DEFINISI SISTEM PEMIPAAN DALAM INDUSTRI MINYAK & GAS PDF

Preview

Summary

DEFINISI SISTEM PEMIPAAN DALAM INDUSTRI MINYAK & GAS Desain/Perancangan Sistem Pemipaan pada dasarnya bertanggung jawab untuk mempelajari dan menghasilkan sebuah sistem perpipaan untuk mentransportasikan fluida yang mengalir di dalam pipa dengan efektif dan efisien berdasar kode dan standar yang...

Description

DEFINISI SISTEM PEMIPAAN DALAM INDUSTRI MINYAK & GAS Desain/Perancangan Sistem Pemipaan pada dasarnya bertanggung jawab untuk mempelajari dan menghasilkan sebuah sistem perpipaan untuk mentransportasikan fluida yang mengalir di dalam pipa dengan efektif dan efisien berdasar kode dan standar yang berlaku.

Sistem pemipaan tidak hanya terdiri dari pipa, tapi merupakan hasil interkoneksi antar pipa dan antara berbagai Distributor komponen pipa (tee, elbow, reducer,dll) ditambah juga katup, sambungan ekspansi yang saling terhubung untuk membentuk sebuah sistem yang dapat bekerja sesuai tujuannya atau fungsinya.

PIPA Secara umum, pipa diartikan sebagai sebuah benda yang mempunyai penampang melintang yang bulat dan berlubang, yang digunakan untuk mengangkut/mendistribusikan fluida seperti minyak, gas, air, bahan kimia, dll.

UKURAN PIPA Dulu biasa disebut dengan inisial IPS (iron pipe size) untuk penamaan pipa berdasarkan ukuran diameternya dalam satuan inch, misal, pipa IPS 6 adalah pipa dengan ukuran diameter yang mendekati 6 inch, seiring dengan perkembangan kebutuhan akan ketebalan dinding yang lebih tipis dan desain pada kekuatan dan ketahanan korosi material pipa membuat penamaan baru untuk ukuran dan tebal pipa. NPS menggantikan IPS dan istilah schedule (SCH) digunakan untuk nominal tebal dinding pipa.

JENIS-JENIS PIPA BERDASAR CARA PEMBUATAN Seamless Dibuat dari pipa padat (billets) yang dipanaskan hingga temperature tertentu, hingga cukup lunak untuk dilubangi dengan cara ditusuk dengan mandrel.

Pipa seamless

Buttwelded (ERW) Menggunakan plat besi yang dilipat membentuk pipa kemudian disambung dengan lasan.

pk Spiral Welded Dibuat dengan cara memuntir pita besi menjadi spiral.

Pipa Spiral

METODE UNTUK MENYAMBUNG PIPA Buttwelded Pipa 2 in ke atas biasa disambung dengan teknik ini, karena paling mudah dan murah untuk pipapipa berukuran besar dan paling anti bocor. Tapi yang menjadi masalah adalah intrusi logam lasan ke dalam pipa yang dapat mempengaruhi aliran fluida, sehingga untuk beberapa kasus dipasang back-up ring. Shockwelded Di aplikasikan untuk pipa-pipa bermuatan fluida yang mudah terbakar, beracun, dan materialmaterial tertentu yang sangat mahal, dan atau system yang tidak boleh ada kebocoran. Keuntungan teknik sambungan ini adalah kebocoran hampir tidak mungkin terjadi, lebih mudah di-alignment disbanding buttwelded, tidak ada intrusi metal lasan ke dalam pipa. Threaded/Screwed Teknik ini diaplikasikan untuk pipa-pipa 2 in ke bawah, biasanya untuk pipa drain. Teknik ini sangat mudah di-fabrikasi di lapangan, bisa diaplikasikan untuk pemasangan pipa di area-area berbahaya (yang mudah terbakar). Teknik sambungan ini relative lebih mudah bocor dibanding lainnya, tidak cocok untuk pipa yang bermuatan fluida yang korosif dan diaplikasikan di area yang sangat korosif.

MATERIAL PIPA Material pipa dibagi dalam 2 kategori yaitu : logam dan non-logam. Pipa logam biasa dibuat dari material yang bersifat korosif dan non-korosif, untuk material yang bersifat korosif seperti besi tuang, baja karbon dan baja paduan, yang bersifat nonkorosif adalah tembaga, alumunium, plastic, dll

Material Pipa yang Umum

KOMPONEN-KOMPONEN PIPA Komponen-komponen pipa

ini berfungsi untuk menyambung pipa (misal,

union,coupling), membelokan pipa (misal :siku/elbow), membuat percabangan (misal : tee,cross,Y) mengubah ukuran pipa (misal : reducer), menutup aliran (misal : cap, plug, blind).

