Tugas Akhir Pressure Vessel

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Perkembangan zaman yang semakin maju oleh ilmu pengetahuan dan teknologi menuntut manusia pada zaman ini harus semakin aktif terhadap produk hasil teknologi.Beberapa alat dari perkembangan tersebut bahkan sudah mampu menggeser fungsi manusia dalam melakukan pekerjaannya.Tetapi bukan berarti pergeseran fungsi tersebut membuat manusia harus menjauh dari perkembangan zaman, manusia hanya perlu selektif dalam memilih dan dapat memposisikan diri terhadap kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi tersebut secara bijak agar kedepan fungsi manusia dan mesin tidak tumpang tindih atau bahkan saling mentiadakan. Alat-alat yang tercipta memang sangat membantu pekerjaan manusia, terutama dalam bidang industri yang membutuhkan alat-alat berat yang tidak mungkin manusia dapat menggantikan peran alat didalamnya. Dalam dunia industri terutama dalam bidang fluida bertekanan, pengolahannya membutuhkan perhatian lebih dan peran alat didalamnya karena fluida merupakan senyawa yang kompleks. Bejana tekan (pressure vessel) merupakan alat penunjang dalam proses produksi yang melibatkan fluida bertekanan. Bejana bertekanan berfungsi sebagai media untuk memproses dan menyimpan material fluida sehingga dapat mengkonversi kondisi fluida yang setelahnya dapat digunakan sesuai kebutuhan. Bejana tekan memiliki tekanan pada bagian internal akibat tingginya suhusehingga adanya perbedaan tekanan antara internal dengan luar bejana yang menghasilkkan tekanan external.Selain akibat perbedaan tekanan dengan internal, bejana bertekanan juga sangat sensitif terhadap keadaan dari luar seperti korosi, angin dan gempa yang merupakan beberapa faktor yang sangat berpengaruh dalam perencanaan, pembuatan dan pemasangan bejana tekan.Tingginya tekanan dan temperatur mengakibatkan perencanaan bejana membutuhkan angka keamanan yang sangat tinggi. Maka perencanaan design bejana tekan sangat penting agar tidak terjadi kecelakaan kerja dan kegagalan produk. Sebagai mahasiswa Teknik Pengelasan perlu adanya pemahaman tentang perencanaan design pressure vessel agar nantinya dapat menentukan jenissambungan yang aman. Hal ini berpengaruh pada kekuatan pressure vesselterhadap tekanan internal, tekanan external, tegangan-tegangan karena adanya saddle, dan lainnya yang berhubungan dengan 1

kekuatan sambungan terhadap kekuatan konstruksi vessel baik itu korosi, pengaruh angin, ataupun gempa. Oleh sebab itu, penulis membuat design ulang pressure vessel dengan menggunakan data vessel yang sudah ada berdasarkan buku panduan (“Pressure Vessel Handbook” oleh Engene F. Megysey) dan standart tentang pressure vessel serta sambungan las (ASMESection).Selain itu juga sebagai bahan pembelajaran dan untuk melengkapi tugas sebagai syarat kelulusan mata kuliah DFKI KU&BT jurusan Teknik Pengelasan semester IV di Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya.

1.2.Tujuan Perancangan 

Mengetahui dan memahami perancangan design bejana tekan



Mengetahui kekuatan design sambungan pengelasan terhadap tekanan, beban-beban dan tegangan-tegangan yang terjadi pada bejana tekan



Mengetahui dan memahami perhitungan design bejana tekan serta dapat memahami kode yang digunakan dalam perhitungan sehingga dapat memilih hitungan yang digunakan untuk aplikasi lapangan



Mengetahui cara membuat detail drawing bejana tekan dan menganalisa tekanan, tegangan, ataupun beban-beban menggunakan finite element



Mengetahui proses pembuatan bejana tekanserta inspeksi konstruksi bejana tekan



Menerapkan keilmuan yang didapat di bangku kuliah

1.3. Manfaat Perancangan 

Menambah pengetahuan tentang perancangan bejana tekan



Dapat memilih design sambungan pengelasan pada bejana tekan dengan tepat



Menambah keilmuan untuk menghitung perhitungan yang ada pada bejana tekan, baik cara menghitung ataupun memilih hitungan yang digunakan



Menambah pengetahuan tentang analisa bejana tekan dengan finite element(Patran & Nastran)



Menambah keilmuan untuk dapat membuat detail drawing bejana tekan



Menambah pengetahuan tentang proses pembuatan dan inspeksi konstruksi bejana tekan

2

1.4.Rumusan Masalah 

Apa itu bejana tekan (pressure vessel)?



Bagaimana perancangan design bejana tekan yang tepat?



Bagaimana menghitung dan memilih perhitungan yang tepat dalam bejana tekan?



Bagaimana bentuk detail drawing bejana tekan?



Bagaimana menganalisa konstruksi bejana tekan dengan finite element?



Bagaimana proses fabrikasi dan inspeksi bejana tekan?

