## ANALISA STIFFENER RING DAN KONSTRUKSI VESSEL HP FLARE KO DRUM PADA PROYEK PUPUK KALTIM-5 MENGGUNAKAN SOFTWARE COMPRESS 6258
Fadhlika Ridha
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana, Jakarta Email: fadhlika.fr@gmail.com
Abstrak -  Pada  proses  pembuatan  pupuk  di  PKT-5,  berbagai  gas  limbah  berbahaya  dimusnahkan dengan  cara  membakarnya  melalui Flare ,  sebelum  terbakar  di Flare gas-gas  tersebut  dialirkan  dan ditampung pada sebuah Vessel bertekanan atau biasa disebut Vessel High Pressure Flare Knock Out Drum . Dalam perancangan konstruksinya perlu dilakukan analisis sehingga desain dari vessel tersebut sesuai  dengan  yang  diharapkan  dan  aman  untuk  dioperasikan.  Penelitian  ini  dilakukan  dengan mensimulasikan desain dari Vessel KO Drum menggunakan perhitungan manual sesuai 2007 ASME BPVC Section VIII Division 1 dan Software Compress 6258. Perhitungan dilakukan pada desain head, shell,  saddle,  nozzle, stiffener  ring secara  manual  dan  menggunakan software untuk  mengetahui tegangan-tegangan  yang  terjadi.  Selanjutnya  dari  kedua  metode  tersebut  akan  dibandingan  hasil perhitungan manual & software .
Kata Kunci : Vessel , Pressure, Stress, Flare, Software ,Nozzle, Stiffener ring , Head, Saddle, Shell.

## 1.  PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  negara  agraris  dimana perekonomiannya banyak ditunjang dari sektor pertanian dan perkebunan. Perkembangan dari sektor tersebut akan meningkat dan berkembang jika ditunjang dengan tersedianya pupuk  yang  berkualitas.  Untuk  mencapai  hal tersebut  PT.  Pupuk Kalimantan  Timur kembali membangun  sebuah  site  pabrik  dengan  nama PKT-5 (Pupuk KALTIM-5)  guna menggantikan eksistensi  dari  unit  pabrik  KALTIM-1  yang kemungkinan  akan  ditutup  karena  sudah  tua dan kurang efisien. Untuk mendukung operasional  Kaltim-5,  Pupuk  Kaltim  juga  akan membangun  pabrik  amoniak  berkapasitas sekitar 600.000 ton per tahun.
Pembuatan  pupuk  di  pabrik  PKT-5  ini terdiri  dari  berbagai  macam  proses  reaksi kimia, sehingga menghasilkan pupuk dan juga berbagai  macam  gas  berbahaya  yang  harus dimusnahkan  sehingga  tidak  membahayakan lingkungan.
Gas berbahaya tersebut dimusnahkan dengan cara  membakarnya  melalui Flare ,  sebelum terbakar di Flare gas-gas tersebut dialirkan dan ditampung  pada  sebuah Vessel bertekanan tinggi atau biasa disebut VesselHigh Pressure Flare  Knock out Drum . Kalau  berbicara  mengenai  bejana bertekanan, pasti melibatkan tekanan ( Pressure ),  baik  itu internal  pressure maupun eksternal  pressure ,  Sehingga  dibutuhkan ketelitian dalammerancangnya untuk mengatasi pressure tersebut.Ada  beberapa macam  contoh  dari  bejana  tekan  tersebut, misalnya : Vessel (Separator), Heat Exchanger, Filter,Column, Air Cooler, dan Storage Tank .Dimana  masing-masing  dari  bejana
tekantersebut tentu memiliki bentuk dan fungsi yang berbeda-beda.
Dalam tugas akhir ini penulis akan membahas mengenai Vessel High Pressure  Flare  Knock out  Drum yang  digunakan  pada  Proyek  PKT- 5.HP Flare KO drum sendiri  didesain  untuk menangani  kapasitas  dari Flaresystem dan menampung  Liquid  yang  dikeluarkan  oleh safety valve karena tekanan berlebih dan dalam keadaan  darurat.  Dalam  perancangan  sistem dan  konstruksinya  perlu  dilakukan  analisis sehingga  sistem  dan  konstruksi  dari vessel tersebut  sesuai  dengan  yang  diharapkan  dan aman untuk dioperasikan.
