ANALISA PENGARUH VIBRASI TERHADAP TEGANGAN PADA JALUR PIPA PENGHUBUNG ANTARA DISCHARGE POMPA MENUJU PRODUCTION LINE DI WELLTESTING BARGE ELNUSA SAMUDRA 4Abstrak Pada jalur perpipaan yang terhubung dengan pompa ataupun kompresor, kemungkinan pipa untuk mengalami getaran yaitu cukup besar. Perpipaan yang terhubung dengan mesin rotasi , sebaiknya dipastikan apakah pipa dapat menahan getaran yang terjadi. Ada beberapa hal pada pipa yang perlu diperhatikan jika pipa mengalami getaran, khususnya tegangan dinamik dan simpangan yang dialami oleh pipa.Analisa getaran dilakukan untuk memastikan bahwa pipa yang berpeluang mengalami getaran dapat beroperasi dengan aman. Untuk memastikan hal tersebut, maka diperlukan analisa untuk mengetahui apakah pipa tersebut mampu menahan getaran yang dialami oleh pipa tersebut. Yang dilakukan dalam analisa getaran pada pipa yaitu memastikan bahwa tegangan dinamik yang dialami oleh pipa dan simpangan yang terjadi pada pipa masuk dalam kategori yang diijinkan berdasarkan perhitungan dan juga standard.Perhitungan tegangan dinamik menunjukkan bahwa pipa mampu menahan tegangan dinamik yang dialami , karena tegangan dinamik yang dialami oleh pipa tidak melebihi batasan tegangan dinamik yang diijinkan. Hasil analisa simpangan yang terjadi pada pipa menunjukkan bahwa kondisi pipa masih dalam kategori aman, karena simpangan yang terjadi pada pipa juga tidak melebihi batasan simpangan yang diijinkan.

Kata kunci : Getaran, tegangan dinamik, simpangan.Damarindra Auyun A.P [1], Ir Eko Julianto M.Sc, MRINA [2], Dr. Muh Anis M, ST. MT.[2]Program Studi Teknik Perpipaan, Jurusan Teknik Permesinan KapalPoliteknik Perkapalan Negeri SurabayaJl. Teknik Kimia Kampus ITS Sukolilo Surabayae-mail: damarauyun93@gmail.com

[1] Mahasiswa Teknik Perpipaan 2011, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya[2] Dosen Jurusan Teknik Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya

