Proses Pembuatan Shell pada Bejana Tekan di PT. XYZ Cikarang
Farhan Adi Nugroho 1* , Oleh 2
1,2 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Singaperbangsa Karawang, Karawang Indonesia * Koresponden email : farhanadinugroho45@gmail.com
Diterima: 28 Oktober 2023 Disetujui: 4 November 2023

## Abstract
Pressure  vessels  are  specifically  designed  to withstand  pressure  from  the  fluid  inside  which  may have  a different  pressure  than  the  surrounding  environmental  pressure.  This  includes  various  types  of  closed containers, such as storage tanks, reactor tanks, and pressure pipes. The operating pressure of a pressure vessel  can  come  from  internal  pressure  (pressure  from  the  fluid  inside  the  vessel),  external  pressure (pressure  from  the  surrounding  environment),  or  a  combination  of  both.  The  aim  of  this  research  is  to determine  the  thickness  of  the  shell  using  SA  240  304L  material  and  determine  the  maximum  pressure exerted when the product is in operation (MAWP). The method used in this research is to use the finite element method to analyze the effect on the maximum stress received in the pressure vessel. The results of the analysis are that the most effective pressure vessel is a minimum thickness of 1.54 mm and a maximum allowable working pressure (MAWP) on the pressure vessel shell is 19.35 kg/cm^2 (18.975 Bar). Keywords: pressure vessels, voltage, maximum allowable pressure, maximum allowable working pressure (MAWP)

## Abstrak
Bejana tekan dirancang khusus untuk menahan tekanan dari fluida di dalamnya yang mungkin memiliki tekanan  berbeda  dengan  tekanan  lingkungan  sekitarnya.  Ini  mencakup  berbagai  jenis  wadah  tertutup, seperti  tangki  penyimpanan,  tangki  reaktor,  dan  pipa  bertekanan.  Tekanan  operasi  bejana  tekan  dapat berasal  dari  tekanan  internal  (tekanan  dari  fluida  di  dalam  bejana),  tekanan  eksternal  (tekanan  dari lingkungan  sekitarnya),  atau  kombinasi  dari  keduanya.  Tujuan  di  adakan  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui ketebalan shell menggunakan material SA 240 304L dan mengetahui tekanan maksimum yang diberikan ketika produk sedang dalam bekerja (MAWP). Metode yang dipakai dalam penelitian ini adalah metode  elemen  hingga  untuk  menganalisa  pengaruh  terhadap  tegangan  maksimum  yang  diterima  pada bejana tekan. Hasil analisis adalah bejana tekan yang paling efektif adalah ketebalan minimum sebesar 1,54 mm dan tekanan kerja maksimal yang diijinkan ( MAWP ) pada shell bejana tekan tersebut sebesar 19,35 kg/cm^2 (18,975 Bar).
Kata Kunci: bejana tekan, tegangan, ketebalan minimum, tekanan maksimal

