BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Perhitungan dan Analisa Tegangan 4.1.1 Perhitungan Ketebalan Minimum Ketebalan pipa dapat berbeda-beda sesuai keadaan suatu sistem perpipaan. Perbedaan ketebalan pipa tersebut dipengaruhi oleh beberapa faktor. Adapun faktor-faktor yang utama adalah tekanan disain, suhu disain, faktor korosi, diameter luar pipa, dan bahan pipa yang di gunakan. Untuk mencari tebal minimum pada pipa dapat di cari dengan rumus sebagai berikut ( ASME B31.8 hal. 36) St P = 2 + PET D T P D S E T C = Tebal dinding pipa minimum (mm) = Tekanan internal design (Psi) = Diameter Luar Pipa (mm) = Nilai tegangan yang di ijinkan bahan pada suhu tertentu (psi) = Longitudinal Joint factor = Temperature derating factor = faktor korosi Berikut adalah perhitungan ketebalan minimum pipa berdasarkan suhu dan tekanan disain, dengan data sebagai berikut : VI-1
- Kode standar : ASME B31.8, Rating Class 600 Lb - Material pipa : API-5L-X60 PSL 2 - Operating Pressure (OP) : 1200 Psig - Operating Temperature (OT) : 290 F - Design Pressure (DP) : 1600 Psig - Design Temperature (DT) : 300 F - Test Pressure : 2400 Psig (Water) - Outside Diameter (D) : 8.625 = 219.1 mm - Tegangan yang diijinkan (S) : 43.200 psi - Longitudinal Joint factor (E) : 1 (ASME B31.4, table 403.2.1-1 hal 15) - Derating factor (T) : 1 - Faktor korosi (c ) : 0,118 Inch = 3.175 mm Maka, t PD = c 2.( SFET ) + t = 1600x8.625 + 0,118 2.(43.200x0,3x1x1) t = 0. 719Inch t = 18, 26mm Desin Tebal minimum dinding pipa yang di dapat dari perhitungan diatas adalah 18,26 mm. Data pipa seamless API 5L X60 yang digunakan dalam proyek ini adalah : IV-2
Diameter luar (D) = 219.1 mm BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN Tebal dinding pipa yang dipilih = 18,26 mm, Schedule 120. Tabel 4.1 Weld joint factor (E) Referensi : ASME B31.4 hal 15 IV-3
Tabel 4.2 Longitudinal Joint factor Referensi : ASME B31.8 hal 40 4.1.2 Pemodelan Tegangan Pipa Menggunakan Program CAESAR II 5.10 4.1.2.1 Pemasukan Input Dalam melakukan pemodelan tegangan pipa di perlukan data inputan antara lain diameter pipa, tebal pipa, tekanan, suhu, dan lain- lain. Adapun datadata yang digunakan untuk pemodelan tegangan pipa dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut: - Kode standar : ASME B31.8 IV-4
- Material pipa : API-5L-X60 PSL 2 - Design Pressure (DP) : 1600 Psig - Operating Pressure (OP) : 1300 Psig - Operating Temperature (OT) : 276 F - Design Temperature (DT) : 300 F - Outside Diameter (D) : 8.625 = 219.1 mm - Corrosion allowance : 3,175 mm - Specified Minimum Yield Strength (SMYS): 60,190 psi Dengan data-data di atas, maka pemodelan tegangan pipa dapat di lakukan. Langkah-langkah dalam melakukan pemodelan tegangan pipa dengan program CAESAR II 5.II.10 adalah sebagai berikut: 1. Menentukan nama project - Nama project: Caesar Suban 2 - Pilih piping input Gambar 4.1. Menentukan Nama Project IV-5
Apabila identitas pipa yang akan di modelkan pada tiap segmen belum di definsikan pada tahapan sebelumnya, secara otomatis program akan meminta input definisi pipa yang akan menggunakan identitas tersebut. Data yang harus di masukkan antara lain adalah diameter luar, schedule pipa, tebal dinding pipa, corrosion allowance, temperature, pressure dan material pipa berikut properties materialnya. 2. Masukkan Data Diameter dan Ketebalan Pipa. Gambar 4.2. Input Diameter pipa 3. Masukkan Data Operating Pipa. Gambar 4.3. Input Temperature Desain dan Input Pressure Desain IV-6
4. Masukkan Data Material Pipa. Gambar 4.4. Input material 5. Masukkan Data Density. Gambar 4.5 Input density IV-7
6. Masukkan Data Basic Soil Modeler Gambar 4.6 Input Basic Soil Modeler 4.1.2.2 Analisa Software Caesar II.5.10. Hasil analisa software Caesar II.5.10 memberikan informasi besarnya tegangan yang terjadi pada sistem perpipaan. Output analisa tegangan yang di peroleh adalah nilai tegangan Stress, load sustain dan operating sesuai dengan batasan masalah dalam tugas akhir. Berdasarkan output tersebut dapat di ketahui sistem perpipaan yang di analisis mengacu pada code ASME B31.8 IV-8
