Analisa Perancangan Sistem Tambat Semi-submersible.pdf

Analisa Perancangan Sistem Tambat Semi-submersible Essar Wildcat dengan Fixed Riser dan Flexible Riser

Dosen Pembimbing: Prof. Ir. Eko Budi Djatmiko, M.Sc, Ph.D 195812261984031002 Ir. Murdjito, MSc.Eng. 196501231996031001

Arief Syarifuddin (4309100063)

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

1

Daftar Isi        

Latar Belakang Rumusan Masalah dan Tujuan Manfaat Penelitian Batasan Masalah Tinjauan Pustaka dan Dasar Teori Metodologi Penelitian Analisa dan Pembahasan Daftar Pustaka

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

2

Latar Belakang 1. Banyaknya anjungan terpancang di Indonesia yang sudah tidak aktif dan menimbulkan masalah (530 anjungan migas lepas pantai telah terpasang di perairan Indonesia, sebanyak 70 buah anjungan sudah tidak beroperasi). 2. Bergesernya eksplorasi dari laut dangkal ke laut dalam. 3. Adanya beberapa kecelakaan semi-submersible (Desember 1990, sebuah badai di North Sea menyebabkan beberapa kegagalan sistem tambat semi-submersible). 4. Tugas akhir ini akan merancang sistem tambat semi-submersible dengan dua pemodelan tipe riser yaitu fixed riser dan flexible riser.

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

3

Rumusan Masalah Bagaimana Response Amplitude Operators (RAO) yang dihasilkan dari Semi-submersible Essar Wildcat pada saat terapung bebas dalam gerakan surge, sway, heave, roll, pitch, dan yaw? 2. Berapa tension maksimum yang dihasilkan sistem tambat Semisubmersible Essar Wildcat dengan fixed riser dan flexible riser? 3. Berapa offset maksimum yang terjadi pada Semi-submersible Essar Wildcat dengan fixed riser dan flexible riser? 1.

Tujuan 1. Mengetahui Response Amplitude Operators (RAO) yang dihasilkan dari Semi-submersible Essar Wildcat pada saat terapung bebas dalam gerakan surge, sway, heave, roll, pitch, dan yaw. 2. Mengetahui tension maksimum yang dihasilkan sistem tambat Semisubmersible Essar Wildcat dengan fixed riser dan flexible riser. 3. Mengetahui offset maksimum yang terjadi pada Semi-submersible Essar Wildcat dengan fixed riser dan flexible riser. Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

4

Manfaat Dari pengerjaan tugas akhir ini diperoleh: 1. Response Amplitude Operators (RAO) yang dihasilkan dari Semisubmersible Essar Wildcat pada saat terapung bebas dalam gerakan surge, sway, heave, roll, pitch, dan yaw. 2. Tugas akhir ini juga memberikan tension maksimum yang dihasilkan sistem tambat Semi-submersible Essar Wildcat dan offset yang dialami struktur. 3. Dengan mengetahui dua aspek di atas maka akan dapat diketahui kelayakan sistem tambat semi-submersible ketika di operasikan pada ladang Belanak-Natuna

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

5

Batasan Masalah • Pembatasan masalah agar topik yang dibahas tidak melebar adalah sebagai berikut: 1. Jumlah tambat yang dianalisa adalah 8 buah. 2. Beban yang bekerja adalah arus, gelombang, dan angin dalam kondisi lingkungan 100 tahunan untuk arah dengan efek signifikan (00, 450, 900, 1350, 1800). 3. Gerak semi-submersible Essar Wildcat yang ditinjau adalah gerak arah surge, sway, heave, roll, pitch, dan yaw. 4. Perhitungan RAO dengan software MOSES 7.0, sedangkan untuk tension dan offset menggunakan Orcaflex 8.4. 5. Operasi Semi-submersible Essar Wildcat di perairan Belanak-Natuna. 6. Analisa yang dilakukan untuk kondisi ULS (Ultimate Limit State) dan ALS (Accidental Limit State).

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

6

Batasan Masalah (Lanjutan) 1. Pada kondisi ALS (Accidental Limit State) pengerjaan hanya dilakukan untuk arah pembebanan yang menghasilkan efek signifikan ketika dilakukan analisa ULS (Ultimate Limit State). 2. Semi-submersible dianggap rigid body sehingga tidak perlu memperhitungkan kekuatan struktur. 3. Jangkar dianggap fixed sehingga tidak dilakukan analisa terhadap holding capacity. 4. Flexible riser dengan konfigurasi Lazy-S. 5. Standard mengacu pada DNV OS E 301, API RP 2SK, dan API RP 16Q. 6. Kriteria kondisi lingkungan yang ditinjau adalah collinear, serta dasar laut dianggap datar. Analisa untuk marine growth dan corrosion diabaikan. 7. Analisa hanya dilakukan pada sistem tambat, tidak dilakukan analisa pada riser.