Gambar 2.1 Komponen-komponen pemipaan (Sumber : Pipe Drafting And Design 2nd Edition)

KATUP / VALVE Sebuah katup atau valve adalah sebuah alat mekanik yang berfungsi untuk mengatur aliran dan atau tekanan fluida yang mengalir di dalam pipa. Valve bisa Anda pesan atau beli di pusat distributor atau supplier valve terlengkap murah di website yang berkantor di Jakarta. Ada beberapa fungsi katup / valve yang akan dibahas di bawah ini : 

Katup / valve yang berfungsi buka-tutup (On-Off), ini adalah jenis katup / valve yang berfungsi untuk membuka penuh atau menutup aliran fluida, jenis katup / valve yang biasa digunakan adalah katup pintu (gate valve), bola (ball valve), globe valve, plug valve.

Gambar 2.2 katup pintu (gate) (Sumber : Valve Selection Handbook 4nd Edition)



Katup yang berfungsi untuk mengatur aliran fluida (Regulating), yang biasa digunakan untuk fungsi ini adalah katup globe, bola.

Gambar 2.3 Katup control (Sumber : Valve Selection Handbook 4nd Edition)



Katup yang berfungsi untuk memisahkan aliran (Switching), katup jenis ini biasanya memiliki lubang keluar lebih dari satu/multiport, biasa digunakan katup jenis plug dan bola untuk fungsi ini.

Gambar 2.3 Three Way Valve (Sumber : Valve Selection Handbook 4nd Edition)



Katup yang berfungsi untuk mencegah aliran balik (Checking), katup ini berfungsi untuk mencegah aliran fluida, yang dipakai untuk fungsi ini adalah katup check, biasa dipasang pada saluran keluar pompa.

Gambar 2.4 Katup check jenis swing & lift (Sumber : Valve Selection Handbook 4nd Edition)



Katup yang berfungsi untuk mencegah membuang tekanan berlebih (discharging) Katup jenis ini berfungsi untuk membuang tekanan berlebih baik ke atmosfer, ke saluran buang, atau ke system lainnya, ke vessel dengan tekanan yang lebih rendah. Jenis katup yang termasuk jenis ini adalah safety & relief valve, rupture disc.

BAGIAN-BAGIAN KATUP Seat dan disc, pintu keluar masuknya fluida Stem, penggerak dari disc Body dan Bonnet, penutup dari katup Operator¸tipe pengoperasian dari katup, apakah manual atau otomatis

PEMILIHAN KATUP

Sumber : Valve Selection Handbook 5th Edition

2.1

KODE DAN STANDAR Sebelum memilih kode yang akan digunakan, sedikit pembahasan tentang kode dan standard akan kami jabarkan di sini. Kode biasanya menetapkan atau berisi syarat-syarat tentang desain, material, fabrikasi, ereksi, pengujian, dan inspeksi sistem pemipaaan.

Standar berisi aturan dan persyaratan desain dan konstruksi untuk masing komponenkomponen pemipaan seperti belokan/elbow, tee, flanges, katup dll. Selain itu ada Recommended Practices yaitu berupa dokumen yang dipersiapkan oleh professional- professional untuk menyarankan sebuah aturan praktis yang efisien tapi bersifat optional.

Berkembangnya kode dan standar pemipaan berdasar pada kebutuhan untuk penyesuaian dengan variasi desain suhu dan tekanan operasi, B31 kode untuk pipa bertekanan yang dikembangkan ASA atau American Standard Association (sejak 1969 berubah nama menjadi ANSI) yang untuk selanjutnya kode ini diadopsi oleh ASME.

Selama tahun 1950-an, kode itu tersegmentasi untuk memenuhi kebutuhan individu dari berbagai mengembangkan industri pipa, dengan kode-kode yang diterbitkan untuk kekuasaan, petrokimia dan industri transmisi gas antara lain. 1960-an dan 1970-an mencakup periode pengembangan konsep standar, persyaratan dan metodologi. Pengembangan dan penggunaan komputer model matematika sistem pipa telah membawa analisis, desain dan penyusunan untuk tingkat kecanggihan baru. Peraturan dan standar yang dibentuk untuk memberikan metode manufaktur, pencatatan dan pelaporan data desain.

