5 0 430 KB
SPHERICAL TANK Tanki ini merupakan salah satu jenis tanki timbun bertekanan yang digunakan untuk menyimpan gas LPG. Gas disimpan dan didistribusikan dalam bentuk cair, sedangkan penggunaannya dalam bentuk gas sehingga penanganannyadiperlikan unit spherical tank dengan tekanan di atas satu astmosphere (1 Atm). Spherical tank dirancang dan dikontruksikan menurut aturan: 1. Standar API 2510. 2. Standar BS 1515. 3. Standar ASME. -
ASME Section VIII. Devision 2 : untuk bejana bertekanan (Pressure Vessel)
-
ASME Section IX
: untuk pengelasan (welding)
Bagian-bagian spherical tank Untuk menunjang kelancaran dan keamanan operasi, spherical tank dilengkapi dengan peralatan-peralatan berikut: 1. Float Level Gauge Alat untuk mengukur ketinggian permukaan isian cairan LPG di dalam tanki dengan bantuan pelampung. 2. Glass Level Gauge Berguna untuk mengetahui kettinggian levelpermukaan cairan LPG di dalam tanki
3. Thermometer Digunakan untuk mengukur temperatur, atau pun perubahan temperatur LPG di dalam tanki. 4. Pressure Gauge (PG) Digunakan untuk mengukur tekanan fluida (gas atau liquid) LPG di dalam tanki. PG terpasang dibagian atas tanki (top) dan pada bagian bawah tanki (bottom). Masing-masing berfungsi untuk mengukur tekanan gas LPG dan mengukur tekanan cairan LPG. 5. Safety Valve Merupakn katup yang akan bekerja ketika terjadi kelebihan tekanan. Apabila tekanan didalam tanki melebihi batas tekanan kerja maksimal, maka katup akan terbuka dan gas akan terbuang ke udara bebas. 6. Liquid Inlet Valve Merupakan katup yang berfungsi sebagai laluan LPG cair masuk ke dalam tanki timbun. Katup digerakkan secara manual. 7. Emergency Shutoff Valve Merupakan katup jenis ball valve yang bekerja secara otomatis. Katup akan terbuka bila ada tekanan sistem pneumatic Β± 4 kg/cm2 dari air compressor dan akan tertutup bila tekanan dihilangkan atau dikurangi. Setiap tanki LPG dipasang dua buah ESDV, yakni pada saluran masuk dan saluran keluar dibawah tanki.
8. Water Sperinkle Alat untuk mendinginkan tanki apabila temperatur dalam tanki mnencapai 35 oC.
sealin itu juga berfungsi sebagai pelindung tanki apabila terjadi
kebakaran di sekeliling tanki. Adapun cara kerjanya yakni dengan mengalirkan air keseluruh permukaan badan tanki. 9. Man Hole Merupakan lubang laluan yang digunakan pekerja untuk masuk kedalam tanki. 10. Flexible Pipe Connection Berfungsi meredam getaran yang terjdi akibat pulsasi aliran fluida atau pun tekanan akibat pemompaan saat melakukan pengisian ataupun pengsoangan tanki. Disamping itu juag berfungsi sebagai flexible joint dimana bila terjadi perubahan/penurunan kedududkan tanki, maka pipa tidak menerima beban secara langsung. Setiap flexible pipe connection harus menahan tekanan uji 1,5 kali tekanan desainnya. 11. Sampling Connection Valve Merupakan katup yang digunakan untuk mengambil sampel LPG cair yang selanjutnya akan diperiksa kualitasnya di laboratorium. Katup ini digerakan secara manual. 12. Gas Purging Valve Merupakan katup yang digunakan untuk mengeluarkan gas sisa didalam tanki timbun pada saat pembersihan tanki (tank cleaning). Selain itu, juga
berfungsi untuk membuang gas oksigen (O2) yang terjebak di dalam tanki pada waktu pengisian gas nitrogen (N2). 13. Drain Valve Merupakan katup yang digunakan untuk mengeluarkan atau membuang cairan kondensat LPG yang ada di dalam tanki. 14. Earthed Equipment Merupakan instalasi peralatan yang digunakan untuk mencegah terjadinya fenomena listrik statis. Sesuai ddenganj standar dari national Fire Protection Association (NFPA). 15. Vapour Inlet Valve Merupakan katup yang digunakan untuk mengembalikan vapours kedalam tanki pada saat pengisian skid tank dan sebagai pemuaian pada pipa. 16. Vapour Outlet Valve Merupakan katup yang digunakan untuk memasok vapours pada saat tanker discharge. 17. Stairs Ways Merupakan tangga yang dibuat agar pekerja dapat naik keatas tanki guna melakukan pengukuran, maupun inspeksi tanki. Perhitungan Rancang Bangun Spherical Tank Acuan untuk menghitung spherical tank dapat dilihat pada standar ASME dan beberapa rumus mekanika teknik terkait.
