31 January 2012

Pipe Stress Analysis (PSA) - Sebuah Pengantar

Kita tidak akan pernah tahu takdir yang akan hadir. Hari ini tiba sebagai sebuah anugerah dari Allah dan harus diisi dengan kesungguh-sungguhan. Sehingga saat masa depan menyapa, kita tidak akan menyesal karena dulu kita telah berbuat yang terbaik bagaimanapun kondisinya

Training perdana  PSA dilaksanakan pada hari Ahad 22 Januari 2012. Serasa tidak sabar dengan bertemunya hari itu, pekan terakhir sebelum dimulainya pelatihan saya isi dengan mencari informasi-informasi tentang PSA dengan harapan di pertemuan pertama nda terbengong-bengong karena minim informasi.

Pelatihan di bawakan oleh om Benny Setiawan, senior pipe stress engineer PT SAIPEM INDONESIA. Pertemuan pertama diisi dengan materi pendahuan seputar PSA, dimulai dari posisi piping strees engineer dalam organisasi project support hingga teori dasar tentang PSA. Saya akan coba sedikit rangkum hasil belajar saya di hari pertama, mohon maaf apabila banyak kekeliruan ^^. 

PENDAHULUAN

Sistem perpipaan digunakan untuk mengalirkan fluida (cair, gas atau vapour) dari satu tempat ke tempat lainnya baik dengan arah horizontal ataupun vertikal, didalamnya terdiri dari banyak komponen yang saling berinteraksi, yang dihubungkan dengan beberapa equipment seperti pompa, vessel, turbin, heat exchanger dan lainnya untuk memperoleh pemrosesan pipa yang baik di suatu plant.

Tujuan dari desain sistem perpipaan yang paling utama adalah agar sebuah plant beroperasi tanpa terjadi kecelakaan, sehingga perlu adanya jaminan dibawah standar desain yang aman. Disamping itu sistem perpipaan dirancang agar tidak overdesign sehingga hemat dalam pembiayaan. jadi kata kuncinya ada 2 yaitu ; AMAN + Tidak OVERDESIGN.

Aktivitas dalam memberikan jaminan dalam desain perpipaan yang aman dan efisien dikenal Piping Stress Analysis atau analisa tegangan pirpipaan yang dahulu dikenal dengan Piping Flexibility Analysis.

TUJUAN PIPING STRESS ANALYSIS

Bermain dengan sistem perpipaan mengingatkan kita dengan tokoh video game favorit waktu saya kecil dulu. Yup, Mario Bros, bukan Mario Teguh Ya....^^. Mario dan saudaranya Luigi merupakan ahli pipa, tapi dalam proses perpipaan yang dilakukan mereka, PSA tidak terlalu dibutuhkan. Kenapa.....????? f(^_^)

Untuk menjawab pertanyaan tersebut kita harus pahami mengapa PSA dibutuhkan.

Dalam sebuah rangkaian perpipaan, pipa terhubung dengan berbagai equipment secara rigid. Pada umumnya pipa yang digunakan dalam industri migas bebahan dasar metal dan fluida yang mengalir didalam fluida memiliki suhu yang berbeda-beda. Perbedaan suhu inilah yang nantinya akan mengakibatkan stress pada pipa. Apabila pipa dialiri fluida dengan suhu tinggi, maka panas fluida akan berpindah secara konveksi ke pipa sehingga menaikkan suhu pipa. Hal ini dapat mengakibatkan pipa memuai. Penambahan dimesi pipa akibat pemuaian ini akan mengakibatkan strees pada ujung pipa yang berhubungan dengan nozzle, pipa akan menekan nozzel sehingga apabila melebihi batas yang diizinkan makan akan mengalami kerusakan pada nozzle. 

Begitupun sebaliknya, apabila pipa dialiri dengan fluida bersuhu sangat dingin, suhu pipa pun akan ikut turun dan mengakibatkan pengerutan pipa. Dala, hal ini pipa akan memberikan tegangan tarik pada nozzel, dan apabila melebihi batas yang diizinkan maka dapat merusak nozzle. Nah... Sekarang kita bisa menjawab mengapa Mario dan Luigi tidak terlalu membutuhkan  PSA dalam pekerjaan yang mereka lakukan.

