## PERANCANGAN BEJANA TEKAN ( PRESSURE VESSEL ) UNTUK SEPARASI 3 FASA
Abdul Aziz, Abdul Hamid dan Imam Hidayat Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Email : abdul.aza@gmail.com
Abstrak --  Perancangan  bejana  tekan  ini  menggunakan  metode  yang  disesuaikan  dengan kemajuan  teknologi,  dimana  begitu  banyak  aplikasi  yang  digunakan  dalam  dunia  kerja salahsatunya  dengan  software  PV  Elite.  Dalam  perancangan  ini  penulis  menggunakan  material untuk dinding bejana (shell) dan kepala bejana (head) SA-516 Grade 70. dengan desain tekanan = 3,1 MPa dan mempunyai dimensi panjang bejana tekan (Seamless/Seamless)= 5900 mm, dengan diameter (D)  = 2140  mm  dengan Corrosion  Allowance =  6 mm. Dan dari perhitungan aplikasi PV Elite  ketebalan  shell  yang  didapat  untuk  bejana  tekan  tersebut  adalah  30,45  mm  sedangkan perhitungan  manual  adalah  29,84  mm.  Untuk  ketebalan  kepala  (head)  bejana  tekan  berdasarkan perhitungan  PV  Elite  didapat  30,18  mm  sedangkan  perhitungan  secara  manual  ketebalan  kepala (head)  adalah  17,92  mm.  Tekanan  yang  maksimal  berdasarkan  PV  Elite  adalah  untuk  Head  = 5,1356  MPa  dan  Shell  =  5,0418  MPa,  sedangkan  hasil  dari  perhitungan  manual  untuk  Head  = 1,0144 MPa dan untuk Shell = 3,9102 MPa.
Kata Kunci: Bejana Tekan (Pressure Vessel), software PV Elite

## 1. PENDAHULUAN
Bejana  adalah  komponen  yang  sangat diperlukan  untuk  industri  pengilangan  minyak dan  gas.Bejana  tekan  ( pressure  vessel ) merupakan  tangki  yang  digunakan  untuk penyimpanan fluida.Biasanya fluida yang disimpan  dalam  bejana  tekan  adalah  fluida yang  memiliki  karakteristik  maupun  perlakuan khusus,  misalnya  fluida  bertekanan,  fluida dalam  temperatur  rendah  maupun  temperatur tinggi  dan  lain-lain.  Bejana  tekan  dirancang berdasarkan  dengan  berbagai  data  masukan, diantaranya informasi dari piping dan instrument  diagram  (P&ID), data  sheet , work instruction atau  aturan  khusus  yag  berlaku pada sebuah proyek, dan lain sebagainya.
Dalam  merancang  bejana  tekan  dapat dihitung dengan cara manual ( hand calculation ) dengan  formula  dari  standar ASME  (American Society  of  Mechanical  Engineers) maupun analisa  komputer.  Disini  penulis  menggunakan analisa dengan komputer yaitu dengan software  PV  Elite  dan  tidak  membandingkan dengan  teori-teori  yang  ada.Data  yang  diambil untuk  penulisan  ini  berdasarkan  proyek  yang telah dikerjakan.
Bejana Tekan ( Pressure Vessel ) Bejana  tekan  atau  istilah  dalam  teknik adalah  tabung  tertutup  berbentuk  silinder, sebagai  penampung  tekanan  dalam  maupun tekanan  luar.  Adapun  komponen-komponen
dari  suatu  bejana  tekan,  terdiri  dari  beberapa bagian  utama  seperti;  dinding  ( shell ),  kepala bejana  ( head ),  lobang  orang/lubang  pembersih ( manhole ),  nosel-nosel  ( nozzles ),  dudukan penyangga  ( support )  dan  aksesoris  lainnya yang  digunakan  sebagai  alat  pendukung,  baik komponen  yang  berada  di  dalam maupun  luar, sebagai  suatu  alat  proses  pemisahan  dan penampungan,  baik  untuk  pemisah  minyak mentah,  air  dan  gas  atau  fluida  lainnya  yang akan  dipisahkan  dalam  bejana  tekan  ini  juga akan  mengendap  secara  gravitasi  di  dalam bejana tekan tersebut sehingga terpisah secara sendirinya.  Adapun  material  atau  bahan  yang digunakan  untuk  membuat  bejana  tekan  ini adalah  pelat  baja  yang  terlebih  dahulu direncanakan dan dihitung ketebalan pelat yang akan  digunakan  dan  spesifikasi  material  yang akan  direncanakan  didalam  proses  pabrikasi pembuatan bejana tekan ini. Sistem penyambungan yang digunakan antara komponen  yang  satu  dengan  yang  lainnya digunakan  sistem  pengelasan.Bejana  tekan paling sering digunakan sebagai media penampung  fluida  cairan,  uap  air,  atau  gas pada  tingkatan  tekanan  lebih  besar  dari tekanan udara.Bejana tekan menampung suatu unsur  yang  digunakan  secara  luas  untuk berbagai  aplikasi  industri  yang  mencakup bahan  kimia,  farmasi  makanan  dan  minuman, minyak  dan  bahan  bakar,  industri  nuklir,  dan industri plastik.
Dimensi Bejana Tekan (P ressure Vessel ) Dalam  menentukan  dimensi  atau  ukuran dari  suatu  bejana  tekan,  maka  akan  dibahas mengenai  rumus-rumus  yang  berkaitan  dalam menentukan  ukuran  atau  dimensi  dalam merencanakan  suatu  bejana  tekan  yaitu kapasitas, diameter, panjang, tebal dinding dan tebal  dinding  kepala  bejana  dari  suatu  bejana tekan.
Didalam kriteria perancanaan bejana tekan ini ditentukan kriteria sebagai berikut : 1. Jenis bejana tekan = separator 3 Fasa.
2. Kapasitas produksi (V) = m 3
3. Diameter (Di) = mm
4. Panjang (L) = mm
5. Tekanan Perencanaan (Pd) = bar = MPa
6. Tekanan operasi (Po) = bar = MPa
7. Max. tekanan test (Pi) = bar = MPa
8. Temperatur perencanaan (t) = 0 C 9. Temperatur operasi (ti) = 0 C 10. Corrosion Allowance (CA) = mm

