## SIMULASI EVALUASI KOROSI PADA STRUKTUR FLARE STACK
Budi Satiawan 1 , dan Tanjung Rahayu Raswitaningrum 2
1 Prodi Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Jakarta, Jl. Cempaka Putih Tengah 27, Jakarta, 10510 Email korespondensi: budi.satiawan@umj.ac.id
2 Prodi Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Jakarta, Jl. Cempaka Putih Tengah 27, Jakarta, 10510 Email : tanjung.rahayu@umj.ac.id

## ABSTRAK
Flare  stack merupakan  salah  satu  fasilitas  penting  untuk  menunjang  operasional  dari  suatu proses  pengolahan  minyak  dan  gas  yang  berupa  menara  dimana  semua  gas  yang  telah dipisahkan dari minyak dan tidak termanfaatkan akan dialirkan ke flare stack untuk dibakar. Penelitian ini  bertujuan untuk menindak  lanjuti terkait  hasil inspeksi  dengan  ditemukannya bagian dari flare stack yang telah mengalami korosi hingga terjadinya lubang di area connection ring guy wire pada elevasi sekitar 22m dari muka tanah. Karena adanya korosi tersebut maka akan mengakibatkan penurunan kekuatan dari kemampuan struktur dalam menerima beban luar yang terjadi. Untuk  mengetahui besarnya penurunan kekuatan  struktur  akibat  material stack yang korosi ini maka diperlukan studi untuk mengetahui sensitifitas struktur terhadap pengaruh  kondisi  korosi  yang  telah  terjadi  maupun  tehadap  laju  korosi  yang  ada,  dimana estimasi  laju  korosi  adalah  sebesar  0.176  mm/tahun.  Berdasarkan  hasil  simulasi  diperoleh tegangan  maksimum  yang  terjadi  akibat  beban  luar  kritis  (beban  angin)  dengan  kondisi berturut-turut  mulai  dari  kondisi  inisial  (baru),  kondisi  saat  pengukuran  korosi,  laju  korosi mencapai 70%, laju korosi mencapai 75% sebesar 14,6Mpa, 114 Mpa, 151 Mpa dan 175 Mpa dengan rasio tegangan 0,007, 0,56, 0,74 dan 0,85. Estimasi sisa waktu tersisa untuk mencapai tingkat korosi 75% diperkirakan adalah 1,992 tahun.
Kata kunci : Flare Stack , korosi, tegangan maksimal, rasio tegangan

## ABSTRACT
Flare stack is one of the important facilities to support the operation of an oil and gas processing in the form of a tower where all gas that has been separated from the oil is not utilized and will be flowed to the flare stack to be burned.  This research aims to follow up related to the inspection results, where found some parts of the flare stack that have been corroded to the occurrence of holes in the area of connection ring guy wire at an elevation 22m from the ground level. Because of the corrosion, it will result a decrease in the strength of the structure's ability to accept the external  load.  To  determine  the  magnitude  of  the  decrease  in  structural  strength  due  to  this corrosion  stack  material,  a  study  is  needed  to  determine  the  sensitivity  of  the  structure  to  the influence of corrosion conditions that have occurred and the estimate corrosion rate, where the corrosion rate is 0.176 mm / year. Based on the simulation results, the maximum stress that occurs due to external critical loads (wind loads) with successive conditions starting from initial (new) conditions,  conditions  when  measuring  corrosion,  Corrosion  rate  reaches  70%,  corrosion  rate reaches 75% by 14.6Mpa, 114 Mpa, 151 Mpa and 175 Mpa with stress ratio of 0.007, 0.56, 0.74 and 0.85. The estimated remaining time left to reach a corrosion level of 75% is estimated to be 1,992 years.
Keywords: Flare Stack, corrotion, maximum stress, stress ratio