## 1. Pendahuluan
Di dalam dunia industri baik di dalam sektor minyak dan gas bumi peralatan mekanik memainkan peran  kunci  dalam  industri-industri  tersebut.  Mulai  dari  pompa, kompresor ,  turbin,  hingga  mesin-mesin kompleks  lainnya  [1].  Proses  pemeriksaan  dan  inspeksi  yang dilakukan dalam  instalasi  minyak dan  gas bumi merupakan keselamatan harus selalu menjadi prioritas utama dalam industri minyak dan gas bumi. Proses  pemeriksaan  dan  inspeksi  yang  teratur  adalah  kunci  untuk  memastikan  bahwa  semua  peralatan beroperasi  sesuai  standar  dan  dapat  diandalkan  [2].  Penggunaan  komponen  melebihi  umur  desain  yang direkomendasikan  dapat  meningkatkan  risiko  kegagalan,  yang  pada  gilirannya  dapat  mengakibatkan kerusakan serius dan bahkan kecelakaan. Pemakaian bejana tekan, seperti tangki atau pipa bertekanan, yang melebihi umur desainnya dapat membuatnya lebih rentan terhadap kegagalan struktural atau korosi [3].
Bejana tekan adalah suatu struktur atau wadah yang dirancang untuk menahan tekanan dari fluida atau  gas  di  dalamnya.  Bejana  ini  umumnya  digunakan  dalam  industri  untuk  menyimpan atau  mengolah bahan-bahan  yang  memerlukan  kondisi  tekanan  tertentu  [4].  Bejana  tekan  dapat  terbuat  dari  berbagai material  seperti  baja,  aluminium,  atau  material  komposit  tergantung  pada  kebutuhan  dan  lingkungan operasionalnya.  Desain  bejana  tekan  melibatkan  pertimbangan  yang  cermat  terhadap  tekanan  yang dihadapi, suhu, dan sifat kimia dari zat yang disimpan di dalamnya [5].
PT.  XYZ  Cikarang  didirikan  pada  tahun  2019  di  Indonesia  yang  memusatkan  perhatiannya  pada fabrikasi bahan berkualitas tinggi, terutama baja tahan karat dan material eksotik seperti paduan nikel dan titanium.  Material-material  ini  sering  digunakan  dalam  industri  karena  sifat-sifat  mereka  yang  unggul,
termasuk ketahanan terhadap korosi, kekuatan mekanik yang tinggi, dan daya tahan terhadap suhu ekstrem dan menyediakan produk berkualitas dan layanan teknis purna jual yang baik dari di Indonesia hingga ke seluruh dunia [6].
Dalam  pelaksanaan  penelitian  ini,  terdapat  beberapa  acuan  yang diambil  dari  penelitian  terdahulu seperti  penelitian  dari  [7],  untuk  mengetahui  tekanan  tegangan  pada  bejana  tekan  horizontal  dengan menggunakan metode elemen hingga, ditemukan nilai tegangan von mises pada bagian kritis bejana tekan. Pada bagian manway 13437 psi , 11750 psi pada inlet dan 13566 psi pada drain , nilai tegangan maksimum tersebut masih dibawah tegangan yang diijinkan, yaitu 15700 psi . Penelitian kedua [8], mengetahui sebuah bejana sebelum bisa digunakan harus lolos dalam suatu  pengujian dan salah satu jenis pengujiannya adalah dengan  metode  tes  hidrostatik. pengujian  yang  menggunakan  metode  tes  hidrostatik  didapat  untuk pengujian hidrostatik dapat mengetahui kebocoran dan dipengujian dengan tekanan 1.5 x tekanan kerja (30 bar) bejana tekan steam separator tidak terjadi defect , crank pada lasan ataupun terjadi deformasi. Untuk penurunan tekanan pada bejana steam separator pengujian ini dilakukan secara bertahap. Penelitian dilakukan untuk mengetahui proses pembuatan shell pada bejana tekan separator dalam menentukan ketebalan shell , Maximum Allowable Pressure shell, Maximum Allowable Working Pressure (MAWP), dan proses fabrikasi shell . Dalam usulan perbaikan perhitungan dimensi bejana tekan meliputi perhitungan dimensi umum dan dimensi tiap-tiap komponen. Dimensi secara umum dimaksudkan berupa diameter dan panjang bejana tekan.

## 2. Metode Penelitian
Penelitian  ini  dimulai  dengan  pelaksanaan  studi  pendahuluan  yang  terdiri  dari  studi  literatur  dan lapangan.  Kedua  studi  pendahuluan  ini  dilaksanakan  dengan  tujuan  mengumpulkan  informasi  yang berhubungan dengan objek penelitian baik secara literatur melalui referensi artikel, buku atau yang lainnya maupun  secara  lapangan  dengan  pengamatan  langsung.  Kemudian  dilakukan  pengumpulan  data  yang dibutuhkan  dalam  penelitian.  Analisis  ini  menggunakan  metode  yang  terdiri  dari  beberapa  alat  sebagai berikut:
a. Flowchart
Adapun tahapan penelitian yang dilakukan disusun dalam bentuk diagram alir untuk memudahkan pemahaman alur proses penelitian. Adapun diagram alir tersebut seperti pada Gambar 1 .
Gambar 1 . Alur penelitian dan persiapan
b. Design Data Sheet
Pada Gambar 2 terdapat design data sheet pada PT. XYZ seperti komponen material, design pressure , static liquid head , dimension, Weight and Capacity , dan Radiography .
Gambar 2 . Design data sheet PT. XYZ Sumber: Analisa data, 2022

## 3. Hasil dan Pembahasan
Penelitian ini dilakukan pada PT. XYZ dengan memilih salah satu produk yang menjadi objek kajian dalam penelitian ini Dari hasil wawancara dan observasi, didapatkan pembuatan shell pada bejana tekan separator pada PT. XYZ dan terdapat bejana tekan horizontal dan vertical [9] pada Gambar 3.
Gambar 3 . Bejana tekan horizontal dan vertical [10]. Sumber: Analisa data, 2022
1. Produk yang dibuat produksi pada PT. XYZ
Berikut ini adalah beberapa produk yang dibuat oleh perusahaan tertuju yang penulis dapatkan dari data perusahaan dengan izin dari pihak perusahaan pada Gambar 4 .
Gambar 4 . Produk yang terdapat pada PT. XYZ Sumber: Analisa data PT. XYZ, 2022