## Kapasitas Bejana
Kapasitas  atau  volume  produksi  yang dapat  ditampung  secara  terus  menerus  oleh bejana  tekan  dengan  diasumsikan  terlebih dahulu  diameter  dan  panjang  bejana  dengan rumus sebagai berikut: Total Volume (V) = 0.7854 x D 2 x L …. [1]

## Panjang Bejana
Panjang  bejana  tekan  dapat  dihitung berdasarkan  asumsi  atau  perkiraan  waktu aliran  gas  yang  masuk  sampai  gas  keluar, dengan  waktu  yang  sama  untuk  besarnya butiran dengan ukuran diameter (Dp), jatuh dari atas  bejana  tekan  ke  permukaan  cairan, sehingga  untuk  panjang  separator  bisa  dicari dan  diameter  ini  berfungsi  untuk  mengurangi kecepatan.
L = …………………..[2]
Ketebalan Dinding ( Shell )
Ketebalan  badan  dinding  bejana  yang mengalami  tekanan  internal  tidak  boleh  lebih tipis  dari  pada  nilai  yang  dihitung  dari  rumus berikut, disamping itu provisi harus dibuat untuk setiap  beban  lain,  jika  beban  itu  diperkirakan terjadi,  untuk  menghitung  ketebalan  dinding badan  bejana  maka  dapat  digunakan  rumus sebagai berikut:
1)  Jika yang diameter dalam yang digunakan, maka;
t =
…………………. [3]
2) Jika yang diameter luar yang digunakan, maka;
t =

## …………………. [4]

## Ketebalan Dinding kepala bejana tekan
Ketebalan  dinding  kepala  bejana  tekan terbentuk  setengah  lingkaran  ( Sphere dan Hemispherical  Head )  dapat  kita  cari  dengan rumus sebagai berikut:
1) Jika yang diameter dalam yang digunakan, maka;
t = …………………… [5] 2) Jika yang diameter luar yang digunakan, maka; t = …………………… [6]
Dimana : R = Radius luar (mm) Untuk  Ketebalan  dinding  kepala  bejana tekan terbentuk setengah lingkaran ( Ellipsoidal ) dimana  perbandingan  diameter  (D)  dan  tinggi (h)  adalah  2:1  dapat  kita  cari  dengan  rumus sebagai berikut :
1)  Jika  yang  diameter  dalam  yang  digunakan,
maka; t = …………………… [7]
2) Jika yang diameter luar yang digunakan,
maka; t = …………………… [8]