3

BAB II METODOLOGI

2.1. Tinjauan Pustaka 2.1.1. Teknologi Pressure Vessels Pada masa sekarang ini, kemajuan ilmu dan teknologi berkembangsangat pesat. Para pengguna jasa teknologi dituntut perannya secara aktifuntuk kritis terhadap perkembangan yang ada di depan mata. Perkembanganini membuat semua manusia tidak lepas dari produk atau hasil teknologi.Pabrik yang menjadi garda depan manusia untuk memenuhi kebutuhanmanusia tidak akan lepas dan mesin dan peralatan guna memperkecil tugasmanusia dalam memenuhi kebutuhannya. Salah satu cara yang mulai banyakdigunakan dalam dunia industri adalah menggunakan system komputasinumeric dengan memanfaatkan fasilitas perangkat keras (hardware) danperangkat

lunak

(software),

hal

ini

dilakukan

karena

teknologi

komputasimemberikan kemudahan dan fasilitas untuk memperoleh kualitas produkyang lebih baik dan proses produksi dengan biaya yang lebih rendah.Akan tetapi banyak peristiwameledaknya steam boiler pada pabriktahu yang tidak jarang hingga menelan korban jiwa mengindikasikandengan kuat bahwa standar keamanan (safety standar) maupun pirantikeamanan (safety measure) steam boiler di kebanyakan pabrik tahu masihsangat rendah.Ketiadaan safety system maupun safety measure yang memadaiinilah yang menjadi sebab utama kecelakaan di tempat kerja.Atau bisa jadisebenarnya safety system atau measure telah ada dan memadai, namun tidakberjalan sebagai mana mestinya.Dalam hal ini perawatan pengujian berkalasafety measure di tempat kerja berperan besar dalam kecelakaan di tempatkerja.Penyebab yang lain adalah kesalahan manusia (human error). Bisajadi sebenarnya standar maupun piranti keamanan di tempat kerja telah adadan memadai, namun karena kelalaian atau kurangnya kefahaman operatorterhadap system yang ia hadapi berakibat pada kecelakaan kerja.Analisis kecelakaan(accident analysis) pada suatu kecelakaan ditempat kerja menjawab pertanyaan-pertanyaan mendasar : bagaimanakecelakaan itu terjadi, apa yang menyebabkan kecelakaan itu terjadi danmengapa kecelakaan itu tidak bisa dihindari.Tidak jarang analisis kecelakaan pada 4

suatu kecelakaan di tempatkerja tidak menemukan satupun kesalahan, baik pada system dan pirantikeamanan yang ada (system keamanan sudah memadai, piranti keamananberfungsi normal), maupun pada operatornya (operator tidak lalai dalammenjalankan alat).Pada kasus seperti ini pada akhimya didapati bahwasystem keamanan yang selama ini umum dipakai dan dianggap telahmemadai, ternyata tidak bisa mencegah terjadinya kecelakaan.System keamanan baru yang lebih handal biasanya kemudiandirekomendasikan untuk mencegah kecelakaan serupa terulang kembali dimasa yang akan datang. Atau, bisa jadi karena hebatnya akibat yangditimbulkan oleh suatu kecelakaan, bukan hanya system keamanan baruyang direkomendasikan, tetapi keseluruhan system produksi pada suatupabriklah yang direkomendasikan untuk diganti.

5

Komponen Pressure Vessel

Pada gambar di atas dijelaskan beberapa bagian - bagian komponen dari sebuah Pressure vessel horizontal. Pada gambar vessel diatas disebutkan bagian bagian sebuah vessel, yaitu antara lain : 1. Headatau dishead 2. Shell (tubuh vessel) 3. Kerucut atau cones reducers 4. Lampiran seperti nozel, manholes, pendukung sadel, skirt support, pendukung kaki, Trunnion, lugs lifting, platform dan mendukung tangga, dll. Pembuatan head dan cones yang dianggap lebih sulit daripada yang dari shell karena kesulitan dalam mengendalikan dimensi kedua benda. (Sedangkan dimensi bagian shell, misalnya, dapat dikendalikan dengan tepat). Untuk alas an ini, jika vessel mempunyai head dengan bentuk dishead atau kerucut, mereka harus terlebih dahulu (tentu saja, dalam toleransi kode) dan shell yang dibuat kemudian untuk ini sesuai dengan head dan cone.

6

2.2. Dasar Teori Steam boiler adalah alat untuk memproduksi steam. Steam sendiri banyak digunakan di industri dalam spectrum yang sangat luas, mulai dari media pemanas di industri kecil sederhana, hingga penggerak turbin pada unit pembangkit listrik raksasa berkapasitas puluhan megawatt. Sebagai contoh, pada fire tube boiler di dalam pipa-pipa (tube) yang berada dalam shell (tabung luar) mengalir gas panas hasil pembakaran untuk mendidihkan air yang berada di dalam shell. Sebaliknya pada water tube boiler, air dididihkan di dalam pipa-pipa yang berada di dalam ruang pembakaran (combution chamber) dimana panas hasil pembakaran ditransfer menuju pipa-pipa tersebut, baik secara radiasi maupun konveksi. Fire tube boiler biasa digunakan untuk memproduksi steam bertekanan rendah hingga sedang. Ini disebabkan konstruksinya yang sederhana. Sedangkan water tube boiler digunakan untuk steam bertekanan tinggi dan kapasitas besar. Hal ini cocok dengan konstruksinya dimana tube-tube yang berada di dalam combution chamber bisa diatur sedemikian rupa sehingga yang dihasilkan bisa di-superheat lebih lanjut di dalamnya. Tidak sebagaimana alat penukar panas lainnya, seperti shell and tube heat exchanger, steam boiler tidak memiliki standar desain maupun fabrikasi yang baku. Lebih-lebih steam boiler jenis fire tube boiler, dimana bahan bakar yang biasa digunakan sangat bervariasi, sehingga desain konstruksinya sangat tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan. Ketiadaan standar desain ini mengakibatkan orang biasa dengan mudah merancang dan membuat steam boiler sesuai dengan keinginan dan kebutuhannya.Disatu sisi hal ini bisa dilihat sebagai hal yang menguntungkan, sebab biaya pembuatan steam boiler bisa ditekan. Akan tetapi disisi lain, temyata kemudahan ini berakibat pada pengabaian aspekaspek safety operability dan control dart steam boiler tersebut akan dioperasikan. Karena fungsinya hanya sebagai pemanas pada proses pemasakan kedelai, maka steam pabrik tahu adalah steam bertekanan rendah. Kapasitas steam yang dibutuhkan pun juga sangat kecil jika dibandingkan kebutuhan steam diindustri kimia, lebih-lebih dinnit pembangkit listrik. Oleh karena itu semua steam boiler yang digunakan dipabrik tahu adalah jenis fire tube boiler. Menurut ASME Code Requirement, hanya material ulet, termasuk logam yang mampu las dengan baik yang dapat digunakan. Akan bemasalah jika menggunakan logam nonferrous sebagai bahan baku pembuatan ketel uap. Hal ini disebabkan logam nonferrous 7

