Desak Made Ayu | 4310100019 Kedalaman...

Optimasi Konfigurasi

Sudut Stinger dan Kedalaman Laut

Dengan Local

Buckling Check

Oleh :

Desak Made Ayu | 4310100019

Pembimbing :

Prof. Ir. Daniel M. Rosyid, Ph.D

Ir. Hasan Ikhwani, M.Sc

I. PENDAHULUAN -Latar Belakang -Manfaat-Perumusan Masalah -Batasan Masalah-Tujuan

II. Tinjauan Pustaka dan Dasar Teori-Tinjauan Pustaka-Dasar Teori

OUTLINE :

III. Metodologi Penelitian-Skema Diagram Alir-Skema Local Buckling CheckOUTLINE :

IV. Analisa dan Pembahasan-Analisa Instalasi Dengan OFFPIPE-Analisa Local Buckling Check

V. Kesimpulan

Latar Belakang

• Penggunaan minyak dan gas pada kehidupan sehari-hari tidak dapat dilepaskan, hal ini menyebabkan semakin agresifnya eksplorasi minyak dan gas didaerah lepas pantai.

• Proses instalasi pipa terlebih dahulu harus dilakukan agar dapat mendistribusikan minyak dan gas yang terlebih dahulu telah ditambang.

• Sebagai bagian dari proyek PRP 2013-2014, PT. PHE ONWJ bermaksud untuk menginstal pipa baru dalam rangka melakukan antisipasi peningkatan produksi di masa depan.

Tabel 1.1 Data Desain Pipa

Material Units 6” Pipeline

Steel Outer Diameter inch 6.625

Material Specifiation - Carbon Steel

API-5L-X52 PSL

2 Offshore

Wall Thickness in 0.432

Corrosion Allowance mm 2.54

Steel Density pcf 490 (7850 kg/m3)

SMYS psi 52000 @ 70°F

SMTS psi 66000 @ 70°F

Young’s Modulus, E psig 3.002 x 107

Poisson’s Ratio - 0.3

Coefficient of Thermal Expansion k-1 11.7 x 10-6

Thermal Conductivity W/mK 45

(Sumber: PT. Globa Maritime, 2013)

Data Pipa Tabel 1.2 Pipeline Coating Parameter

Decription Pipeline

External Anti-Corrosion

Coating

Type AE

Thickness,mm 4

Density,lb/ft3 79.97

Cutback,mm 150 +/- 10mm

Concrete Coating

Thickness

Thickness,mm 30

Density,lb/ft3 190

Cutback,mm 300 +/- 25mm

Water Absorption 5 (Sumber: PT. Globa Maritime, 2013)

Data Lay Barge & Stinger

Tabel 1.3 Data Lay Barge

Description Barge Parameter

Maximum Pipe Tension Available 60 MT

No. Of Tensioners Available on the

Barge

2 nos

No. Of Rollers on the Barge 7 nos

Length of Tensioner 6.5 m

Hitch X-Location (w.r.t stern) 0.497 m

Hitch Y-Location (w.r.t main deck) -1.80 m

Barge Moulded Dimensions

Length = 85 m

Breadth = 25 m

Depth = 5.5 m


Tabel 1.4 Stinger Parameter

Description Barge Parameter

No.of Rollers on Stinger 3

Stinger Length 20.55 (1 section)

Stinger Roller Bed Length 2.586 m

Increment Rotation Angle (from

horizontal)

2.22 deg


Untuk pengerjaan menggunakan Barge S-Lay HAFAR Neptune. Data barger dan stinger yang akan digunakan adalah sebagai berikut :

Man

faat

Tuju

an

Peru

mu

san

Mas

alah

-Berapakah sudutoptimum stinger danbagaimanakahpengaruh konfigurasi sudut stinger pada tegangan Von Misesyang terjadi pada pipeline untuk setiap perbedaan kedalaman saat proses instalasi?

-Bagaimanakah local buckling yang terjadi pada pipeline untuk setiap perbedaan kedalaman dan variasi sudut stinger?

-Menganalisa dan mengetahui berapakah sudutoptimum stinger dan pengaruh konfigurasi sudut stinger pada tegangan Von Misses pada saat proses instalasi.