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

7

Faktor Keamanan Kondisi ULS dan ALS (DNV OS E301)

Tabel 1. Faktor Keamanan Kondisi ULS (DNV OS E 301, 2008)

Tension kaksimum (ULS) = 611.963/2.1= 291.411 ton (MBL/Safety Factor) Konsekuensi

Tipe analisis

Faktor

Kelas

tension

keamanan

1

Dynamic

1.5

2

Dynamic

2.1

Tension kaksimum (ALS) = 611.963/1.25= 489.5704 ton (MBL/Safety Factor)

Tabel 2. Faktor Keamanan Kondisi ALS (DNV OS E 301, 2008)

Konsekuensi

Tipe analisis

Faktor

Kelas

tension

keamanan

1

Dynamic

1.1

2

Dynamic

1.25

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

8

Faktor Keamanan Kondisi ULS dan ALS (API RP 2SK)

Tabel 3. Faktor Keamanan Kondisi ULS dan ALS (API RP 2SK, 2005)

Safety Factor

ULS

1.67

ALS

1.25

Tension maksimum (ULS) = 611.963/1.67= 366.445 ton (MBL/Safety Factor) Tension maksimum (ALS) = 611.963/1.25= 489.5704 ton (MBL/Safety Factor)

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

9

Offset Struktur Menurut DNV OS E301: Offset struktur terapung dengan fixed riser = 2.5% x kedalaman laut. Offset struktur terapung dengan fixed riser = 2.5% x 90 m = 2.25 m Offset struktur terapung dengan flexible riser adalah sesuai dengan spesifikasi manufaktur.

Menurut API RP 16Q: Offset struktur Maksimum offset = (jarak flex joint ke titik berat struktur) x tan (4°) Maksimum offset = (72.015) x tan 4° = 5.036 m 4° = sudut maksimum flex joint bawah menurut API RP16Q Offset struktur terapung dengan flexible riser adalah sesuai dengan spesifikasi manufaktur. Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

10

Stress pada Fixed Riser dan Tension pada Flexible Riser Kriteria stress pada fixed riser: Material struktur drilling riser yang digunakan adalah material steel API-5L X65 yang mempunyai tegangan yield sebesar 65 ksi atau 448 MPa, (API RP 16Q). Sehingga tegangan ijinnya sebesar 0.67 x 448 MPa = 301 MPa. Kriteria tension pada flexible riser: Kriteria Tension Maksimum yang Diijinkan (ton) Butane

Propane

Umbilical

Power Cable

167,9

167,9

5

27,8

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

11

A

Metodologi Penelitian Mulai

Pemodelan konfigurasi Semisubmersible, tali tambat, dan fixed riser dengan Orcaflex

Studi Literatur dan Pengumpulan data struktur dan lingkungan

Pemodelan konfigurasi Semisubmersible, tali tambat, dan flexible riser dengan Orcaflex

Pemodelan struktur Semi-submersible sesuai dengan data yang diperoleh

Analisis hasil simulasi Orcaflex dengan mengacu kepada DNV OS E301, API RP 2SK dan API RP 16Q

Tidak Validasi Model

Tidak Ya Tidak

Analisa hidrodinamis Semi-submersible saat terapung bebas dengan software Moses.

Variasi pre-tension, perbesar diameter chain, dan perpendek panjang tali

Kesimpulan

Cek RAO Ya A

Ya

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Selesai

12

Data Struktur Description

Unit

Quantity

Length Overall

m

108.2

Breadth (moulded)

m

71.8

Large Colum Diameter

m

7.92

Small Colum Diameter

m

5.79

Corner Colum Diameter

m

5.2

Height of Pontoons

m

6.71

Horizontal Inside Brace

m

1.1

Horizontal Outside Brace

m

1.1

Horizontal Diagonal Brace

m

0.625

Vertical Diagonal Brace

m

1

Operating Draught

m

21.335

Operating Displacement

ton

24173

VCG (Operating)

m

17.83

GM (Operating)

m

2.74

Tabel 4. Principal dimension dari semi-submersible (PT.GM, 2012)

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

13

General Arrangement

Gambar 3. General Arrangement Tampak Atas (PT.GM, 2012)

Gambar 2. General Arrangement Tampak Depan (PT.GM, 2012)

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

1

Data Mooring Description

Quantity

Chain Type

Studlink chain R4

Chain size

76 mm diameter

Length of chain

1150 m (approximate)

Chain break load

611.963 tonnes

Chain weight in air

0.126 tonnes/m

Chain weight in water

0.011 tonnes/m

Anchor type

8x15000kg HY -17 anchor.

Number of line

8

Gambar 4. Perencanaan sistem mooring (PT.GM, 2012)

Tabel 5. Mooring properties dari semi-submersible (PT.GM, 2012)

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

2

Data Fixed Riser  Data untuk fixed riser (API-RP16Q) adalah sebagai berikut: • Jumlah Tensioner : 12 • Panjang antar riser joint : 9.144 m (30’) • Panjang antar pup joint : 3.048 m (10’) • Diameter Luar : 0.5334 m (21”) • Ketebalan Pipa : 0.0127 m (0.5”) • Yield Strength : 448.16 Mpa (65 ksi) • Berat udara riser joint : 2.95 ton • Berat tenggelam riser joint: 2.57 ton • Berat udara pup joint : 1.52 ton • Berat tenggelam pup joint : 1.32 ton • Berat slip joint : 5.32 ton