kurang peka terhadap kerapuhan (ulet) dan tidak tahan api. Kekuatan logam nonferrous berkurang ketika temperatur meningkat secara bertahap dibandingkan dengan logam ferrous Penelaahan kita mulai dengan meninjau suatu steam boiler jenis silindris

Gambar1. Tegangan normal yang terjadi pada suatu segmen dari bejana

Sebuah segmen dipisah tersendiri dari ketel ini dengan membuat dua bidang tegak lurus terhadap sumbu silin der dan sebuah bidang tambahan yang membujur melalui sumbu yang sama. Keadaan simetri akan meniadakan terjadinya tegangan geser dalam irisan. Tegangan yang terjadi adalah tegangan normal s1 dan s2 atau biasa disebut dengan tegangan utama pada ketel uap. Tegangan-tegangan ini jika dikalikan dengan masing-masing luas dimana mereka bekerja akan menjaga elemen silinder tersebut berada dalam kesetimbangan dalam melawan tekanan dalam. Tegangan normal (a,) atau.disebut juga tegangan pada arah circumferential bekerja pada arah melingkar dari bejana.

dimana : p = tekanan dalam pada ketel uap (psi atau Kpa) P = beban (1b) D = diameter dalam dari ketel uap (inchi atau mm) L = panjang ketel uap (inchi atau mm) t = ketebalan dari ketel uap (inchi atau mm) 2A = luas shell dari ketel uap (inchi atau mm) Tegangan normal (s2) atau tegangan pada arah longitudinal bekerja pada arah 8

membujur dan ketel uap.

Keterangan : p = tekanan dalam pada ketel uap (psi atau Kpa) P = beban (lb) D = diameter dalam dari ketel uap (inchi atau mm) T = ketebalan dan ketel uap (inchi atau mm) A tutup= luas dari tutup (head) ketel uap (inchi2 atau mm) A = luas dari shell ketel uap (inchi2 atau mm) Biasanya dalam perhitungan tegangan longitudinal lebih kecil dari tegangan circumferential. Keretakan atau cracking yang terjadi terdapat searah dengan tegangan keliling atau sirkumferensial. Dalam perancangan ketel uap lebih diutamakan untuk memperhatikan tekanan dalam dari ketel tersebut. Ketel uap ini bekerja pada tekanan luar yang normal. Hal tersebut akan sangat berbeda dengan bejana tekan yang bekerja pada tekanan hampa udara maupun yang bekeria pada kedalaman tertentu seperti pada kapal selam. Pada ketel uap yang bekerja pada kapal selam, tekanan luar sangat menentukan ketebalan bejana karenatekanan luar dapat lebih tinggi atau lebih rendah dari tekanan udara normal (1 atm).

9

Perancangan pada Pressure Vessel menurut standart Megyesy dengan menggunakan parameter bagian luar.

1. Head tipe Sphere

2. Head tipe Ellipsoidal

3. Cone

4. Head tipe Torispherical Bila ⁄ =

⁄

Bila ⁄ <

⁄

10

5. Shell

Fabrikasi bejana bulat sangat sulit sehingga bejana silinder lebih banyak digunakan pada dunia industri. Badan bejana harus dilengkapi dengan penegak untuk mencegah terjadinya tegangan lebih atau distorsi yang berasal dari beban external yang besar. Ada dua macam cara merancang ketebalan dinding pressure vessel dengan menggunakan tekanan internal pressure vessel, yaitu: a.

Perhitungan menggunakan parameer bagian dalam pressure vessel

P

= tekanan desain atau tekanan maksimal yang bekerja pada vessel (psi atau Pa).

S

= nilai tegangan dari material (psi atau Pa)

E

= Effisiensi dari pengelasan

R

= jari-jari bagian dalam vessel (inchi).

D

= Diameter bagian dalam vessel (inchi).

t

= Ketebalan dinding vessel (inchi)

C.A.

= nilai korosi yang diijinkan (inchi)

b.

Perhitungan menggunaka parameter bagian luar vessel.

P

= tekanan desain atau tekanan maksimal yang bekerja pada vessel (psi atau Pa).

S

= nilai tegangan dari material (psi atau Pa)

E

= Effisiensi dari pengelasan

R

= jari-jari bagian luar vessel (inchi).

