Abstrak — Perancangan  sistem  perpipaan  yang  baik  dan aman  sangat  dibutuhkan  untuk  menjamin  kelangsungan dari  proses  serta  menjamin  keamanan.  Untuk  mengatasi besarnya tegangan yang terjadi akibat pembebanan maka diperlukan  analisis.  Pada  tugas  akhir  ini  akan  analisis tegangan Pepipaan High Pressure Vent dengan pendekatan CAESAR II. Pada hasil Stress Hydrotest Load masing  masing  segmen  node  tidak  ada  yang  melebihi batasan  allowable  stress  yang  diijinkan  yaitu  35000  psi. stress yang terjadi pada Hydrotest Load, besar stress yang paling besar pada node 740 yaitu sebesar 13606.2 psi. Pada hasil  Stress  Sustained  load  masing  masing  segmen  node tidak  ada  yang  melebihi  batasan  allowable  stress  yang diijinkan  yaitu  20000  psi,  besar  stress  yang  paling  besar pada  node  740  yaitu  sebesar  8106.1  psi.  Pada  hasil  Stress Thermal  load  masing  masing  segmen  node  menggunakan support  Resting  maupun  Guide-Resting  tidak  ada  yang melebihi  batasan  allowable  stress  yang  diijinkan.  Stres yang  paling  besar  terjadi  pada  jenis  support  Guide- Resting  terjadi  pada  node  775  yaitu  sebesar  11590,8  psi. Untuk  hasil  nozzle  check  pada  kondisi  Thermal  load besarnya  moment  arah  longitudinal,  moment  hoop melebihi  batasan  allowable  yang  diijinkan  untuk  jenis support  resting  maupun  jenis  support  guide,  maka diberikan  support  untuk  mengurangi  besarnya  moment ,yaitu  ditambah  support  pada  4  support  pada  pipa  yang mendekati nozzle vessel.
Kata  Kunci —Tegangan, hydrotest , sustained , thermal , nozzle

## I. PENDAHULUAN
RIPATRA merupakan perusahaan yang bergerak dibidang EPC  ( Engineering,  Precurement,  and  Constructuion ) bertugas  sebagai  merancang  desain  proses  hingga  membuat desain  plan,  pengadaaan  material  untuk  pembangunan  plan dan  bertugas  mekonstruksi  plan  sesuai  dengan  desain  yang telah  dibuat.    Pada  saat  ini  Tripatra  sendiri  mendapat  Proyek Pembangunan  Plan  Produksi  yang  bernama  Senoro  Gas Development  Project  yaitu  plan  produksi  Gas  antara  PT.
Pertamina  dengan  PT.  Medco  Energi  yang  bernama  Joint Operating Body Pertamina-Medco E&P Tomoro Sulawesi.
Didalam  sebuah  Plant,  baik  itu  LNG  Plant, Petrochemical Plant, Fertilizer Plant, Nuclear Plant, Geothermal Plant, Gas Plant, baik  di On-Shore maupun  di Offshore ,  semuanya mempunyai  dan  membutuhkan  Piping.  Piping  adalah  jalur perpipaan  yang  menghubungkan  antara  line  dalam  satu  plan produksi. Piping  mempunyai  fungsi  untuk  mengalirkan fluida dari  satu  tempat  ke  tempat  lainnya.  Fluida  yg  berada didalamnya  bisa  berupa  gas,  air,  ataupun Vapour yang mempunyai  temperature  tertentu  [1].  Karena  umumnya material  pipa  terbuat  dari  metal,  maka  sesuai  dengan karakteristiknya,  pipa  akan  mengalami  pemuaian  jika dipanaskan  dan  akan  mengalami  pengkerutan  apabila didinginkan.  Setiap  kejadian  pemuaian  ataupun  pengkerutan dari  pipa  tadi,  akan  menimbulkan  pertambahan  ataupun pengurangan  panjang  pipa  dari  ukuran  semula,  dalam  skala horizontal.
Perancangan  sistem  perpipaan  yang  baik  dan  aman  sangat dibutuhkan  untuk  menjamin  kelangsungan  dari  proses  serta menjamin  umur  pemakaian  dari  sistem  pemipaan  sesuai dengan  siklus  rancangan.  Parameter  aman  sendiri  adalah ketika  pipa  mampu  menahan  beratnya  sendiri  pada  kondisi pembebanan  karena  tekanan  pipa  internal  dan  berat  yang terdapat  pada  pipa  serta  karena  Pembebanan  pengaruh Temperatur.  Namun,  pada  kenyataannya  dilapangan  masih ditemukan kegagalan-kegagalan yang terjadi pada sistem pipa, baik  pada  saat  instalasi  maupun  operasi.  Hal  tersebut  bisa dipengaruhi  oleh  beberapa  faktor  pembebanan  yang  terjadi selama  pipa  tersebut  terpasang,  bisa  faktor  pembebanan karena  alam,  pembenanan  ketika  pipa  belum  beroprasi maupun  pembebanan  ketika    pipa  telah  beroprasi.  Untuk  itu perlu  adanya  perhitungan  analisis  stress  untuk  mengetahui seberapa  besar  tegangan  yang  mampu  diterima  oleh  pipa maupun  equipment  pendukung  agar  tidak  terjadi  kegagalan [2].
Support adalah  alat  yang  digunakan  untuk  menahan  atau memegang  sistem  perpipaan.  Support  dirancang  untuk  dapat menahan  berbagai  macam  bentuk  pembebanan  baik  karena desain dan berat pipa ( Sustain Load ) serta karena Temperatur ( Thermal  Load ).  Akibat  adanya  pembebanan  tersebut  maka