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

3

Data Flexible Riser Parameter

Unit

Pipe O.D. mm Pipe I.D. mm Weight in air empty kg/m Maximum tension ton Length from EF flange to MWA clamp (buoy and turret) cases) m Length from MWA clamp to PLEM flange connection m Total length from EF flange to PLEM flange connection m Pretension - buoy case (with content) kN

Butane

Propane

220.2 152.4 66.3 167.9 140 111 251 42.9

220.2 152.4 66.3 167.9 143 111 254 41.4

Tabel 6. Data flexible riser (PT.GM, 2012)

Parameter Nominal diameter Weight in air Weight in water Maximum rension (dynamic) Length from EF flange to MWA clamp (buoy and turret) cases) Length from MWA clamp to PLEM Total length from EF Flange to PLEM Pretension - buoy case (with content)

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Unit

Umbilical

mm kg/m kg/m ton m m m kN

84 16.2 10.7 5.0 134 161 295 17.8

Power Cable 124 38.7 27.6 27.8 136 109 245 -

4

Data Flexible Riser (Lanjutan) Tabel 7. Data Mid Water Arch (MWA) (PT.GM, 2012)

Parameter Total displacement for MWA Net buoyancy of MWA Weight in air of MWA excl. mooring system and clamps Nominal elevation of MWA tank center from seabed Tether diameter Tether weight in air Tether minimum breaking load – Grade R3 Weight in air of 2 tethers

Unit

Value

m3 te te m mm kg/m te te

156 70 90 47.5 54 58.9 263 5.9

Gambar 5. Konfigurasi flexible riser tampak samping

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

5

Data Lingkungan

Gambar 6. Arah pembebanan struktur yang digunakan

Tabel 8. Data lingkungan Metocean Belanak (PT.GM, 2012)

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

6

Pemodelan

Gambar 7. Pemodelan semi-submersible Essar Wildcat

Gambar 8. Pemodelan semi-submersible dengan Maxsurf

Gambar 9. Pemodelan semi-submersible kondisi terapung bebas

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

7

Validasi Model (Pemodelan Moses) Tabel 9. Validasi Model

Unit

Data

Maxsurf

Moses

Selisih (%)

Kriteria ABS

Ket

Displacement

ton

24173

24043.918

24173

0.534

2%

OK

KB

m

-

6.372

6.34

0.502

1% / 5 cm

OK

LCB

m

-

51.779

51.63

0.288

1% / 50 cm

OK

KMt

m

-

20.656

20.55

0.513

1% / 5 cm

OK

KMl

m

-

25.049

24.63

1.673

1% / 50 cm

OK

LCG

m

51.58

-

51.72

0.271

1% / 50 cm

OK

GMt

m

2.74

-

2.72

0.730

1% / 5 cm

OK

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

8

RAO Gerakan Surge 1 0.9 SurgeRAO (m/m)

0.8 0.7 0.6

0

0.5

45

0.4

90

0.3

135

0.2

Moda Gerakan Surge

RAO Maksimum

RAO Minimum

0deg

Frekuensi

90deg

Frekuensi

0.915

0.2513

0.154

0.5984

m/m

rad/sec

m/m

rad/sec

180

0.1 0 0

0.5

1

1.5

2

Frequency (rad/sec) Gambar10. RAO Gerakan Surge Kondisi Terapung Bebas

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

9

RAO Gerakan Sway 1 0.9 Sway RAO (m/m)

0.8

Moda

0.7 0.6

0

0.5

45

0.4

Gerakan Sway

90

0.3

RAO Maksimum

RAO Minimum

90deg

Frekuensi

0deg

Frekuensi

0.87

0.2513

0.152

0.6283

m/m

rad/sec

m/m

rad/sec

135

0.2

180

0.1 0 0

0.5

1

1.5

2

Frequency (rad/sec)

Gambar 11. RAO Gerakan Sway Kondisi Terapung Bebas

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

10

RAO Gerakan Heave 0.8

Heave RAO (m/m)

0.7

RAO Maksimum

RAO Minimum

Moda

0.6

Gerakan

0.5

0

0.4

45

0.3

90

0.2

135

Heave

180deg

Frekuensi

90deg

Frekuensi

0.752

0.3491

0.714

0.3142

m/m

rad/sec

m/m

rad/sec

180

0.1 0 0

0.5

1

1.5

2

Frequency (rad/sec)

Gambar 13. RAO Gerakan Heave Kondisi Terapung Bebas

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

11

RAO Gerakan Roll 1 0.9 Roll RAO (deg/m)

0.8

Moda

0.7 0.6

0

0.5

45

0.4

90

0.3

Gerakan Roll

135

0.2

RAO Maksimum

RAO Minimum

90deg

Frekuensi

0deg

Frekuensi

0.947

0.6981

0.111

0.2513

m/m

rad/sec

m/m

rad/sec

180

0.1 0 0

0.5

1

1.5

2

Frequency (rad/sec) Gambar 14. RAO Gerakan Roll Kondisi Terapung Bebas

Jurusan Teknik Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

12