## Desain tangki timbun external floating roof kapasitas 75000 MT
Kevin Satria Nugraha, *Muhamad Ari, Mochammad Karim Al Amin Program Studi D4 Teknik Pengelasan, Jurusan Teknik Bangunan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Surabaya, 60111, Indonesia
* Corresponding author : m.ari@ppns.ac.id

## Abstrak
Tangki timbun banyak digunakan pada industri terutama sebagai tempat penyimpanan hasil tambang minyak dan gas bumi. Berbagai  macam tipe tangki  timbun dibuat berdasarkan tekanan,  jenis  fluida  yang disimpan dan tipe roof yang digunakan. Roof pada tangki timbun dibedakan menjadi fixed roof, internal floating roof dan external floating  roof.  Floating  roof digunakan  sebagai barrier antara  fluida  dan  ruang  kosong  yang  ada  pada  tangki sehingga  meminimalisir terjadinya vapor space dan kemungkinan kebakaran pada tangki.  Tujuan penelitian  ini adalah  merancang tangki timbun external  floating roof untuk fluida condensate dengan kapasitas 75000 metrik ton. Proses perancangan shell course dan bagian lain dari tangki timbun ini berdasarkan standar API 650 edisi 12 addendum 2018 dengan menggunakan metode variable design point . Verifikasi hasil perhitungan yang dihasilkan secara  manual  dilakukan  dengan software elemen  hingga.    Perhitungan  manual  pada  kontruksi  tangki  timbun external floating roof mendapatkan tebal plat shell minimum yang digunakan adalah 10 mm. Untuk bottom plate didapatkan tebal 8 mm. Simulasi menggunakan software elemen hingga menghasilkan nilai tegangan maksimum pada shell , shell to bottom , dan roof berturut-turut yaitu 1,937 MPa, 7,122 MPa, 0,216 MPa. Semua tegangan yang terjadi masih di bawah tegangan allowable material. Sehingga dapat disimpulkan bahwa kontruksi tangki masih aman.
Kata Kunci: Tangki timbun, External floating roof tank , API 650, variable design point , Finite element methode

## Abstract
Storage tanks are widely used in industry, especially as a storage area for oil and gas mining products. Various types of storage tanks are made based on the pressure, the type of fluid stored and the type of roof used. The roof on the storage tank is divided into a fixed roof, internal floating roof and external floating roof. Floating roof is used as a barrier between the fluid  and the empty space in the tank so as to minimize the occurrence of vapor space and the possibility of a fire in the tank. This study discusses the design of an external floating roof storage tank for condensate fluid with a capacity of 75000 metric tons. The design process for the shell course and other parts of the stockpile tank is based on the API 650 standard 12 addendum 2018 edition using the variable design point method. Verification of the results of calculations generated manually is done with finite element software. Manual  calculations  for  the  construction  of  an  external  floating  roof  heap  tank  get  the  minimum  shell  plate thickness used is 10 mm. The bottom plate was found to be 8 mm thick. The simulation using finite element software produces the maximum stress values on the shell, shell to bottom, and roof, namely 1.937 MPa, 7,122 MPa, 0.216 MPa, respectively. All stresses that occur are still below the allowable stress of the material. So it can be concluded that the tank construction is still safe.
Keywords: Storage tank, External floating roof tank, API 650, variable design point, Finite element method