Seperti umumnya bahwa Vessel merupakan salah satu bejana bertekanan  yang  terdiri  dari Head dan Shell .Ada  dua  macam Vessel yaitu  Horizontal Vessel dan  Vertical Vessel .Perbedaannya terletak  pada penumpunya, dimana horizontal Vessel ditumpu  oleh  yang  namanya Saddle , sedangkan  pada  vertical Vessel ditumpu  oleh leg . Namun dalam analisa ini akan dibahas juga tentang  kebutuhan  penggunaan  stiffener  ring. Merancang Vessel ini tidak boleh sembarangan karena  sudah  diatur  di  dalam  ASME Section VIII.Dalam era globalisasi ini sangat diperlukan metode  untuk  merancang  ataumendesain suatu Vessel dengan  cepat  dan  mudah, sehingga tidak perlu menghitungsecara manual karena sangat membutuhkan waktu yang relatif lebih lama. Oleh karena itu selain menggunakan  perhitungan  secara  manual penulis juga menggunakan perangkat lunak  (Software)  guna  mempercepat  dan mempermudah  dalam  proses  perancangan Vessel tersebut. Salah satu software yang akan penulis  gunakan  disini  adalah  Software Compress 6258.
Cara penggunaan Software ini sangat sederhana,  hanya  tinggal  memasukkan  data yang  ada  pada datasheet ,  maka  software  ini akan  menghitungnya  secara  otomatis  dan output nya  telah  disesuaikan  dengan  ASME Section VIII.

## 2.  TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Vessel
Vessel merupakan  salah  satu  contoh  dari bejana  bertekanan (Pressure  Vessel) yang paling  sederhana,  hal  ini  dikarenakan  bagian utama dari suatu Vessel hanya terdiri dari head dan shell .  Pada  industri Oil  and  Gas,  Vessel berfungsi  sebagai  alat  penampung  dan pemisah fluida
Vessel sendiri ada 2 jenis yaitu: Horizontal Vessel dan Vertical Vessel. Dimana perbedaan tersebut terletak pada penumpunya.
a.  Horizontal Vessel
Seperti namanya, maka Horizontal Vessel tentunya posisinya horizontal. Perbedaannya  dengan Vertical  Vessel ,  yaitu horizontal Vessel menggunakan saddle sebagai alat penumpunya (support). Keunggulan horizontal  Vessel dibanding  dengan vertical
Vessel yaitu external  pressure yang  diterima
tidak terlalu besar, tetapi horizontal Vessel membutuhkan tempat (space) yang luas jika  ukuran Vesselnya besar  karena  posisinya yang horizontal.
b. Vertical Vessel posisinya vertical (berdiri) Jika  pada horizontal  Vessel penumpunya adalah saddle, maka  pada vertical  Vessel alat penumpunya adalah kaki (Leg). Perbandingan maksimum  antara  panjang  kaki  dengan diameter Vessel biasanya  2:1.  Jumlah  kaki, ukuran  dan  detail  tambahan  tergantung  besar beban yang diterima Vessel tersebut. Keunggulan vertical  Vessel dibanding  dengan horizontal Vessel yaitu vertical Vessel tidak perlu membutuhkan  tempat (space) yang  luas, karena  posisinya  yang  vertical  (berdiri),  tetapi external  pressure yang  diterima  cukup  besar.
Semakin  tinggi Vessel, maka  semakin  besar pula external  pressure yang  diterima,  misal seperti tekanan angin.
2.2 Head Head (kepala) merupakan salah satu komponen utama  penyusun suatu Vessel yang letaknya  dipasang  pada  kedua  ujung  dari shell sekaligus  sebagai  penutup shell tersebut. Ada  beberapa  macam head yang  digunakan dalam  proses  perancangan  sebuah Vessel, misalnya  : Sphere  and  Hemispherical  head, Ellipsoidal  head,  Torispherical  head, dan Flat head. Akan tetapi dalam perancangan  sebuah
Vessel biasanya banyak menggunakan ellipsoidal head 2:1.
Perumusan thickness dan pressure pada spherical head yaitu  :
Dimana : t = Thickness required (inches) P = DesignPressure (Psi) L = Inside  spherical  or  crown  radius (inches) S = Stress value of material (Psi)
E
= Joint Efficiency
2.3 Ellipsoidal Head
Perumusan thickness dan pressure pada Ellipsoidal head yaitu:
Dimana D = Inside diameter head (inches)
2.4 Shell
Sama seperti dengan head, shell juga merupakan  komponen  utama  dari  sebuah Vessel. Pada  proses  perancangan  sebuah Vessel yang  cukup besar,  diperlukan lebih  dari satu  plat  baja  yang  kemudian  disambung dengan  cara  pengelasan.  Lalu  setelah  itu dilakukan proses pengerolan sehingga terbentuk suatu shell .