1. Perhitungan Tebal Plat Untuk perhitungan mengenai tebal plat spherical tank dapat menggunakan persamaan sebagai berikut:
π‘=
100. π. π·π + πΆπ΄ (ππ) 400. ππ‘ . πΈ β 0,4. π
Keterangan: P
: tekanan didalam tanki yang diterima plat-plat pada ketinggian pada ketinggian tertentu (kg/cm2)
Di
: garis tengah bagian dalam tanki (mm)
Οt
: tegangan yang diijnkan dari bahan plat (kg/mm2) : 1/3 X Οt allow (teganagn Tarik) (kg/mm2)
E
: efisiensi sambungan plat
CA
: tambahan tebal plat karena korosi (mm) Adapun untuk menghitung besarnya nilai P dapat dihitung menggunakan
persamaan berikut: π = ππ + πΎ. π»π (ππ/ππ2 ) Keterangan: Pg
: tekanan rancang bangun dalam tanki pada bagian atas (top) tanki (kg/cm2) : tekanan gas (kg/cm2)
ᡧ
: berat spessifik cairan LPG (kg/cm2)
Hs
: tinggi statis dari level cairan tertinggi sampai dengan plat yang ditinjau
(cm) 2. Perhitungan Kolom Tiang Peyangga Untuk perhitungan tiang peyangga pada spherical tank, terdapat beberapa hal yang perlu ditentukan. ο· ο·
Tentukan terlebih dahulu perencanaan jumlah kolom yang akan digunakan. Jumlahnya berkisar antara 6-12 kolom tiang peyangga. Terdapat 2 jenis beban yang diterima oleh kolom
1. Beban statis Berat total saat uji tes hidrostatis (LH) Berat total saat penyimpanan LPG (LL) 2. Beban Dinamis (Wt) Beban angina (WW) Beban Gempa (WS)
2.1 Beban Angin (WW) Untuk perhitungan mengenai beban angina, maka menggunakan persamaan berikut ini: WW = Q.A.C (Ton) Keterangan : Q
: Gaya angina (Kg/m2) π£2
: 2.π πΎπ’
α΅u
o : Berat Spesifik udara (Pada 15 C)
: 1,226 Kg/m3 v
: Kecepatan Angin (m/s)
g
: Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)
A
: Luas Penampang (m2)
Do
: Garis tengah bagian luar tangki (m)
C
: Koefisien profile : Lingkaran (bola) = 0,4
2.2 Beban Gempa (WS) Untuk perhitungan mengenai beban gempa, maka menggunakan persamaan berikut ini: WS = K.LL Keterangan : K
: Koefisien seismic = 0,05 + 0,25
LL
: Beban total saat menyimpan Gas
2.3 Beban Dinamik (Wt) Untuk perhitungan beban dinamik, maka menggunakan persamaan berikut ini: Wt = WW + WS (Ton) 2.4 Beban Maksimum Kontinyu yang Diterima Tiap Kolom Dari perhitungan beban diatas, maka beban maksimum kontinyu yang diterima tiap kolom adalah: 1. Beban kompresi yang diterima tiap kolom saat menyimpan gas (P1) π1 =
πΏπΏ π
(Ton)
2. Beban kompresi yang diterima tiap kolom karena beban dinamik, dan ditambah saat menyimpan Gas (P2) π2 =
πΏπΏ π
π
π»
+ (πΆππ‘ π₯ π )
3. Beban kompresi yang diterima tiap kolom saat dilakukan test hidrostatis (P3) π3 =
πΏπ» π
(Ton)
Keterangan : N
: Jumlah kolom
Cf
: Koefisien kolom
H
: Tinggi Kolom dari base plate s/d titik pusat lingkaran (m)
π
: Jarak titik pusat antar kolom (m)
2.5 Ketentuan untuk Menentukan Ukuran Diameter Kolom Untuk memilih ukuran kolom (diameter) dilakukan dengan mencoba beberapa ukuran garis tengah agar memenuhi persyaratan sebagai berikut: 1. Tegangan kompresi minimum tiap kolom (πc min) harus lebih besar dari tegangan statis yang terjadi pada tiap kolom (πs) πc min > πs π π πππ =
πΌ (πβ0,4( )2 ).πΉ π
π½
(Ton/cm2)
Keterangan : Ξ± : Rasio kesilinderan kolom terhadap kekakuan :
π.π»1 π
k : faktor panjang efektif (tanpa sambungan = 1) H1 : Tinggi/panjang kolom r : Jari-jari girasi kolom π : Rasio kesilinderan kolom terhadap elastis dan beban tekuk (bluckling load) π2 πΈ