## 1. PENDAHULUAN
Gas Bumi adalah hasil proses alami berupa hidrokarbon  yang  dalam  kondisi  tekanan
dan  temperatur  atmosfer  berupa  fasa  gas yang  diperoleh  dari  proses  penambangan minyak dan gas bumi. Adakalanya gas yang dihasilkan  oleh  kegiatan  eksplorasi  dan
eksploitasi minyak dan/atau gas bumi atau pengolahan minyak dan/atau gas bumi yang pengolahannya  tidak  tersedia  sehingga belum  termanfaatkan  maka  akan  dibakar pada suar yang dikenal sebagai gas suar.
Suar  adalah  instalasi  yang  berfungsi  untuk membakar  Gas  Suar.  Di  lapangan  banyak ditemui  fasilitas  suar  ini  dalam  bentuk cerobong  vertikal  yang  sering  dikenal dengan Flare  Stack .  Secara  umum  bentuk flare  stack  dapat  terlihat  pada  gambar  1 berikut.

## Gambar 1. Flare Stack
Pada sektor industri hulu migas, Flare stack berupa  menara  atau  cerobong  akhir  dari suatu  proses  pengolahan  minyak  pada dimana  semua  gas  telah  dipisahkan  dari minyak  yang  tidak  termanfaatkan  akan dialirkan ke fasilitas ini untuk dibakar yang dapat  dapat  disebabkan  akibat  tidak ekonomisnya gas tersebut untuk diolah atau tidak  adanya  proses  pengolahan  gas  pada fasilitas yang ada ataupun untuk melindungi fasilitas  proses  yang  ada  dari  tekanan berlebih yang tidak diharapkan.

## 2. LANDASAN TEORI Komputasi berbasis elemen hingga
Pemodelan  struktur  dalam  penelitian  ini akan  menggunakan  metode  numeris  yaitu metode elemen hingga. Struktur utama flare stack berupa struktur pipa akan
diidealisasikan menggunakan elemen pelat. Aplikasi  komputasi  yang  akan  digunakan dalam  penelitian  ini  menggunakan  aplikasi komersial  berbasis  metode  elemen  hingga yaitu  STAADPro.  Elemen  pelat  yang digunakan dapat berupa elemen segitiga (3- noded)  atau  elemen  segi  empat  (4-noded). Berdasarkan  koordinat  lokal,  elemen  pelat dapat ditampilkan sebagaimana gambar 2.

## Gambar 2. Elemen Pelat
Tegangan normal dan tegangan geser sesuai sumbu koordinat lokal sebagaimana terlihat pada gambar 3.

## Gambar 3. Tegangan Normal & Tegangan Geser Pelat
Formulasi  umum  yang  digunakan  untuk menghitung  distribusi  tegangan  normal dengan  tegangan  geser  sebagaimana ditunjukan dalam persamaan-1.
( 𝜎 𝑥 𝜎 𝑦 𝜎 𝑥𝑦 ) = [ 1 0 0 𝑥 0 −𝑦 𝑦 0 0 0 1 0 0 𝑥 0 0 𝑦 −𝑥 0 0 1 𝑥 2 𝑦 2 −2𝑥𝑦 2𝑥𝑦 0 −𝑦 2 0 2𝑥𝑦 −𝑥 2 ] ( 𝛼 1 𝛼 2 𝛼 3 . . . 𝛼 10 ) (1)
Dengan  a  adalah  konstanta  polinomial tegangan.

## Perhitungan beban angin
Untuk  memodelkan  beban  angin  yang bekerja  disepanjang  ketinggian flare  stack akan  dihitung  menggunakan  acuan  dari ASCE-7-10, Minimum  Design  Load  and Associated  Criteria  for  Buildings  and  Other Structure . Formulasi yang digunakan untuk menghitung  beban  angina  sebagaimana persamaan 2 berikut.
𝑞𝑧 = 0.613 𝑥 𝐾𝑧 𝑥 𝐾𝑧𝑡 𝑥 𝐾𝑑 𝑥 𝑉2 (2) dengan  qz  =  tekanan  angin  ditinjau  pada ketinggian z, kz = Koefisien velocity pressure exposure , kzt = faktor topografi, kd = faktor wind  directionality ,  V  =  Kecepatan  angin dasar.
Desain eksisting flare stack Ketinggian  total Flare  stack adalah  30.5  m. Struktur ini ditopang oleh 3 buah guy wire yang  dipasang  pada  ketinggian  22  m  dari muka  tanah  di  ketiga  arah  stack.    Material utama riser terbuat dari pipa baja diameter 36” sch. Std. dengan material A-283 Gr.C.
Pada  gambar  4  dan  gambar  5  terlihat gambar  teknis  vendor  untuk  struktur flare stack .
Gambar 4. Gambar Arrangement Flare Stack
Gambar 5. Gambar Detail Stack
Data inspeksi flare stack
Dari inspeksi ditemukan adanya bagian dari riser  stack yang  telah  mengalami  korosi hingga  ada  beberapa  sisi  yang  telah berlubang  pada  elevasi  sekitar  22  m  dari muka tanah di sekitar area connection ring guy wire seperti yang terlihat pada gambar 6 dan gambar 7.