2.5 Nozzle Nozzle merupakan Inlet /masukan dan Outlet /keluaran  suatu  fluida  pada  suatu Vessel . Nozzle biasanya
dipasang pada shell atau head, yang nantinya  sebagai tempat sambungan (connection) dengan pipa.
2.6 Saddle Saddle merupakan  alat  penumpu (support) pada horizontal  Vessel.Saddle sering  dipakai pada horizontal  Vessel karena  konstruksinya sederhana  dan  cukup  kuat  untuk  menahan beban,  bahkan  untuk Vessel yang  berukuran sangat besar sekalipun. Sebagian besar Vessel horisontal  ditumpu  oleh  dua  buah saddle dengan sudut kontak 120º.
2.7 Reinforcement pad
Reinforcement  pad merupakan  penguat  yang dilekatkan  di  sekeliling nozzle dan  di  atas shell atau head, sebagai  kompensasi  atas
daerah yang hilang karena adanya lubang yang dipakai untuk penyambungan suatu nozzle.

## 2.8 Lifting Lug
Lifting  lug adalah  bagian  dari Vessel yang berfungsi  sebagai  tempat  untuk  mengaitkan alat  pemindah  yang  biasanya  berupa crane . Perhitungan lifting  lug didasarkan  pada  3 macam  kekuatan  yaitu  :  kekuatan  lubang lug , kekuatan kaki lug, dan kekuatan las lug . Lifting lug harus  dapat  menahan  berat  vesel  dalam keadaan  kosong  ditambah  dengan  berat saddle .

## 2.9 Software Compress 6258
Software Compress 6258 merupakan software khusus  yang  dapat  digunakan  untuk  proses merancang dan menganalisa Pressure Vessel, seperti  : Vessel,  Heat  Exchanger,  Filter, dan Column.  Input data  yang akan dimasukkan  ke dalam software ini berasal dari datasheet yang telah  dibuat,  lalu  data  tersebut  diolah berdasarkan standard ASME 2007 Section VIII div.  1  yang  telah  tersedia  dalam  software  ini. Jadi,  pada  intinya  software  ini  sangat memudahkan  dalam  proses  menganalisa pressureVessel .
2.10  Sistem Flare KO Drum Knock  out  Drum  Vessel digunakan  untuk memperlambat  gas  dan  memisahkan  cairan dari  aliran  gas. Knock  out  drum dapat  diinstal baik  di header gaslimbah  ataupun  di flare itu sendiri. Knock  out  Drum dapat  dikonfigurasi baik horisontal, atau vertikal. Ketika horisontal, knock  out  drum yang  akan  dibangun  dengan satu  gas inlet aliran,  dan  dua outlet ,  yang kemudian dapat bergabung dengan m anifold.  Konfigurasilain  yang  dapat  digunakan adalah salah satu inlet dengan outlet yang jauh lebih  besar.  Sebuah liquid  level  gauge atau indikator harus selalu disertakan, karena vessel ini harus tetap kering dan bebas dari kelebihan cairan. Dalam pengaturannya vertikal KO drum dapat  memiliki inlet sisi  dengan  keluaranyang lebih  besar  yang  akan  memperlambat  gas. Metode lain untuk menggunakan drum vertikal adalah  dengan  menggunakan inlet tangensial. Dengan tangensial KO drum , gas akan masuk dan berputar di sekitar dinding vessel . Selama memutar fluidic gas di sepanjang dinding akan mengikis  banyak  cairan  endapan.  Baffle  juga digunakan dalam drum vertikal untuk menghalangi dan memperlambat gas sebelum keluar. Drum ini harus dilengkapi dengan liquid level  gauge atau  indikator  sehingga  mereka dapat  dikeringkan. Knock  out  drum ,  apakah dipasang  di head er  gas  limbah  atau  di  dasar flare dapat  diberikan  dengan  pilihan  berikut: Vessel yang berukuran sesuai dengan kebutuhan  proses  klien.  Konstruksi  dapat  dari
Carbon Steel , atau untuk korosif menggunakan Stainless steel . Kontrol saluran otomatis dapat dimasukkan untuk mencegah akumulasi cairan pada seal . Untuk mengeringkan dan membersihkan vessel digunakan  2” Flanged Drain connection .
