Data Perancangan 1.docx

Data Perancangan Kapasitas

: 1000.000 Kg/tahun

Massa Jenis

: 1,2 Kg/m3

Tekanan operasi

: 81,151 psi

Temperatur operasi

: 600oF

Zona gempa

: 2 (diasumsikan)

Kecepatan angina

: 54 km/jam (Sumber, BMG)

Faktor korosi : 1/16 in (dengan asumsi pertumbuhan korosi 5 mils pertahun atau 1/16 in per 12 tahun, (sumber Buthod) Dimensi Bejana Massa (m)

Volume 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 (v) = Massa Jenis (ρ) Volume 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 (v) =

19,2 ×103 kg kg

1,2 3 m

Volume 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 (v) = 16000 m3 Volume 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 (v) = 100637 bbl Volume 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 (v) + keamanan 20 % = 100637 bbl × 120% = 12076144 bbl Volume 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑 (v) + keamanan 20 % = 678041,787 ft 3 Berdasarkan Brownell & Young 1959:

Volume yang dibolehkan

=120900 bbl

Diameter dalam (ID)

= 120 ft

= 1440 in

= 36,576 m

Tinggi Tangki

= 60 ft

= 720 in

= 18,288 m

Jumlah Course

= 10

Tinggi Liquid Tinggi Liquid (hl) =

Tinggi Liquid (hl) =

Vl 1 π×ID2 4

678041,787 ft3 1 π×(120 ft)2 4

Tinggi Liquid (hl) = 59,9824 ft

Tekanan Desain

Temperatur Desain

Temperatur desain adalah temperatur maksimal yang diperbolehkan dalam desain yang harganya harus lebih rendah dari temperatur ijin rata-rata kondisi operasi material dinding bejana. Temperatur desain (Td) dapat ditentukan dengan persamaan berikut: Pd = To + 50o F Dimana To adalah tekanan operasi 600oF Pd = 600oF + 50o F = 650oF

Perhitungan Tebal Shell dan Head Berdasarkan Tekanan Dalam Tebal Shell Material shell adalah baja karbon SA 455 dengan tegangan ijin maksimum pada suhu 650oF adalah 18300 psi. Dan diketahui data perhitungan sebagai berikut: Tekanan Desain Pd

: 81,151 psi

Jari-jari R

: 720 in

Diameter dalam D

: 1440 in

Joint effisiensi E

: 0,85

Ketebalan minimum shell silinder berdasarkan circumferential stress (pada sambungan arah memanjang) P×IR

Ketebalan Minimum Shell (ts) = (f×ε)−0,6×P 81,151 psi×720 in

Ketebalan Minimum Shell (ts) = (18300×0,85)−0,6×81,151 psi Ketebalan Minimum Shell (ts) = 3,768 in Ketebalan shell berdasarkan longitudinal stress (pada sambungan arah melingkar) P×IR

Ketebalan Shell (tls) = (2×f×ε)−0,4×P

81,151 psi×720 in

Ketebalan Shell (tls) = (2×18300×0,85)−0,4×81,151 psi Ketebalan Shell (tls) = 1,876 in Karena ketebalan berdasarkan circumferencial stress (t = 3,768 in) lebih besar dari ketebalan berdasarkan longitudinal sress (t = 1,876 in) maka dipilih ketebalan shell berdasarkan tekanan dalam sebesar 3,768 in Tebal head Dari tabel material ASME Section II Part D didapatkan tegangan ijin maksimum SA 455 pada suhu 650oF adalah 18300 psi. Asumsi D/2h adalah 2.0 (Tabel UG-27 ASME).