## Analisa Rancangan Pipe Support pada Sistem Perpipaan High Pressure Vent Berdasarkan Stress Analysis dengan Pendekatan Caesar II
Parada Anugerah Pridyatama dan Budi Agung Kurniawan Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Kampus ITS, Keputih, Surabaya 60111 e-mail : agung_bak@mat-eng.its.ac.id
T
akan  menimbulkan  tegangan  yang  akan  ditahan  oleh Pipe Support tersebut.  Akibat  adanya  pembebanan Thermal maka akan  timbul  tegangan Thermal ,  begitu  pula  jika  adanya pembebanan  karena  bobot  mati  pipa  dan  fluida  maka  akan timbul  tegangan Sustained [3].  Penempatan support harus memperhatikan  dari  pergerakan  sistem  perpipaan  terhadap profil  pembebanan  yang  mungkin  terjadi  pada  berbagai kondisi. Karena betapa pentingnya peran daripada Support ini, maka  perlu  adanya  sebuah  perencanaan  yang  baik  untuk merancang  desain pipe  support agar  mampu  menahan tegangan dari berbagai macam pembebanan [4].
Pada  tugas  akhir  ini  akan  dilakukan  perancangan Pipe Support dan  analisa  tegangan  yang  mengacu  pada  code  atau standard  ANSI/ASME  B31.3 pada  Line  High  Pressure  Vent. Dimana  analisis  tegangan  dilakukan  dengan  menggunakan bantuan program CAESAR II.

## II. METODOLOGI PENELITIAN

## I. Pengumpulan Data Informasi
Pengumpulan  data  dan  Informasi  yang  berkaitan  dengan analisa  sistem    perpipaan    JOB  Pertamina  –  Medco  Energi Senoro antara lain Gambar Isometric yang telah diuraikan dari gambar Pipping    and    Instrument  Diagram (P&ID),  Data tentang  Tegangan    maksimum  yang  diijinkan  pada Pipping dan Pipe  support, Gambar  Isometri,  yaitu  melihat  gambar isometri  untuk    mendapatkan  data  yang  dibutuhkan  dalam perhitungan  CAESAR  II    seperti:  Jenis  Fluida, Line  number, Rating  Class,  pipe  size,  Operation  Pressure,  Operation Temperatur,  Desaign  Pressure,  Desaign  Temperatur,Density, SCH,  Thickness,  Pressure  Test,  Insulation  Code,  Insulation Thickness,  PWHT,  NDE  (Non  Destructive  Examination/ Radiography  Test). Mencocokkan Pipe  support sebagai acuan  awal  dalam  memasukkan pipe  span (jarak  antar support) dari situ kemudian diperoleh jarak pipe support yang digunakan pada critical line , namun dari perhitungan tersebut belum  tentu  dapat  dikatakan  aman  sehingga  perlu  dilakukan beberapa  percobaan  untuk  memperoleh  jumlah  support  yang optimal (Piping handbook) . Penentuan berdasarkan percobaan menggunakan CAESAR II

