tutup_bejana

Jenis-Jenis Tutup Tangki

Head adalah bagian tutup suatu bejana (vessel) yang penggunaan disesuaikan dengan

tekanan operasi bejana. tebal dari head ini tergantung dengan hasil perhitungan yang

ditentukan dan karakteristik fluida yang akan diproses didalam bagian dalam bejana. Tutup

bejana ini tebagi menjadi 6 bentuk yaitu:

a. Bejana Bola (Hemispherical)

Suatu tutup bejana setengah bola adalah bentuk yang paling kuat, mampu menahan

tekan dua kali banyak dari bentuk tutup torispherical dilihat dari ketebalan yang sama.

Ongkos pembentukan suatu tutup bejana setengah bola, bagaimanapun lebih tinggi

dibandingkan dengan yang untuk suatu tutup berbentuk torispherical. Tutup bejana yang

setengah bola ini biasanya digunakan pada tekan tinggi.

Gambar 2.3 Bejana Bola (Hemispherical)

Dari berbagai macam pengujian, didapat bahwa untuk tekanan sama di bagian yang

silindris dan tutup setengah bola dari suatu bejana, ketebalan dari tutup yang diperlukan

adalah separuh silinder tangkinya. Bagaimanapun, ketika pembesaran dari dua bagian

berbeda, tekan discontinuitas akan di-set ke arah tutup dan sampingan silinder. Untuk tidak

ada perbedaan di dalam pembesaran antara kedua bagian (ketegangan diametral yang sama)

dapat ditunjukkan bahwa untuk baja (perbandingan Poisson D 0.3) perbandingan dari

ketebalan tutup bejana setengah bola ketebalan jumlah maksimumnya, secara normal sama

dengan 0.6 (Brownell dan Young 1959). Cara perancangan tutup tipe Hemispherical adalah

sebagai berikut :

1. Cara Brownell & Young

Hemispherical headLangkah-langkah perancangan:

a. Trial th

b. Tentukan nilai rc (radius of curvature)

rc = d/2 (1)

c. Tentukan nilai rc/(100 th)

d. Pilih grafik sesuai dengan bahan konstruksi pilihan yang memberikan nilai yield point

(Tabel 5.1 Brownell dan Young 1959) yang masuk dalam kisaran grafik tersebut.

e. Tentukan nilai f/E

Tarik garis horizontal dari nilai (l1/100 th) = rc/(100 th) ke arah kanan memotong garis

sphere line, Kemudian tarik garis ke arah bawah.

f. Tentukan nilai B

Dari nilai f/E tarik garis vertikal ke arah suhu operasi bejana, kemudian dari perpotongan

garis tersebut tarik garis horizontal ke kanan.

g. Tentukan nilai r/th

100* 100t

r

t

r

h

c

h

(2)

h. Tentukan Pallow.

h

allow. r/t

BP (3)

i. Bandingkan nilai Pallow. dengan Plingkungan = 15 psi.

Perhitungan benar jika Pallow. > Plingkungan, tapi tidak Pallow. > >> Plingkungan. Jika Pallow. <

Plingkungan. maka lakukan trial th kembali dengan langkah sama seperti di atas ( dengan

nilai trial th berikutnya > nilai trial th sebelumnya).

2. Cara Buthod & Megyesy

Hemispherical headLangkah-langkah perancangan:

a. Trial th

b. Tentukan nilai A

h / tRo

0,125A (4)

Ro = Do/2

c. Pilih Grafik (hal. 41-45 Brownell dan Young 1959) sesuai dengan bahan konstruksi yang

digunakan.

d. Tentukan nilai B

Dengan cara menarik garis vertikal dari nilai A yang diperoleh ke arah suhu operasi

bejana, kemudian tarik garis horizontal ke arah kanan.

e. Tentukan tekanan kerja maksimum yang diizinkan (Pa)

)(Ro/t

BP

ha (5)

Pa = tekanan kerja maksimum yang diizinkan, psi.

Jika nilai A berada di daerah sebelah kiri garis-garis suhu maka Pa ditentukan

menggunakan rumus sebagai berikut:

2

ha )(Ro/t

E 0,0625P (6)

dengan: E = Modulus elastisitas bahan konstruksi pada suhu tertentu.

f. Bandingkan nilai Pa dengan Plingkungan = 15 psi.