D

= Diameter bagian luar vessel (inchi).

t

= Ketebalan dinding vessel (inchi)

C.A.

= nilai korosi yang diijinkan (inchi) 11

BAB III PEMBAHASAN

3.1. Detail Drawing Pressure Vessel

12

3.2. Data Pressure Vessel

13

3.3. Perhitungan Design Pressure Vessel 

INTERNAL PRESSURE Desain Data :



Design Pressure

: 218 psi ± 50

Material Shell

: SA 516 gr 70

Material Head

: SA 516 gr 70

S

: 20015 psi (ASME SEC X 2011/D)

Eshell

: 0,85

Ehead

: 1

Din

: 78,74”

R

: 39.37”

Ketebalan plat pada cylinder shell

+CA= 0.125” = 0.635”



Ketebalan plat pada Elipsoidal Head

+CA = 0.125” = 0.55564”

14



Allowable working pressure pada shell:



Allowable working pressure pada elipsoidal head:

. 

Stresses In Vessels On LEG SUPPORT Diket :W

: 11500 lbs

n

:4

Q

: 2875 lbs

R

: 39.37”

H

: 1”

2A,2B

: 3”

S

: 20015 psi

t

: 0.5625”

D[1.82 C/R(√ C( √

0]

)

: 2.65” : 1.5”

α

:

COS α

:1

K1

: 0.2

K5

: 0.0625

K2

: 0.14

K6

: 0.045

K3

: 0.165

K7

: 0.05

K4

: 0.055

K8

: 0.13 15

LONGITUDINAL STRESS : -

Tensile stress : [

√

]

√

[

]

= 6133.899 psi Syarat :

13762.93 psi < 17012.75 psi Jadi, s1 +

tidak melebihi maximum allowble stress of head dikali joint effeciency yaitu

13762.93 psi < 17012.75 psi. Oleh karena itu LEG SUPPORT maximum tensile stress pada LONGITUDINAL STRESS memenuhi persyaratan.

-

Compression Stress :

[

[

√

√

]

]

= -10405.647 psi

16

Syarat :

-2776.615 psi < 17012.75 psi Jadi, s1 +

tidak melebihi maximum allowble stress of head dikali joint effeciency yaitu

-2776.615 psi < 17012.75 psi. Oleh karena itu LEG SUPPORT maximum compressional stress pada LONGITUDINAL STRESS memenuhi persyaratan

CIRCUMFERENTIAL STRESS : -

Tensile Stress :

[

√

]

√

[

]

= -3294,953 psi

Syarat :

4334.078 psi < 17012.75 psi Jadi, s1 +

tidak melebihi maximum allowble stress of head dikali joint effeciency yaitu

4334.078 psi < 17012.75 psi. Oleh karena itu LEG SUPPORT maximum tensile stress pada CIRCUMFERENTIAL STRESS memenuhi persyaratan 17

-

Compresion Stress :

√

[

]

√

[

]

= -4623.841 psi Syarat :

3005.190 psi < 17012.75 psi Jadi, s1 +

tidak melebihi maximum allowble stress of head dikali joint effeciency yaitu

3005.190 psi < 17012.75 psi. Oleh karena itu LEG SUPPORT maximum compression stress pada CIRCUMFERENTIAL STRESS memenuhi persyaratan 

Reinforcement Of Opening Diket : Material of nozzle

: ASTM A333 GR 6

Material of vessel

: SA 516 GR 70

Sn

: 17115 psi

Sv

: 20015 psi

Design Pressure

: 218 psi @ 50 oC

Sn < Sv

Area Of Fillet weld size Outside : 0,375 : 1 Area Of Fillet weld size Outside

: 0,375

Rshell

: 39,37”

CA

: 0,125”

= 0,85

18

=

R

:

H

: 2,5 x tn x R

tn

:

Note:

= 0,8551

Satuan “tn” yang digunakan adalan Inch

19

ID nozzle

:

Note: Satuan Inside diameter yang diguanakan adalah Inch



Letak = Head, Nominal bore = 2, Sch = 160 Tanpa Renforcing Pad

Area increased: + 2tn x tr x (1-ratio) = 2 x 0,343 x 0,4316 x (1-0,8551) = 0,0429 in2 (A+A increase) = 0,771929”

20

*Area of reinforcement available : A1 = ( t – tr ) x d = ( 0.5625 – 0.4316 ) x 1,689 = 0,221 in2 (t - tr) x (tn + t)x2 = (0,5625 – 0.4316) x (0.343 + 0,5625 )x2= 0,2370599 in2 Area reduced – 2tn (t - tr) (1 - Sn/Ss) = 0,01301 in2 A1 = 0,2240499 in2 A2 = Excess in nozzle neck (tn - trn) x 5t = (0.343 – 0.01084) x 5x 0,5625 = 0,9342 in2 (tn - trn) x5tn = (0.343 – 0.01084) x 5 x 0.343 = 0.5696544 in2 Area reduced 0,8551 x 0,5696544 = 0,487116 in2 A2 = 0,487116 in2 A3 = inside projection tn x 2h

= 0.343 x 2 x 0.7333 = 0.50304 in2 = 0.50304*0,8551 = 0.430149 in2

Area of Decreased A4 = 2 x 0.5 x 0.3752 x 0.8551

= 0.1202 in2

A5= 2 x 0.5 x 0.3752x 0.8551

= 0.1202 in2

*Total area available A1 + A2 + A3 + A4+ A5 = 0,2240499 + 0,487116 + 0.430149 + 0.1202 + 0.1202 = 1,38181 in2 Dikarenakan area yang tersedia lebih besar dari total area yang dibutuhkan maka tidak diperlukan reinforcing pad. 