5

I. PENDAHULUAN

PT Elnusa Tbk merupakan sebuah perusahaan yang bergerak di bidang pelayanan sumur minyak serta pengeboran yang berada di Indonesia. Beberapa klien dari perusahaan ini, antara lain yaitu Pertamina, Chevron, dan Total. PT Elnusa Tbk merupakan satu-satunya perusahaan nasional yang memiliki kompetensi dalam pelayanan minyak dan gas, seismic, pengeboran dan ladang minyak. Bentuk pelayanan yang diberikan oleh PT Elnusa yaitu welltesting barge, snubbing, slickline, coil tubing dan workover.Welltesting barge merupakan suatu proses yang digunakan untuk menguji kualitas dan kapasitas sumur minyak. Pressure di dalam sumur pada saat ini berkisar 3000 sampai 3600 psi, namun sebelum masuk ke dalam sistem yang ada di atas barge tekanan dicekik di dalam choke manifold terlebih dahulu hingga tekanan mencapai 150 psi di dalam separator. Welltesting barge ini dilengkapi berbagai macam safety device yang berupa safety valve bekerja pada 1250 psi, 1300 psi, 1350 psi, 1400 psi, dan yang terakhir 1450 psi yang akan mengakibatkan shutdown sumur secara otomatis. Di dalam welltesting barge terdapat beberapa macam peralatan yang menghasilkan tekanan tinggi, dimana salah satunya adalah pompa reciprocating. Pada salah satu welltesting barge yaitu Elsa 4 terdapat dua pompa reciprocating P-30A dan P-30B serta terdapat juga astmospheric test tank TK-02. Pompa P-30A ini digunakan untuk menghisap fluida air dan minyak dari astmospheric test tank TK-02 dan mengalirkannya menuju wellhead.Pompa yang dihubungkan dengan jalur perpipaan dapat mengakibatkan timbulnya getaran pada pipa tersebut. Getaran pada sistem perpipaan dapat terjadi karena adanya berbagai sumber yang menghasilkan getaran, seperti induksi aliran turbulensi, aliran dua fasa, pulsasi, fluida transien dan rotasi mesin. Beban dinamik pada suatu sistem perpipaan seringkali diabaikan karena dianggap tidak menimbulkan masalah secara langsung, namun apabila getaran pada pipa tersebut terjadi secara terus-menerus dan tidak dapat diantisipasi, pada akhirnya dapat mengakibatkan terhentinya sistem dan secara keseluruhan dapat mengganggu jalannya proses produksi.Pada tugas akhir ini akan dilakukan penelitian tentang pengaruh getaran pompa terhadap tegangan yang diizinkan pada jalur pipa discharge pompa transfer P-30A menuju menuju ke production line dengan metoda harmonik. Jalur pipa discharge pompa tersebut dijadikan bahan penelitian dikarenakan mengalami getaran melebihi ambang yang direkomendasikan oleh ASME B31.3, edisi 2010 sehingga dikhawatirkan pipa juga mengalami getaran akibat aliran fluida keluaran dari pompa. Analisis getaran ini dilakukan untuk mengetahui besarnya tegangan dan pergeseran pada pipa yang terjadi akibat adanya getaran pada discharge pompa, dan apabila diperlukan akan dilakukan disain ulang pada struktur pendukung pipa (pipe support) untuk mengurangi getaran yang terjadi pada pipa.

II. METODOLOGI PENELITIANPenelitian diawali dengan menngumpulkan data-data yang akan dijadikan sebagai bahan analisa. Data tersebut meliputi: (1) Piping diagram sewage system Kapal Patroli 38 m di PT. PAL Indonesia, (2) Piping arrangement sewage system Kapal Patroli 38 m di PT. PAL Indonesia, (3) Material pipa (Aluminium pipe) yang mengalami kebocoran, (4) Data spesifikasi material pipa (aluminium pipe dan plastic pipe), (4) Jurnal yang berkaitan dengan analisa teganganya dan (5) Standard yang berhubungan dengan pemilihan material pipa sewage system. Kapal yang digunakan sebagai bahan kajian adalah Kapal Patroli 38 m produk dari PT. PAL Indonesia. Flow Chart penelitian dilaksanakan seperti di bawah ini:

Gambar 2 Flow Chart Penelitian

Gambar 3 Flow Chart Penelitian (Continued)

Data properties fluida dan material ditunjukkan pada tabel berikut ini:Tabel 1 Fluid Properties

Tabel 2 Material Properties

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Analisa Pemilihan MaterialMaterial pipa pengganti harus merupakan material yang tahan terhadap pitting corrosion dan bersifat ringan karena berada dalam Kapal Patroli yang juga termasuk Kapal Cepat. Korosi terjadi karena ion agresif Cl- (Klorida) dalam air laut/fluida menyebabkan kenaikan laju korosi karena bereaksi dengan ion-ion logam seperti Fe+ yang akan terbentuk akibat reaksi oksidasi dan akhirnya membentuk karat/korosi sehingga pipa plastik dapat digunakan sebagai pengganti pipa Al karena tidak memiliki kandungan Fe+. Dari perbandingan pipa HDPE dan pipa PP-R yang merupakan jenis pipa plastic, material pipa HDPE direkomendasikan sebagai pengganti pipa aluminium dibandingkan pipa PP-R karena walaupun pipa PP-R memliki ketahanan temperature yang lebih rendah dibandingkan pipa PP-R namun pipa HDPE memiliki ketahanan yang istimewa terhadap berbagai kandungan kimia seperti pembahasan pada subbab 4.1 bahwa plastic pipe tidak mengandung ion-ion logam yang akan bereaksi dengan kandungan kimia yang terdapat pada fluida ataupun lingkungan sekitar sehingga pipa HDPE memiliki ketahanan terhadap kandungan kimia. Selain itu pipa HDPE bersifat non-corrosive serta memiliki umur pakai (life time) yang lebih lama hingga 100 tahun dibandingkan pipa PP-R.