## 1. Pendahuluan
PT.  TPPI  (Trans-Pacific  Petrochemical Indotama) adalah perusahaan refinery yang mengolah  kondensat  sebagai  bahan  baku  menjadi bahan  jadi  seperti  pertalite,  pertamax,  produk aromatik,  dan  gas  LPG  (liquefied  petroleum  gas). Kondensat  dari  PT.  TPPI  didapatkan  dari  Australia bernama NWS (North West Shelf) kondensat. Dalam melakukan  proses  produksi  tersebut,  dibutuhkan suatu tangki timbun untuk menyimpan produk bahan baku dan produk jadi. Di PT. TPPI terdapat 5 tangki timbun yang digunakan untuk menyimpan kondensat.
PT.  TPPI  memiliki  rencana  jangka  panjang yaitu menambah 3 berth baru, yaitu berth 2, berth 6 dan  berth  7.  Dimana,  statistik  rencana  PT.  TPPI jangka  panjang  yaitu  dari  tahun  2018–2037 mengalami  kenaikan  di  permintaan  bahan  baku kondensat, dari 2.857.719,20 MT/tahun ke 6.839.218,90  MT/tahun[1].  Maka  dibutuhkannya sebuah  desain  tangki  baru  untuk  menunjang penambahan  kapasitas  kondensat.  Tangki  timbun yang  ada  pada  PT.  TPPI  memiliki  jenis external floating  roof .  Jenis roof ini  dapat  meminimalkan pengurangan produk akibat penguapan dibandingkan dengan tipe  fixed  roof .  Tangki  timbun  memiliki
diameter 65.5 m yang akan di desain ulang menjadi tangki berdiameter 80 m [2].
Perencanaan  pemodelan  dan  desain  tangki timbun  yang tepat, pastinya akan dapat mengurangi kegagalan dalam proses pembuatan dan kontruksinya[3]. Desain tangki timbun tentunya juga mengacu  pada  standard  pembuatan  yang  telah  ada, yaitu  API  650.  Dimana,  terdapat  desain  ketebalan shell,  annular  bottom,  roof,  wind  girder ,  dengan menggunakan variable design methods. Untuk design external  floating  roof ,  telah  diatur  pada  API  650 annex C. Selain itu, juga memperhitungkan stabilitas tangki  terhadap  angin  dan  tekanan  hidrostatis  pada tangka[4].  Setelah  pemodelan  manual  selesai,  maka akan  dilakukan  pemodelan  menggunakan  software AMETANK. Tangki timbun hasil perancangan akan di  analisis  kekuatannya  terhadap  beban  angin,  dan tekanan  hidrostatis  yang  terjadi  pada  tangki  dengan menggunakan software Ansys[5][6].
Pemilihan tipe tangki timbun yang digunakan untuk  menyimpan  produk  tertentu,  utamanya ditentukan  menurut  keamanan,  faktor  lingkungan, dan  biaya.  Maka  dari  itu  desain  dan  faktor keselamatan  adalah  hal  terpenting  dalam  proses pembuatan  suatu  tangki  timbun.  Karena,  bahaya kebakaran  dan  ledakan  untuk  tangki  timbun  dari tahun ke tahun meningkat dan menyebabkan korban luka maupun kematian[7].
Beberapa penelitian tentang tangki timbun ini telah  dilakukan  untuk  mendapatkan  kekuatan  dan ketahanan  desain  tangki  timbun  serta  faktor keamanannya[8][9][10]  dan  juga  terdapat  sejumlah permasalahan  dan  metode  penyelesaiannya  dalam mendesain  tangki  tersebut  ketika  menggunakan perhitungan manual menurut API 650, menggunakan API  650  annex  C,  software  Ansys  dan  software lainnya.

## 2. Metode Penelitian
Penilitian  ini  berupa  desain  tangki  external floating roof  kapasitas 98520 m³. Dimana dilakukan perhitungan  tebal  shell  dengan  metode variable design  point  methode , tebal  bottom  plate,  desain wind girder , perhitungan wind load , desain external floating  roof yang  mengacu  pada  standar  API  650 twelfth  edition  add  2018.  Setelah  dilakukan perhitungan  dan  desain,  tangki  dimodelkan  dengan menggunakan  software  AMETANK  7.7  untuk mengetahui bentuk tangki yang telah didesain dalam bentuk  3  dimensi  dan  drawingnya[8].  Setelah dilakukan  pemodelan  tangki,  hasil  daripada  desain tangki akan dimodelkan untuk mengetahui tegangan yang terjadi akibat pembebanan yang terjadi dengan menggunakan software ANSYS 19.2[9]. Untuk jenis pembebanannya dan komponen yang dikenai beban, dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Jenis Pembebanan pada Tangki No. Komponen Tangki Jenis Pembebanan 1 Shell Wind Load 2 Shell and Bottom Hydrostatic Load 3 Roof Deck Rain Fall Load 4 Support Leg Roof Total Weight of Roof
Dasar  perhitungan  desain  tangka  ini  adalah data-data tangka sebagaimana tersaji pada table 2.
Tabel 2. Desain Data No.  Data Tangki Nilai 1 Diameter Tangki 80 m 2 Tinggi Tangki 20,71 m 3 Specific Gravity Liquid 0,766 4 Desain max liquid 19,6 m 5 Shell Course Plate 6 m x 2,9 m 6 Corroson Allowance 1,5 mm 7 Jenis Roof EFR single deck Normal Capacity 98520 m³ Material Shell (A573 Gr70) Bottom (A36) Roof (A36) 8 Sd untuk shell 193 MPa 9 St untuk shell 208 MPa
Setelah  dilakukan  pembebanan,  hasil  dari beban  akan  diverifikasi  dengan allowable  stress material masing-masing komponen tangki. Selanjutnya dilakukan perhitungan untuk
mendapatkan nilai safety factor dari  masing-masing komponen tangki.

