reny Chaerany dan Achmad Badjri, yang telah mendukung sepenuhnya usaha penulis dalam menyelesaikan pendidikan di ITB ini dan juga saudara-saudara saya, Fahry, Kiki dan Romi, yang turut mendukung secara moral maupun materil. 2. Dr. Ir. IGN Wiratmaja Puja selaku dosen pembimbing yang telah begitu banyak memberikan pengarahan, masukan, nasehat, dan berbagai nilainilai positif lain di luar akademis kepada penulis. 3. Ir. Tri Prakosa, M selaku dosen wali yang telah membimbing penulis sejak penulis memasuki ITB. 4. Dr. Ir. I Wayan Suweca, Dr. Ir. Bagus Budiwantara, dan Dr. Rachman Setiawan, ST sebagai dosen di laboratorium perancangan mesin. 5. Mas Ridho, Mas Okto, dan Mas Jaja. Terima kasih banyak buat bantuannya. 6. Teman-teman dari Lab. EDC: Arnold, Devid, Erwin, Hadi, Eureka, Ian, Erick, Christian, Tomi, Azis, Isar, Adicahyo, Idris, Dodi, Reski, Anton, Mas Bagus, dan teman-teman lain yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Terima kasih buat kebersamaan dan pertolongan selama ini. Semoga kita tetap dapat menjaga hubungan baik. 7. Vonny Subadera yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan TA ini dan terima kasih untuk kehangatan dan kebaikannya selama ini. iii
8. Staff Lab. EDC: Mas Jajang, Mas Dadang, Mas Iin, dan Teh Rini. Terima kasih untuk bantuannya. 9. Seluruh teman-teman M2003 dan HMM. Meskipun pengerjaan tugas sarjana ini telah selesai, namun penulis menyadari bahwa tugas sarjana ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis tidak menutup diri terhadap saran dan kritik yang membangun. Dan juga, penulis berharap agar tugas sarjana ini dapat berguna bagi para pembaca, terutama bagi mereka yang ingin mendalami risk assessment. Bandung, Februari 2008 Reza Hadyansyah iv
DAFTAR ISI Lembar Pengesahan Abstrak... i Abstract... ii KATA PENGANTAR.iii DAFTAR ISI..iii DAFTAR GAMBAR vi DAFTAR TABEL viii Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan... 3 1.3 Ruang Lingkup Penulisan... 3 1.4 Metodologi... 3 1.5 Sistematika Penulisan... 4 Bab 2 Tinjauan Pustaka 2.1 Analisis Risk (Resiko) dan Risk Assessment... 5 2.2 Lingkup Kerja Risk Assessment Berdasarkan DNV-RP-G101... 6 2.3 Inspeksi Berbasis Resiko / Risk Based Inspection (RBI)... 7 2.4 Quantitative Risk Assessment berdasarkan DNV-RP-G101... 7 2.5 Consequence of Failure... 7 2.5.1 Ignited Consequence... 8 2.5.2 Unignited Consequence... 10 2.6 Analisis Probability of Failure... 13 2.6.1 Internal Damage... 14 2.6.2 External Damage... 14 2.6.3 Mechanical Damage... 14 iii
2.6.3 Permodelan PoF... 15 Bab 3 Metodologi Quantitative Risk Assessment untuk Equipment 3.1 Penggunaan Empat Tipe Lubang dalam DNV-RP-G101... 17 3.2 Penentuan Mekanisme Degradasi... 17 3.2.1 Penentuan Tipe Material... 18 3.2.1 Penentuan Product Service Code... 19 3.3 Penentuan CoF... 23 3.3.1 Deskripsi Sistem... 26 3.3.2 Penentuan Mass Leak Rate... 28 3.3.3 Penentuan Release Rate... 29 3.3.4 Penentuan Hole Size Distribution... 32 3.3.5 Penentuan Dispersion Modeling... 34 3.3.6 Penentuan Probability of Ignition (P Ign )... 35 3.3.7 Penentuan Probability of Occurrence... 37 3.3.8 Penentuan Probability of Escalation (P Esc )... 38 3.3.9 Penentuan Safety Consequences... 42 3.3.10Penentuan Economic Consequences... 43 3.3.11Penentuan Enviromental Consequences... 45 3.4 Penentuan PoF... 46 3.5 Penentuan Risk Matrix... 50 Bab 4 Quantitative Risk Assessment pada Platform Hang Tuah untuk Equipment Pemroses Gas 4.1 Platform Hang Tuah... 53 4.2 Equipment Pemroses Gas didalam Platform Hang Tuah... 53 4.3 Data... 55 4.4 Analisis Consequence... 64 iv
4.4.1 Representative Material... 64 4.4.2 Mass Leak Rate... 66 4.4.3 Release Rate... 67 4.4.4 Dispersion Modeling... 70 4.4.5 Probability of Ignition (P Ign )... 71 4.4.6 Probability of Escalation (P Esc )... 73 4.4.7 Probability of Occurrence (P 1, P 2, P 3 )... 73 4.4.8 Safety Consequence... 73 4.4.9 Economic Consequence... 74 4.4.10Environment Consequence... 75 4.5 Analisis Probability of Failure... 76 4.6 Perhitungan Risk dan Kategorinya... 76 4.7 Pengaruh Temperatur Terhadap Release Rate... 81 4.8 Pengaruh Tekanan Terhadap Release Rate... 82 Bab 5 Kesimpulan dan Saran......84 DAFTAR PUSTAKA..85 LAMPIRAN....86 v