## II. Permodelan pada CAESAR II
Memasukkan  data  mengenai  system  perpipaan  pada  line didalam  CAESAR  II.  Tahap  –tahap  mendesain  sebuah  line pada CAESAR II desain line piping dengan memperhitungkan NPS pipa, tebal pipa, temperature ambient, fluid density , tebal insulasi,Material  pipa, rating  class pipa,  Menggambar  model system perpipaan yang meyambung dengan Komponen seperti Vessel dan Pompa. Data yang dibuthkan pada tahap ini adalah Vessel  Outside  diameter , vessel  thickness ,  letak Nozzle dan dimensinya, rating  class,  corrosion  allowance , Vessel  Outlet Max  operating  temperature , Vessle  outlet  min  Temperatur , Vessel  dasign  temperaur , Vessle  design  Pressure .  Kemudian pada  system  perpipaan  tersebut  digambarkan  komponen perpipaan yang terdapat pada line, seperti valve, flange, elbow, reducer,  tee. Dalam  memasukkan  komponen  perpipaan
tersebut  juga,  diperhitungkan  berat  komponen  tersebut  dan dimensinya  juga.  Memasukkan  node  pada  system  pipa. Memasukkan jenis pipe support yang akan digunakan dan pipe span (jarak support). Menganalisa tegangan, yang terjadi pada masing-masing  pipe  support  dengan  variasi  pembebanan menggunakan perangka lunak CAESAR II. Dalam operasinya piping  terdapat  berbagai  macam  jenis  load  yang  terjadi  pada sistem perpipaan
III . Analisa menggunakan CAESAR II
Setelah  permodelan,  kemudian  mencocokkan  data  yang diperoleh  dengan  Allowable  stress  yaitu  batasan  tegangan yield  pada  ASME  B31.3  [5], jika  ada  salah  satu  pipe  support yang  memiliki tegangan  yang melebihi batas allowance  maka aka dilakukan pemodelan ulang pipe support.
Analisa  beban Nozzle berupa  Gaya  dan  Moment  pada equipment  yaitu  pada Vessel dan  Pompa  menggunakan CAESAR  II.  Kemudian  mencocokan  data  yang  diperoleh dengan data allowable stress yang ada pada Code Vendor, jika ada  salah  satu  nozzle  yang  memiliki  tegangan  yang  melebihi batas  allowance  maka  aka  dilakukan  pemodelan  ulang  pipe support.