## 2. Data perancangan
Dibawah ini terdapat data perancangan dalam penelitian ini sebagai berikut. Desain data:
Internal data pressure (P) = 6 kg/cm2 Desain temperatur = 1100 C (2300 F) Diameter (D) = 600 mm Panjang = 560 mm Berat dan kapasitas : 42,35 kg dan 158,34 liters Corrosion Allowance = 0 mm E = Joint Efficiency = 1 Nilai stress maksimum material SA-240 304L (S) = 16,7 ksi (1,172.67 kg/cm2) Tekanan izin material SA-240 304L = 205 Mpa (2090,42 kg/cm2) 1. Ketebalan shell
Dalam  keadaan  terkorosi,  perhitungan  ketebalan  dinding  dilakukan  dengan  menggunakan  dimensi internal  dan  tekanan  eksternal.  Karena  terjadinya  tegangan  melingkar  ( Circumferential  Stress )  [11] Dimungkinkan untuk memastikan ketebalan dinding bejana tekan sebagai berikut.
𝑡 = P × R S × E − 0.6 ×  P + 𝐶𝐴 𝑡 = 6 × 300 1,172.67 × 1 − 0,6  × 6 + 0

## 𝑡 = 1.54 𝑚𝑚
Jadi, tebal minimum pada shell menurut perhitungan adalah sebesar 1.54 mm 2. Maximum Allowable Pressure
Nilai  suhu  desain  menentukan  nilai  tegangan  maksimum  yang  diizinkan,  yang  berbeda  untuk  setiap bahan.  Untuk  menentukan Maximum  Allowable  Pressure  shell bejana  tekan  dapat  dilakukan  dengan cara sebagai berikut.
P = S × E × t R + 0.6 × t
P = 1,172.67 × 1 × 5
300 + 0.6 × 5
P = 19.35 kg/𝑐𝑚 2
Jadi hasil dari nilai tegangan Maximum Allowable Pressure shell yang dizinikan adalah 19.35 kg/cm 2

## 3. Maximum Allowable Working Pressure
Tekanan kerja maksimum yang diizinkan oleh bejana tekan dikenal sebagai Tekanan Kerja Maksimum yang diizinkan ( MAWP ) [12]. Bejana tekan MAWP adalah tekanan maksimum internal atau eksternal, tidak  termasuk  faktor  korosi  ( CA )  pada  suhu  dan  kondisi  operasi.  Untuk  menentukan Maximum Allowable Working Pressure shell bejana tekan dapat dilakukan dengan cara berikut.
P = S × E × t R + 0.6 × t −  P s P = 1,172.67 × 1 × 5 300 + 0.6 × 5 − 0
Jadi  hasil  dari Maximum  Allowable  Working  Pressure bejana  tekan  kerja  maksimum  yang  dizinkan adalah 19.35 kg/cm 2

## 3. Proses Fabrikasi Shell
Setelah melakukan perhitungan perancangan ketebalan pada shell, dilanjutkan dengan proses fabrikasi pada plat hingga menjadi shell . Beberapa proses yang dilakukan dapat diliat pada Gambar 5 .
Gambar 5. Proses Cutting Sumber: Analisa data PT. XYZ, 2022

## 4. Rolling
Langkah  selanjutnya,  setelah  plat  dipotong  sesuai  penandaan  dilakukan proses roll/bending pada plat tersebut  hingga  menjadi  bentuk  yang  sesuai.  Diameter  plat  atau  lembaran  logam  yang digulung  akan tetap konstan atau tidak terjadi perubahan pada proses ini. Artinya, ketebalan di awal dan di akhir akan sama. Sepanjang proses, retakan juga dihindari, dapat dilihat pada Gambar 6 .
Gambar 6 . Proses Rolling Sumber: Analisa data PT. XYZ, 2022

## 5. Bevelling
Setelah  dilakukan  proses rolling ,  kemudian  plat  yang  sudah  berbentuk  silindris  tersebut  dilakukan proses pembuatan beve l atau yang biasa dikenal dengan kampuh las. Proses pembuatan bevel merupakan salah  satu  perawatan  yang  dilakukan  sebelum  melakukan  pengelasan. Bevel dibuat  sebagai  jalur pengelasan untuk logam pengisi. Tujuannya adalah untuk mengurangi kemungkinan cacat produk, dapat dilihat pada Gambar 7. Proses bevelling sebagai berikut.
Gambar 7 . Proses Bevelling PT. XYZ Sumber: Analisa data PT. XYZ, 2022

## 6. Welding
Terakhir adalah proses pengelasan atau welding , Pengelasan dilakukan dengan mengikuti WPS ( Welding Procedure Specification ) yang telah dibuat menggunakan proses pengelasan SMAW [13] .
Gambar 8 . Proses pengelasan Sumber: Analisa data PT. XYZ, 2022