Sehingga ketebalan head dapat ditentukan berdasarkan persamaan pada ASME UG-32(d) Tebal Head (th) =

P × ID (2 × f × ε) − 0,2 × P 81,151 psi×1.440 in

Tebal Head (th) = (2×18300×0,85)−0,2×81,151 psi Tebal head (th) = 3,758 in

Berdasarkan Tekanan Luar Tebal shell Data perhitungan Tekanan Desain Eksternal Pd : 15 psi Tebal shell t

(ASME U6 28(t) )

: 3,768 in

Panjang vessel section (Ls) adalah panjang vessel ditambah 2/3 panjang head. Diketahui bahwa head yang digunakan adalah ellipsoidal 2:1 sehingga Panjang bisa ditentukan yaitu in. Dengan demikian panjang vessel section (Ls) bisa ditentukan. 2 Vessel Section (Ls) = Panjang Vessel + ( × PanjangHead ) 3 2

Vessel Section (Ls) = 720 + (3 × 360) Vessel Section (Ls) = 960 in

Dengan asumsi ketebalan dinding bejana adalah in maka diameter luar shell bisa ditentukan. Diameter Luar (Do) = 2 × ts + ID Diameter Luar (Do) = 2 × 3,768 in + 1440 in Diameter Luar (Do) = 1447,536 in Maka Dapat Diketahi perbandingan Ls 960 in = = 0,663 Do 1447,536 in Do 𝑡

=

1447,536 in 3,768 in

= 384,166

Dari FIG. Geomatric Chart for Components Under External or Compressive Loading (Hal 365 Brownell & Young 1959) didapat harga faktor A sebesar 0,0003 sehingga dapat diketahui harga Pa berdasarkan persamaan berikut:

Tekanan Desain Internal (Pa) =

2×A×E 3×

OD t

, dengan E adalah modulus elastisitas material shell.

Dari tabel TM-1 ASME harga modulus elastisitas SA 455 adalah 26,1x106 psi.

Tekanan Desain Internal (Pa) =

2 × 0,0003 × 26,1 × 106 3 × 384,166

Tekanan Desain Internal (Pa) = 13,587 Psi Karena harga Pa (13,587 psi) lebih kecil dari tekanan desain eksternal Pd (15 psi), maka harus dilakukan perhitungan ulang dengan memperbesar ketebalan shell. Dengan menggunakan trial and error maka diasumsikan tebal shell t: 4,569 in sehingga Do menjadi 1449,139 in maka: Ls 960 in = = 0,662 Do 1449,139 in D0 T

=

1449,139 in 4,569in

= 317,167

dan harga faktor A didapatkan yaitu sebesar 0,0003 (Hal 365 Brownell & Young 1959) dan harga Pa dapat ditentukan: Tekanan Desain Internal (Pa) =

Tekanan Desain Internal (Pa) =

2×A×E OD 3× t 2×0,0003×26,1 ×106 3×317,167

Tekanan Desain Internal (Pa) = 16,458 Karena harga Pa (16,458 psi) lebih besar dari tekanan desain eksternal (15 psi) maka tebal shell 4,569 in ditambah faktor korosi 1/16 in aman digunakan. Ketebalan shell (t) = 4,569+ 0,0625 = 4,6315 in. Tebal head Data perhitungan - Tekanan desain eksternal P = 15 psi - Diameter luar Do

= 1447,516 in

- Tebal head t

= 3,758 in (asumsi dari tekanan desain internal)

Dari tabel ASME UG-37 dapat diketahui bahwa untuk ellipsoidal head dengan perbandingan sumbu mayor:sumbu minor=2:1 maka harga k1: 0,90. Harga jari-jari ellipsoidal head bisa ditentukan dari persamaan berikut: Ro = k1.Do Ro = 0,90. 1447,516 in Ro = 1302,7644 in. Dari harga-harga diatas dapat ditentukan faktor A dengan persamaan berikut:

Faktor A =

Faktor A =

0,125 Ro ( ) th 0,125 (

1302,7644 in ) 3,758 in

Faktor A = 0,00036 Dari grafik CS-2 ASME didapatkan faktor B sebesar 7600. Harga Pa dapat diketahui dengan persamaan berikut:

Tekanan Desain Internal (Pa) =

Tekanan Desain Internal (Pa) =

B Ro ( ) th 4500 psi 1302,7644 in ) 3,758 in

(

Tekanan Desain Internal (Pa) = 12,98 psi Karena harga Pa (11,15 psi) lebih kecil dari tekanan desain eksternal Pd (15 psi), maka harus dilakukan perhitungan ulang dengan memperbesar ketebalan shell. Dengan menggunakan trial and error maka diasumsikan tebal shell t: 4,569 in sehingga Do menjadi 1449,138 in maka:

Dari tabel ASME UG-37 dapat diketahui bahwa untuk ellipsoidal head dengan perbandingan sumbu mayor:sumbu minor=2:1 maka harga k1: 0,90. Harga jari-jari ellipsoidal head bisa ditentukan dari persamaan berikut: Ro = k1.Do Ro = 0,90. 1449,138 in Ro = 1304,224 in. Dari harga-harga diatas dapat ditentukan faktor A dengan persamaan berikut: Faktor A =

Faktor A =

0,125 Ro ( ) th 0,125 1304,224 in ( ) 4,569 in

Faktor A = 0,00043 Dari grafik CS-2 ASME didapatkan faktor B sebesar 5750. Harga Pa dapat diketahui dengan persamaan berikut: Tekanan Desain Internal (Pa) =

B Ro ( ) th

Tekanan Desain Internal (Pa) =

5750 psi 1304,224 in ( ) 4,569 in

Tekanan Desain Internal (Pa) = 20,14 psi Karena harga Pa (20,14 psi) lebih besar dari tekanan desain eksternal (15 psi) maka tebal shell 4,569 in ditambah faktor korosi 1/16 in aman digunakan. Ketebalan shell (t) = 4,569 + 0,0625 = 4,6315 in. Berdasarkan Kombinasi Beban Beban Angin Dengan mempertimbangkan temperatur operasi, tekanan operasi dan dimensi bejana, maka bejana diasumsikan tidak menggunakan paltform dan loadder, sehingga beban angin hanya dipertimbangkan terhadap diameter bejana serta diameter pipa. Tekanan Angin

Besarnya tekanan angin dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut. Pw = 0,0025Vw2 Dimana: Pw: Tekanan angin, lb/ft2 Vw: Kecepatan angin = 33.6 mph Sehingga besarnya tekanan angin adalah: Pw = 0,0025(33.6)2 Pw = 2.82 lb/ft2 Tegangan Geser Besarnya tegangan geser total dapat ditentukan berdasarkan persamaan berikut. V = Pw.D.H Dimana: V

: Tegangan geser total, lb

Pw : Tekanan angin

= 2.82 lb/ft2

D

: Diameter luar bejana

= 4,906 ft

H

: Tinggi vessel (60 ft) + skirt (35,5 ft)

= 95,5 ft

Sehingga besarnya tegangan geser total adalah: Tegangan Geser (V) = Pw × OD × H lb

Tegangan Geser (V) = 2,82 ft2 × 120,626 ft × 95,5 ft Tegangan Geser (V) = 32485,78806 lb Momen karena Angin Besarnya momen pada dasar bejana karena angin dirumuskan sebagai berikut. M = Pw.D.H.h Dimana:

M: Momen pada dasar bejana, lb.ft Pw: Tekanan angin = 2.82 lb/ft2 D: diameter luar bejana = 120,626 ft H: Tinggi vessel + skirt = 95,5 ft h: H/2 sehingga besarnya momen akibat angin pada dasar bejana adalah: Momen (M) = Pw × OD × H × h H

Momen (M) = Pw × OD × H × 2 lb

Momen (M) = 2,82 ft2 × 120,626 ft × 95,5 ft ×

95,5 ft 2

Momen (M) = 1551196,38 lb. ft Besarnya momen karena angin pada sambungan head bawah dapat ditentukan berdasarkan persamaan berikut. Momen Sambungan Head Bawah (MT) = M − hT (V − 0,5 × Pw × OD × hT) MT: Momen pada sambungan head bawah, lb.ft M: Momen pada dasar bejana = 1551196,38 lb.ft hT: Jarak sambungan head bawah dari dasar 35,5 ft V: Tegangan geser total = 32485,78806 lb lb