Perhitungan benar jika Pa > Plingkungan, tapi tidak Pa. > >>Plingkungan.. Jika Pa < Plingkungan.

maka lakukan trial th kembali dengan langkah sama seperti di atas ( dengan nilai trial th

berikutnya > nilai trial th sebelumnya).

b. Bejana Ellips Piring (Ellipsoidal)

Kode spesifikasi untuk head ini sudah dibakukan oleh ASME-API (American

Petroleum Institute) pada konferensi ASME. Head tipe ini digunakan pada bejana yang

beroperasi pada tekanan > 200 sampai 400 psig. Untuk menghitung ketebalan minimum

Ellipsoidal dapat digunakan rumus:

= 2 0.2

Gambar 2.4 Bejana Ellips Piring (Ellipsoidal)

Tutup bejana Ellipsoidal yang standar dihasilkan dengan suatu perbandingan poros

utama dan kecil sebesar 2:1. Cara perancangan tutup tipe Ellipsoidal adalah sebagai berikut :


Ellipsoidal headLangkah-langkah perancangannya sama dengan Hemispherical head.

Perbedaan hanya pada perhitungan rc awal dengan menggunakan persamaan di bawah

ini:

rc = k * d (7)

Nilai k tergantung pada nilai (a/b) (Fig. 5.2 Brownell dan Young 1959), distribusi nilai k

pada berbagai nilai (a/b) dapat dilihat pada Tabel 2 di bawah ini. Umumnya a/b yang

digunakan adalah 2.

Tabel 2.1. Distribusi Nilai k pada Berbagai Nilai a/b

a/b 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1

k 1,36 1,27 1,18 1,08 0,99 0,9 0,81 0,73 0,65 0,57 0,5


Elliptical headLangkah-langkah perancangannya sama dengan Hemispherical head.

Perbedaanya pada nilai Ro, setiap Do pada persamaan torispherical diganti dengan Ro.

Ro = k Do (8)

Nilai k dapat dilihat pada Tabel 1 pada setiap distribusi a/b. Umumnya digunakan a/b = 2.

c. Torispherical Head

Suatu bentuk torispherical, yang mana sering digunakan sebagai penutup akhir dari

bejana silindris, dibentuk dari bagian dari suatu torus dan bagian dari suatu lapisan.

Bentuknya mendekati dari suatu bentuk lonjong tetapi adalah lebih murah dan lebih mudah

untuk membuatnya. Untuk menghitung ketebalan minimum torispherical dapat digunakan

rumus:

= 2 + ( 0.2)Dimana:

Cs = Faktor Konsentrasi Tegangan

= (3 + )Rc = Crown Radius

Rk = Knuckle Radius

*Rasio Knuckle terhadap Crown radius tidak boleh lebih besar dari 0,06 dan crown radius

tidak boleh lebih besar daripada diameter silinder.

Gambar 2.5 Torispherical Head

Keterangan : * (on demand)

d = inside diameter

D = outside diameter

S = thickness

R = dishing radius

r = knuckle radius

h = straight flange

H = total depth

Tutup torispherical yang standar adalah penutup yang paling umum digunakan

sebagai penutup akhir untuk bejana yang beroperasi pada tekan 15 bar. Dia dapat digunakan

untuk tekan yang lebih tinggi, tetapi di atas 10 bar, biayanya harus dibandingkan dengan

suatu tutup ellipsoidal. Diatas 15 bar, suatu tutup ellipsoidal pada umumnya terbuktikan

sebagai penutup paling hemat untuk digunakan.

Head tipe ini digunakan pada bejana yang beroperasi pada tekanan 15-200 psig dan

dapat dinaikkan dengan mengurangi local stress yang berada pada sudut head, yaitu dengan

cara membuat ior head ini sekurang-kurangnya 3 kali tebal shell atau 6 % diameter dalam

bejana.

Bentuk torispherical yang sering digunakan sebagai penutup akhir dari bejana

silindris, dibentuk dari bagian suatu torus dan bagian dari suatu lapisan. Bentuknya

mendekati bentuk lonjong tetapi lebih murah dan lebih mudah untuk membuatnya.

Perbandingan radius sendi engsel dan radius mahkota harus dibuat kurang dari 6/100 untuk

menghindari tekuk. Tekan akan menjadi lebih tinggi di bagian torus dibanding bagian yang

berbentuk bola.