## Letak Posisi Saddle
Untuk  bejana  tekan  jenis  separator  agar kedudukannya  seimbang,  kuat,  dan  permanen, maka  digunakan  dua  penyangga  ( saddle ). Untuk  merencanakan  penyangga  supaya  lebih hemat  dari  segi  material  maka  tidak  usah menggunakan plat pengkaku ( stiffener ring ) bila tidak  diperlukan.  Bila  separator  cukup  besar maka  letak  penyangga  harus  dekat  dengan kepala bejana tekan. Penyangga bila menggunakan  plat  pengkaku,  maka  minimum dianjurkan  menggunakan  ASME  adalah  120 0 terkecuali separator kecil menggunakan standar G-6 A = minimum 0.2 x L

## Bahan Baku (Material) Bejana Tekan
Secara  umum  pemilihan  material  harus berdasarkan  kondisi  layanan  ( service )  dan MDMT/temperatur  desain.  Material  bejana tekan  biasanya  berdasarkan  spesifikasi  dari data  sheet dalam  nama  yang  umum,  dengan komposisi  nominal  atau  dengan  nama  dagang. Dalam data  sheet mekanik,  bahan-bahan generik  ini  harus  dibuat  dengan  material- material yang berdasarkan ASME/ASTM.
Spesifikasi ASME memiliki penunjukan numerik sama dengan spesifikasi ASTM, tetapi didahului  oleh  SA  bukan  A  untuk  bahan  besi (misalnya;  SA516-70)  dan  SB  bukannya  B untuk  bahan  non  ferrous  (misalnya;  B424). Spesifikasi  ASME  harus  sesuai  dengan  ASME Section II, bagian A.

## Klasifikasi Bejana Tekan
Klasifikasi  bejana  tekan  di  bagi  menurut posisi  atau  tata  letak  bejana  tekan  yang  terdiri dari dua macam posisi yaitu : posisi vertikal dan posisi horizontal.
1. Posisi tegak ( vertical )
Posisi vertical yaitu  posisi  tegak  lurus terhadap  sumbu  netral axis ,  dimana  posisi  ini banyak  digunakan  didalam  instalasi  anjungan minyak lepas pantai ( offshore ), yang mempunyai tempat terbatas.
Gambar 1. Bejana Tekan Vertical
2. Posisi datar ( horizontal )
Bejana  tekan  pada  posisi  horizontal banyak  ditemukan  dan  digunakan  pada  ladang sumur  minyak  didaratan  karena  mempunyai kapasitas produksi yang lebih besar.

## Gambar bejana tekan horisontal

## Support Bejana Tekan
Support bejana tekan biasanya didukung oleh salah satu metode berikut:
1.  Skirt 2.  Support legs
3.  Support lugs
4.  Ting girders
5.  Saddles
Nosel-nosel ( nozzles )
Biasanya,  standar  ASME  B16.5  Pipa flange untuk  diameter nozzle 24  in.  (600mm) dan  kurang  atau  ASME  B16.47  Seri  B flange baja  berdiameter  besar  untuk  diameter nozzle lebih  dari  24  in  (600mm),  digunakan  untuk nosel flange . Flangenon standar seperti ketebalan  ( girth ) flange untuk  shell  dan  tabung ( tube )  penukar  panas  akan  desain  sesuai Lampiran  2  dari  ASME  VIII  divisi  1.  Ketika flange standar  dipilih,  tidak  ada  perhitungan tambahan yang diperlukan.
Self  reinforcing (SR)  / forged nosel dianjurkan  jika  memenuhi  salah  satu  dari berikut:
1. Rating flange 600 psi atau lebih tinggi
2.  Ketebalan  komponen  shell  lebih  dari  2  inci (50mm).
3. Desain temperatur lebih 650 0 F (343.3 0 C) 4.  Untuk  servis  suhu  rendah  maka  dibutuhkan pengujian dengan Charpy V-Notch ( CV-impact ).
Simbol-simbol peralatan tekanan Simbol
peralatan tekanan pada
umumnya  digunakan  dalam  gambar  skematik dan  proses  dan  instrumentasi  diagram  (P&ID). Ada banyak variasi berdasarkan British standard  (BS),  IS,  dan  Amercian  standard (ANSI).
Gambar 2. Simbol-simbol Bejana tekan pada P&ID