## Gambar 6. Kondisi Lubang No. 1
Gambar 7. Kondisi Lubang No. 2
Lubang No. 1 terdapat pada arah jam 11.00 dengan ukuran 2.4”x1.2” sedangkan lubang no.2  terdapat  pada  arah  jam  12.00  dengan ukuran 9,8”x0,8”.
Gambar 8. Lokasi lubang pada stack
Distribusi  pengurangan  ketebalan  material baja  pada  dinding riser stack di area connection ring untuk guy wire dapat dilihat sesuai tabel berikut.
Tabel 1. Data Pengukuran Korosi
Position Depth of Corroded (inch) Height (inch) 12.00  O’ Clock 0.126 3.150 01.00  O’ Clock 0.082 2.756 02.00  O’ Clock 0.091 2.756 03.00  O’ Clock 0.119 3.543 04.00  O’ Clock 0.090 2.953 05.00  O’ Clock 0.093 2.756 06.00  O’ Clock 0.096 2.559 07.00  O’ Clock 0.094 3.425 08.00  O’ Clock 0.087 3.346 09.00  O’ Clock 0.106 2.756 10.00  O’ Clock 0.102 3.937 11.00  O’ Clock 0.116 3.740 Flare  Stack  (Riser)  using  35”  Pipe  with nominal thickness is 0.25”
Dari  tim  inspeksi  diperoleh  informasi  laju korosi sebesar 0.176 mm/tahun.

## 3. IDENTIFIKASI MASALAH
Berdasarkan  temuan  korosi  yang  terjadi pada  sisi  bagian riser  stack disekitar connection  ring  guy  wire maka  akan mengakibatkan  penurunan  kekuatan  dari fasilitas  ini  terhadap  kemampuan  struktur dalam  menerima  beban  luar  yang  terjadi. Untuk mengetahui efek besarnya penurunan kekuatan akibat korosi ini maka diperlukan penelitian  untuk  mengetahui  sensitifitas struktur baik terhadap kondisi korosi yang telah  terjadi  maupun  tehadap  laju  korosi yang ada.

## 4. TUJUAN PENELITIAN
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui seberapa besar pengaruh korosi yang terjadi pada  dinding riser  stack terhadap kemampuan  struktur  dalam  menerima beban luar yang bekerja.

## 5. METODOLOGI PENELITIAN
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Pengumpulan dan menginterprestasikan laporan inspeksi Flare Stack
b. Kajian  pustaka  terkait  cara  kerja  dari Flare Stack .
c. Analisa  numeris  untuk  mengetahui sensitifitas struktur terhadap penurunan kekuatan yang tejadi akibat korosi.