Pw: Tekanan angin = 2,82 ft2 D: Diameter luar bejana = 4,906 ft Sehingga besarnya momen pada sambungan head bawah adalah: Momen Sambungan Head Bawah (MT) = 1551196,38 lb. ft − 35,5 ft (32485,78806lb − 0,5 × 2,82 × 120,626 ft × 35,5 ft) Momen Sambungan Head Bawah (MT) = 406668,6328 lb. ft

lb ft 2

Besarnya momen karena angin perlu ditambah dengan momen karena beban angina (Mp = 4450 lb.ft untuk diameter pipa 6 in), sehingga akan didapat, Momen Karena Angin Total (Mw) = MT + Mp Momen Karena Angin Total (Mw) = 406668,6328 lb. ft + 4450 lb. ft Momen Karena Angin Total (Mw) = 411118,6328 lb. ft Tebal Dinding Shell Ketebalan dinding shell akibat beban angin dapat dirumuskan berdasarkan persamaan Berikut: Tebal Shell Beban Angin (tw) =

12 × Mw ×π×f×ε

R2

dimana: tw: Ketebalan dinding shell berdasarkan beban angin, in Mw: Momen pada sambungan head bawah = 411118,6328 lb. ft R: Jari-jari dalam bejana = 720 in S: Tegangan ijin maksimal material shell = 18300 psi E: Joint effisiensi =0,85 (sambungan las tipe 1 kategore A tanpa tes radiographic) sehingga ketebalan shell adalah: Tebal Shell Beban Angin (tw) =

12 × 616747,564 lb. ft (720 in)2 × π × 18300 psi × 0,85

Tebal Dinding Shell (tw) = 0,000195 in Besarnya tebal pelat dinding shell akibat beban angin dan beban tekanan adalah : t = tp + tw t= 4,6315 in + 0,000195 in t= 4,631995 in Beban Gempa

Berat bejana tekan (kondisi operasi) Shell (tebal plat = 4,631995 in dan panjang 720 in) Berat shell dapat dihitung sebagai berikut, Berat Shell (Ws) = 2 × π × R × Panjang Silinder × t × Berat Baja lb

Berat Shell (Ws) = 2 × π × 720 in × 720 in × 4,631995 in × 0,2883 in3 Berat Shell (Ws) = 4349682,542 lb (asumsi berat baja 0,2833 per cubic in, Buthod) Top head (jenis ellipspoidal head 2:1 dengan tebal plat = 4,6318 in) Berat head dapat dihitung sebagai berikut, Berat Head (Wth) = (

π × OD3 π × ID3 − ) × Berat Baja 12 12

Berat Head (Wth) = (

π× 1449,138 in3 12

−

π× 1440 in3 12

lb

) × 0,2883 in3

Berat Head (Wth) = 4317811,784 lb (sumber, Buthod) Bottom head (jenis ellipsoidal head 2:1 dengan tebal plat = 4,6318 in) Berat head dapat dihitung sebagai berikut, Berat Bottom (Wbh) = (

π × OD3 π × ID3 − ) × Berat Baja 12 12

Berat Bottom (Wbh) = (

π× 1449,138 in3 12

−

π× 1440 in3 12

Berat Bottom (Wbh) = 4317811,784 lb (sumber, Buthod) Berat fluida test hidrostatik Berat fluida test dapat dihitung sebagai berikut, Berat Fluida (Wf) = V × ρf Dimana: V: volume bejana tekan Ρf: Massa jenis udara

lb

) × 0,2883 in3

Berat Fluida (Wf) = 16000 m3 × 1,2 kg/m3 Berat Fluida (Wf) = 19200 kg Berat Fluida (Wf) = 42328,75 lb Berat inlet nozle Diameter nominal pipa d = 6 in dengan ketebalan 0,280 in dan panjang proyeksi luar 8 in serta jenis flange adalah slip on flange 150 lb. Berat inlet nozle dapat dihitung sebagai berikut, Win = 30,84 lb (sumber, Buthod) Berat outlet nozle Diameter nominal pipa d = 6 in dengan ketebalan 0,280 in dan panjang proyeksi luar 8 in serta jenis flange adalah slip on flange 150 lb. Berat inlet nozle dapat dihitung sebagai berikut, Won = 30,84 lb (sumber, Buthod) Berat inspection opening Diameter dalam d = 16 in dengan ketebalan pipa 0,250 in dan proyeksi luar 5 in serta jenis flange adalah slip on flange 150 lb dan cover dengan tebal plat cover 0,937 in. Berat inspection opening bisa dihitung sebagai berikut, Wio = 129,08 lb Berat drain opening Diameter dalam d = 16 in dengan ketebalan pipa 0,250 in dan proyeksi luar 5 in serta jenis flange adalah slip on flange 150 lb. Berat inspection opening bisa dihitung sebagai berikut, Wd = 129,08 lb Dari data diatas maka dapat diketahui berat bejana tekan adalah, Berat Bejana (W) = 13027923,86 lb Berat bejana tekan aktual