3. METODOLOGI PENELITIAN
4.  ANALISIS
A.  Circumferential Stress (S 4 ) Stress at the horn of saddle (S 4 ) Karena L (395.67)<8R (712), A(78.74)>R/2(89/2), maka rumus yang digunakan :
= − 4 ( + 1.56
− 12 A/R = 78.74/88.97 = 0.88 ; K 6 = 0.046 (lihat grafik 2.1.) ; b =  33.8
= −
227984.43
4 0.47(33.8 + 1.56 88.97 0.47)
− 12 0.046 227984.43 88.97
395.67 0.47 = − 227984.43
82.5 − 11196643.65
87.4 = −2763.45 − 128108.05 = −130871.5
S 4 melebihi batas tegangan dari shell material yang  dikalikan  1.5  yakni  :  70000  psix1.5= 105000 psi< S 4
B.  Tegangan pada bagian bawah shell (S 5 ) = − . ( + 1.56 ) = − 0.76   227984.43 0.47(12.99 + 1.56 88.97 0.47) = − 173268.17 10.8465 = −15947.57 psi
S5 tidak melebihi tekanan pada yield point yang dikalikan  dengan  0.5  yakni  :  38000  x  0.5  = 19000 psi> S 5
Karena  tegangan  Circumferential  lebih besar  daripada  tegangan shell material  yang diijinkan  maka  pada  daerah saddle diberi stiffener  atau  penguat  dengan  rumusan sebagai berikut:
Tabel 4.3. Values of Constant , K Cont act Angl e Ɵ 12 0° 13 0° 14
0° 15 0° 16 0° 17 0° 18 0° K 9 .34  .33  .32  .30  .29  .27  .25 K 10
.05 3 .04 5 .03 7 .03 2 .02 6 .02 2 .01 7
C.  Tegangan pada ring diluar shell (S 6 )
= − . + . . 1/
K 9 = 0.34 , K 10 = 0.053 (lihat table 4.1.) ; c = Ay / A  7.41/7.67 = 0.966
Mark of Area Area A y a x y 1 5.13 0.2362 1.212 2 2.54 2.44 6.198 TOTAL A = 7.67 - AY = 7.41
= − 0.34   227984.43 7.67 + 0.053   227984.43   88.97 1/7.41 = −10106.2 + 7966.04 = −2140.16 psi
 S 6 tidak  melebihi  tegangan  yang  diijinkan pada shell material yakni :  17500 psi > S 6  S 6 tidak melebihi tegangan pada yield point yang dikalikan dengan 0.5 yakni : 38000 x 0.5 = 19000 psi > S 6
Tabel berikut hasil perhitungan tegangan- tegangan yang terjadi pada saddle dengan menggunakan Codeware  Compress 6258 : Tabel 4.4.tabel tegangan yang terjadi pada saddle 401-FA
Hasil  yang diperoleh dari penggunaan metode software juga menunjukkan bahwa tidak terjadi tegangan  yang  berlebih  pada  desain saddle . Dengan  demikian saddle aman  menurut metode  perhitungan  manual  dan  metode perhitungan software.

## 5. KESIMPULAN
Setelah  dilakukan  analisa  dan  pembahasan mengenai  konstruksi VesselKnockoutDrum dengan  menggunakan  metode  perhitungan manual  sesuai  dengan PressureVessel  Code Section VIII Rules  for  Construction  of PressureVessel , Division 1  dan  metode simulasi  menggunakan  software  Compress 6258, diperoleh beberepa
kesimpulan diantaranya sebagai berikut :
1.  Desain vendor memenuhi kriteria keamanan desain.
2.  Penambahan stiffener diperlukan
dikarenakan tegangan circumferential stress yang  terjadi  pada horn  saddle melebihi tegangan  yang  diijinkan  pada  material saddle tersebut. Selain itu reinforcement pad dibutuhkan  pada Nozzle untuk  mengurangi
tegangan berlebih akibat area opening pada sisi shell yang besar.

## DAFTAR PUSTAKA
1.  B.F.  Forman,  1981,  ” Local  Stresses  in Vessels – Computer Programs for HP -67 or 97, Pressure Vessel Handbook Publishing, Inc., Tulsa, OK.
2.  Eugene  F,  Megyesy,  1986,  ” Pressure Vessel Handbook Seventh Edition ”, PUBLISHING INC., Tulsa, OK.
3.    H.H.  Bednar,  Pressure  Vessel  Design Handbook,  1981,  Van  Nostrand  Reinhold Co., New York.
4.    K.K.  Mahajan,  Design  of  Process Equipment-2nd Ed. 1985, Pressure Vessel Handbook Publishing Inc., Tulsa, OK.
5.  M.H. Jawad & J.R. Farr, Structural Analysis and  Design  og  Process  Equipment,  1984, John Wiley & Sons, New York
6.  Tri  J,  Mulato,  2012,  ” Analisa  Over  Stress
Pada  Pipa Cooling  Water PT.CHEVRON PACIFIC  INDONESIA  dengan  bantuan software CAESAR II”, Universitas Mercubuana, Jakarta.