: β0,6πΉ E F
: Modulus elastisitas bahan kolom (ton/cm2) : Spesifik minimum yield strength (ton/cm2)
π½
: 2 + 3 ( π )2, Faktor rasio
ππ
:
A
: Luas Penampang kolom (cm2)
3
π1 π΄
2 πΌ
, (ton/cm2)
2. Tegangan kompresi maksimum tiap kolom (π π πππ₯ ) lebih besar dari tegangan dinamis yang terjadi pada tiap kolom (π π ) π π πππ₯ > π π Keterangan : π π πππ₯ = 1,5 x ο΄ c min (ton/cm2) ππ
=
π2 π΄
(ton/cm2)
3. Perhitungan Tie Rod (Diagonal Brazing) Untuk menentukan besaran ukuran tie rod, maka perhitungannya berdasarkan pada luas penampang (A) tie rod yang menerima beban Tarik. Dimana tegangan Tarik yang terjadi pada tie rod (ππ π ) nilainya lebih kecil dari tegangan Tarik ijin dari tie rod (ππ‘ )
π
ππ‘ πππ = π΄ (ton/cm2) < ππ‘ πππππ€ Keterangan: T
: Beban Tarik maksimum yang terjadi (ton) :
ππ ππ
πΏ
+ π (ton)
W
: beban akibat gempa (ton)
Cf
: Koefisien kolom
L
: Panjang diagonal tie rod (m)
l
: Jarak antar kolom (m)
A
: Luas penampang tie rod (cm2)
4. Perhitungan Base Plate Untuk menghitung besarnya tebal base plate (tb), maka dihitung menggunakan persamaan berikut ini: 6π
π‘π = β1,5π
π πππ
, (cm)
Keterangan: M
: Momen bengkok dinamis saat test hidrostatis (kg/cm) 1
: 2. π π π 2 ππ : Tegangan kompresi maksimum yang diterima setiap kolom saat test hidrostatis (kg/cm2) πΏ
: π.π΄π» (kg/cm2) π
LH
: Beban statis saat test hidrostatis (kg)
N
: Jumlah kolom
Ab
: Luas area base plate circum ferential (cm2)
S
: Lebar circum ferential (cm)
5. Perhitungan Baut Angkor Untuk perhitungan mengenai baut Angkor, terdapat pemeriksaan terhadap 2 jenis beban: 1. Beban Tarik 2. Beban Geser 5.1 Beban Tarik Beban Tarik yang terjadi pada baut Angkor dihitung menggunakan rumus berikut. π=
0,4.ππ‘ .π»π π.π1
β π1 (ton)
Keterangan: T
: Beban Tarik tiap kolom (ton)
ππ‘
: Beban total dinamis (ton) : Ww + Ws (ton)
N
: Jumlah kolom
Di
: Garis tengah bagian dalam kolom (m)
Pi
: Beban kompresi statis tiap kolom saat menyimpan Gas (ton)
H
: Tinggi kolom dari base plate ke titik pusat lingkaran (m)
5.2 Beban Geser Tegangan geser yang diijinkan dari bahan baut Angkor (ο΄sh) harus lebih besar dari tegangan geser yang terjadi (ο΄s) ο΄sh > ο΄s 1. Tegangan geser yang diijinkan (ο΄sh) ο΄sh = 0,35 ο΄t Keterangan: ο΄t
: Tegangan patah bahan baut Angkor (kg/cm2) 2. Tegangan Geser yang terjadi (ο΄s)
ππ =
πΊπ π΄.π
π
π‘ = π.π΄.π (kg/cm2)
Keterangan: GS
: Gaya geser yang berkerja pada tiap kolom (kg), dimana πΊπ =
ππ‘ π
Wt
: Beban total dinamis (kg)
K
: Koefisien jumlah kolom
A
: Luas penampang baut Angkor (cm2)
n
: Jumlah baut Angkor tiap kolom
6. Prosedur Desain Radial Nozzle untuk Spherical Tank A1
: Area contributed by shell
A2
: Area contributed by nozzle projecting outward
A3
: Area contributed by nozzle projecting inward
A41
: Area contributed by outward weld
A42
: Area contributed by pad to vessel weld
A43
: Area contributed by inward weld
A5
: Area contributed by reinforcing pad : Total area contributed
Prosedur desain sebuah nosel radial pada spherical tank dapat dilihat pada langkahlangkah berikut. 6.1 Menghitung Radius Efektif untuk Spherical Shell Untuk menghitung jari-jari efektif pada spherical shell menggunakan persamaan berikut. Reff = 0,5 Di Keterangan: Reff