## III. HASIL DAN DISKUSI

## A. Allowable Pipe Span

## Gambar 1. Gambar Sistem Perpipaan High Pressure Vent
Pada  sistem  perpipaan High  Pressure  Vent memiliki  dua ukuran  sistem  perpipaan,  yaitu  pipa  dengan  ukuran  20  inch dan 24 inch. Kedua pipa tersebut memiliki jenis material yang sama  yaitu  A106  grade  B.  Adapun  pipa  ukuran  20  inch terdapat  pada  gambar  1  dengan  kode  nomor  1,  3,  dan  5. Sedangkan  untuk  ukuran  24  terdapat  pada  gambar  1  dengan kode  nomor  2  dan  4.  Tahap  pertama  yang  dilakukan  adalah mencocokkan  Panjang  pipe  span  yang  telah  ditentukan  oleh desainer  dengan  allowable  yang  didapat  dari  perhitungan manual.  Perhitungan  manual  berdasarkan  Maksimum  stress dan  Maksimum  Defleksi  [6].  Perhitungan    pipe  span berdasarkan  Maksimum  Stress  tertera  pada  Eq  (3.1), sedangkan  pipe  span  berdasarkan  Maksimum  defleksi  tertera pada Eq (3.2)
(3.1)
L    = allowable pipe span (in) Z    = section modulus (in 3 ) Sh  = allowable tensile stress pada temperatur tinggi   (psi) W   = berat total pipa (lb/in)
(3.2)
L    = allowable pipe span (in) Z    = Moment Inertia (in 4 ) E    = Modulus Elasticity (psi) W   = berat total pipa (lb/in)
∆ = Maximum Deflection (in)
Pada  Tabel  1,  diperoleh  hasil  perhitungan  manual panjangnya Pipe span berdasarkan maksimum stress.
Tabel 1. Allowable Pipe Span Maksimum Stress pipa 20 Inch
Z Modulus Section (in 3 ) 111,4 Sh Allowable Stress in Hot Temperature (psi) 20000 W Total Weight (lb/in) 17,24 L Pipe Span (in) 1136,813 L Pipe Span (m) 28,87505
Sedangkan  pada  Tabel  2,  diperoleh  hasil  perhitungan  manual panjangnya pipe span berdasarkan maksimum Defelction.
Tabel 2. Allowable Pipe Span Maksimum Deflection pipa 20 Inch
I Moment Inertia (in 4 ) 1113,457 E Modulus Elasticity (psi) 27700000 ∆ Deflection (in) 0,492 w Total Weight (lb/in) 17,24 L Pipe Span (in) 579,359 L Pipe Span (m) 14,71572
Dari  kedua  hasil  perhitungan  Allowable  Span  dengan menggunakan  dua  persamaan  maksimum  stress  dan  maksium defleksi,  maka  untuk  pipa  20”  penentuan  desainer  dalam menentukan  jarak  support  sudah  masuk  dalam  jarak allowablenya,  dalam  hal  ini  Pemasangan  Pipe  Support  untuk pipa  20  Inch  menggunakan  jarak  antar  support  sejauh  12 Meter.  Sedangkan  untuk  pipa  24  inch  akan  melakukan  hal yang  sama  memperhitungkan  besarnya  allowable  pipe  span dengan maksimum stress dan maksimum defleksi. Perhitungan
allowable  span  dengan  maksimum  stress  pada  pipa  24  inch terdapat pada Tabel 3.
Tabel 3. Allowable Pipe Span Maksimum Stress pipa 24 inch
Z Modulus Section (in 3 ) 167,32 Sh Allowable Stress in Hot Temperature (psi) 20000 W Total Weight (lb/in) 23,02 L Pipe Span (in) 1205,692 L Pipe Span (m) 30,62457
Sedangkan  pada  Tabel  4,  diperoleh  hasil  perhitungan manual  panjangnya pipe  span berdasarkan  maksimum Defelction
Tabel 4. Allowable Pipe Span Maksimum  Deflection pipa 24 inch
I Moment Inertia (in 4 ) 1946,171 E Modulus Elasticity (psi) 27700000 ∆ Deflection (in) 0,492 w Total Weight (lb/in) 23,02 L Pipe Span (in) 619,7016 L Pipe Span (m) 15,74042
Dari  kedua  hasil  perhitungan  Allowable  Span  dengan menggunakan  dua  persamaan  maksimum  stress  dan  maksium defleksi,  maka  untuk  pipa  20”  penentuan  desainer  dalam menentukan  jarak  support  sudah  masuk  dalam  jarak allowablenya,  dalam  hal  ini  Pemasangan  Pipe  Support  untuk pipa  20  Inch  menggunakan  jarak  antar  support  sejauh  14,5 Meter.