Menganalisa local buckling yang terjadi pada pipeline untuk setiap perbedaan kedalaman dan variasi sudut stinger.

Manfaat dari penelitian ini adalah memberikan pemahaman mengenai instalasi pipa bawah laut dengan metode S-Lay, mengetahui pengaruh konfigurasi sudut stinger untuk melihat tegangan yang terjadi pada pipeline serta menganalisa local buckling yang terjadi pada saat proses laying.

Metode instalasi yang digunakan adalah metode S-Lay.Dasar laut dianggap datar. Analisa yang dilakukan adalah analisa statis.Tinggi roller konstan.Gerakan barge diabaikan.Panjang stinger konstan.Codes yang digunakan adalah DNV 1981 mengenai Rules

for Submarine Pipeline System.

Batasan Masalah

Metode Pipelaying Teori Tegangan Teori Optimasi Local Buckling Local Buckling Check

DNV 81

dIDasar Teori

MetodePipelaying

S Lay

Kurva pipa yang keluar dari Lay Barge hingga seabed akan berbentuk seperti huruf S. Pada saat pemasangan akan membutuhkan stinger dan tensioner.

MetodePipelaying

J Lay

Metode ini menggunakan berat pipa itu sendiri agar pipa dapat menyentuh dasar laut. Tidak ada daerah kritis pada tekukan atas (overbend) dan hanya ada pada bagian tekukan bawah (sagbend) sebagai daerah kritis

Proses Pipelaying

Welding Operation -> NDT (None Distraction Test) station cek pengelasan dan coating station -> Roller akan membantu pipa bergerak dari barge hingga masuk ke laut

Proses Pipelaying

Stinger

AB

Stinger berfungsi sebagai pengarah pipa pada roller yang terletak antara tubular sehingga pipa dapat meluncur ke bawah dari barge stern sampai ke seabed.

Proses Pipelaying

Overbend

Daerah overbend biasanya dimulai dari tensioner pada deck barge, melalui barge ramp, dan turun ke stinger sampai pada titik dimana pipa tidak lagi didukung oleh stinger

Proses Pipelaying

Sagbend

Daerah sagbend biasanya dimulai dari titik inflection sampai titik touch down pada seabed

Teori Tegangan

Tegangan Normal

Tegangan normal adalah tegangan yang bekerja dalam arah tegak lurus terhadap permukaan bahan dan dapat berupa tegangan tarik (tensile stress) atau tegangan tekan (compressive stress).

𝜎 =𝑃

𝐴

dengan:σ = tegangan normal (N/m2)P = gaya tarik/tekan (N)A = luas penampang melintang (m2)

Teori Tegangan

Tegangan Von Mises

Penggabungan tegangan-tegangan utama pada suatu elemen merupakan suatu cara untuk mengetahui nilai tegangan maksimum yang terjadi pada node tersebut. Salah satu cara mendapatkan tegangan gabungan adalah dengan menggunakan formula tegangan Von Misses yaitu:

𝜎𝑒 = 0.5(𝜎1 − 𝜎2)2 + (𝜎2 − 𝜎3)

2(𝜎3 − 𝜎1)2 0.5

dengan:σe = tegangan von misesσ1 = tegangan utama 1σ2 = tegangan utama 2σ3 = tegangan utama 3

Teori Optimasi

Optimasi adalah pencarian nilai-nilai variable yang dianggap optimal, efektif dan efisien.

Metode Pendekatan Optimasi

Untuk mendapatkan titik optimum pada grafik, dengan mencari beberapa titik variasikemudian memplotkan. Sehingga didapatkangrafik masing-masing constraint. Kemudiandidapatkan grafik constraint tersebut, dimanatitik potong tersebut adalah titik optimumnya.

Local Buckling

Local Buckling pada pipa dipengaruhi external pressure, axial force dan bending moment. Buckling merupakan keadaan dimana pipasudah tidak bundar atau mengalamiperubahan bentuk akibat tekanan hidrostatisyang besar pada kedalaman tertentu.