Analisa Tegangan (Stress) pada pipaHasil perhitungan manual memiiki perbedaan hasil perhitungan dengan software Caesar II 7.00 yang digambarkan melalui grafik persentase deviasi yang ditunjukkan pada grafik di bawah ini:

Gambar 4 Grafik Deviasi Hasil Perhitugan Antara Manual dan Software

Berdasarkan grafik tersebut dapat terlihat perbedaan antara kedua hasil perhitungan manual dan software. Deviasi terbesar antara kedua hasil perhitungan tersebut pada perhitungan bending stress sebesar 44.415%. Sedangkan pada axial stress terjadi deviasi yang sangat kecil antara kedua metode perhitungan tersebut. Pada grafik tersebut juga memperlihatkan hasil perhitungan manual bending stress yang jauh dari hasil perhitungan software. Hal ini disebabkan karena pada perhitugan manual bending stress mengasumsikan beban terdistribusi merata sepanjang pipa dan potongan segment yang berbeda sehingga panjang pipa yang diperhitungkan berbeda pada setiap segment, padahal panjang pipa mempengaruhi besarnya tegangan pada pipa.

Analisa Loads1) Sustained Loads

Gambar 5 Grafik Perbandingan Hasil Perhitungan Manual Dengan Allowable StressGrafik di atas menunjukkan nilai sustained load berdasarkan perhitungan manual dimana tegangan total yang diakibatkan sustained load jauh lebih rendah dibandingkan allowable stress material yaitu 4890.3 Psi. Namun, perbedaan besar terjadi pada hasil perhitungan secara manual dan software. Hal ini disebabkan karena perbedaan nilai moment, dimana perhitungan manual mengacu pada teori mekanika teknik dan ASME B31.1 sedangkan perhitungan pada software Caesar II 7.00 menggunakan perhitungan dengan metode finite element. Meskipun demikian nilai tegangan akibat sustained load baik hasil perhitungan manual yang mengacu pada handbook Piping and Pipe Support System, 1987 [10] dengan analisa dan pemodelan pada software Caesar II 7.00 masih memenuhi kriteria tegangan ijin yang ditentukan oleh ASME B31.1 dan berada dalam kondisi aman.

2) Expansion Loads

Gambar 6 Grafik Perbandingan Hasil Perhitungan Manual dan Allowable StressBesarnya nilai expansion stress harus lebih kecil daripada nilai (SA) dimana nilai SA sebesar 6048.663 Psi. Nilai tersebut masih lebih besar daripada nilai expansion stress yang dihitung dengan Guided Cantilever Method yang berarti memenuhi syarat ASME B31.3 untuk beban expansi yang dialami.

Flange StressTegangan yang terjadi pada flange yang berada di kedua sisi valve sesuai software yaitu sebesar 45.73 Psi. Tegangan ini masih memenuhi persyaratan karena lebih kecil dari allowable stress yaitu sebesar 5870 Psi. Flange Stress tergantung pada axial force dan bending moment. Semakin besar kedua parameter tersebut maka flange stress akan semakin besar. Koneksi flange mengalami momen lentur eksternal. Kontak distribusi tegangan, faktor beban untuk momen lentur eksternal (hubungan antara kenaikan atau penurunan dari gaya aksial baut dan momen lentur eksternal) [8].