## 3. Hasil Dan Pembahasan
Dari  hasil  perhitungan  minimal  thickness yang dibutuhkan didapatkan nilai sebagai berikut:

## 3.1. Hasil Perhitungan Minimal Thickness Pada Tangki
Untuk  menghitung  ketebalan  shell  setiap course dengan  metode variable design point,  dilihat pada  API  650  paragraf  5.6.4.  Didapatkan  hasil perhitungan  tebal  shell  course  seperti  yang ditunjukan Tabel 3.
Tabel 3. Hasil Perhitungan Tebal Shell Course
Untuk  mencari  tebal  minimum bottom  plate, dilihat  pada  AP  650  paragraf  5.4.1  bahwa  tebal minimal  dari bottom  plate adalah  6  mm.  Sehingga untuk menghitung ketebalan minimum bottom plate harus ditambahkan corrosion allowance nya. Sehingga didapatkan ketebalan minimumnya sebesar 8 mm.
Untuk menghitung ketebalan annular bottom plate, pertama menghitung berapa produk stress dan hydrostatic stress pada course 1. Selanjutnya mencari nilai ketebalannya, dapat dilihat pada API 650 tabel 5.1a.  ditemukan  ketebalan annular  bottom  plate ditambah CA adalah 13 mm.
Untuk  mencari  desain  dari  pada wind  girder dapat  dilhat  pada  API  650  paragraf  5.9.  didapatkan desain wind  girder berupa top  curb angel, top wind girder, dan intermediete wind girder seperti Gambar 1 dibawah ini.
Gambar 1. Desain wind girder, (a) Top curb angle, (b) Top wind girder, (c) Intermediete wind girder
3.2. Hasil Perhitungan Stabilitas Tangki

## Terhadap Beban Angin
Dalam  tahap  pendesainan  tangki,  dilakukan pengecekan  stabilitas  tangki  terhadap  beban  angin. Apakah tangki yang didesain nantinya membutuhkan anchor  bolt apa tidak  dalam  menahan  beban  angin. Perhitungan  stabilitas  tangki  terhadap  beban  angin diatur pada API 650 paragraf 5.11. dimana terdapat persyaratan  apabila  tangki  yang  telah  didesain membutuhkan anchor  bolt apa  tidak.  Di  bawah  ini adalah  hasil  perhitungan  stabilitas  tangki  terhadap beban  angin  yang dijelaskan oleh  API 650 paragraf 5.11.2.1.
Dari ketiga kriteria diatas, maka tangki  yang terkena  beban  angin  tidak  diperlukan anchor  bolt untuk stabilitasnya.