## B. Hasil CAESAR II
Setelah  perhitungan  allowable  pipe  psan  maka  tahap selanjutnya  adalah  analisis  tegangan  menggunakan  Caesar  II, dengan kondisi Tegangan Hydrotest, Tegangan Sustained, dan Tegangan  Thermal.  Pada  gambar  Gambar  2,  diperoleh  hasil Caesar II dengan kondisi Hydrotest pada pipa 20 inch .
Gambar 2. Hasil Tegangan Hydrotest pada pipa 20 inch
𝐿 = 10 𝑍 𝑆ℎ 𝑤 𝐿  = 128 𝐸 𝐼 ∆ 𝑊 4
Pada  pipa  20  Inch  dengan  material  A106B  terlihat  dalam Gambar  2  bahwa  pipa  yang  tidak  memiliki  support menghasilkan  stress  yang  sangat  besar  melebihi  batasan Allowable Stress pada jenis material pipa A106B yaitu sebesar 35.000  psi.  Namun,  jika  pipa  20  Inch  tersebut  diberi  dengan support Resting maupun guide pada jarak allowable span yang sudah dtentukan sebelumnya, maka besaran stress yang terjadi berada dibawah allowable Stress yang diijinkan.
Pada  pipa  24  Inch  dengan  material  A106B  terlihat  dalam Gambar  3  bahwa  pipa  yang  tidak  memiliki  support menghasilkan  stress  yang  sangat  besar  melebihi  batasan Allowable Stress pada jenis material pipa A106B yaitu sebesar 35.000  psi.  Namun,  jika  pipa  24  Inch  tersebut  diberi  dengan support Resting maupun guide pada jarak allowable span yang sudah dtentukan sebelumnya, maka besaran stress yang terjadi berada dibawah allowable Stress yang diijinkan.
Pada  pipa  20  Inch  dengan  material  A106B  terlihat  dalam gambar  4  bahwa  pipa  yang  tidak  memiliki  support menghasilkan  stress  yang  sangat  besar  melebihi  batasan Allowable Stress pada jenis material pipa A106B pada kondisi Hot Condition (Temperatur Operasi) yaitu sebesar 20.000 psi. Namun,  jika  pipa  20  Inch  tersebut  diberi  dengan  support Resting  maupun  guide  pada  jarak  allowable  span  yang  sudah
dtentukan  sebelumnya,  maka  besaran  stress  yang  terjadi berada dibawah allowable Stress yang diijinkan.
Pada  pipa  24  Inch  dengan  material  A106B  terlihat  dalam gambar  5  bahwa  pipa  yang  tidak  memiliki  support menghasilkan  stress  yang  sangat  besar  melebihi  batasan Allowable Stress pada jenis material pipa A106B pada kondisi Hot Condition (Temperatur Operasi) yaitu sebesar 20.000 psi. Namun,  jika  pipa  24  Inch  tersebut  diberi  dengan  support Resting  maupun  guide  pada  jarak  allowable  span  yang  sudah ditentukan  sebelumnya,  maka  besaran  stress  yang  terjadi berada dibawah allowable Stress yang diijinkan.
Pada  pipa  20  Inch  dengan  Kondisi  Operasi  Temperatur Desain  220 0 F  diperoleh  hasil  perhitungan  CAESAR  II  yang terdapat pada Gambar 6. seperti dibawah ini :

## Gambar 6. Hasil Tegangan Thermal pada pipa 20 Inch
Pada  Kondisi  Thermal  Stress  Load  pipa  20  Inch  dengan material  A106B  terlihat  dalam  tabel  bahwa  pipa  yang  tidak memiliki  support  tidak  menghasilkan  stress,  sedangkan  keika diberi  support  Resting  akan  menghasilkan  stress  namun  tidak melebihi  batasan  Allowable  Stress  pada  jenis  material  pipa A106B.  begitupula,  jika  pipa  20  Inch  tersebut  diberi  dengan support  Guide  pada  jarak  allowable  span  yang  sudah ditentukan  sebelumnya,  maka  besaran  stress  yang  terjadi berada dibawah allowable Stress yang diijinkan.
Pada  pipa  24  Inch  dengan  Kondisi  Operasi  Temperatur Desain  220 0 F  diperoleh  hasil  perhitungan  CAESAR  II  yang terdapat pada Gambar 7. seperti dibawah ini :
Gambar 3. Hasil Tegangan Hydrotest pada pipa 24 inch
Gambar 4. Hasil Tegangan Sustained pada pipa 20 inch
Gambar 5. Hasil Tegangan Sustained pada pipa 24 Inch
Pada  Stress  Kondisi  Thermal  Load  pipa  24  Inch  dengan material  A106B  terlihat  dalam  tabel  bahwa  pipa  yang  tidak memiliki  support  tidak  menghasilkan  stress,  sedangkan  keika diberi  support  Resting  akan  menghasilkan  stress  namun  tidak melebihi  batasan  Allowable  Stress  pada  jenis  material  pipa A106B.  begitupula,  jika  pipa  24  Inch  tersebut  diberi  dengan support  Guide  pada  jarak  allowable  span  yang  sudah dtentukan  sebelumnya,  maka  besaran  stress  yang  terjadi berada dibawah allowable Stress yang diijinkan.

