1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam tugas akhir ini akan dilakukan perancangan bejana tekan vertikal

dan simulasi pembebanan eksentrik pada nozzle dengan studi kasus pada

separator kluster 4 Fluid Collection and Reinjection System (FCRS), unit Karaha

PT. Pertamina Geothermal Energy (PGE). Bejana tekan atau pressure vessel

menurut ASME VIII Divisi I adalah sebuah wadah berisi zat yang menderita

tekanan internal maupun eksternal. Bagian-bagian utama bejana tekan diantaranya

adalah shell, head, dan support.

Shell adalah bagian dari bejana tekan yang berfungsi sebagai tempat

menampung fluida baik gas maupun cair. Shell mempunyai beberapa bentuk,

pemilihan bentuk mempertimbangan teknis, fungsional, dan ekonomis. Shell pada

umumnya berbentuk silindris dan bola. Untuk tekanan yang sama, bentuk bola

memerlukan tebal plat yang lebih tipis daripada bentuk silindris, tetapi lebih

mahal dan rumit dalam proses pembuatannya. Bejana tekan silindris dibedakan

menjadi bejana tekan vertikal dan horisontal. Bejana tekan vertikal mempunyai

keuntungan membutuhkan tempat lebih sempit daripada horisontal, tetapi beban

angin dan gempa harus dipertimbangkan.

Head adalah bagian dari ujung shell yang berfungsi sebagai penutup. Jenis

head berdasarkan bentuk antara lain adalah hemispherical, ellipsoidal,

torispherical, conical, dan flat. Seperti halnya dengan shell, pemilihan bentuk

head meliputi pertimbangan teknis, fungsional, dan ekonomis. Bentuk

hemispherical setengah bola lebih kuat tetapi pembuatannya rumit dan mahal.

Support adalah bagian dari bejana tekan yang berfungsi sebagai penyangga

atau tumpuan bejana tekan. Jenis support biasanya berupa saddle, lug, dan skirt.

Bejana tekan horisontal biasanya menggunakan tumpuan saddle. Bejana tekan

2

vertikal yang pendek biasanya ditumpu oleh lug support atau leg support dan

yang tinggi ditumpu oleh skirt.

Bejana tekan harus dirancang untuk dapat menahan beban baik oleh bejana

tekan itu sendiri, beban angin dan beban gempa sampai batas-batas optimum. Hal

ini dikarenakan faktor kondisi operasi dan lingkungan berpengaruh dalam

perancangan sebuah bejana tekan.

Bejana tekan merupakan salah satu peralatan utama dari proses yang

digunakan untuk menangani material dalam jumlah yang banyak, dengan beragam

konstruksi tergantung pada karakteristik material (fisik maupun kimia). Bejana

tekan dipakai dalam berbagai industri, misalnya industri petrokimia, minyak, gas,

dan geothermal.

1.1.1. Latar belakang penulisan

Indonesia sedang mengalami tuntutan yang pesat di berbagai segmen

dalam sektor energi selama beberapa tahun terakhir. Data kelistrikan di Indonesia

menunjukkan bahwa permintaan energi listrik masyarakat meningkat dari waktu

ke waktu. Peningkatan tersebut disebabkan oleh beberapa faktor terutama

peningkatan konsumsi energi masyarakat dan perubahan pola pemakaian energi

masyarakat yang menyebabkan adanya pengalihan energi dari bentuk non listrik

menjadi energi listrik.

Menurut SKK Migas, rasio cadangan produksi minyak Indonesia tahun

2013 tinggal 11 tahun, jumlah cadangan minyak bumi Indonesia sebesar 3,6

miliar barrel atau hanya 0,2% dari total cadangan minyak di dunia, sementara

cadangan gas Indonesia sebesar 104,25 triliun kaki kubik atau hanya sekitar 1,7%

dari total cadangan gas dunia. Untuk dapat menambah jumlah cadangan minyak

dan gas di Indonesia dibutuhkan eksplorasi dan untuk eksplorasi dibutuhkan

investasi dalam jumlah besar.

Peningkatan permintaan energi dan mengecilnya cadangan energi fosil ini

menuntut pemerintah menghadapi banyak kendala mulai dari investasi sampai

kendala ketersediaan dan mahalnya bahan bakar untuk pembangkit. Untuk

3

mengatasi masalah mahalnya bahan bakar perlu diusahakan usaha pemanfaatan

sumber energi terbarukan. Salah satu energi yang bisa dimanfaatkan adalah

geothermal. Energi panas bumi memberikan solusi alternatif dari sumber energi

saat ini. Potensi energi panas bumi di Indonesia mencakup 40% potensi panas

bumi dunia, tersebar di 251 lokasi pada 26 propinsi dengan total potensi energi

27.140 MW atau setara 219 milyar ekuivalen barrel minyak. Kapasitas terpasang

saat ini 1.194 atau 4% dari seluruh potensi yang ada.

Energi panas bumi merupakan salah satu energi yang dapat diperbarui dan

ramah terhadap lingkungan, yang biasanya terdapat pada daerah yang terletak di

kawasan jalur vulkanis. Energi ini dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik,

yang lebih dikenal dengan istilah Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP).