"Sebuah standar adalah satu set spesifikasi untuk suku cadang, bahan atau proses dimaksudkan untuk mencapai keseragaman, efisiensi dan kualitas tertentu". Dasar Tujuan dari standar ini adalah untuk menempatkan batas maksimal jumlah item dalam spesifikasi, sehingga dapat memberikan suatu akal inventarisasi tooling, ukuran dan bentuk dan variasi [4]. Beberapa dokumen penting yang berkaitan dengan pipa adalah: 

American Society of Mechanical Engineers (ASME)



American National Standards Institute (ANSI)



American Society of Testing and Materials (ASTM)



Pipe Fabrication Institute (PFI)



American Welding Institute (AWS)



Nuclear Regulatory Commission (NRC)



American Welding Institute (AWS)

Tujuan dasar kode adalah untuk menyediakan kriteria desain seperti material konstruksi, diijinkan bekerja stres dan beban set digunakan untuk desain kekuasaan komersial dan industri sistem pipa Bagian ini memiliki bagian sub berikut [1]. B31.1 Power Piping. B31.3 Procces Piping. B31.4 Liquid transportation System For Hydrocarbons B31.5 Refrigeration Piping. B31.8 Gas Transportation And Distribution Piping System. Untuk sistem pemipaan pada Fasilitas Produksi Air Itam yang berkenaan dengan proses produksi hidrokarbon, maka termasuk dalam lingkup ASME B31.3 Proccess Piping dimana dalam kode ini mencakup sistem pemipaan pada unit pengolahan minyak, bahan kimia, farmasi, tekstil, kertas, semikonduktor, dan lainnya yang berkaitan.

2.2

PENOPANG PIPA (PIPE SUPPORT) Penopang pipa harus di desain sedemikian rupa sehingga dapat menyangga dengan baik semua beban-beban pada pipa dan peralatan yang terkoneksi dan untuk membuat kemiringan/slope, mengakomodasi ekspansi pipa, anchorage dan insulasi. Keahlian desainer pemipaan dalam memahami dan kebiasaan menggunakan praktek standar, pengetahuan tentang pasar komersil yang mendukung dan juga pengalaman praktek, semua itu bersama-sama dapat membantu dalam mencapai hasil yang diinginkan.

Desain layout dan pemipaan yang baik sangat membantu dalam desain penopang pipa. Misalnya, dengan pertimbangan-pertimbangan lainnya dianggap sama, pipa arus diarahkan mendekat ke struktur-struktur di sekitarnya untuk kemudahan dalam mengikat pipa ke struktur, memasang anchor, dsb, pipa juga sebaiknya di-routing dengan dikelompokkan ke dalam grup-grup untuk meminimalkan jumlah tumpuan yang harus dipasang, dari berbagai

tipe penopang pipa (pipe support) yang sering digunakan, menurut fungsinya, di sini akan kami jelaskan beberapanya dari berbagai macam penopang pipa, antara lain

2.5.1

Weight support Tipe tumpuan ini hanya digunakan untuk menyangga beban vertical pada arah gravitasi, macamnya antara lain, sleeper, hanger, shoe, variable spring support, constant spring support.

Gambar 2.9 Macam-macam tipe weight support (Sumber : Piping & Pipe Support Systems Design Engineering)1

2.5.2

Rigid restraint adalah macam-macam tumpuan yang digunakan untuk menahan pergerakan pipa akibat beban temperatur, berat, dan lain-lain. Tumpuan ini dipilih bila pergerakan pipa akibat temperatur cukup kecil sehingga tidak memerlukan tumpuan seperti pegas atau snubber. Bila diinginkan untuk menahan pergerakan pipa ke semua arah maka biasa digunakan tumpuan jenis jangkar/anchor, penahan/guide biasa untuk menahan gerakan pipa ke samping, juga stopper yang digunakan untuk megizinkan gerakan pipa yang searah sumbu aksial pipa.

1

Lihat Daftar Pustaka no 2

Gambar 2.10 Pipe anchor (Sumber : Pipe Drafting And Design 2nd Edition)

2.3

ANALISA TEGANGAN PADA SISTEM PEMIPAAN

Dalam sistem pemipaan terjadi berbagai reaksi akibat beban-beban (loading) yang terjadi pada sistem pemipaan tersebut. Misalnya, pada sebuah sistem pemipaan yang beroperasi pada kondisi tekanan dan temperatur tertentu akan mengakibatkan reaksi pada pipa-pipa yang akan berkontraksi atau berekspansi jika koefisien ekspansi material tidak mampu menahan lagi dinamika tekanan dan temperatur yang terjadi di dalam pipa. Pembebanan pada pipa juga bisa terjadi karena berat material pipa, fluida yang mengalir di dalam pipa, juga berat-berat dari komponen-komponen pipa, dll, beban-beban ini bersifat permanen terhadap sistem pemipaan tersebut.