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  pengumpulan  dan  pengolahan  data,  dan  pembahasan  maka  dapat  disimpulkan bahwa  dalam  proses  perancangan  shell  bejana  tekan  didapat  ketebalan  minimum  sebesar  1,54  mm. Tegangan maksimum yang diizinkan(MAP) pada bejana tekan tersebut adalah 19,35 kg/cm 2 (18,975 Bar). Sementara tekanan kerja maksimal yang diizinkan (MAWP) pada shell bejana tekan tersebut sebesar 19,35 kg/cm 2 (18,975 Bar)

## 5. Referensi
[1] H. Nugraha, I. Kusumaningtyas, and I. M. Miasa, “Analisis Buckling dan Tegangan Bejana Tekan Horisontal  pada  Tekanan  Kerja  Eksternal,” J.  Mech.  Des.  Test. ,  vol.  4,  no.  2,  pp.  58–66,  2022, [Online]. Available: http://dx.doi.org/10.22146/jmdt.63592
[2] Amam  Fachrur  Rozie  and  D.N  Adnyana,  “Asesmen  Korosi  &  Analisis  Risiko  Kualitatif  Pada Vertikal Bejana Tekan,” TEKNOSAINS  J. Sains, Teknol. dan Inform. , vol. 8, no. 2, pp. 63–72, 2021, doi: 10.37373/tekno.v8i2.111.
[3] M.  J.  Jimenez-come,  F.  Javier,  G.  Gallero,  and  V.  Matres,  “Prediction  and  detection  of  localised corrosion  attack  of  stainless  steel  in  biogas  production : Machine  Learning  Classification Approach ,” pp. 1–23, 2023.
[4] E.  Hartini,  R.  Himawan,  and  M.  Susmikanti,  “Analisis  Probabilistic  Fracture  Mechanics  Pada Evaluasi Keandalan Bejana Tekan Reaktor Secara 3-D,” Urania J. Ilm. Daur Bahan Bakar Nukl. , vol. 24, no. 1, pp. 51–60, 2018, doi: 10.17146/urania.2018.24.1.3721.
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
[5] R. Majid, “Analisis Pemilihan Material Shell pada Perancangan Bejana Tekan Kapasitas 15. 000 Liter dengan Standar ASME Section VIII Division 1,” Seminar Nasional Teknik Mesin .  Vol. 11. No. 1. 2021.
[6]. Ltd  PT. Tokki  Engineering  and Fabrication  is  Tokki  Co,  “Company  PT  Tokki  Engineering And Fabrication,” 2022, [Online]. Available: https://www.tef.co.id/index.php/about
[7] D.  Satrijo  and  Habsya  Afif  Syarief,  “Perancangan  Dan  Analisa  Tegangan  Pada  Bejana  Tekan Horizontal  Dengan  Metode  Elemen  Hingga,” ROTASI  J.  Tek.  Mesin ,  vol.  14,  pp.  32–40,  2012,
[Online]. Available: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/rotasi
[8] S iswanto,  Budi.  "Analisa  Pengujian  Ketahanan  Bejana  Tekan  Dengan  Metode  Hidrostatictest." Jurnal Sustainable: Jurnal Hasil Penelitian dan Industri Terapan 10.1 (2021): 37-44
[9] Soembogo, Djoli. "Radiografi pada Las Manhole Bejana Tekan." Beta Gamma 5.1 (2015).
[10] E. Manullang, S. Tangkuman, and B. L. Maluegha, “Analisis Tegangan Pada Bejana Tekan Vertikal 13zl100040291 Di PT. Aneka Gas Industri,” J. Online Poros Tek. Mesin , vol. 5, no. 2, pp. 92–96, 2016.
[11] Jacobsen,  Jens  CB,  and  Niels‐Henrik  Holstein‐Rathlou.  "A  life  under  pressure:  circumferential stress in the microvascular wall." Basic & clinical pharmacology & toxicology 110.1 (2012): 26-34.
[12] Wicaksono,  Dimas.  "Analisa  pengaruh  bentuk  head  terhadap  tegangan  maksimum  yang  diterima pada bejana tekan jenis Knock Out Drum." Jurnal Teknik Mesin 13.01 (2019): 6.
[13] E. Prasetyo, H. Hariri, R. Hermawan, and M. R. A. Putra, “Analisis Kekuatan Las Pada Sambungan Bejana Tekan Decolorizer,” Teknobiz  J. Ilm. Progr. Stud. Magister Tek. Mesin , vol. 13, no. 2, pp. 130–136, 2023, doi: 10.35814/teknobiz.v13i2.5293.