## 3.3. Desain External Floating Roof
Tahap  desain external  floating  roof telah  di atur  pada  API  650  annex  C.  Dimana  untuk  desain roof dibagi  menjadi  3,  yaitu  desain roof  deck,  roof drain, dan support  leg. Pertama  adalah  desain roof deck, di atur pada API 650 annex C paragraf C.3.3.2. dimana tebal  minimum  yang diatur untuk roof deck adalah  4,8  mm.  Desain roof  deck dapat  dilihat oleh Gambar 2 di bawah ini.
Gambar 2. Desain roof deck Dimana ketebalannya : Deck plate (Pd) : 6,4 mm Pontoon outer rim plate (Por) : 10 mm Pontoon inner rim plate (Pir) : 12 mm Pontoon top plate (Ptp) : 4,8 mm Pontoon bottom plate (Pbp) : 6,3 mm
Tahap  selanjutnya  adalah  desain roof  drain yang  berguna  sebagai  drainase  air  hujan  dari  pada external floating roof. Desain roof drain telah diatur persyaratannya  pada  API  650  annex  C  paragraf
C.3.8.1  bahwa  diameter  minimal  dari roof  drain adalah  4  inchi.  Dari  perhitungan  desain,  didapatkan bahwa  diameter roof  drain minimal  yang  mampu menahan air hujan adalah 2 inchi. Maka dari itu untuk desain  yang  digunakan  adalah roof  drain dengan ukuran 4 inchi.
Selanjutnya  adalah  desain supporting  leg yang  berguna  menahan roof dari  bersentuhan langsung  dengan bottom. Desain support  leg telah diatur persyaratannya pada API 650 annex C paragraf C.3.10.2 dimana support leg harus mampu menahan beban roof dan uniform  load sebesar  1,2  kPa.  Dari hasil desain dan perhitungan ditemukan support  leg yang mampu menahan beban berjumlah 157 buah.
Setelah semua tahapan desain telah dilakukan, maka  selanjutnya  adalah  mengecek  nilai bouyancy yang dihasilkan dengan total berat yang terjadi pada roof. Didapatkan nilai provided bouyancy lebih besar dari  pada total  weight  roof .  Sehingga external floating  roof dapat  mengapung  dengan  sempurna diatas liquid yang disimpan.

## 3.4. Hasil Pemodelan AMETANK
Pemodelan  dengan  menggunakan software AMETANK  berguna  untuk  memverifikasi  hasil perhitungan  manual  dan  memodelkannya  dalam bentuk 3D. Untuk hasil pemodelan dapat dilihat pada Gambar 3 di bawah ini.
(a)
(b)
(c)
Gambar  3. Hasil  pemodelan  AMETANK,  (1) Tampak  depan,  (2)  Tampak  atas,  (3)  Tampak bawah

## 3.5. Hasil Pemodelan ANSYS
Pemodelan  dengan  menggunakan  software ANSYS  berguna  untuk  memverifikasi  hasil  desain tangki yang telah dilakukan terhadap beberapa model pembebanan dengan simulasi metode elemen hingga. Untuk  hasil  simulasi  pembebanan  dan  lokasi tegangan  maksimum  dan  minimum  yang  terjadi dapat dilihat pada Gambar 4 di bawah ini
Gambar 4. Hasil simulasi pembebanan ANSYS, (a) wind load, (b) hydrostatic load, (c) rainfall load, (d) total    weight on roof.
Pada simulasi dengan beban angin didapatkan nilai  deformasi  terbesar  yang  terjadi  pada course keempat  dengan  nilai  0,073  mm.  Sedangkan  nilai maksimum equivalent  stress yang  terjadi  pada intermediate girder sebesar 0,880 MPa.
Pada  simulasi  dengan  beban  hidrostatik, beban  karena  fluida  yang  ditampung  dalam  tangki berdasarkan  tinggi liquid  level ,  didapatkan  nilai deformasi  terbesar  yang  terjadi  pada shell  course terbawah  dengan  nilai  0,048  mm.  Sedangkan  nilai maksimum equivalent  stress yang terjadi pada shell course terbawah sebesar 7,122 MPa.
Pada  kedua  simulasi  tersebut  diatas  nilai tegangan  yang  terjadi  dianggap  masih  aman  karena jauh dibawah nilai allowable stress material sebesar 193 MPa dan tegangan yield material 290 MPa. Dari hasil simulasi pembebanan floating roof akibat  air  hujan  didapatkan  nilai  deformasi  terbesar yang terjadi dengan nilai 0,006 mm. Di dapatkan pula nilai  maksimum equivalent  stress yang  terjadi sebesar 0,216 MPa. Nilai tegangan tersebut dianggap masih  aman  karena  jauh  dibawah  nilai alowable stress material  sebesar  166,66  MPa  dan  tegangan yield material  250  MPa.  Maka  desain floating  roof dalam menerima beban air hujan di anggap sufficient . Dari hasil simulasi pembebanan pada support leg didapatkan  nilai  deformasi  terbesar  yang  terjadi dengan  nilai  0,135  mm.  Didapatkan  pula  nilai maksimum equivalent  stress yang  terjadi  sebesar 34,984  MPa.  Pada  API  650  paragraf  5.10.3 menyatakan  bahwa allowable  stress untuk roof component harus didapatkan dari perhitungan dengan AISC  360  dimana allowable  stress- nya  adalah 86,725  MPa.  Sehingga  nilai  tegangan  yang  terjadi dianggap masih aman  yaitu dibawah nilai allowable stress . Maka desain support leg dikatakan sufficient .
4. Kesimpulan
Dari  hasil  perancangan  serta  analisis  yang telah  dilakukan  dapat  disimpulkan  bahwa  Hasil simulasi  dengan  beban  angin  778028,580  N  pada shell .  Didapatkan  nilai  tegangan  maksimum  pada intermediete girder sebesar 0,880 MPa. Begitu juga hasil  simulasi  dengan  tekanan  hidrostatis  ditambah berat roof dan air hujan untuk mengetahui tegangan pada shell dan bottom pada saat tangki  berisi  fluida
berupa condensate. Didapatkan  nilai  tegangan maksimum 7,122 MPa, yang terjadi pada shell course paling  bawah.  Selain  itu  hasil  dari  analisa storage tank tersebut  didapatkan  nilai safety  factor sebesar 27,099.  Nilai  ini    lebih  besar  dari  minimum safety factor yang  diperbolehkan  API  650  pada hydrotest yaitu  2,5.  Hasil  simulasi  dengan  beban  air  hujan 416556,849  N  pada floating  roof .  Didapatkan  nilai tegangan maksimum 0,216 MPa. Tegangan tersebut masih jauh di bawah allowable stress of material (A 36)  sebesar  166,66  MPa  dan  yield  stress  250  MPa. Maka desain aman dalam menerima beban air hujan. Hasil  simulasi pada  setiap support  leg akibat beban floating  roof ,  air  hujan,  dan live  load sebesar 57471,938 N. Didapatkan nilai tegangan maksimum 34,984 MPa. Tegangan tersebut masih jauh di bawah allowable stress material (A 53 gr B) yang dihitung dengan rumus pada AISC 360 sebesar 86,875 MPa. Maka  desain support  leg aman  dalam  menerima beban yang terjadi.