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Ledakan pada platform akibat adanya kegagalan pada peralatan pemroses migas 2 Gambar 2.1 Kegagalan pada Dinding Bejana Tekan 6 Gambar 2.2 Platform Adriatic IV yang Terbakar. Lokasi: Mesir 8 Gambar 2.3 Skema dari model 15 Gambar 3.1 Diagram Alir Penentuan Degradation Mechanism 18 Gambar 3.2 Diagram Alir Penentuan CoF 24 Gambar 3.3 Diagram Alir Penentuan CoF bagian perhitungan unignited 24 Gambar 3.4 Diagram Alir Penentuan CoF bagian perhitungan ignited 25 Gambar 3.5 Mass Leak Rate dua fasa fluida berdasarkan 28 Gambar 3.6 Diagram Alir Penentuan Release Rate 31 Gambar 3.7 Event Tree untuk Probability of Occurrence berdasarkan DNV 37 Gambar 3.8 Diagram alir Probability of Escalation (bagian 1) 39 Gambar 3.9 Diagram alir Probability of Escalation (bagian 2) 40 Gambar 3.10 Diagram alir Probability of Escalation (bagian 3) 41 Gambar 3.11 Diagram alir nilai CoF Safety consequence 44 Gambar 3.12 Outage Day Berdasarkan Property Damage 45 Gambar 3.13 Diagram alir environment consequence 46 Gambar 3.14 Diagram alir penentuan PoF 47 Gambar 3.15 Diagram alir penentuan nilai PoF CO2 Model 49 Gambar 3.16 Diagram alir penentuan PoF H2S cracking 50 Gambar 3.17 Risk matrix untuk Safety Consequence 51 Gambar 3.18 Risk matrix untuk Economic Consequence 51 Gambar 3.19 Risk matrix untuk Environment Consequence 52 Gambar 3.20 Deskripsi warna dari risk matrix 52 Gambar 4.1 Platform Hang Tuah 53 Gambar 4.2 Lokasi Cadangan Gas di Laut Natuna dan Jalur Transportasinya ke Singapura 54 vi
Gambar 4.3 Layout Sistem Produksi Gas di Laut Natuna 54 Gambar 4.4 Process Flow Diagram Hang Tuah yang Telah Disederhanakan 55 Gambar 4.5 Risk matrix untuk Safety Consequence 78 Gambar 4.5 Risk matrix untuk Economic Consequence 78 Gambar 4.5 Risk matrix untuk Environment Consequence 78 Gambar 4.5 Hubungan Temperatur dengan Release Rate 81 Gambar 4.6 Hubungan Tekanan dengan Release Rate 82 vii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Batas dari PoF dan deskripsinya 13 Tabel 3.1 Ukuran Lubang dalam DNV 17 Tabel 3.2 Tipe Material dalam DNV 19 Tabel 3.3 Product Service dalam DNV 20 Tabel 3.4 Perhitungan nilai CoF dalam DNV 26 Tabel 3.5 Representative Material dalam API 581 27 Tabel 3.6 Sifat-sifat Representative Material 30 Tabel 3.7 Penentuan Fasa Akhir Fluida 32 Tabel 3.8 Hole Size Distribution dalam DNV 32 Tabel 3.9 Kontanta untuk Pc dalam DNV 36 Tabel 3.10 Kontanta untuk Pd dalam DNV 36 Tabel 3.11 Deskripsi dan persamaan untuk setiap End Event dalam DNV 37 Tabel 3.12 Faktor A dan B untuk P Esc dalam DNV 38 Tabel 3.13 Equipment Downtime 44 Tabel 4.1 Data Fasa dan Densitas Fluida di Dalam Tiap Equipment 55 Tabel 4.2 Data Komposisi Fluida didalam Tiap Equipment 56 Tabel 4.3 Data Proses dan Jenis Material dan Perlindungan Korosi 57 Tabel 4.4 Data Dimensi 58 Tabel 4.5 Data Historis Inspeksi Pertama dan Kedua 59 Tabel 4.6 Data Historis Inspeksi Ketiga dan Keempat 60 Tabel 4.7 Data Ekonomi 61 Tabel 4.8 Data informasi sistem 62 Tabel 4.9 Data-Data Lainnya 63 Tabel 4.10 Representative Material untuk Semua Equipment 65 Tabel 4.11 Mass Leak Rate untuk Semua Equipment 66 Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Release Rate 68 Tabel 4.12 Hasil Penentuan Release Type, Release Duration, dan Release Mass 70 Tabel 4.13 Hasil Perhitungan Dispersion Modeling 70 viii
Tabel 4.14 Tabel Biaya Perbaikan Peralatan 71 Tabel 4.15 Nilai CoF dan Kategori dari Risk 77 Tabel 4.16 Presentasi Risk 78 Tabel 4.17 Pengaruh Temperatur Terhadap Release Rate pada Slug Catcher Top pada Tekanan Konstan 300 ps 79 Tabel 4.18 Pengaruh Tekanan Terhadap Release Rate pada Slug Catcher Top pada Temperatur Konstan 63 o F 80 ix