Beban pada pipa dapat diklasifikasikan sebagai beban primer dan beban sekunder. Beban primer terjadi akibat beban-beban tetap/sustained seperti berat pipa, katup, insulasi dan komponen-komponen pipa lainnya. Sedangkan beban sekunder berhubungan dengan ekspansi thermal karena beban temperatur pada pipa.

Dalam kaitannya dengan denah atau tata letak peralatan dalam sebuah pabrik atau fasilitas produksi minyak, dll, analisa tegangan pipa sangat bergantung dengan denah/layout pemipaan dan desain tumpuan/support, denah sistem pemipaan harus diperhitungkan sedemikian rupa sehingga memenuhi kriteria dari batasan tegangan pipa dan penopang pipa, sehingga bila perlu denah sistem pemipaan bisa berubah karena tidak memenuhi persyaratan dari analisa tegangan yang sudah diperhitungkan.

2.5.1

TEGANGAN DAN REGANGAN

Jika suatu material dikenai tegangan yang membesar hingga melebihi kemampuan tegangan maksimum yang bisa ditahan, material itu pasti akan rusak/gagal/fail. Tegangan atau stress adalah jumlah gaya yang diberikan per satuan luas. F

σ=

A

…………………………………pers. 2.5.1

σ

= Tegangan, N/m2

F

= Gaya pada benda, N

A

= Luas penampang benda, mm2

Regangan atau strain adalah rasio antara panjang pemuluran benda dan panjang benda semula

e=

2.5.2

∆L L

=

l−L L

…………………………………pers. 2.5.2

e

= regangan

∆L

= panjang pemuluran benda

L

= panjang awal benda

TEGANGAN PADA PIPA Tekanan internal di pipa akan menimbulkan tiga jenis tegangan seperti gambar di bawah ini,

Gambar 2.6 Arah Tegangan hoop (h), longitudinal (l), radial (r) Tegangan hoop, adalah tegangan keliling (circumferential stress) dalam benda yang berbentuk silindris sebagai akibat tekanan internal atau eksternal itulah definisi dari tegangan hoop, tegangan ini bekerja tegak lurus baik dengan sumbu dan jari-jari benda atau bekerja secara circumferentially. Jika perbandingan antara diameter pipa dengan tebal dinding pipa lebih dari 20 maka termasuk dalam jenis pipa berdinding tipis, pada kasus ini, tegangan hoop yang melewati dinding pipa mendekati konstan atau sama dengan, σp =

P

= tekanan desain, kPa

D

= diameter luar pipa, mm

t

= tebal dinding pipa, mm

PD 2t

………………………………….pers. 2.5.3

Tegangan longitudinal adalah tegangan yang arahnya sejajar dengan sumbu pipa, seperti tegangan akibat berat dan temperatur, bending, dan akibat tekanan dalam. Tegangan-tegangan tersebut dirumuskan sebagai berikut : 

Tegangan longitudinal akibat temperatur dan gaya berat dirumuskan sebagai berikut :

σl = σl

FA A

………………………..……..pers. 2.5.4

= tegangan longitudinal, N/m2

FA

= gaya pada permukaan, N

A

= luas penampang pipa, m2 = π(d2o − d2i )/4



Tegangan bengkok/bending karena temperatur, berat pipa, fluida yang mengalir di dalam pipa, insulasi, angin atau gempa bumi dihitung dengan rumus sebagai berikut : (Mi Ii )2 +(Mo Io )2

σb = √



Z

………………………….pers. 2.5.5

Mi

= momen in-plane, kg.m

Mo

= momen out-plane, kg.m

Ii

= in-plane stress intensification factor

Io

= out-plane stress intensification factor

Z

= section modulus, mm3

Tegangan longitudinal akibat tekanan dalam Dirumuskan sebagai berikut : σp =

PD 4t

……….………………………….pers. 2.5.6

Ketiga tegangan tegangan diatas bearah sejajar dengan sumbu pipa sehingga tegangan longitudinal yang terjadi pada pipa adalah penjumlahan ketiga tegangan diatas : σL = σl + σb + σp……………………………..pers. 2.5.7 Tegangan radial, terutama karena tekanan internal adalah sama dengan P