Letak = Head, Nominal bore = 8, Sch = 80

21

Area increased: + 2tn x tr x (1-ratio) = 2 x 0,5 x 0,4316 x (1-0,8551) = 0,062538 in2 (A+A increase) = 3,353488”

*Area of reinforcement available : A1 = ( t – tr ) x d = ( 0.5625 – 0.4316 ) x 7,625 = 0,99811 in2 (t - tr) x (tn + t)x2 = (0,5625 – 0.4316) x (0.5 + 0,5625 )x2= 0,27816 in2 Area reduced – 2tn (t - tr) (1 - Sn/Ss) = 0,01896 in2 A1 = 0,97915 in2 A2 = Excess in nozzle neck (tn - trn) x 5t = (0.5 –

) x 5x 0,5625 = 1,26862 in2

(tn - trn) x5tn = (0.5 –

) x 5 x 0.5 = 1,127662 in2

Area reduced 0,8551 x 1,127662 = 0,96426 in2 A2 = 0,96426 in2 A3 = inside projection tn x 2h

= 0.5 x 2 x 1,25 = 1,25 in2 = 1,25*0,8551 = 1,068875 in2

Area of Decreased A4 = 2 x 0.5 x 0.3752 x 0.8551

= 0.1202 in2

A5= 2 x 0.5 x 0.3752x 0.8551

= 0.1202 in2

*Total area available A1 + A2 + A3 + A4+ A5 = 0,97915 + 0,96426 + 1,068875 + 0.1202 + 0.1202 = 3,25 in2 Dikarenakan area yang tersedia lebih kecil dari total area yang dibutuhkan maka memerlukan reinforcing pad. Atotal

= A- (Σ(A1: A5) = 3,353488 - 3,25 = 0,103488 in2

Assumsi Trp

= 0,375” 22

Wrp

=

=

= 0,275968 in

= 0,137984 in

= X= Rn+trn+t

= 4,0625 +0,04894+0,5625

= 4,67394 in d=7,625 in Dari data Perhitungan Wrp/2 = 0,137984 in <

X= 4,67394

in maka

reforcement pad memenuhi persyaratan.



Letak = Shell, Nominal bore = 2, Sch = 160 Tanpa Renforcing Pad

Area increased: + 2tn x tr x (1-ratio) = 2 x 0,343 x 0,4316 x (1-0,8551) = 0,0429 in2 (A+A increase) = 0,771929”

*Area of reinforcement available : A1 = ( t – tr ) x d = ( 0.6875 – 0.4316 ) x 1,689 = 0,432215 in2 (t - tr) x (tn + t)x2 = (0,6875 – 0.4316) x (0.343 + 0,6875 )x2= 0,5274099 in2 Area reduced – 2tn (t - tr) (1 - Sn/Ss) = 0,0254368 in2 A1 = 0,5019731 in2 A2 = Excess in nozzle neck (tn - trn) x 5t = (0.343 – 0.01084) x 5x 0,6875 = 1,1418 in2 (tn - trn) x5tn = (0.343 – 0.01084) x 5 x 0.343 = 0.5696544 in2 23

Area reduced 0,8551 x 0,5696544 = 0,487116 in2 A2 = 0,487116 in2 A3 = inside projection tn x 2h

= 0.343 x 2 x 0.8575 = 0.588245 in2 = 0.588245 *0,8551 = 0,503008 in2

Area of Decreased A4 = 2 x 0.5 x 0.3752 x 0.8551

= 0.1202 in2

A5= 2 x 0.5 x 0.3752x 0.8551

= 0.1202 in2

*Total area available A1 + A2 + A3 + A4+ A5 = 0,5019731+ 0,487116 + 0,503008+ 0.1202 + 0.1202 = 1,7324974 in2 Dikarenakan area yang tersedia lebih besar dari total area yang dibutuhkan maka tidak diperlukan reinforcing pad. 

Letak = Shell, Nominal bore = 6, Sch = 80

Area increased: + 2tn x tr x (1-ratio) = 2 x 0,432 x 0,4316 x (1-0,8551) = 0,054033 in2 (A+A increase) = 2.540473”

24

*Area of reinforcement available : A1 = ( t – tr ) x d = ( 0.6875 – 0.4316 ) x 5,761 = 1,4742399 in2 (t - tr) x (tn + t)x2 = (0,6875 – 0.4316) x (0.432 + 0,6875 )x2= 0,57296 in2 Area reduced – 2tn (t - tr) (1 - Sn/Ss) = 0,032037 in2 A1 = 1,4422099 in2 A2 = Excess in nozzle neck (tn - trn) x 5t = (0.432 –

) x 5x 0,6875 = 1,375905 in2

(tn - trn) x5tn = (0.432 –

) x 5 x 0.432 = 0.85325832 in2

Area reduced 0,8551 x 0.85325832 = 0.729621 in2 A2 = 0.729621 in2

A3 = inside projection tn x 2h

= 0.432 x 2 x 1,08 = 0,93312 in2 = 0,93312 *0,8551 = 0,79791 in2

Area of Decreased A4 = 2 x 0.5 x 0.3752 x 0.8551

= 0.1202 in2

A5= 2 x 0.5 x 0.3752x 0.8551

= 0.1202 in2

*Total area available A1 + A2 + A3 + A4+ A5 = 1,4422099 + 0.729621 + 0,79791 + 0.1202 + 0.1202 = 3,210141 in2 Dikarenakan area yang tersedia lebih besar dari total area yang dibutuhkan maka tidak diperlukan reinforcing pad.