Dalam penerapannya. agar mendapatkan sistem perpipaan yang aman dan tidak overdesign, maka kita harus perhatikan fleksibilitas dari pipa tersebut. Makin fleksibel pipa, maka stress yang terjadi makin kecil sebaliknya makin rigid pipa maka stress  yang terjadi makin besar. Namun perlu diingat, makin fleksibel akan mengakibatkan maka frekuensi pribadi dari pipa tersebut akan makin rendah sehingga mudah terjadi vibrasi (getaran). Yang biasanya diperiksa adalah pipa yang terhubung langsung dengan rotating equipment (misal; pompa, turbin), apabila frekuensi pribadi dari pipa (dalam Hz setelah dikonversi ke rpm) lebih kecil dari putaran  rotating equipment  maka vibrasi akan terjadi pada pipa dan hal ini harus dihindari.
Dalam projek perpipaan, biasanya pihak client sudah menghitung-hitung agar target frekuensi pribadi terpenuhi. Mereka akan memberikan Pipe Support Span (PSS) yaitu jarak paling jauh yang diperbolehkan antara dua support sehingga apabila kita mengikuti PSS ini maka tidak perlu khawatir terjadi vibrasi pada pipa. PSS bisa bertambah pendek apabila terdapat massa terkonsentrasi seperti flange dan valve.
Adalah tugas piping stress enginer menganalisis stress yang terjadi pada sistem perpipaan dan memastikan bahwa desain sistem perpipaan dirancang se rigid mungkin namun stress yang terjadi tidak melebihi batas yang diizinkan.

YANG HARUS DIPERHATIKAN DALAM PIPING STRESS ANALYSIS 

Dalam PSA ada beberapa poin yang harus menjadi perhatian piping stress engineer untuk menjamin keamanan sistem perpipaan, yaitu:
  1. Pipe stress  pada nilai tertinggi, dibandingkan dengan nilai batasan yang terdapat pada code  yang digunakan.
  2. Force & Moment (F&M) di nozzle equipment, dibandingkan dengan standar yang terdapat pada equipment.
  3. Flange leakage, F&M output dibandingkan dengan nilai batasan berdasarkan pada perhitungan kekuatan maksimum pada flange.
  4. Defleksi pada pipa, F&M output dibandingkan dengan nilai yang yang terdapat pada perhitungan support yang dianalisa oleh Civil / Structure engineer.
  5. Vibration, F&M output dibandingkan dengan nilai batasan berdasarkan data  yang diperoleh dari pengecekan di lapangan atau dengan frekuensi pribadi konponen yang dicek.
Yang paling penting dari poin diatas adalah nomor #1 sampai #3, pada poin #4 lebih menjadi tanggung jawab dari structure engineer dan apabila ada perubahan maka mereka akan memberikan saran untuk itu. Sedangkan untuk poin #5 seperti yang saya tulis sebelumnya, client akan menyediakan PSS walaupun terkadang tidak semua client menyediakannya.
KATEGORI STRESS YANG TERJADI
  • Primary Stress, atau sering disebut longitudinal stress (SL), terjadi karena beban yang berlangsung saat sistem perpipaan tidak beroperasi. Kerusakan terjadi langsung pada permukaan luar pipa seperti plastic deformation  atau bursting (ledakan). Solusi yang bisa diberikan untuk menanggulanginya adalah dengan menambahkan/merubah support menambahkan material sebagai penguatan (penggantian schedule pipa, penambahan panjang pipa, dll), cara kedua tidak direkomendasikan karena secara tidak langsung akan merubah bill of material .  Jenis-jenis primary stress antara lain; sustain stress yang terjadi karena berat material dan tekanan, lalu occasional stress yang terjadi karena dampak dari luar sistem perpipaan seperti angin, ombak, dan gempa.
  • Secondary Stress, atau disebut juga thermal stress atau expansion stress (SE) disebabkan oleh beban yang muncul ketika sistem perpipaan sudah beroperasi. Hal ini menimbulkan deformasi pada pipa walaupun tidak merusak permukaan secara langsung. Akibat kondisi operasi yang berulang-ulang akan mengakibatkan kelelahan material yang mengakibatkan kegagalan sistem. Untuk menanggulanginya maka harus menambah atau mengurangi faktor fleksibilitas misalnya; loop atau tumpuan seimbang.