Local Buckling

Check DNV 81

Local Buckling adalah kombinasi kritistegangan longitudinal dan hoop yang kemudian dicari permissible combination

σx = Total axis stress (Pa)σxcr = Critical Longitudinal Stress (Pa)ηxp = Permessible buckling usage factorσy = Hoop Stress (Pa)σycr = Critical Hoop Stress (Pa)ηyp = Permissisble buckling usage factor

Metodologi Penelitian

METODOLOGI PENELITIAN

1.1 Metode Penelitian

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Skema Diagram Alir

Mulai

Pengumpulan data pipa dan lay barge

Pemodelan Pipa dengan menggunakan software OFFPIPE

Running pemodelan menggunakan

software OFFPIPE

Output variasi sudut stinger dan kedalaman

Analisa hasil pemodelan

Cek Local Buckling dengan DNV 1981

Selesai

Skema Alir

Memasukan inputan data

Menghitung Cross Section Area

Menghitung elastic section modulus

Menghitung longitudinal stress due to axial force

Menghitung longitudinal stress

due to pipe bending

Mulai

LocalBuckling

Check

Menghitung critical longitudinal stress ketika N bertindak

sendiri

Menghitung longitudinal stress

Menghitung critical longitudinal stress ketika M bertindak

sendiri

A

Input Data Nominal Outside

Diameter of Pipe Nominal Wall

Thickness Axial force in pipe Bending moment Specified yield

strength Water depth External pressure Internal pressure Modulus of

Elasticity

Menghitung longitudinal

(compressive) stress

A

Menghitung hoop stress

Menghitung critical compressive hoop

stress for completely elastic buckling

Menghitung compressive hoop

stress

Menghitung α

Check 𝜎𝑥

ᶯ𝑥𝑝𝜎𝑥𝑐𝑟

𝛼

+ 𝛼𝑦

ᶯ𝑦𝑝𝜎𝑦𝑐𝑟 ≤ 1

Selesai

Analisa Data dan

Pembahasan

Untuk memulai permodelan instalasi denganmenggunakan bantuan software OFFPIPE yang akan dilakukan adalah memodelkan laybarge, stinger,dan memasukan data properties pipaserta memasukkan data lingkungan sepertikedalaman laut. Berikut adalah loadcase untukpengerjaan tugas akhir :

Load Case

STATIC CASE

Water Depth

Stinger Angle

Outiside Diamete

r

Wall Thickness

Lay Tension

6.668.8811.113.3215.546.668.8811.113.3215.546.668.8811.113.3215.54

16.827 1.1 235.2

(cm) (cm) (kN)

16.827 1.1 235.2

16.8271.1 235.2

(m) (deg)

CASE 1 14.935

CASE 2 15.979

CASE 3 17.023

STATIC CASE

Water Depth

Stinger Angle

Outiside Diamete

r

Wall Thickness

Lay Tension

6.668.8811.113.3215.546.668.8811.113.3215.546.668.8811.113.3215.54

CASE 6 20.15516.827

1.1 235.2

CASE 4 18.067 16.827 1.1 235.2

CASE 5 19.11 16.827 1.1 235.2

(m) (deg) (cm) (cm) (kN)

STATIC CASE

Water Depth

Stinger Angle

Outiside Diamete

r

Wall Thickness

Lay Tension

6.668.8811.113.3215.546.668.8811.113.3215.546.668.8811.113.3215.54

CASE 9 23.287 16.827 1.1 235.2

CASE 7 21.199 16.827 1.1 235.2

CASE 8 22.243 16.827 1.1 235.2

(m) (deg) (cm) (cm) (kN)