Ada dua ujung batas tutup bejana torispherical: bahwa antar bagian yang silindris dan

tutupnya, adan itu adalah pada ujung dari radius mahkota dan radius sendi engsel. Penekukan

dan shear stress disebabkan oleh pembesaran diferensial yang terjadi pada titik-titik ini harus

diperhitungkan di perancangan tutup bejana tersebut. Suatu pendekatan yang diambil adalah

menggunakan persamaan dasar untuk suatu bentuk setengah bola dan untuk memperkenalkan

konsentrasi tekan atau bentuk, faktor yang memungkinkan tekan bisa ditingkatkan dalam

kaitan dengan discontinuitas.


Torispherical headLangkah-langkah perancangannya sama dengan Hemispherical head.

Perbedaanya pada nilai rc yaitu:

rc = d (9)


Torispherical headLangkah-langkah perancangannya sama dengan Hemispherical head. Perbedaanya

pada nilai Do, setiap Ro pada persamaan Hemispherical diganti dengan Do.

d. Bejana Piring Standar (Flanged Standart Dished & Flanged Shallow Dished Heads)

Tutup jenis ini umunya digunakan untuk bejana horizontal yang menyimpan cairan

yang mudah menguap (volatile), seperti: nafta, bensin, alkohol dan lain-lain. Sedangkan pada

bejana silinder tegak biasanya digunakan sebagai bejana proses yang beroperasi pada tekan

rendah (vakum).

Jika diinginkan diameter tutup diameter shall maka digunakan flanged standart dished sedangkan jika diinginkan diameter tutup diameter shell maka digunakan flanged shallow dished head.

Sizes 14 to 252 inches diameter. From 12 gauge to 1-1/8 inches thick.

Gambar 2.6 Flanged Standard Dished & Flanged Shallow Dished Heads

e. Bejana Konis (Conical Head)

Tutup bejana konis biasanya digunakan sebagai penutup atas pada tangki silinder

tegak dengan laju alir yang rendah dan memiliki alas flat bottom yang beroperasi pada tekan

atmosperik. Disamping itu juga digunakan sebagai tutup bawah pada alat-alat proses seperti:

evaporator, spray dryer, crystallizer, bin, hopper, tangki pemisah dan lain-lain. Untuk

menghitung ketebalan minimum Conical Head dapat digunakan rumus:

= 2 . 1cosaDimana:

Dc = Diameter Konis

Jika terdapat belokan dan tegangan shear akan menyebabkan perbedaan yang besar

terhadap konis dan silinder, maka persamaannya menjadi:

= 2 Dimana:

Cc = 20 30 45 60Cc 1.00 1.35 2.05 3.2

Gambar 2.7 Conical Head

Besarnya sudut () yang dibentuk pada jenis konis pada tutup atas tangki silinder tegak dengan alas flat bottom adalah < 450C (menurut Morris), tetapi menurut Buthod &

Megsey < 300C. sebaiknya menggunakan < 300C, karena 300C < < 600C adalah kemiringan sudut yang dibentuk tutup konis untuk tutup bawah bejana (bin, hopper) yang

mengalirkan cairan 300C < < 450C dan 450C < < 600C untuk mengalirkan butiran padatan.


Conical headLangkah-langkah perancangan:

a. Trial th

b. Tentukan nilai l

tan 2

dl (10)

adalah sudut puncak. Jika = 45o maka bejana tanpa stiffeners. c. Tentukan nilai l/do = l/d

Tentukan nilai do/th = d/th

d. Pilih grafik sesuai dengan bahan konstruksi pilihan yang memberikan nilai yield point

(Tabel 5.1) yang masuk dalam kisaran grafik tersebut.

e. Tentukan nilai f/E

Tarik garis horizontal dari nilai (l/do) ke arah kanan memotong garis do/th = do/t,

Kemudian tarik garis ke arah bawah.

f. Tentukan nilai B

Dari nilai f/E tarik garis vertikal ke arah suhu operasi bejana, kemudian dari perpotongan

garis tersebut tarik garis horizontal ke kanan.

g. Tentukan Pallow.

h

allow. do/t

BP (11)

h. Bandingkan nilai Pallow. dengan Plingkungan = 15 psi.