## 2. METODOLOGI Prinsip Kerja Bejana Tekan 3 Fasa
Prinsip  pemisahan  dilakukan  dengan mengubah  kecepatan  dan  arah  fluida  dari sumur  (well),  sehingga  cairan  dan  gasnya terpisah  karena  perbedaan  densitas.  Fluida yang  lebih  berat jatuh  kebawah  dan  yang  lebih ringan  diatas.  Faktor  yang  mempengaruhi terjadinya  pemisahan  fluida  karena  adanya perbedaan densitas gas, minyak dan air.

## Gambar 3. Prinsip Kerja Bejan Tekan
Pembuatan Piping and instrument diagram P&ID. Piping and Instrument Diagram
atau biasa  disingkat  P&ID  adalah  ilustrasi skematik  yang  mendetail  mengenai  hubungan fungsional perpipaan, instrumentasi dan komponen  sistem  peralatan  di  dalam  suatu plant ,  misalnya  pada oil  refinery  plant , chemical  plant,  paper  mill,  atau  cement  plant . P&ID  adalah  salah  satu  informasi  penting mengenai  semua  komponen plant dalam  fase desain,  fase  konstruksi,  dan  fase  operasional. Pada  fase  desain,  perancang  pipa  mengacu pada  data-data  dalam  P&ID,  standard,  dan work  instruction aturan  tambahan  yang  berlaku dalam suatu proyek.
Gambar 4. Vessel Sketch

## Data Perancangan
Desain data: Pi = Internal data pressure = 31 bar = 3,1 MPa Po  = External data pressure = 1 atm = 1,01325 bar = 0,101325 Mpa Internal Temperature = 140 0 C = 413,15 K External temperature = 32 0 C (temperature ruangan) = 305,15 K D = Diameter = 2140 mm Panjang (T/T) = 6000 mm Panjang (S/S) = Panjang (T/T) – Welding Line = 6000 – 100 = 5900 mm Ca = Corrosion Allowance = 3 mm (Corrosion internal dan external masing-masing 3 mm) E = Joint Efficiency = 1 Head type = 2:1 (ellipsoidal) Jenis support = Saddle Material Shell = SA-516 GR. 70 N Material Heads = SA-516 GR. 70 N Material support = SA-516 GR 70 / SA-283 GR. C Material nozzles = SA-106 GR. B S = Yield Stress untuk material SA-516 GR. 70 N = 137.90 N/mm 2 = 137.90 Mpa E = Joint Efficiency = 1 Type = WN (weld neck)
Tabel 1. Nozzle Schedule No Size Rating Type Service N1 203.2 (8”) 300# WN INLET N2 152.4 (6”) 300# WN GAS OUTLET N3 152.4 (6”) 300# WN WATER OUTLET N4 152.4 (6”) 300# WN OIL OUTLET
Tabel 2. Data Sheet Bejana Tekan