STATIC CASE

Water Depth

Stinger Angle

Total Stress

Total Stress

(Mpa) (Mpa)6.66 253.9 71 168 47

8.88 257.1 71 100.6 28

11.1 237.4 66 100.6 28

13.32 320.5 89 100.6 28

15.54 446 124 100.6 28

6.66 284.6 79 189.3 53

8.88 257.2 71 100.6 28

11.1 237.3 66 100.6 28

13.32 321.6 89 100.6 28

15.54 441.1 123 100.6 28

6.66 314.2 87 209.8 58

8.88 257.2 71 121.4 34

11.1 237.3 66 100.7 28

13.32 322.7 90 100.7 28

15.54 436.4 121 100.7 28

6.66 342.8 95 229.7 64

8.88 257.2 71 142 39

11.1 237.3 66 100.8 28

13.32 323.7 90 100.8 28

15.54 436.4 121 100.8 28

6.66 370.4 103 248.8 69

8.88 257.3 71 161.9 45

11.1 237.4 66 100.8 28

13.32 324.7 90 100.8 28

15.54 437.4 121 100.8 28

CASE 5 19.11

CASE 3 17.023

CASE 4 18.067

CASE 1 14.935

CASE 2 15.979

Maximum Stress On Overbend

Maximum Stress On Sagbend

(m) (deg)Pipeline Stress

SYMS %

Pipeline Stress SYMS

%

Untuk analisa kali ini akan digunakan 9 case seperti pada tabel diatas yang dimana pada setiap water depth akan divariasikan sudut stingernya. Setelah itu loadcase akan dimasukan dan setelah itu kita akan mendapatan hasil dari runningan OFFPIPE, yaitu :

STATIC CASE

Water Depth

Stinger Angle

Total Stress

Total Stress

(Mpa) (Mpa)6.66 342.8 95 229.7 64

8.88 257.2 71 142 39

11.1 237.3 66 100.8 28

13.32 323.7 90 100.8 28

15.54 436.4 121 100.8 28

6.66 370.4 103 248.8 69

8.88 257.3 71 161.9 45

11.1 237.4 66 100.8 28

13.32 324.7 90 100.8 28

15.54 437.4 121 100.8 28

6.66 397.3 110 267.5 74

8.88 272.4 76 181.1 50

11.1 237.4 66 100.9 28

13.32 325.6 90 100.9 28

15.54 438.4 122 100.9 28

CASE 5 19.11

CASE 6 20.155

CASE 4 18.067




SYMS %


%

STATIC CASE

Water Depth

Stinger Angle

Total Stress

Total Stress

(Mpa) (Mpa)6.66 423.4 118 285.6 79

8.88 299.3 83 199.8 56

11.1 237.5 66 112.6 31

13.32 325.6 90 101 28

15.54 439.3 122 101 28

6.66 448.8 125 303.3 84

8.88 325.5 90 218 61

11.1 237.5 66 131.3 36

13.32 325.3 90 101.1 28

15.54 440.2 122 101.1 28

6.66 473.6 132 320.5 89

8.88 350.9 97 235.6 65

11.1 237.5 66 149.5 42

13.32 325.1 90 101.1 28

15.54 441.1 123 101.1 28

CASE 9 23.287

CASE 7 21.199

CASE 8 22.243




SYMS %


%

Hasil yang didapat akan diplotkan dalam bentuk grafik, maka akan membentukgrafik sebagai berikut:

200

250

300

350

400

450

500

5 7 9 11 13 15 17

Max

imu

m S

tre

ss (

Mp

a)

Stinger Angle (deg)


CASE 1 (14.935 m)

CASE 2 (15.979 m)

CASE 3 (17.023 m)

CASE 4 (18.067 m)

CASE 5 (19.11 m)

CASE 6 (20.155 m)

CASE 7 (21.199 m)

CASE 8 (22.243 m)

CASE 9 (23.287 m)

80

130

180

230

280

330

380

5 7 9 11 13 15 17

Max

imu

m S

tre

ss (

Mp

a)

Stinger Angle (deg)


CASE 1 (14.935 m)

CASE 2 (15.979 m)

CASE 3 (17.023 m)

CASE 4 (18.067 m)

CASE 5 (19.11 m)

CASE 6 (20.155 m)

CASE 7 (21.199 m)

CASE 8 (22.243 m)

CASE 9 (23.287 m)

Permisebble combination untuk menghitung local buckling yang terjadi pada pipa dengan menggunakan DNV 1981 adalah:

Dengan:σx = Total axis stress (Pa)σxcr = Critical Longitudinal Stress (Pa)ηxp = Permssible buckling usage factor (0.86)

σy = Hoop Stress (Pa)σycr = Critical Hoop Stress (Pa)

Analisa Perhitungan Local Buckling Check

Hasil yang didapatkan dari perhitungan local buckling check untuk perhitungan pada overbend dengan 11.1 deg dengan DNV 1981

Dari hasil diatas dapat diketahui bahwa pipa aman dari adanya local buckling karena permisibble combination dari seluruh static case tidak lebih besar dari 1.