Berat bejana tekan aktual harus ditambah dengan 6% total berat untuk menutup kemungkinan terjadinya kelebihan berat material dan toleransi manufaktur serta berat pengelasan, sehingga akan didapat berat bejana tekan aktual adalah, Berat Bejana aktual (Wact) = Berat Bejana × 1,06 Berat Bejana aktual (Wact) = 13027923,86 lb × 1,06 Berat Bejana aktual (Wact) = 13809599,29 lb Periode Getaran Besarnya periode getaran dapat dihitung dengan persamaan sabagai berikut, H 3 w × OD Periode Getaran (T) = 0,0000265 × ( ) × √ OD t dimana: T: Periode getaran, dtk H: Tinggi bejana + skirt = 95,5 ft D: Diameter luar bejana = 120,626 ft w: 13809599,29 lb t: Tebal dinding shell = 0,385916 ft Sehingga besarnya periode getaran adalah: 95,5 ft

3

13809599,29 lb×120,626 ft

Periode Getaran (T) = 0,0000265 × (120,626 ft) × √

0,385916 ft

Periode Getaran (T) = 0,864 detik Total Seismic Shear Besarnya total seismic shear dapat dihitung dengan persamaan berikut , V=ZIKCSW Dimana: Z: Zona gempa = 0,375 (zona 2)

I: Occupancy importance coeffisien: 1 untuk bejana K: Horizontal force factor: 2 untuk vessel S: Numerical coeffisien structure resonance: 1,5 untuk T ≤ 2,5 Numerical Coeffisien Numerical Coeffisien (C) =

0,067 1

T2

Numerical Coeffisien (C) =

0,067 1

0,8642

Numerical Coeffisien (C) = 0,072 Sehingga besarnya total seismic shear adalah, Total Seismic Shear (V) = 0,375 × 1 × 2 × 0,072 × 1,5 × 13809599,29 lb Total Seismic Shear (V) = 1118577,542 lb Momen yang Terjadi Besarnya momen yang terjadi akibat gempa bumi pada dasar bejana dapat diperolehkan dari persamaan berikut, Momen Yang Terjadi (M) = [ Ft × H + (V − Ft) (

2×H )] 3

dimana: M: Momen pada puncak bejana, lb.ft Ft: Horizontal seismic force factor on top vessel: 0 (untuk T≤0,7) V: Total seismic shear = 1118577,542 lb H: Tinggi bejana total = 95,5 ft. 2 × 95,5 ft Momen Yang Terjadi (M) = [ 0 × 95,5 ft + (1118577,542 lb − 0) ( )] 3 Momen Yang Terjadi (M) = 71216103,54 lb. ft Momen pada sambungan skirt dengan bottom head

Besarnya momen pada sambungan skirt dapat ditentukan dengan persamaan berikut, Momen Pada Sambungan Bottom (MT) = M ×

X H

dimana: MT: Momen pada sambungan tutup bawah, lb.ft M: Momen akibat gempa pada dasar bejana = 71216103,54 lb. ft X: Jarak sambungan ke puncak bejana = 90 ft H: Tinggi bejana + skirt = 95,5 ft Sehingga besarnya momen pada sambungan skirt adalah: Momen Pada Sambungan Bottom (MT) = 71216103,54 lb. ft ×

90 ft 95,5 ft

Momen Pada Sambungan Bottom (MT) = 67114652,55 lb. ft Momen Pada Sambungan Bottom (MT) = 805375800,127045 lb. i𝑛 Dari perhitungan diatas dapat dilihat bahwa momen akibat angin (MT = 406668,6328 lb. ft) lebih kecil dari momen akibat gempa (MT = 67114652,55 lb.ft) sehingga untuk menentukan tebal skirt yang dibutuhkan didasarkan pada momen pada sambungan skirt akibat gempa. Tebal dinding shell akibat beban gabungan (gempa, tekanan dalam dan berat bejana) dapat dihitung sebagai berikut. Diasumsikan tebal shell 4,6318 in. Tegangan karena tekanan dalam Besarnya tegangan yang terjadi karena tekanan dalam dapat dihitung dengan persamaan berikut, Tegangan Karena Tekanan Dalam (Sp) =