## 6. ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Penelitian terkait penurunan kekuatan flare stack akibat terjadinya laju korosi dibagian
stack maka
dilakukan simulasi menggunakan  aplikasi  komersial  berbasis elemen  hingga.  Struktur riser  stack dimodelkan  menggunakan  elemen  pelat yang mulai dari lokasi penempatan guy wire hingga elevasi puncak dari flare stack ( flare tip )  dengan  menggunakan  kondisi  batas berupa tumpuan jepit pada sisi bawa model. Kondisi lubang pada flare stack dimodelkan dengan  menghilangkan  elemen  pelat sebesar  dimensi  lubang  dari  hasil pengukuran inspeksi.
Untuk  simulasi  model  awal,  dilakukan analisa  dengan  mengkondisikan  tebal material masih seperti kondisi baru, belum adanya  pengurangan  ketebalan  akibat korosi.  Beban  angin  disimulasikan  bekerja bergantian  di  ke-4  arah  mata  angin  dari model.  Hasil  simulasi  diperoleh  tegangan maksimal  pada  dinding  stack  sebesar  14.6 Mpa, sehingga apabila diketahui mutu leleh baja dari material A-283 Grade C adalah 205 Mpa maka diperoleh rasio tegangan sebesar 0.007.  Dari  besarnya  tegangan  maksimal
yang  terjadi  dapat  disimpulkan  tegangan yang  terjadi  masih  sangat  kecil,  jauh dibawah tengangan leleh material.
Tabel 2. Hasil Analisa Tegangan Saat
Kondisi Inisial No Wind Direction Initial Condition Max Stress MPa Stress Ratio 1 0° Direction (Wz) 14.6 0.07 2 90° Direction (Wx-) 14.6 0.07 3 180° Direction (Wz-) 14.6 0.07 4 270° Direction (Wx) 14.6 0.07
Variasi  model  berikutnya  dibuat  untuk mewakili kondisi aktual di lapangan dengan kondisi  adanya  2  lubang  (lubang  1  dan lubang  2)  serta  pengurangan  ketebalan disekililing  area  dekat connection  ring  guy wire . Simulasi dilakukan dengan membuat 2 model  utama  untuk  memperoleh  kondisi kritis  dari  orientasi  lubang  terhadap  ke empat arah beban angin.
Dari  kondisi  aktual  di  lapangan  diperoleh tegangan maksimum pada sisi area dinding stack yang  mengalami  korosi  sebesar  114 Mpa dengan rasio tegangan 0,56 (model 1) dan tegangan maksimum sebesar 96,1 Mpa dengan rasio tegangan 0,47 (model 2).
Gambar 9. Kontur Tegangan Kondisi Aktual (Model 1)
Gambar 10. Kontur Tegangan Kondisi
Aktual (Model 2)
Tabel 3. Hasil Analisa Tegangan Saat
Pengukuran Korosi No Wind Direc tion Model 1 Model 2 Max Stress MPa Stres s Ratio Max Stress MPa Stres s Ratio 1 0° Direc tion (Wz) 80.3 0.39 76.2 0.37 2 90° Direc tion (Wx- ) 51.2 0.25 78.7 0.38
3 180° Direc tion (Wz- ) 114 0.56 92.7 0.45 4 270° Direc tion (Wx) 57.2 0.28 96.1 0.47
Dengan  skenario  korosi  terus  bertambah sesuai besarnya laju korosi yang ada maka dilakukan  simulasi  dengan  pengurangan tebal  dinding  hingga  mencapai  70%  dan 75% di area yang mengalami korosi dengan dikenai  beban  angin  pada  keempat  arah sepanjang riser  stack .  Dari  hasil  simulasi diperoleh  tegangan  maksimal  pada  kondisi terkorosi  70%  sebesar  151  Mpa  dengan rasio tegangan 0,74, sedangkan pada kondisi korosi  mencapai  75%  diperoleh  tegangan maksimal  sebesar  175  Mpa  dengan  rasio tegangan 0,85.
Tabel 4. Hasil Analisa Tegangan Saat Kondisi Terkorosi 70% dan 75%
No Wind Direc tion CORR 70% CORR 75% Max Stress MPa Stres s Ratio Max Stress MPa Stres s Ratio 1 0° Direc tion (Wz) 108 0.53 127 0.62 2 90° Direc tion (Wx- ) 72.6 0.35 88 0.43 3 180° Direc tion (Wz- ) 151 0.74 175 0.85 4 270° Direc tion (Wx) 80.6 0.39 97.3 0.47
Gambar 11. Kontur Tegangan Kondisi Terkorosi 75%
Dengan  diketahuinya  besaran  laju  korosi dan  kehilangan  tebal  material  akibat  laju korosi maka dapat dihitung estimasi waktu sisa yang ada untuk mencapai suatu tingkat keparahan  suatu  korosi.  Dengan  kondisi korosi  70%  diperkirakan  akan  terjadi sekitar  1,392  tahun  kedepan  sedangkan kondisi  korosi  75  %  diperkirakan  akan terjadi sekitar 1.992 tahun kedepan.
Tabel 5. Estimasi Sisa Waktu Untuk Dengan Kondisi Terkorosi 70% dan 75%
N o Red ucti on % Cor r.ra te (ip y) Corr .rate (m m/y ear) Corr .rate used (m m/y ear) re m.t hk (m m) Est . Ti me (y ea rs) Est. Ti me (m ont hs) 1 70 0.0 069 4 0.17 6 0.52 9 1.9 05 1.3 92 16. 704 2 75 0.0 069 4 0.17 6 0.52 9 1.5 88 1.9 92 23. 904
Jika  seluruh  analisa  diatas  disummarykan dimulai  dari  kondisi  initial  (baru),  korosi saat ini, penambahan korosi hingga 70% dan
penambahan  korosi  hingga  75%,  dapat diperoleh grafik dalam gambar 12.
Gambar 12. Grafik Tegangan Terhadap Variasi Tingkat Keparahan Korosi
Dari  grafik  diatas  dengan  membatasi  rasio tegangan maksimum yang terjadi pada area terkorosi  dengan  beban  luar  yang  bekerja berupa beban angin desain sebesar 0,8 maka diharapkan perbaikan harus sudah dilakukan  sebelum  korosi  terjadi  tidak mencapai 75% dengan estimasi waktu sisa sekitar  1,992  tahun.  Dari  kondisi  ini  dapat menjadi basis bagi pemilik fasilitas tersebut untuk  segera  memperbaiki flare  stack sebelum  terjadi  kegagalan  struktur  yang dapat  mengakibatkan  kerugian  yang  tidak diharapkan.