Static Case Permissible

Combination Overbend

Case 1 0.59997

Case 2 0.59722

Case 3 0.59732

Case 4 0.59742

Case 5 0.59751

Case 6 0.59760

Case 7 0.59769

Case 8 0.59778

Case 9 0.59785

Static Case Permissible Combination

Sagbend

Case 1 0.27980817

Case 2 0.279990438

Case 3 0.281284249

Case 4 0.281390378

Case 5 0.281572187

Case 6 0.282849407

Case 7 0.312520555

Case 8 0.357913451

Case 9 0.40103426

Dari hasil dibawah dapat diketahui bahwa pipa aman dari adanya local buckling karena permisibble combination dari seluruh static case tidak lebih besar dari 1.

• Sudut optimal saat variasi sudut stinger dan kedalaman laut adalah sudut 11.1 derajat.

Pada variasi sudut stinger dengan kedalaman laut kita dapat melihat bahwa semakin

besar sudut (13.32 dan 15.54 derajat) maka akan semakin besar pula tegangan Von Mises

yang didapatkan (dapat dilihat pada gambar dan grafik) tetapi hal ini terjadi setelah sudut

stinger bernilai 11.1 derajat. Jika sudut terlalu besar (13.32 dan 15.54 derajat) dan

kedalaman laut tidak terlalu dalam (14.935 m, 17.023 m dan 18.067 m), hal ini

menyebabkan tegangan akan semakin besar.

• Tidak terjadi local buckling pada daerah sagbend dan overbend karena nilai permissible

combination yang didapatkan ≤1 dengan menggunakan standart code DNV 1981.

Kesimpulan

Daftar Pustaka

Andini, F. T., (2010). Optimasi Konfigurasi Sudut Stinger dan Jarak Antara Lay Barge dan Exit Point Pada Instalasi Horizontal Directional Drilling, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kelautan-FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Bai, Y., (2001). Pipeline and Riser, Elsevier Ocean Engineering Book Series, Volume 3, Oxford, UK.Det Norske Versitas (1981). DNV 1981: Rules For Submarine Pipeline System. Det Norsle Versitas, Norway.Gere, J., S. Timoshenko, (2009). Mechanics of Material. Cengage Learning, Canada.Guo, B., S. Song, J. Chacko, A. Ghalambor, (2005). Offshore Pipeline. Elsevier, UK.Kenny, J. P. (1993). Structural Analysis of Pipeline Spans. Safety Executive, USA.Mouselli, A.H., (1981). Offshore Design, Analysis and Methods, Penwell Books, Oklahoma.PT. Pertamina PHE ONWJ (2013). Pipelaying Analysis (Including Dynamic and Pipe Weld Repair). MMA MMJ Pipeline, MIKE-W-CAL-0023. JakartaPT. Rare (2013). ANSI B36.10 Seamless Pipe Sizes. Midvaal.Rizaldi, A., (2011). Analisa Buckling Pada Saat Instalasi Pipa Bawah Laut: Studi Kasus Saluran Pipa Baru “Karmila-Titi” Milik CNOOC di Offshore South East Sumatera, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kelautan-FTK, Institut Teknologi SepuluhNopember, Surabaya.

Rao, S., (1985). Optimization Theory and Applications, Wiley Eastern Limited, New Delhi.Rosyid, D. M., (2009). Optimasi Teknik Pengambilan Keputusan Secara Kuantitatif, ITS Press, Surabaya.Soegiono, (2007). Pipa Laut. Airlangga University Press, Surabaya.

Daftar Pustaka

TERIMA KASIH

Desak Made Ayu | 4310100019 Kedalaman...

Documents

Transcript of Desak Made Ayu | 4310100019 Kedalaman...