: Jari-jari efektif untuk spherical shell
Di
: Garis tengah dalam dari spherical tank (mm)
6.2 Menghitung Panjang Minimum Dinding Tanki yang di perlukan untuk peletakan nosel Untuk menghitung panjang minimum dinding tanki yang diperlukan menggunakan persamaan berikut: LR = 2 Rn
Keterangan : LR
: panjang dinding tanki (mm)
Rn
: jari-jari bagian dalam nosel (mm)
6.3 Menghitung Panjang Minimum Dinding Nosel yang Berada diluar dari Dinding Tanki Untuk menghitung panjang minimum dinding nosel menggukan persamaan berikut: LH = 2t + te + Fp βπ
π . π‘π Keterangan: LH
: panjang efektif dinding bagian nosel bagian luar dari dinding tanki (mm)
t
: tebal plat dinding tanki (mm)
te
: tebal plat reinforcement (mm)
Fp
: nozzle attachment factor : Fp-Cn untuk spherical tank π‘+π‘π 0,35 ) π‘π
Cn
:(
tn
: tebal dinding nosel (mm)
6.4 Menghitung Panjang Minimum Dinding Nosel yang Berada di Dalam Shell Untuk menghitung panjang minimum dinding nosel yang berada di dalam shell menggunakan persamaan berikut: LI = Fpβπ
π. π‘π
Keterangan : Li
:
effective length of nozell wall inside the vessel (mm)
6.5 Menghitung total luas penampang yang dekat dengan lubang nosel Untuk mengetahui total luas penampang yang dekat dengan lubang nosel menggunakan persamaan berikut. AT = A1 + fm (A2 + A3) + A41 + A42 + A43 + frp. A5 Keterangan, AT
: luas total (mm2)
A1
: luas penampang kontribusi dari shell (mm2) : t.LR
fm
: factor material nosel (1)
Sn
: allowable stress dari material nosel (ton/cm2)
S
: allowable stress dari material plat shell (ton/cm2)
A2
: luas penampang dari dinding nosel yang berada di luar shell : tn.LH (untuk LH β€ Lpr3 + t)
A3
: luas dari penampang dari dinding nosel yang berada di dalam shell (mm2) : tn.L1
A41
: luas penampang dari outside nozzle fillet weld (mm2) : 0,5 (L41)2
L41
: panjang las-an dari outside nozzel fillet weld (mm)
A42
: luas penampang pengelasan plat reinforcement dengan plat dinding (mm2) : 0,5 (L42)2
L42
: panajang hasil las-an antara plat reinforcement dengan plat shell (mm) : 0,6 . te
A43
: luas penampang dari inside nozzle fillet wield (mm2)
: 0,5 (L43)2 L43
: 0,7 . tn
Frp
: factor material plat dinding (1) :
ππ π
Sp
: allowable stress dari material plat reinforcement (ton/cm2)
A5
: luas penampang dari plat reinforcement (mm2) : LR. T
6.6 Menghitung Gaya-gaya yang terjadi Untuk menghitung gaya-gay yang terjadi menggunakan persamaan berikut ini. fN = P.Rxn.(LH - t) fs =
fY =
π.π
π₯π .(πΏπ
+π‘π 2 π.π
π₯π .π
ππ 2
Keterangan, fN
: gaya dari tekanan internal di dalam nosel (ton)
fY
: diskontiniutas gaya dari tekana internal (ton)
fs
: gaya dari tekanan internal di dalam shell (ton)
P
: tekanan desain internal (ton/cm2)
Rxn
: jari-jari nosel untuk perhitungan gaya (mm) :
π‘π π‘ ln(1+ π ) π
π
Rxs
: jari-jari shell untuk perhitungan gaya (mm) :
π‘πππ ln(1+
π‘πππ ) π
πππ
Menentukan ketebalan uyang efektif untuk nozzles pada spherical shells dengan menggunakan persamaan berikut
π΄5. .πΉππ
teff : t +
πΏπ
6.7 Menghitung Rata-rata Local Primary Membrane Stress dan keseluruhan Primary Membrane Stress pada Shell Tanki Untuk menghitung rata-rata local primary membrane stress dan keseluruhan primary membrane stress pada shell tanki menggunakan perasamaan berikut: ππ +ππ +ππ¦