2.4

PROSEDUR ANALISA TEGANGAN PADA PIPA Diagram alir di bawah ini menggambarkan langkah-langkah umum dalam penganalisaan dalam sebuah sistem pemipaan

DESAIN SISTEM PEMIPAAN

DATA PROSES

GAMBAR ISOMETRIS

RE-ROUTING DAN DESAIN TUMPUAN

ANALISA SISTEM PEMIPAAN

Gambar 2.7 Diagram Aliran Analisa Tegangan pada Pipa

Denah pipa (Piping Layout) harus dianalisa dengan pertimbangan individual dari masingmasing jalur yang dipengaruhi oleh restraint untuk memperkirakan reaksi pada anchor dan titik terminal dan tegangan pada pipa. Metode analisa diklasifikasikan dalam level-level analisa tegangan

Gambar 2.8 Diagram Level Analisa Tegangan pada Pipa

(Sumber : Piping Flexibility Analysist)2

Level-level persyaratan dan metode analisa yang berhubungan yang digambarkan diagram di atas didefinisikan sebagai berikut : 

Level 1 : pemeriksaan visual yang berdasar pengalaman Metode inspeksi visual adalah metode perkiraan, dalam hal ini sudah barang tentu seorang Stress Engineer harus memiliki pengalaman yang luas. Dilihat pada diagram diatas maka level ini berada pada rentang temperature -30 hingga 150 oC dan diperuntukkan untuk pipa ukuran 1 inchi hingga 10 inchi. Metode ini harus dibatasi untuk jalur-jalur yang sejenis dengan jalur-jalur lainnya yang terkalkulasi, atau jalur yang mempunyai fleksibilitas yang cukup. Dalam hal untuk memastikan, jalur level ini bisa diklasifikasikan ke level 2 atau 3. Tidak ada nilai aktual dari gaya dan momen yang beraksi pada penopang yang dihasilkan untuk analisa level 1.



Level 2 : analisa sederhana Metode ini termasuk menggunakan tabel, nomographs dan rumus sederhana yang boleh digunakan jika digunakan untuk range konfigurasi dimana tingkat akurasi hasil perhitungannya masih bisa diterima. Level ini mempunyai rentang temperature lebih rendah dari sebelumnya yang mencapai -50 oC hingga 250 oC, dan untuk pipa dengan diameter hingga 20 inchi. Dalam hal untuk memastikan, jalur level ini bisa diklasifikasikan ke level 3 Hasil dari analisa level 2 hanya menampilkan perhitungan isometric, atau dalam laporan sederhana termasuk isometric dan output perhitungan computer untuk restraint summary



Level 3 : analisa komprehensif Metode komprehensif terdiri dari prosedur analitis dengan menggunakan bagan grafik untuk mencapai evaluasi mengenai gaya, momen dan tegangan yang disebabkan oleh tegangan geser. Rentang temperature untuk level 3 daerah yang tidak dijangkau oleh level 2 baik di baas atas maupun bawahnya dengan ukuran diameter pipa di atas level 2. Penyelesaian untuk metode komprehensif ini harus

2

Lihat Daftar Pustaka no. 9

dilakukan computer sebab akhir-akhir ini pekerjaan untuk level ini meliputi banyak data dalam angka, maka jelas tidak lagi ekonomis untuk melakukan perhitungan dengan tangan. Ada cukup banyak program-program computer yang sanggup memproseskan denah pipa yang meliputi ratusan percabangn.

Menurut ASME B31.3 par. 319.4.1, perhitungan tegangan tidak harus dilakukan pada sistem pemipaan di bawah ini : 

Pipa-pipa yang berukuran sama.



Pipa-pipa yang dipasang melalui dua titik sambung saja.



Tidak ada penghalang di sepanjang pipa tersebut.



Sistem pemipaan yang langsung dapat dianalisa hanya dengan membandingkan dengan sistem yang sudah dianalisa sebelumnya atau merupakan duplikasi dari sistem sebelumnya.

Untuk sistem-sistem pipa yang dikategorikan diatas dapat dihitung dengan persaman sederhana berikut ini : D .y (L−U)2

≤ K1 ………………………………..pers. 2.6.1

D = Diameter luar pipa, mm y = resultan dari regangan geser yang terjadi, mm L = panjang total pipa yang terletak diantara anchor , m U = jarak lurus/terdekat antar anchor, m K1= 208.000 Sa/Ea (mm/m)2

2.5

KETENTUAN-KETENTUAN FLEKSIBILITAS MINIMUM Pipa-pipa umumnya difabrikasi dengan suhu lingkungan setemp...