Piping
mempunyai fungsi untuk mengalirkan fluida dari satu tempat ke tempat lainnya.
Fluida yang berada didalamnya bisa berupa gas, air, ataupun Vapour yang
mempunyai temperature tertentu.
Karena
umumnya material pipa terbuat dari metal, maka sesuai dengan karakteristiknya
yaitu jika diberi temperatur atau dialirkan temperatur didalamnya, maka metal
atau pipa tadi akan mengalami pemuaian, jika fluidanya panas, maupun
pengkerutan, jika fluidanya dingin.
Setiap
kejadian pemuaian ataupun pengkerutan dari pipa tadi, akan menimbulkan
pertambahan ataupun pengurangan panjang pipa dari ukuran semula, dalam skala
horizontal.
Karena
kita tahu bahwa pipa tersebut tersambung dari satu alat (equipment) ke
equipment lain, maka perpanjangan ataupun pengurangan tadi, secara otomatis
akan membawa pengaruh terhadap titik dimana pipa tersebut tersambung.
Misalnya,
jika pipa tersebut digunakan untuk penyambungan dari sebuah nozzle pompa ke
nozzle Tanki, maka akibat dari pengaruh temperatur fluida didalam pipa, maka
pipa akan memuai atau mengkerut yang pada gilirannya akan menarik atau menekan
ke arah nozzle pompa dan nozzle tanki tersebut.
Akibat
pergerakan pipa tadi, maka akan ada gaya yang menekan atau menarik nozzle pompa
dan nozzle tanki tersebut, disamping juga akan menimbulkan gaya balik terhadap
pipa tadi.
Pergerakan
pipa tersebut atau juga sering disebut behaviour pipa, akibat adanya pengaruh
temperature fluida, perlu dihitung sedemikan sehingga pergerakkan tersebut
masih mampu ditahan dan diterima oleh sang pipa tanpa harus mengalami
perpatahan ataupun pecah sesuai dengan kekuatan material pipa tersebut,
sekaligus gaya yang diberikan akibat perpanjangan ataupun pegkerutan pipa tidak
sampai merusak nozzle pompa dan nozzle tanki.
Semua
perhitungan tersebutlah yang menjadi tugas utama dari seorang piping stress
engineer, yaitu melakukan pekerjaan apa yang dikenal dengan Piping Stress
Analysis.
Dengan
kata lain, Seorang Piping Stress Engineer mempunyai tugas untuk menghitung dan
menganalisa suatu system pemipaan dalam sebuah Plant sedemikian rupa sehingga
system piping dan plant secara keseluruhan mampu tetap beroperasi secara aman
didalam berbagai kondisi.
II.
Organisasi didalam Piping
Piping
Department adalah bagian dari Divisi Engineering, yang selain Piping, juga
terdiri dari Process, Mechanical, Civil/Structural, Electrical &
Instrument.
Piping
Department sendiri mempunyai 3 sub bagian dan dipimpin oleh seorang Piping
Manager, yaitu:
Piping Design/Lay Out
Piping Material Engineering dan Material
Control
Piping Stress Engineering dan Pipe SUpport
Secara
singkat tugas masing-masing bagian tersebut adalah:
Piping
Design
Ini
adalah group yang paling anyak anggotanya. Group ini mempunyai tugas untuk
men-design atau membuat layout dari piping system. Mereka bertanggung jawa
untuk menghasilkan layout piping yang cukup flexible dan cukup mempunyai
supporting system. Mereka juga harus memastikan bahwa semua in-line instrument
tergambar dengan tepat pada lokasi tertentu, dengan equipment equipment dan
pipa yang sesuai dengan project criteria.
Group
ini juga harus sudah mempertimbangkan faktor operasi, maintenance, safety dan
constructability.
Piping
Material Engineering dan Material COntrol
Piping
Material Engineer mempunyai tanggungjawab untuk membuat Master Specification untuk
semua piping system. Specification untuk Piping Material biasanya terdiri dari
pipa, valves, fittings, flanges, bolt and nut, gaskets, branch connections,
fabrication criteria dan installation criteria. Juga termasuk insulation, paint
dan special coatings lainya, dan tak kalah pentingnya adlah specialy items.