Man Way 

Letak = Shell, Nominal bore = 20

25

Area increased: + 2tn x tr x (1-ratio) = 2 x 0,5 x 0,4316 x (1-0,8551) = 0,0625388 in2 (A+A increase) = 8,26293”

*Area of reinforcement available : A1 = ( t – tr ) x d = ( 0.6875 – 0.4316 ) x 19 = 4,8621 in2 (t - tr) x (tn + t)x2 = (0,6875 – 0.4316) x (0.5 + 0,6875 )x2= 0,6077625 in2 Area reduced – 2tn (t - tr) (1 - Sn/Ss) = 0,03707991 in2 A1 = 4,82502 in2 A2 = Excess in nozzle neck (tn - trn) x 5t = (0.5 –

) x 5x 0,6875 = 1,29958 in2

(tn - trn) x5tn = (0.5 –

) x 5 x 0.5 = 0.94515 in2

Area reduced 0,8551 x 0.94515 = 0.80819 in2 A2 = 0.80819 in2

A3 = inside projection tn x 2h

= 0.5x 2 x 1,25 = 1,25 in2 = 1,25 *0,8551 = 1,068875 in2

Area of Decreased A4 = 2 x 0.5 x 0.3752 x 0.8551

= 0.1202 in2

A5= 2 x 0.5 x 0.3752x 0.8551

= 0.1202 in2

*Total area available A1 + A2 + A3 + A4+ A5 = 4,82502 + 0.80819 + 1,068875 + 0.1202 + 0.1202 = 6,942485 in2 Dikarenakan area yang tersedia lebih kecil dari total area yang dibutuhkan maka memerlukan reinforcing pad. 26

Atotal

= A- (Σ(A1: A5) = 8,26293 - 6,942485 = 1,320445 in2

Assumsi Trp

= 0,5”

Wrp

=

= X= Rn+trn+t

=

= 2,64089 in

=1,320445in = 8,25 +0,03697+0,6875 = 8,97447 in

d=19 in Dari data Perhitungan Wrp/2 = 1,320445 in < X= 8,97447 in maka reforcement pad memenuhi persyaratan.

27

Lifting Lug

Detail :

Dari detail drawing lifting lug seperti diatas dan berat vessel sebesar 11400 lb.Dipilih tebal lifting lug sebesar 0.5 Inch, diameter lubang (D) sebesar 1”, Radius luar (R) = 1.5” Tinggi (H) = 5”, dan panjang (L) = 10”. Dimensi lifting lug tersebut mampu mengangkat berat sampai 12000 lb, sehingga dengan properties lifting lug yang tersedia sudah sangat aman untuk pengengkatan sebesar 11400 Lb.

28

STRENGTH OF ATTACHMENTS JOINING OPENING TO VESSEL S

= 20015psi

Ejoint = 1,0

P = 218 psi

Sn

= 17115psi

Eseam = 0,85

Letak= Head, Nominal Bore= 2, Sch= 160 A

= d x tr = 1,689 x 0.4316 = 0,729027 in2

A 1

= 0,2240499 in2

Load to be caried by welds (A-A1) S = (0,729027- 0,2240499) 20015 = 10107,11 lb 

Fillet weld shear

0,49

x

20015

=

9807,35 psi 

Groove weld tension 0,74 x 20015 = 14811,1 psi



Nozzle wall shear 0,70

x

17115

=

11980,5 psi

29



Fillet weld shear 3,14 xDO x 0,375 x 9807,35 = 13,713,433 lb 2



Nozzle wall shear 3,14 xDm x tn x 11980,5 = 13,109,68 lb 2



Groove weld tension 3,14 xDO x t x 14811,1 = 31065,125 lb 2

Possible failure : Through a-b

=13,713,433+ 13,109,68 = 26823,113 lb

Through a-c

= 13,713,433 + 31065,125 = 44778,558 lb

Sehingga kedua paths lebih kuat dari yang dibutuhkan dengan Load to be caried by welds sebesar 10107,11 lb.

Letak= Head, Nominal Bore= 8, Sch= 80 A

= d x tr = 7,1625 x 0.4316 = 3,091335 in2

A 1

= 0,97915 in2

Load to be caried by welds (A-A1) S = (3,091335- 0,97915) 20015 = 42275,38278 lb 30



Fillet weld shear

0,49

x

20015

=

9807,35 psi 

Groove weld tension 0,74 x 20015 = 14811,1 psi



Nozzle wall shear 0,70

x

17115

=

11980,5 psi



Fillet weld shear 3,14 xDO x 0,375 x 9807,35 = 49801,416 lb 2



Nozzle wall shear 3,14 xDm x tn x 11980,5 = 76413,126 lb 2



Groove weld tension 3,14 xDO x t x 14811,1 = 112815,4544 lb 2

Possible failure : Through a-b

=49801,416+ 76413,126 = 126214,542 lb

Through a-c

= 49801,416 + 112815,4544= 162616,8704 lb

31

Sehingga kedua paths lebih kuat dari yang dibutuhkan dengan Load to be caried by welds sebesar 42275,38278 lb.