Sifat panas bumi sebagai energi terbarukan menjamin kelangsungan operasional

pembangkitan, karena fluida panas yang digunakan sebagai penggerak turbin akan

selalu tersedia.

Pembangkitan energi listrik ini memanfaatkan uap yang terkandung di

dalam perut bumi, yang terjadi akibat pemanasan air yang ada di dalamnya oleh

lapisan magma dari dalam perut bumi. Uap panas ini berupa fluida dua fasa,

dimana fluida ini merupakan fluida yang terdiri dari fase cair dan fase gas. Uap

panas ini akan diambil dari perut bumi melalui sumur produksi (well production).

Untuk memanfaatkan energi panas bumi, sumur-sumur produksi dieksplorasi

sampai ke sumber panas yang berada di dalam kerak bumi (reservoir panas bumi).

Pada saat reservoir panas bumi dimanfaatkan, air dan uap panas tersebut akan

dialirkan melalui pipa reservoir menuju separator. Air dan uap panas ini dapat

naik ke permukaan bumi karena perbedaan tekanan didalam perut bumi dengan di

permukaan bumi. Di dalam separator, uap panas akan dipisahkan dengan air

yang terkandung di dalamnya. Uap akan dipisahkan dan digunakan untuk

menggerakkan turbin uap panas bumi.

PT. Pertamina Geothermal Energy (PGE) akan membangun Fluid

Collection and Reinjection System (FCRS) dan Pembangkit Listrik Tenaga Panas

Bumi (PLTP) Unit-5 yang terletak di Area Karaha, Jawa Barat. Pekerjaan ini

merupakan “EPCC Total Proyek Panas Bumi Karaha 1x30 MW”. Fluid

4

Collection and Reinjection System (FCRS) akan mengirimkan uap ke

pembangkit listrik geothermal 1 x 30 MW. Uap yang akan dimanfaatkan berasal

dari produksi uap sumur dari kluster 4 dan 5 di area Karaha. Detail lokasi Fluid

Collection and Reinjection System (FCRS) dapat dilihat pada gambar 1.1.

Gambar 1.1. Detail lokasi Fluid Collection and Reinjection System (FCRS)

Fluid Collection and Reinjection System (FCRS) akan terdiri dari dua

sumur produksi di kluster 4 (KRH 4-1 dan KRH 4-3) dan dua sumur produksi di

kluster 5 (KRH 5-1 and KRH 5-2) serta satu sumur injeksi (KRH 2-1). Terdapat

satu separator di setiap kluster (PV-501 dan PV-401), separator disini adalah

bejana tekan vertikal. Tekanan uap dan brine di separator akan dikendalikan

secara otomatis. Dari setiap sumur produksi, fluida dua fasa akan mengalir ke

separator yang akan memisahkan fase uap dan fase cair (brine). Proses operasi

5

pada Fluid Collection and Reinjection System (FCRS) dapat dilihat pada gambar

process flow diagram sebagai berikut.

Gambar 1.2. Process and Flow Diagram (PFD) Fluid Collection and Reinjection

System (FCRS)

Dalam operasi normal, fluida dua fase dari sumur produksi akan mengalir

ke separator yang akan memisahkan fase uap dan fase cair. Uap dari kluster

separator akan mengalir ke scrubber, yang akan berlokasi di daerah pembangkit

listrik. Di scrubber, kondensat yang masih terbawa uap dipisahkan sehingga

kualitas uap memenuhi persyaratan turbin uap. Brine dari separator akan

disuntikkan bersama dengan kondensat dari pembangkit tenaga listrik ke sumur

reinjeksi KRH 2-1.

Dalam kondisi darurat, brine dari masing-masing separator akan mengalir

ke silincer dan selanjutnya dikirim ke kolam pendingin untuk mengurangi suhu

brine oleh konveksi alami. Brine dari kolam pendingin akan mengalir ke kolam

penampung. Setiap kluster akan memiliki satu kolam pendingin dan kolam

penampung. Brine di kolam KRH kluster 5 akan dipompa ke kolam KRH kluster

4. Selanjutnya, brine dari kolam penampung KRH kluster 4 akan dipompa ke

reinjeksi KRH 2-1.

6

Terdapat tiga jenis bejana tekan pada Fluid Collection and Reinjection

System (FCRS) yaitu separator, scrubber, dan silincer. Scrubber dirancang untuk

mengurangi air dari uap keluar separator. Scrubber dirancang untuk memisahkan

semua uap dari separator di kedua kluster. Uap dari separator di setiap kluster

(PV-501 dan PV-401) mengalir ke scrubber. Uap akan dipisahkan dari kondensat

di scrubber. Uap kemudian akan mengalir ke turbin uap. Brine akan mengalir ke

silencer GPP.