Οavg =(
π΄π
)
π.π
Οcirc = 2.π‘ ππ
πππ
6.8 Menghitung Maximum Local Primary Membrane Stress Pada Nosel Intersection dengan ketentuan bawah PL β€ Sallow Untuk mengetahui maximum local primary membrane stress pada nosesl intersection mengguanakan rumus berikut: PL = (2. Οavg - Οcirc) Maximum local primary membrane stress yang dihitung harus memenuhi ketentuan bawah PL β€ Sallow, dimana besar nilai Sallow untuk nozzle akibat internal pressure Sallow = 1,5.S.E Keterangan, Sallow = tekanan membran local yang diijinkan pada persimpangan nosel (ton/cm2)
7. Perhitungan Kekuatan Pengelasan Untuk menghitung besarnya kekuatan pengelasan ada beberapa perhitungan yang perlu dilakukan. 7.1 Memnghitung Kekuatan Sambungan Pengelasan Plat Shell Tanki Ditinjau dari tegangan Tarik yang terjadi, kekuatan sambungan las pada dinding spherical tank dapat dihitung menggunakan rumus berikut: Οt =
πΉ
πΏ(π‘1 +π‘2 )
Keterangan, Οt
: tegangan yang timbul
F
: besarnya gaya yang diterima plat
L
: panjang las-an
t1
: tebal level bagian bawah
t2
: tebal level bagian atas
Tegangan Tarik yang timbul dapat diterima apabila tegangan yang terjadi kurang dari tegangan ijin material (Ο < Ο ijin). 7.2 Strength Of Nozzle Attachment Weld Prosedur untuk mengevaluasi attachment weld of nozzle pada spherical shell untuk meneriama beban akibat tekanan dari dalam, dihitung sebagai berikut. -
Menghitung diskontinuitas factor gaya Ky =
-
π
ππ +π‘π π
ππ
Panjang pengelasan antar dinding nosel dan shell tanki
π
LΟ = 2 (π
π + π‘π ) -
Panjang pengelasan plat penguat (reinforcement) dengan shell tanki LΟp =
-
π 2
(π
π + π‘π + π), untuk radial nozzles
Menghitung dimensi lapisan (layer) las-an yang dapat diterapkan. L41T = 0,7071 L41 L42T = 0,7071 L42 L43T = 0,7071 L43
-
Menentukan ukuran las-an yang dapat diterima Ο = LΟ(0,49 πΏ
πππππ
41π +0,6π‘π€π +0,49πΏ43π )
dimana Οβ€S ππ€πππ = min[1,5 Γ ππ Γ (π΄2 + π΄3 )] 7.3 Menghitung Kekuatan Las-an antara Plat Lower Equator Dengan Kolom Ditinjau dari tegangan geser yang terjadi pada sambungan las, dipersyaratkan bawah tegangan geser yang terjadi pada sambungan las harus kurang dari tegangan geser ijin material (Οs < Οsa). ππ =
π (π‘ππ/ππ2 ) 2. πΏπ€ . π‘π€π
Keterangan, P
: beban yang di tumpu di tiap kolom pada saat menyimpan (LPG (P 1), saat
menyimpan LPG ditambah beban Dinamik (P2), dan beban pada saat tes hidrostatik (P3). Lw
: panjang las-an
Tws
: tebal las-an
8. Pengetesan pada Konstruksi Spherical Tank Setelah tanki sudah selesai bangun, maka sebelum dioperasikan perlu dilakukan pengetesan terhadap tekanan yang dapat diterima oleh dinding tanki. 8.1 Pengujian Hidrostatik Pengujian hidrostatik terhadap tanki yang sudah dibangun yakni dengan memberikan tekanan uji sesuai ketentuan berikut: PT = 1,43 x MAWP Keterangan, PT
: tekanan minimum untuk pengujian hidrostatik (kg/cm2)
MAWP: tekanan minimumyang diijinkan (kg/cm2) 8.2 Pengujian Pneumatik Adapun untuk pengujian pneumatic terhadap tanki yang sudah dibangun yakni dengan memberikan tekanan uji sesuai ketentuan berikut. PT = 1,5 x Pg Keterangan, PT
: tekanan minimum untuk pengujian pneumatic (kg/cm2)
Pg
: tekanan bagian atas tanki (tekanan Gas LPG) pada kondisi normal operasi
(kg/cm2)