Letak= Shell, Nominal Bore= 2, Sch= 160 A

= d x tr = 1,689 x 0.4316 = 0,728972 in2

A 1

= 0,5019731 in2

Load to be caried by welds (A-A1) S = (0,728972- 0,5019731) 20015 = 4543,38 lb



Fillet weld shear

0,49

x

20015

=

9807,35 psi 

Groove weld tension 0,74 x 20015 = 14811,1 psi



Nozzle wall shear 0,70

x

17115

=

11980,5 psi



Fillet weld shear 3,14 xDO x 0,375 x 9807,35 = 13713,43362 lb 2



Nozzle wall shear 32

3,14 xDm x tn x 11980,5 = 13,109,68 lb 2



Groove weld tension 3,14 xDO x t x 14811,1 = 37968,486 lb 2

Possible failure : Through a-b

= 13713,43362+ 13,109,68 = 26823,113 lb

Through a-c

= 13713,43362+ 37968,486= 51681,919 lb

Sehingga kedua paths lebih kuat dari yang dibutuhkan dengan Load to be caried by welds sebesar 4543,38 lb. Letak= Shell, Nominal Bore= 6, Sch= 80 A

= d x tr = 5,761 x 0.4316 = 2,48644 in2

A 1

= 1,4422099 in2

Load to be caried by welds (A-A1) S = (2,48644 - 1,4422099) 20015 = 20900,417 lb



Fillet weld shear

0,49

x

20015

=

9807,35 psi 

Groove weld tension 0,74 x 20015 = 14811,1 psi



Nozzle wall shear 0,70

x

17115

=

11980,5 psi 33



Fillet weld shear 3,14 xDO x 0,375 x 9807,35 = 38253,262 lb 2



Nozzle wall shear 3,14 xDm x tn x 11980,5 = 50322,177 lb 2



Groove weld tension 3,14 xDO x t x 14811,1 = 105912,0933 lb 2

Possible failure : Through a-b

= 38253,262 + 50322,177 = 88575,439 lb

Through a-c

= 38253,262 + 105912,0933 = 144165,355 lb

Sehingga kedua paths lebih kuat dari yang dibutuhkan dengan Load to be caried by welds sebesar 20900,417 lb. Letak= Shell, Nominal Bore= 20 A

= d x tr = 19 x 0.4316 = 8,2004 in2

A 1

= 4,82502 in2

Load to be caried by welds (A-A1) S = (8,2004 - 4,82502) 20015 = 67558,2307 lb

34



Fillet weld shear

0,49

x

20015

=

9807,35 psi 

Groove weld tension 0,74 x 20015 = 14811,1 psi



Nozzle wall shear 0,70

x

17115

=

11980,5 psi 

Fillet weld shear 3,14 xDO x 0,375 x 9807,35 = 115635,5216 lb 2



Nozzle wall shear 3,14 xDm x tn x 11980,5 = 183391,5038 lb 2



Groove weld tension 3,14 xDO x t x 14811,1 = 319734,62 lb 2

Possible failure : Through a-b

= 115635,5216 + 183391,5038 = 299027,025 lb

Through a-c

= 115635,5216 + 319734,62 = 435370,1416 lb

Sehingga kedua paths lebih kuat dari yang dibutuhkan dengan Load to be caried by welds sebesar 67558,2307 lb.

35

3.4. Analisa Finite Element

Secara umum hasil analisa adalah sebagai berikut: Deformation = 2.10 mm Stress yang terjadi Max = 5.41 x 104kN/mm2 Min = 1.47 x 10-2 kN/mm2 Deformasi yang terjadi pada bejana tekan masih ada pada batas aman. Stress maximum yang terjadi juga masih dalam kondisi aman, ini terlihat pada warna pamodelan tidak sampai pada warna merah yang menunjukkan tingkat stress tertinggi.

36

Analisa Tegangan pada Shell

Analisa Tegangan pada Head

Analisa Tegangan pada Saddle

37

3.4.1. Perhitungan Stress Pada perhitungan equivalent stress (von mises) dibutuhkan tiga stress pendukung yang selanjutnya masuk dalam perhitungan equivalent stress tersebut. Ketiga stress tersebut adalah longitudidal stress, circumferential sttress dan radial stress. Pada perhitungan ini internal design pressure diassumsikan sebagai radial stress. Besar equivalent stress (von mises) sesuai perhitungan berikut: 1. Longitudinal Stress

2. Circumferential Stress

3. Equivalent Stress (Von Mises)

38

√ √

[

]

[

] √

[

] √

39

3.5. Fabrikasi dan Inspeksi Presssure Vessel Perancangan pada ketel uap berdasarkan standard Megyesse adalah : Penutup (head) Pada tekanan internal yang tinggi, silinder dan tutup cenderung memuai. Ujung material akan mengalami penambahan panjang. Deformasi yang tidak sama akan mengakibatkan tegangan lentur dan geser pada sambungan. Antara ujung dari silinder dan penutup harus terdapat kontinuitas fisis. Karena pertimbangan ini ujung bejana dibuat melengkung. Terdapat dua cara untuk merancang penutup ketel uap dan ada beberapa tape penutup yang digunakan antara lain, yaitu : 1. Perhitungan menggunakan parameter bagian dalam Pressure Vessel. a. Tipe Ellipsoidal

Gambar. 3.5.1Tutup Bejana

P = tekanan desain atau tekanan maksimal yang bekerja pada ketel uap (psi atau Pa) S = nilai tegangan dari material (psi atau Pa) E = efisiensi dari pengelasan R = jari-jari bagian dalam ketel uap (inchi atau mm) D = diameter bagian dalam ketel uap (inchi atau mm)

40

Dinding Bejana Tekan (Shell) Pada umumnya dinding shell berbentuk silinder atau bulat.