## Tahap Desain Bejana tekan
Perencanaan dengan PV Elite
Memasukan data-data diatas ke dalam Desing data pada PV elite
Gambar  5. Input Data 1. Menentukan ketebalan shell Setelah data dimasukan maka
memasukkan  angka  ketebalan  dari shell yang dibutuhkan.  Pada  gambar  dibawah,  ketebalan dari shell belum  mencukupi  karena  terdapat warna merah pada Tr dan Trext.
Gambar 6. Menentukan Ketebalan Shell
Ketebalan shell harus  lebih  besar  dari  nilai  Tr dan  Trext,  dimanaTr  =  30,45  dan  Trext  = 16,563.  Disini  penulis  memasukan  ketebalan shell adalah 40 mm. Setelah penulis mengganti ketebalan  menjadi  40,  maka  nilai  Tr  dan  Trext berubah  warna  menjadi  hitam,  dimana  nilai  40 sudah mencukupi untuk ketebalan dari shell .
Gambar 7. Setelah Mengganti Ketebalan Shell
2.     Menentukan ketebalan head Untuk ketebalan head terdapat ketebalan untuk  ketebalan finished (akhir)  dan  ketebalan nominal ( nominal thickness ) terdapat perbedaan  pada  ketebalan,  dimana  ketebalan nominal  lebih  besar  karena  adanya  proses lengkungan (bending) pada pelat tersebut.
Gambar 8. Menentukan Ketebalan Head
Setelah  diketahui  minimal  ketebalan head adalah  ketebalan  minimal  dari  Tr  dan  Trext dimana  Tr  adalah  30.18  sedangkan  Trext 0,531,  maka  penulis  menentukan  ketebalan akhir  ( finished  thickness )  adalah  40  mm  dan ketebalan  nominal  ( nominal  thickness )  adalah 50 mm.
Setelah  penulis  mengganti  ketebalan  tersebut maka  nilai  Tr  dan  Trext  menjadi  normal  dan nilai tersebut
Gambar 9. Mengganti Ketebalan Head
3.   Menentukan posisi support ( saddle ).
Data  gambar vessel  sketch diketahui dimana letak saddle adalah 1000 mm dari shell atau    sesuai  dengan  rumus  =  min.  0,2  x  L  = dimana  L  =  4000  mm,  A  =  min.  0.2  x  4000  = 800 mm (1000 mm lebih dari 800 mm)
Gambar  10. Hasil pemodelan 3D dari PV Elite
3. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perhitungan dan perencanaan dengan aplikasi dari PV Elite dan juga  perhitungan  manual  (teoritis)  dapat disimpulkan  bahwa  dengan  material  SA-516 GR.  70  N  dengan  panjang  yang  telah ditentukan adalah 6000mm dan tinggi 2140 mm maka didapat hasilnya adalah :
1.  Berdasarkan hasil dari masing-masing perhitungan  Tabel  Hasil  dari PV  Elite dan Perhitungan manual:
2.  Perhitungan menurut situs www.red- bag.com untuk  ketebalan Head adalah 17,56 mm dan tekanan maksimalnya adalah 11,73  MPa,  sedangkan  untuk  ketebalan Shell adalah  29,38  mm  dan  tekanan maksimalnya adalah 5,77 MPa.
3.  Untuk  volume  total  yang  didapat  dari perhitungan  manual  adalah  21,5699  m 3 , sedangkan  dari  berdasarkan  perhitungan HAT  International  volumenya  adalah  24,15 m 3 .
Terdapat  beberapa  hal  yang  dapat diusulkan, adalah: a.  Dengan adanya aplikasi PV Elite memudahkan untuk mendesain suatu bejana  tekan  untuk  mengetahui  ketebalan, beban  dan  tekanan  yang  diperbolehkan pada bejana tekan.
b.  Dengan banyaknya aplikasi untuk
mendesain  bejana  tekan  kemungkinan hasilkan  berbeda  secara  tepat  atau  sama,
Ketebalan Head Ketebalan Shell Tekanan Maksimal Head Tekanan Maksimal Shell PV Elite 30,1739 mm 30,4523 mm 5,1356 MPa 5,0418 MPa Manual 29,58 mm 29,84 mm 3,9664 MPa 3,910208 MPa
setidaknya  apa  yang  didapat  tidak  berbeda jauh  antara  aplikasi  yang  satu  dengan  yang lainnya.
c.  Hasil yang didapat dari PV Elite belum sama atau sesuai dengan hasil  yang di dapat dari vendor,  tetapi  desain  yang  didapat  dari perhitungan  PV  Elite  sudah  mengacu  pada ASME VIII Div. 1.

## Daftar Pustaka
Ball, Bruce E., Will J. Carter. CASTI Guidebook to  ASME  Section  VIII  Div.1-Pressure Vessel-Third Edition . 2002.
Kohan,  Anthony  L. Pressure  Vessel  System  A User’s  Guide  To  Safe  Operations  And Maintenance . 1987 Mathews, Clifford. Engineers’ Guide o Pressure Equipment . 2001.
Megyesy,  Eugene  F.,  Paul  Buthod. Pressure Vessel Handbook-Tenth Edition . 1997. Pipe  Flanges  And  Flanged  Fittings .  An American National Standard. 1996