## 7. KESIMPULAN
Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa dengan  berkurangnya  ketebalan  material pelat pada area sekitar connection ring guy wire sangat berpengaruh pada kemampuan struktur stack dalam menerima beban luar yang bekerja berupa beban angin.
Akibat beban angin desain yang bekerja (80 mph), untuk flare stack kondisi inisial (baru) tegangan  maksimal  pada  dinding stack sebesar 14.6 Mpa, dan rasio tegangan yang terjadi sebesar 0.007.  Dari kondisi saat ini sesaui  pengukuran  korosi  aktual  diperoleh tegangan maksimum pada sisi area dinding stack yang  mengalami  korosi  sebesar  114 Mpa dengan rasio tegangan 0,56. Sedangkan tegangan maksimal yang terjadi pada saat area korosi mengalami mencapai
70%  sebesar  151  Mpa  dengan  rasio tegangan  0,74,  sedangkan  pada  kondisi korosi  mencapai  75%  diperoleh  tegangan maksimal  sebesar  175  Mpa  dengan  rasio tengangan 0,85.
Dengan membatasi rasio tegangan maksimum yang terjadi pada struktur stack akibat beban angin desain sebesar 0,8 maka diharapkan
perbaikan
harus sudah dilakukan  sebelum  korosi  terjadi  tidak mencapai 75% dengan estimasi waktu sisa umur pakai kurang dari 1,992 tahun.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Allowable  Stress  Design  and  Plastic Design,  Specification  For  Steel Buildings, June 1, 1989.
[2] ASCE 7-10, Minimum Design Load and Associated  Criteria  for  Buildings  and Other Structure.
[3] Laporan  inspeksi,  team  Operation  & Integrity Department, VICO Indonesia.
[4] Manual, STAADPro .
[5] Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya  Mineral  Republik  Indonesia No.17  tahun  2021  tentang  Pelaksaan Pengelolaan  Gas  Suar  pada  Kegiatan Usaha Minyak dan Gas Bumi.
[6] Sulardi, Inspeksi Teknik Instalasi Flare Stack Industri Migas dan Selanjutnya, Petrogas Volume 3, Nomor 2, Agustus 2021.
[7] Sulardi  Resetting  Verticality  Flare Stack  dengan  Pengaturan  Tegangan Guy Wire, Info Teknik Vol.22 No.1 Juli 2021.