Silencer dapat digunakan untuk menurunkan tingkat kebisingan dan flash

cairan dari sumur dan brine dari separator. Sistem geothermal terdiri dari dua fase

cairan, yaitu uap (steam) dan cair (brine) dalam tekanan dan suhu tinggi maka

menyebabkan tingkat kebisingan yang tinggi. Aliran fluida akan dialirkan pada

unit silencer untuk mengurangi tingkat kebisingan dan flash fluida sampai

mencapai tekanan atmosfer. Brine yang keluar dari silencer sudah pada tekanan

atmosfer dan suhu air jenuh pada tekanan ini. Kemudian brine akan mengalir ke

dalam kolam pendingin di dekatnya untuk pendinginan lebih lanjut.

Separator, scrubber, dan silincer didesain dan ditempatkan dengan tepat

sehingga memungkinkan interkoneksi sempurna dengan pipa dan peralatan

lainnya di kluster. Desain harus menggabungkan semua fitur yang dibutuhkan

untuk interkoneksi.

Dalam penelitian ini bejana tekan yang akan dirancang adalah separator di

kluster 4. Separator memiliki beberapa nozzle yaitu: nozzle inlet, nozzle outlet,

manhole, indikator tekanan, pressure safety valve, pressure transmitter, indikator

temperatur, indikator level dan drain.

Fluida mengalir dari sumur produksi ke separator dengan temperatur dan

tekanan tinggi. Separator akan menderita beban tekanan internal dari fluida yang

bekerja sehingga akan menimbulkan tegangan pada dinding bejana tekan.

Temperatur juga akan mempengaruhi kekuatan material sehingga diperlukan

pemilihan material dan perhitungan ketebalan agar mampu menahan tegangan

yang diderita. Bejana tekan harus dirancang untuk kondisi yang paling buruk

terhadap bejana tekan seperti yang diperkirakan akan terjadi selama operasional

normal. Kondisi lingkungan juga akan mempengaruhi separator seperti

7

temperatur lingkungan, tekanan lingkungan, kecepatan angin, jenis tanah, wilayah

kegempaan, curah hujan, dan kelembaban. Kecepatan angin dan gempa, akan

menyebabkan tegangan dan momen pada bejana tekan. Sehingga dalam

perancangan bejana tekan diperlukan konsiderasi terhadap kondisi desain dan

pembebanan akibat gaya-gaya luar yang menyebabkan tegangan seperti beban

angin dan gempa.

Separator harus dirancang untuk dapat menahan beban separator itu

sendiri, beban operasi, beban angin, beban gempa, maupun beban akibat sistem

perpipaan sampai batas-batas optimum. Diperlukan perancangan bejana tekan

sesuai dengan kondisi operasi agar separator aman dan biaya dapat diperkirakan.

Perancangan bejana tekan meliputi juga nozzle, flange, support, lifting lugs, dan

komponen lainnya.

1.2. Rumusan Masalah

Separator sangat penting dalam sistem lapangan geothermal untuk

memisahkan uap dan brine. Sebuah separator bejana tekan vertikal akan

mengalami pembebanan internal dan eksternal sehingga menyebabkan tegangan

pada komponen-komponennya.

Dalam tugas akhir ini akan membahas masalah perancang bejana tekan

vertikal yang digunakan sebagai separator yang meliputi perhitungan

pembebanan dan penentuan ukuran-ukuran komponen utama sehingga dapat

diketahui kebutuhan material minimum, tekanan maksimum yang diijinkan, berat

bejana tekan, dan tegangan yang terjadi. Perancangan bejana tekan meliputi

perancangan pressurized dan non pressurized part. Perancangan pressurized part

meliputi perancangan shell, head, dan nozzle. Non pressurized part terdiri dari

perancangan skirt dan lifting lug.

Bejana tekan vertikal terhubung dengan perpipaan pada nozzle inlet dan

outlet. Perpipaan yang menempel pada bejana tekan bagian luar dapat

mengakibatkan tegangan pada nozzle sehingga perlu dilakukan simulasi

pembebanan eksentrik pada nozzle untuk mengetahui kekuatan nozzle. Analisis

8

kekuatan nozzle berdasarkan standar WRC 107 (Welding Research Council

bulletin 107). Dalam membangun sebuah separator diperlukan perhitungan yang

matang untuk memperoleh sebuah sistem yang aman dan efisien terutama jika

dilihat dari sudut pandang keteknikan dan ekonomi.

1.3. Batasan Masalah

Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Perancangan bejana tekan berdasarkan code ASME VIII divisi 1.

2. Simulasi pembebanan eksentrik pada nozzle berdasarkan code WRC 107.

1.4. Tujuan

Tujuan perancangan ini adalah :

1. Melakukan perancangan bejana tekan vertikal separator pada lapangan

geothermal, Fluid Collection and Reinjection System (FCRS) yang

terletak di area Karaha.

2. Melakukan simulasi pembebanan eksentrik pada nozzle.

1.5. Manfaat

Manfaat dari perancangan ini adalah :

1. Memberikan rekomendasi kepada PT. Pertamina Geothermal Energy

(PGE) dalam perancangan bejana tekan separator pada Fluid Collection

and Reinjection System (FCRS) yang terletak di area Karaha.

2. Mengetahui pengaruh pembebanan eksentrik pada nozzle.

3. Memperluas khasanah ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi

perkembangan teknologi dan industri di Indonesia.