Perhitungan benar jika Pallow. > Plingkungan, tapi tidak Pallow. > >>Plingkungan.. Jika Pallow. <

Plingkungan. maka lakukan trial th kembali dengan langkah sama seperti di atas ( dengan nilai

trial th berikutnya > nilai trial th sebelumnya).

2 Cara Buthod & Megyesy

Conical head

Gambar 2.8a

L

Dl

te

Gambar 2.8b

A. Langkah-langkah perancangan untuk Gambar 2.8a:

a. Trial th

b. Tentukan nilai L (in)

tan

/2DL l (12)

dengan: Dl = Do

c. Tentukan nilai te

te = th cos (13) d. Tentukan nilai Le

Le = L/2 (14)

e. Tentukan nilai Le/Dl dan Dl /te

f. Tentukan nilai A (Grafik hal. 40)

Dari nilai Le/Dl (= L/Do pada Grafik ) tarik horizontal ke kanan momotong nilai Dl /te (=

Do/t pada Grafik). Kemudian tarik garis ke bawah

g. Pilih Grafik (hal. 41-45) sesuai dengan bahan konstruksi yang digunakan.

h. Tentukan nilai B

Tarik garis vertikal ke arah suhu operasi bejana (pada grafik yang dipilih). Kemudian

perpotongan garis tersebut, tarik garis horizontal ke kanan.

i. Tentukan Pa

) / t3(D

4BP

ela (15)

Jika nilai A berada di daerah sebelah kiri garis-garis suhu maka Pa ditentukan

menggunakan rumus sebagai berikut:

) / t(D3

EA 2P

ela (16)

Dl

DS

Lte

j. Bandingkan nilai Pa dengan Plingkungan = 15 psi.

Perhitungan benar jika Pa > Plingkungan, tapi tidak Pa. > >>Plingkungan.

Jika Pa < Plingkungan. maka lakukan trial th kembali dengan langkah sama seperti di atas

( dengan nilai trial th berikutnya > nilai trial th sebelumnya).

B. Langkah-langkah perancangan untuk Gambar 2.8b:

a. Trial th

b. Tentukan nilai L (in)

tan )/2D-(D

L Sl (17)

dengan: Dl = Do

c. Tentukan nilai te

te = th cos (18) d. Tentukan nilai Le

Le = (L/2)(1+ DS /Dl) (19)

Langkah-langkah selanjutnya sama dengan cara Gambar 1.

f. Bejana Datar (Flanged Only Head)

Perancangan tutup bejana ini adalah yang paling ekonomis karena merupakan

gabungan antara flange dan flat plate.

Sizes 14 to 275 inches diameter. From 12 gauge to 1 inch thick. I.D. or O.D.

Gambar 2.9 Flanged Only Head

Aplikasi dari flanged-only dapat digunakan sebagai tutup bejana penyimpan jenis

silinder horizontal yang beroperasi pada tekan atmosferik. Tipe bejana dengan jenis tutup ini

dapat digunakan unutk menyimpan fuel oil (minyak bahan bakar), kerosin, minyak solar

ataupun cairan yang mempunyai tekanan uap rendah, disamping itu dapat juga digunakan

sebagai tutup atas konis, kisaran diameternya 20 ft.

Tutup bejana setengah bola,

sebagai tutup bejana yang bundar. Mereka dibentuk dengan m

yang besar dibuat dari bagian pembentukan. Tutup

bagian akhir. Ukuran yang lebih disukai dari tutup bejana yang bundar diberikan didalam

standard dan kode.

Persamaan untuk ketebalan dinding pada table 1.1. Volume penuh Vo dan permukaan

S sebagai V/Vo yang akan berhubungan dengan kedalaman atau ketinggian H/D pada vessel

horizontal.

Tabel 2.2 Tabel Data

Tutup bejana setengah bola, ellipsoidal dan torispherical secara bersama dikenal

sebagai tutup bejana yang bundar. Mereka dibentuk dengan menekan atau memutar, diameter

yang besar dibuat dari bagian pembentukan. Tutup torispherical sering dikenal sebagai tutup


lan dinding pada table 1.1. Volume penuh Vo dan permukaan


Tabel Data-data Standar API untuk Tangki

secara bersama dikenal

enekan atau memutar, diameter

sering dikenal sebagai tutup


lan dinding pada table 1.1. Volume penuh Vo dan permukaan


Kode ASME memberikan persamaan yang berhubungan ketebalan dinding terhadap

diameter, tekanan, ketegangan, dan efisiensi sambungan. Sejak ASME hanya menyebutkan

hubungannya dengan shell yang tipis, beberapa pembatasan diletakkan pada aplikasinya.