Freebody Diagram AnalysisBerdasarkan perhitungan manual yang mengunakan persamaan pada handbook Spielvogel, 1953didapatkan hasil momen bending terbesar terjadi pada freebody diagram potongan ke-8 yang terjadi di titik a sebesar -2243.08 in.lb ke arah Y (Vertikal). Momen bending terbesar disebabkan pengaruh ekspansi pada kedua pipa yang tersambung dan menghasilkan momen besar pada setiap belokan.

Analisa Displacement

Gambar 7 Grafik Perbandingan Hasil Perhitungan Manual dan Allowable DisplacementBerdasarkan grafik di atas terdapat beberapa pipa yang melebihi allowable displacement Sehingga diperlukan modifikasi dengan penambahan support. Line yang perlu dilakukan modifikasi support yaitu line ke-2 dan ke-3, sedangkan untuk line pertama tidak memerlukan modifikasi peletakan support karena tidak terdapat titik kritis yang menyebabkan nilai displacement pada semua node tidak melebihi allowable displacement.

Modifikasi Desain Support EksistingPada modifikasi ini dilakukan penambahan support +Y pada pipa yang memiliki panjang support ke support melebihi maksimum span requirement pipa HDPE karena untuk menahan pipa agar tidak terjadi lendutan ke arah vertikal. Pengaruh penambahan support yang menyesuaikan maximum span requirement dari manufaktur yaitu memperkecil nilai displacement karena panjang pipa antar support semakin kecil namun dengan berat pipa yang sama. Sehingga displacement yang terjadi lebih kecil daripada allowable displacement.

Modifikasi selanjutnya yaitu menambahkan support +Y pada kedua sisi support karena berat valve yang arahnya secara gravitasi sehingga dibutuhkan penyangga +Y agar tidak terjadi lendutan ke arah -Y sehingga nilai displacement yang terjadi lebih kecil daripada allowable displacement dan memenuhi standar. Nilai displacement menurun karena beban terpusat telah di support. Berat equipment mempengaruhi besarnya displacement karena semakin berat suatu equipment maka semakin besar nilai displacement.

IV. KESIMPULANBerdasarkan analisa pemilihan material, material yang akan diaplikasikan yaitu pipa HDPE walaupun hanya dapat diinstalasi pada beberapa sistem namun pipa HDPE dapat diinstall pada sewage system karena berdasarkan beberapa standar yang telah dijelaskan mengijinkan pipa HDPE diaplikasikan pada sewage system Kapal Patroli 38 m yang berada di machinery space. Penyambungan pipa HDPE menggunakan metode heat fusion, namun metode ini hanya dapat dilakukan pada instalasi pipa yang memiliki area cukup luas atau area bebas halangan. Kelebihan HDPE yaitu memiliki ketahanan terhadap berbagai kandungan kimia dan tidak mengandung ion-ion logam yang akan bereaksi dengan kandungan kimia yang terdapat pada fluida ataupun lingkungan sekitar karena korosi terjadi apabila terdapat anoda, katoda, elektrolit dan konduktor [9]. Berdasarkan perhitungan tegangan dan beban didapatkan hasil bahwa semua parameter memenuhi standar yang mana tidak melebihi allowable stress.Namun, dilakukan modifikasi support karena ditinjau dari displacement melebihi yang diijinkan pada beberapa node. Modifikasi support dengan penambahan support +Y pada pipa yang memiliki panjang support ke support melebihi maksimum span requirement pipa HDPE agar tidak mengalami lendutan yang besar. Dan penambahkan support +Y pada kedua sisi valve sehingga berat terpusat pada valve dapat ditahan oleh support dan tidak terjadi lendutan kea rah -Y . Panjang pipa antar support yang diperkecil dan penambahan pada kedua sisi valve mempengaruhi nilai displacement karena panjang pipa antar support dan berat equipment mempengaruhi pergeseran pipa. Semakin panjang pipa antar support dan semakin berat beban yang harus ditahan oleh pipa maka akan terjadi pergeseran yang besar. Namun, dengan penambahan support ini dapat dijadikan desain yang recommended untuk diaplikasikan pada Kapal Patroli 38 m karena dalam kondisi aman.