4.1.2.3 Studi Kasus Studi kasus pada Pipa Gas Onshore dari Tie-In Suban#13 ke Suban#2 dengan diameter pipa 8.625 inch dan panjang pipa 559,38 m. Dan berikut adalah hasil pemodelan Caesar II.5.10. Gambar 4.7. Pemodelan Pipa dan Titik Node IV-9
Kemudian jalankan Run untuk menganalisa tegangan yang akan terjadi. LOAD CASE DEFINITION KEY CASE 1 (OPE) W+T1+P1 CASE 2 (OPE) W+T1+P1+U1 CASE 3 (OCC) W+T1+U1 CASE 4 (SUS) W+P1 CASE 5 (HYD) WW+P1 Piping Code: B31.8 = B31.8-2003, February 6, 2004 CODE STRESS CHECK FAILED : LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1 OPE Stress Ratio (%): 155.1 @Node 20 OPE Stress: 80986.6 Allowable:52218.0 Axial Stress: 44390.2 @Node 40 Bending Stress: 27354.4 @Node 20 Hoop Stress: 9598.0 @Node 11 3D Max Intensity: 92526.7 @Node 20 CODE STRESS CHECK FAILED : LOADCASE 2 (OPE) W+T1+P1+U1 Highest Stresses:(lb./sq.in.)LOADCASE 2(OPE) W+T1+P1+U1 OPE Stress Ratio (%): 155.0 @Node 20 OPE Stress: 80956.5 Allowable:52218.0 Axial Stress: 44391.8 @Node 40 IV-10
Bending Stress: 27343.0 @Node 20 Hoop Stress: 9598.0 @Node 11 3D Max Intensity: 92491.1 @Node 20 CODE STRESS CHECK FAILED : LOADCASE 3 (OCC) W+T1+U1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 3 (OCC) W+T1+U1 Code Stress Ratio (%): 142.2 @Node 20 Code Stress: 74237.9 Allowable:52218.0 Axial Stress: 47271.2 @Node 40 Bending Stress: 27343.0 @Node 20 Hoop Stress: 0.0 @Node 11 3D Max Intensity: 87545.9 @Node 20 CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 4 (SUS) W+P1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 4 (SUS) W+P1 Code Stress Ratio (%): 16.3 @Node 11 Code Stress: 8530.9 Allowable:52218.0 Axial Stress: 2879.4 @Node 11 Bending Stress: 0.0 @Node 67 Hoop Stress: 9598.0 @Node 11 3D Max Intensity: 12477.3 @Node 11 IV-11
CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 5 (HYD) WW+P1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 5 (HYD) WW+P1 Code Stress Ratio (%): 14.2 @Node 11 Code Stress: 8530.9 Allowable: 60000.0 Axial Stress: 2879.4 @Node 11 Bending Stress: 0.0 @Node 67 Hoop Stress: 9598.0 @Node 11 3D Max Intensity: 10470.8 @Node 11 NO CODE STRESS CHECK PROCESSED: LOADCASE 6(EXP)L6=L1-L4 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 6(EXP)L6=L1-L4 Code Stress Ratio (%): 0.0 @Node 20 Code Stress: 74268.0 Allowable:0.0 Axial Stress: 47269.6 @Node 40 Bending Stress: 27354.4 @Node 20 Torsion Stress: 0.0 @Node 22 Hoop Stress: 0.0 @Node 11 3D Max Intensity: 87581.4 @Node 20 IV-12
Maximum Stress di Node 20 Gambar 4.8. Lokasi Maksimum Stress Load Case Node Max. Stress Allowable Ratio (%) Remarks (Psi) Stress (Psi) OPE 20 80986.6 52.218 155.1 Failed OPE 20 80956.5 52.218 155.0 Failed OCC 20 74237.9 52.218 142.2 Failed SUS 11 8530.9 52.218 16.3 Passed HYD 11 8530.9 60.000 14.2 Passed Tabel. 4.3 Tegangan Pipa Alternatif 1 Keterangan: HYD = Hydro test, OPE = operating, SUS = sustained, OCC = Occasional IV-13
Dari hasil analisa di atas, nilai tegangan terbesar terjadi pada node 20 yaitu 80986.6 Psi. Nilai tegangan ini melebihi batas standar yang di ijinkan yaitu 52.218 Psi, untuk itu perlu di cari jalan keluarnya agar tegangan yang terjadi < tegangan ijin, dimana tujuan penelitian ini adalah Menjaga tegangan pipa agar tetap dalam range yang di ijinkan sesuai dengan ASME B31.8. 4.1.2.4 Pemecahan Kasus Berdasarkan kasus diatas tegangan yang terjadi melebihi batas standar yang di ijinkan, diperlukan solusi terbaik agar sistem bisa aman selama beroperasi. Hal-hal yang harus di perhatikan: 1. Check pemodelan jalur pipa atau biasa disebut dengan pipe route. 2. Check besarnya tekukan atau bending pada lokasi yang kritis. 3. Check apakah semua support sudah di input. 4. Report yang terjadi error CODE STRESS CHECK FAILED. 5. Data data input apakah sudah sesuai. Setelah di analisa langkah-langkah yang harus diperhatikan adalah sebagi berikut : 1. Jalur pipa harus di rubah. 2. Besarnya nilai tekukan atau bending harus di rubah. 3. Perlu ditambahkan support tipe acchor. IV-14