## Referensi
[1]    PT.  TPPI, “ Rencana  Induk  Terminal  Khusus,” Tuban, Jawa Timur, 2017
[2]    S.  Pullarcot,  “Above  Ground  Storage  Tanks Practical Guide to Construction, Inspection, and Testing”’ US. Taylor & Francis Group , Florida, 2015
[3]    N.  Nugraha,  “Perilaku  Nonlinier  Pipa  Elbow Bertekanan Yang Diberi Beban Termal Dan In- Plane Bending,” 2018.
[4]  American Petroleum Institute, “ API 650 Standart Welded  Tanks  for  Oil  Storage  Tank  (Vol. Twelft),” API  Publishing  Service .  Washington D.C., 2013
[5]  AMEtank  reference  manual, Technosoft  inc , Cincinnati, 2014
[6]  U.  Brawijaya,  “Modul  Training  Ansys Workbench  PT.  BOMA  BISMA  INDRA”, Pasuruan, 2014
[7]   S. Y. Kuan, “Design, construction and operation of the floating roof tank,” Research Project  of University  of  Southern  Queensland ,  Australia, 2009
[8]  J.  Fang,  W.  Huang,  F.  Huang,  L.  Fu,  and  G. Zhang,  “Investigation  of  the  Superposition Effect of Oil Vapor Leakage and Diffusion from External  Floating-Roof  Tanks  Using  CFD Numerical  Simulations  and  Wind-Tunnel Experiments,” Processes , vol. 8, no. 3, p. 299, 2020.
[9]  F.  Lestari  and  W.  Nurdiansyah,  “Potensi Bahaya  Kebakaran  Dan  Ledakan  Pada  Tangki Timbun  Bahan  Bakar  Minyak  (Bbm)  Jenis Premium Di Depot X Tahun 2007,” MAKARA , vol. 11, no. 2, pp. 59–64, 2007.
[10]  I.  F.  Akbar,  H.  Yudo,  and  I.  P.  Mulyatno, “Analisis  Kekuatan  Tangki  Penyimpanan
Crude Oil 38T-104 Berbentuk Silinder dengan Tipe External Floating Roof pada PT Pertamina RU IV Cilacap,” J. Tek. Perkapalan , vol. 8, no. 1, 2019.