REFERENSI[1] Jones, D. A..(1992).Principles And Prevenion Of Corrosion.Macmillan Publishing Company.New York[2] Wang, Xue-hui.(2013).Characterization of pitting corrosion of 7A60 Aluminium Alloy by EN and EIS Techniques.Tianjin University.China[3] Arabal, R.(2012).Pitting Corrosion of Rheochast Aluminium Alloy in 3.5 wt. % NaCl Solution.Universidad Complutense.Madrid[4]Blanc, C.(1996).Susceptibility to Pitting Corrosion of 6056 Aluminium Alloy.Toulouse Cedex.France[5]Zaid, B.(2007).Effect of pH and Cloride Concentration on Pitting Corrosion of AA6061 Aluminium Alloy.Centre de Recherche Nucleaire de Draria.Algeria[6]Zupanc, U.(2009).Effect of Pitting Corrosion on Fatigue Perfomance of Shot-peened Aluminium Alloy 7075-T651.University of Ljubljana.Slovenia[7]Zhang, Z.(2007).Dimensional Analysis Applied to Pitting Corrosion Measurements.The Chinese Academy of Science.China[8]Mourya, R.K.(2014).Effect of Creep on The Failure Probability of Bolted Flange Joint.Institute of Technology Madras.India[9]Khan, Faisal.(2013).Analysis of Pitting Corrosion on Steel Under Insulation in Marine Environments.Australian Maritime College.Australia[10]Smith, R. Paul and Van Laan, Thomas. (1987).Piping and Pipe Support System-Piping Handbook. McGraw Hill Companies Inc., U.S.A[11]Putra, Vemby Z.E.(2011). Analisis Stress dan Kompatibilitas Pipa PE Sebagai Pengganti Pipa FRP (Studi Kasus Pipeline P. 2503 PT. Petrokimia Gresik).Laporan Tugas Akhir.Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya (PPNS). Surabaya[12]IMO (1993).A.18/Res. 753, Guidelines For The Application Of Plastic Pipes On Ships. International Maritime Organisation. Washington, D.C.[13]ASME.(2008).ASME B31.3-2008(Revision of ASME B31.3-2006).Process Piping, ASME Code for Pressure Piping, B31.The American Society of Mechanical Engineer.U.S.A.[14]COADE, 1998. Pipe Stress Engineering-Seminar Notes.COADE Inc.Houston Texas[15]Det Norske Veritas (DNV).(2011).Piping System Part 4 Chapter 6.DNV Publisher.Norway[16]Lloyds Register (LR).(2009).Ship Inspection and Assessment.International Maritime Organization.London[17] Charter Plastic.2009. Plastic Pipe Handbook Second Edition Chapter 02.Plastic Pipe Institute.USA[18]Rohmah, Siti Makkatur.(2014).Analisa Tegangan Sistem Perpipaan Air Fin Cooler Pada Project Petrochemical Complex PT. Trans Petrochemical Indotama Tuban.Institut Teknologi Speuluh Nopember.Surabaya[19] Aisyah.(2007).Pengaruh Intrusi Air Laut Terhadap Ketahanan Korosi Wadah Gelas Limbah Dalam Penyimpanan Lestari.Pusat Teknologi Limbah Radioaktif.Batan[20] Azwar, Azrul.(1995).Pengantar Ilmu Kesehatan Lingkungan.Mutiara Sumber Widya.Jakarta[21] Ichwani, M. Rizky.(2014).Pengaruh Kekasaran Permukaan Terhadap Laju Korosi Baja Api 5L Dalam Larutan Asam, Basa, dan Garam.Universitas Brawijaya.Malang