## C. Hasil Perhitungan CAESAR II dengan Perhitungan Manual
Perhitungan  Manual  menggunakan  referensi  buku  ITT Grinnell [7]. Hasilantara perhitungan CAESAR II dan Manual untuk Stress Tegangan Termal terdapat pada tabel 5 dan grafik gambar 8 sebagai berikut :
Tabel 5. Perbandingan Perhitungan Teg. Termal Manual dan Software
Gambar  8.  Hasil  perbandingan  perhitungan  manual  Stress  Thermal  Load dengan Software

## D. Hasil Nozzle Cek
Untuk  analisis nozzle  check hasil  CAESAR  II  pada  pipa yang mengenai Nozzle Vessel Besaran Tegangan yang terjadi harus tidak boleh  melebihi dari batasan  yang telah ditentukan oleh Vendor [8]. Hasilnya pada kondisi Thermal load besarnya moment  arah  longitudinal/moment  hoop  melebihi  batasan allowable  yang  diijinkan  untuk  jenis  support  resting  maupun jenis support guide, maka diberikan support untuk mengurangi besarnya moment, yaitu ditambah support pada 4 support pada pipa  yang  mendekati  nozzle  vessel  dengan  rincian  2  support Resting dan 2 Support Guide-Resting. Adapun besar gaya dan moment terdapat pada Tabel 7 dan 8 dibawah :
Tabel 7. Besar Gaya pada Nozzle Vessel
Tabel 8. Besar Moment pada Nozzle Vessel
Gambar 9. Penambahan Support pada Nozzle

## IV. KESIMPULAN/RINGKASAN
Pada  hasil Stress  Hydrotest  Load,  Sustained  load, maupun Thermal  Load di  CAESAR  II  masing  masing  segmen  node tidak  ada  yang  melebihi  batasan  allowable  stress  yang diijinkan.
Gambar 7. Hasil Tegangan Thermal pada pipa 24Inch
Untuk  hasil  nozzle  check  pada  kondisi  Thermal  load besarnya  moment  arah  longitudinal,  moment  hoop  melebihi batasan  allowable  yang  diijinkan  untuk  jenis  support  resting maupun  jenis  support  guide,  maka  diberikan  support  untuk mengurangi besarnya moment , yaitu ditambah support pada 4 support  pada  pipa  yang  mendekati  nozzle  vessel  dengan rincian 2 support Resting dan 2 Support Guide-Resting.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Nugraha,  Budi.  (2012). Piping  and  Pipeline  Components. Jakarta.Budi Nugraha Copyright
[2] Agustinus,Donny.(2009). Pengantar  Piping  Stress  Analysis. Jakarta: Entry Augustino Publiser.
[3] Chamsudi,  Ahmad.(2005). Diktat  –  Piping  Stress  Analysis. Jakarta  : Chamsudi Copyright
[4] Smith, R. Paul and Van Laan, Thomas. (1987). Piping and Pipe Support System Piping Handbook.McGraw Hill Companies Inc., U.S.A.
[5] _________.  ASME.  (2012)  .  B31.3 Process  Piping .  New  York :American Society of Mechanical Engineers.
[6] Kannappan,    Sam.    (1986). Introduction    to    Pipe    Stress    Analysis . John  Wiley  &  Sons, Inc., U.S.A.
[7] Grinel,ITT.(1981). Piping  Design  and  Engineering .  ITT  Grinnell Industrial Piping Corporation, U.S.A.
[8] Tripatra.  (2013). SNO-P-INF-050,  Rev  B  -  Job  Notes  for  Pipe  Stress Analysis . Jakarta. Tripatara Document.