P×D 4×t

Dimana: P: Tekanan dalam = 81,151 psi D: Diameter rata-rata bejana = 1444,6354 in t: Tebal dinding shell = 4,6318 in sehingga besarnya tegangan akibat tekanan dalam adalah:

Tegangan Karena Tekanan Dalam (Sp) =

81,151 psi × 1444,6354 in 4 × 4,6318 in

Tegangan Karena Tekanan Dalam (Sp) = 6327,648 psi Tegangan karena gempa Besarnya tegangan karena gempa dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut, Tegangan Karena Gempa (Sg) =

12 × MT π × R2 × t

dimana: MT: Momen pada sambungan bottom head akibat gempa = 805375800,127 lb in R: Jari-jari rata-rata silinder = 722,3177in t: Tebal dinding shell = 4,6318 in sehingga besarnya tegangan akibat gempa adalah: Tegangan Karena Gempa (Sg) =

12 × 805375800,127 lb in π × (722,3177in)2 × 4,6318 in

Tegangan Karena Gempa (Sg) = 1272,986 𝑙𝑏/𝑖𝑛2 Tegangan Karena Gempa (Sg) = 10168,84 psi Tegangan karena berat bejana (kondisi operasi) Besarnya tegangan yang terjadi akibat berat bejana dapat dihitung dengan persamaan berikut: Tegangan Karena Berat Bejana (Sw) =

W Cm × t

dimana: W: Berat total bejana = 13809599,29 lb Cm: Keliling shell pada diameter rata-rata = 2 × π × r t: Tebal dinding shell = 4,6318 in sehingga besarnya tegangan yang terjadi akibat berat bejana adalah: Tegangan Karena Berat Bejana (Sw) =

W 2×π×r×t

13809599,29 lb

Tegangan Karena Berat Bejana (Sw) = 2×π×722,3177in×4,6318 in Tegangan Karena Berat Bejana (Sw) = 656,936138 lb/in2 Tegangan Karena Berat Bejana (Sw) = 656,936138 psi Tegangan karena berat bejana (kondisi kosong) Besarnya tegangan yang terjadi akibat berat bejana pada kondisi kosong dapat dirumuskan sebagai berikut: Tegangan Karena Berat Bejana (Sw) =

W Cm × t

dimana: W: Berat total bejana = 13532774,56 lb Cm: Keliling shell pada diameter rata-rata = 2 × π × r t: Tebal dinding shell = 4,6318 in sehingga besarnya tegangan yang terjadi akibat berat bejana adalah: Tegangan Karena Berat Bejana (Sw) =

W 2×π×r×t

Tegangan Karena Berat Bejana (Sw) =

13532774,56 lb 2 × π × 722,3177in × 4,6318 in

Tegangan Karena Berat Bejana (Sw) = 643,767315 lb/in2 Tegangan Karena Berat Bejana (Sw) = 643,767315 psi Tegangan gabungan 1.

Kondisi Kosong - Sisi Angin (Windward) S = Sg − Sw S = 10168,84 psi − 643,767315 psi S = 9525,072685 psi

- Leeward Side S = −Sg − Sw

S = −10168,84 psi − 643,767 psi S = −10812,60732 psi

2.

Kondisi Operasi - Sisi Angin (Windward) S = Sp + Sg − Sw S = 6327,648 psi + 10168,84 psi − 656,936138 psi S = 15839,55186 psi - Leeward Sid S = −Sg − Sw + Sp S = −10168,84 psi − 656,936138 psi + 6327,648 psi S = −4498,1281 psi

Tegangan maksimum sebesar 15839,55186 psi akan timbul pada sisi angin, sedangkan tegangan izin maksimum plat adalah 18300 psi, sehingga terlihat bahwa pemilihan plat dengan tebal 4,6318 in AMAN