Gambar. 3.5.2Dinding Bejana Tekan

Fabrikasi bejana bulat sangat sulit sehingga bejana silinder lebih banyak digunakan pada dunia industri. Badan bejana harus dilengkapi dengan penegak untuk mencegah terjadinya tegangan lebih atau distorsi yang berasal dari beban eksternal yang besar. Ada dua macam cara merancang ketebalan dinding ketel uap dengan menggunakan tekanan internal bejana tekan, yaitu:

P = tekanan desain atau tekanan maksimal yang bekerja pada bejana tekan (psi atau Pa) S = nilai tegangan dari material (psi atau Pa) E = Efisiensi dari pengelasan R = Jari jari bagian dalam bejana tekan (inchi atau mm) D = Diameter bagian dalam bejana tekan (inchi atau mm) t = Ketebalan dinding ketel uap (inchi atau mm) C.A.= nilai korosi yang diijinkan (inchi atau mm)

Perakitan Pressure Vessel 1. Keberhasilan bejana tekan tergantung dari beberapa hal: a. Kehandalan pengangkutan b. Kehandalan ahli pengangkatan peralatan berat (rigger) beserta seluruh peralatan, perlengkapan, dan metodenya

41

c. Mutu pendasi yang memenuhi persyaratan d. Posisi baut anker yang tepat e. Desain kupuing pengangkat (lifting lug) yang memadai f. Pelaksana instalasi yang professional. Terdapat dua metode penegakan bejana langsung, sebagai berikut : a. Metode dressed up Bejana utuh datang tiba dari vendor dalam keadaan dicat dengan cat pelindung. Selanjutnya seluruh perpipaan disekeliling bejana, ladder dan platform serta isolasi panasdipasang terlebih dahulu, kemudian bejana diangkat dalam kondisi “dressed up”(berbaju lengkap). Hali ini menghemat waktu pemasangan prancah, sekaligus lebih aman bagi pelaksana instalasi b. Metode pertolongan Karena beratnya yang melebihi kapasitas alat pengangkat, bejana dapat diinstalasi secara bertahap, potongan demi potongan. Hal ini lebih sulit mengingat pengelasan penyambungan bagian bertekanan dilaksanakan di lapangan, sehingga banyak sekali kendala seperti kemungkinan kecelakaan kerja panas pada posisi yang tinggi, terpaan cuaca (angin dan hujan) serta harus disediakan peralatan stress reliefing yang portable, khususnya untuk bejana barbadan sangat tebal. Di bawah ini diperlihatkan kegiatan pengangkatan/ penegakan bajana tekan dengan dua metode.

Fabrikasi Pressure Vessel 1)

Pemilihan pelat dan welding consumable sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan.

2)

Memplot ukuran pola-pola potongan pada pelat untuk nantinya dipotong

3)

Ukuran pola yang telah diplot pada pelat dicocokkan dengan gambar fabrikasi. Setelah sesuai baru dilaksanakan pemotongan dengan oxyacetylene cutter

4)

Selanjutnya diadakan pembentukan kampuh las (edge preparation) yang biasanya merupakan hold point untuk inspektor pihak pemesan

5)

Jika terdapat NC (Nonconfirmasi) berupa laminasi atau segregasi , pihak inspektor dapat menolaknya dan prosedur dapat diulang lagi

42

6)

Jika edge preparation telah lulus uji, dapat dilanjutkan dengan pengerolan pelat shell hingga didapat radius dengan toleransi yang disepakati

7)

Sebelum proses pengelasan harus diyakinkan bahwa WPS dan PQR telah disetujui pihak pemesan, dan para juru dan operator las terkualifikasi

8)

Untuk sambungan longitudinal dan transversal biasanya digunakan SAW secara otomatis

9)

Untuk pelat sangat tebal (diatas 1 ¼ inci) diperlukan preheating (pemanasan awal setinggi 100-150 Celcius) dan suhu interpass minimum 150 Celcius

10) Setelah pengelasan selesai diadakan penghilangan regangan (stress reliefing) 11) Setelah proses penghilangan regangan selesai, bagian pelat yang terimbas HAZ diuji kekerasan menggunakan brinell atau vickers. Jika kekerasan masih di atas 225 Brinell Hardness Number (BHN) maka dianggap penghilangan regangan masih belum sempurna dan harus diulang 12) Setelah penghilangan regangan selesai dan pelat telah dingin, diadakan radiografi sebanyak ketentuan yang telah digariskan oleh specification 13) Film hasil radiografi diperiksa oleh inspektor yang berwenang (radiographer) dan diminta commentnya. Setiap NC yang ditolak harus direpair sesuai WPS oleh juru las berkualifikasi 14) Tutup atau head biasanya dipesan pada sub supplier, dan demikian tiba langsung diperiksa oleh inspektor serta diminta pendukungnya seperti PO dan material certificate dan diperiksa heat numbernya 15) Head biasanya berupa tempaan (untuk pelat tebal > 5/8 inci), atau pelat yang dipress dan dilas (untuk ukuran tebal