Untuk bentuk yang tidak biasanya, tidak ada metode perancangan yang sederhana, uji coba

harus dilakukan untuk bentuk yang dibutuhkan. Persamaan diekpresikan dalam bentuk

berdimensi. Walaupun jarang dipergunakan,persamaan yang tak berdimensi, misalnya Do,

dapat diturunkan dengan mensubstitusikan Do = 2t untuk D. Untuk perbandingan 2:1,

ellipsoidal head misalnya:

Sebagai tambahan pada shell dan head, kontirbusi berat pada vessel dapat

memerlukan nozzle, manway, kebutuhan internal lainnya, dan struktur pendukung seperti

lugs untuk vessel horizontal dan skirt untuk vessel vertical. Nozzle dan manway

distandarisasi untuk perhitungan tekanan yang berlainan; dimension dan beratnya

ditunjukkan pada catalog pabrik. Perhitungan alat ini akan membantu sekitar 10-20% dalam

perhitungan berat vessel.

Persamaan Brownell & Young untuk head jenis flange-only :

Keterangan :

th = tebal head, in

d = diameter dalam shell, in

P = tekanan perancangan, psi

f = stress yang diizinkan, psi

C = konstanta dari appendix H atau Fig 13.8

c = faktor koreksi

cf

CPdth

Tabel 2.3 Formula For Design Of Vessel Under Internal Pressure

Item Thickness t(in)Pressure

P(psi)Stress S(psi) Notes

Cylinder shell

t0.25D, P0.385SE

Flat flanged head(a) D 0.3D

2P/t2

Torispherical head(b)

r/L=0.06, LD+2t

Torispherical head(b) M=

Ellipsoidal head(c) h/D=4

Ellipsoidal head(c)

K={2+(D/2h)2}/6, 2D/h6

Hemispherical head(d) or shell

t0.178D, P0.685SE

Toriconical head(e) 30

0

*Nomenclature: D=diameter (in), E = joint efficiency (0.6-1,0), L = crown radius (in), P = pressure (psig), h = inside depth of ellipsoidal head (in), r = knukle radius (in), R = radius (in), S = allowable stress (psi), t = shell or head thickness (in).

Tabel 2.4 Maximum Allowable Tensile Stresses (psi) of Plate Steels(a) Carbon and Low Alloy Steels

(b) High Low Steels

Table 2.3 diatas menghubungkan ketebalan dingding bejana dengan penutup bejana. Dengan

cara lain hal ini dapat diidentifikasi menggunakan grafik sebagai berikut;

Gambar 2.10 Pecahan volume silinder horizontal dan lengkung penutup pada penutup

bejana dan ketabelan bejana yang sesuai. H/D

Untuk mengetahui ketebalan dari penutup suatu bejan dapat digunakan persamaan berikut:

NomenclatureD = diameter of cylinderH = depth of liquidS = surface of headV = volume of full head

= angie subtended by liquid level or angle of coneCylinder -2 arcoss (1-2H/D) rad = /57.3V/V0-(1/2) ( -sin )Hemispherical HeadS = 1.571D2

V = (/3)H2(1.5D-H)V0 = (/12)D3 V/V0 = 2(H/D)

21.5(H-D)

Ellipsoidal Head (h= D/4)S = 1.09D2

V0 = 0.1309D3

V/V0 = 2(H/D)21.5(H-D)

Torispherical (L=D)S = 0.842D2

V0 = 0.0778D3

V/V0 = 2(H/D)21.5(H-D)

ConicalD = {(D-d)/2}tan =

.5(Dd), 45 .887() 3

S = 0.785(D+d){4H2+(D-d)2}, curved surfaceV = 0.262H(D2+Dd+d2)

Gambar 2.11 Jenis penutup bejana tekan berbentuk silinder. (a) Flat flanged: KR=knuckle

radius, SF=straing flanged. (b)Torispherical (dished), (c) Ellipsoidal. (d) Spherical, (e)

Conical, with knuckle. (f) Conical, with knuckle. (d)Nonstandard one of many possible types

in use.

tutup_bejana

Documents

Transcript of tutup_bejana