NILAI BATASAN (ALLOWABLE)
Nilai batasan dalam perancangan sistem perpipaan diperlukan nilai batasan sebagai referensi dalam menentukan aman atau tidaknya suatu sistem perpipaan. Nilai batasan dirumuskan oleh lembaga yang memeliki otorisasi dan biasanya dibuat dalam bentuk code yang merupakan kompilasi hasil pengalaman, kompromi, dan simplifikasi (penyederhanaan). Yang paling familiar dalam pengkodean pada sistem perpipaan adalah code yang dikeluarkan oleh ASME (American Society of Mechanical Engineers) dan terakreditasi oleh ANSI (American National Standart Institute).
Pada tahun 1978, ASME mengenalkan kode standar B.31 sebagai kode standar desain perpipaan bertekanan dan hingga saat ini menjadi referensi yang direkomendasikan dalam perencanaan sistem perpipaan. Beberapa code dari komite B.31 yang sering digunakan sebagai acuan di Indonesia antara lain;
  • ASME B.31.1  untuk sistem perpipaan pada industri pembangkit listrik
  • ASME B.31.3  untuk sistem perpipaan di industri proses, pemurnian, dan petrokimia
  • ASME B.31.4  untuk transport (pipeline) minyak dan zat cair lainnya
  • ASME B.31.5  untuk sistem perpipaan pendingin
  • ASME B.31.8  untuk transport (pipeline) zat gas
  • ASME B.31.7  Sec. III  untuk design perpipaan area nuklir
Tidak hanya standar untuk pipa, equpment  yang terhubung pada pipa juga memiliki standar yang harus diikuti sebagai acuan, yaitu;
  • API std 610  untuk pompa
  • API std 611  untuk turbin (NEMA SM23)
  • API std 617  untuk kompressor sentrifugal
  • API std 618  untuk kompressor reciprocating
  • API std 650  untuk tangki
  • API std 661  untuk air fin cooler
  • WRC 297/107  untuk vessel
Banyaknya rule dan standar dalam analisa sistem perpipaan memang terlihat sedikit ngejelimet, apalagi kalau perhitungan stress dilakukan manual dengan rumus dan kalkulator.. pToT.. Tapi Alhamdulillah saat ini sudah banyak dikembangkan software untuk mempercepat kerja dari piping stress engineer. Yang paling populer dan sering digunakan adalah CAESAR dan AUTOPIPE. Kedepan saya akan bahas kedua software tersebut, semoga Allah memberikan keluangan waktu. :)

Sebaik-baiknya manusia adalah yang paling bermanfaat untuk sesamanya
Jakarta 
Januari 2012


5 comments:

  1. punya referensi untuk PSA bang?

    ReplyDelete
  2. Untuk referensi lebih dalam, sila baca blognya kang donny, saya pun belajar banyak dari sana.

    http://don85.wordpress.com/piping-stress-analysis/

    yang saya tulis disini hasil belajar di APgreid, dan Alhamdulillah, 2 bulan setelah lulus dari sana, saya diterima di IKPT. ^^

    ReplyDelete
  3. ikut training PSA di ap-greid ya mas Dodi.?.,saya juga sedang berguru sama pak beny., wah udah berkecimpung ya di EPC migas, butuh sharing nich kayanya sama mas dodi biar bisa nyusul ke EPC migas juga.. :)

    ReplyDelete
  4. Boleh2... Contact via email aja.
    dodisetiawan@live.de

    ReplyDelete