4. Hasil repot menyatakan bahwa CODE STRESS CHECK PASSED 5. Data-data sudah sesuai. 4.2 Analisa Tegangan Penyesuain pemodelan dilakukan terlebih dahulu berdasarkan pemecahan kasus agar di ketahui besarnya perubahan tegangan yang terjadi. Gambar 4.9. Penyesuaian Pemodelan Pipa dan Titik Node Setelah pemodelan selesai kemudian run untuk mengetahui besarnya tegangan yang terjadi: LOAD CASE DEFINITION KEY CASE 1 (OPE) W+T1+P1 CASE 2 (OPE) W+T1+P1+U1 IV-15
CASE 3 (OCC) W+T1+U1 CASE 4 (SUS) W+P1 CASE 5 (HYD) WW+P1 Piping Code: B31.8 = B31.8-2003, February 6, 2004 CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1 OPE Stress Ratio (%): 86.5 @Node 50 OPE Stress: 45181.6 Allowable:52218.0 Axial Stress: 35569.9 @Node 51 Bending Stress: 317.3 @Node 20 Hoop Stress: 9598.0 @Node 11 3D Max Intensity: 52373.5 @Node 51 CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 2 (OPE) W+T1+P1+U1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 2 (OPE) W+T1+P1+U1 OPE Stress Ratio (%): 87.3 @Node 50 OPE Stress: 45561.0 Allowable:52218.0 Axial Stress: 35615.4 @Node 51 Bending Stress: 660.3 @Node 20 Hoop Stress: 9598.0 @Node 11 3D Max Intensity: 52648.5 @Node 50 IV-16
CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 3 (OCC) W+T1+U1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 3 (OCC) W+T1+U1 Code Stress Ratio (%): 74.4 @Node 50 Code Stress: 38842.3 Allowable:52218.0 Axial Stress: 38494.8 @Node 51 Bending Stress: 660.3 @Node 20 Hoop Stress: 0.0 @Node 11 3D Max Intensity: 46274.0 @Node 50 CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 4 (SUS) W+P1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 4 (SUS) W+P1 Code Stress Ratio (%): 16.3 @Node 11 Code Stress: 8530.9 Allowable:52218.0 Axial Stress: 2879.4 @Node 11 Bending Stress: 0.0 @Node 11 Hoop Stress: 9598.0 @Node 11 3D Max Intensity: 12477.3 @Node 11 CODE STRESS CHECK PASSED : LOADCASE 5 (HYD) WW+P1 Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 5 (HYD) WW+P1 Code Stress Ratio (%): 14.2 @Node 11 Code Stress: 8530.9 Allowable:60000.0 Axial Stress: 2879.4 @Node 11 Bending Stress: 0.0 @Node 11 IV-17
Hoop Stress: 9598.0 @Node 11 3D Max Intensity: 10470.8 @Node 11 Support tipe Anchor Perubahan tekukan / bending di Node 20 Gambar 4.10. Hasil Penyesuaian Pemodelan Pipa dan Titik Node Load Case Node Max. Stress Allowable Ratio (%) Remarks (Psi) Stress (Psi) OPE 50 45181.6 52218 86.5 Passed OPE 50 45561.0 52218 87.3 Passed OCC 50 38842.3 52218 74.4 Passed SUS 11 8530.9 52218 16.3 Passed HYD 11 8530.9 60.000 14.2 Passed Tabel. 4.4 Tegangan Pipa Alternatif 2 IV-18
Keterangan: HYD = Hydro test, OPE = operating, SUS = sustain, OCC = Occasional Dilakukan analisa tegangan perpipaan yang diakibatkan oleh beban operation, beban occasional, beban sustain dan beban hydrotest dan hasilnya tidak terjadi Overstres. Dapat terlihat bahwa tegangan aktual yang terjadi tidak melebihi tegangan ijin atau allowable stress kode ASME B13.8. 4.3 Pembahasan Pada alternative ke 2 di dapatkan tegangan terbesar terjadi pada load case operation yaitu 45561.0 Psi, sedangkan tegangan yang di ijinkan adalah 52.218 Psi. rasio stress yang terjadi 87.3% terjadi pada node 50, sehingga jalur tersebut aman di gunakan. Untuk menjaga pipa agar tidak overstress pada alternative ke 2 di tambahkan pipe support tipe Anchor di node 51. Hasil analisa menyebutkan bahwa pada jalur alternative ke 2 tidak terjadi overstress, Maka sistem perpipaan untuk pipa 8.625 jalur Suban #13 ke Suban #2 dengan panjang pipa 559,38 m dalam kondisi aman karena tegangan aktual yang terjadi di bawah tegangan yang di ijinkan. IV-19