Sedangkan
material control berfungsi untuk melakukan perhitungan total material piping
yang diperlukan pada sebuah project. Termasuk didalamnya melakukan perhitungan
Material take Off (MTO), production of Bill of Material (BOM), RFQ (Request For
Quotation), Bid Tabulation.
Piping
Stress Engineer dan Pipe Support
Tugasnya
adalah melakukan perhitungan dan analisa terhadap seluruh piping system
(critical system) dan men-design pipe support. Group ini juga memproduksi
Specification untuk Stress Analysis, Spring Support, Standard Pipe Support,
Special Pipe Support, expansion joints, dan special engineered item.
Untuk
selanjutnya, kita akan lebih memfokuskan kepada Piping Stress Analysis,
khususnya membicarakan tentang step-by-step didalam melakukan pekerjaan stress
analysis.
Teori
Dasar
Kenapa
Harus di lakukan Stress Analysis?
Seperti
diketahui bersama bahwa tujuan dilakukannya perhitungan Stress Analysis dari
piping system, secara singkat adalah untuk menjamin (to ensure) bahwa piping
system tersebut dapat beroperasi dengan aman tanpa mengalami kecelakaan.
Dalam
“kehidupannya”, piping yang didalamnya mengalir fluida, baik panas, dingin atau
angat-angat kuku, akan mengalami pemuaian (expansion) atau pengkerutan
(contraction) yang berakibat timbulnya gaya yang bereaksi pada ujung koneksi
(connection), akibat dari temperature, berat pipa dan fluida itu sendiri serta
tentu saja tekanan didalam pipa.
Dengan
demikian, sebuah piping system haruslah didisain se-flexible mungkin demi
menghindari pergerakan pipa (movement) akibat thermal expansion atau thermal
contraction yang bisa menyebabkan:
1.
Kegagalan pada piping
material karena terjadinya tegangan yang berlebihan atau overstress maupun
fatigue.
2.
Terjadinya tegangan
yang erlebihan pada pipe support atau titik tumpuan.
3.
Terjadinya kebocoran
pada sambungan flanges maupun di Valves.
4.
Terjadi kerusakan
material di Nozzle Equipment (Pump, Tank, Pressure Vessel, Heat Exchanger etc)
akibat
gaya dan moment yang berlebihan akibat expansion atau
contraction pipa tadi.
5.
Resonansi akibat
terjadi Vibration.
LOADINGS
KIta
mengerti bahwa pipa menerima beban baik akibat berat pipa itu sendiri, berat
fluida didalamnya, akibat tekanan dalam (internal pressure), temperature
fluida, angin maupun gempa bumi atau earthquake.
Setiap
beban yang diterima pipa akan ditahan oleh pipa tersebut sesuai dengan
kemampuan dia menahannya, yang tentu saja tergantung dari material pipa yang
kita gunakan.
Beban
diatas dibagi dalam dua kelompok, yaitu:
1.
Sustained Load
yaitu beban akibat berat pipa, berat fluida, tekanan dalam
pipa, tekanan luar, pengaruh angin dan gempa, serta beban dari salju yang
menimpa pipa. Satu hal yang penting disini adalah jika pipa terkena beban
demikian, maka bisa mengakibatkan pipa menjadi pecah dan collaps, jika tidak
dilakukan upaya pencegahan.
2.
Thermal Load
beban ini adalah beban yang ditimbulkan akibat ditahannya
expansion atau contraction suatu pipa yang
mengalami pemuian ataupun pengkerutan akibat temperatur dari fluida yang mengalir didalamnya. Penahanan (restriction) yang diberikan dapat berupa Anchors, atau tersambung ke equipment. Satu hal yang perlu juga diperhatikan adalah bahwa thermal load ini adalah sifatnya siklus, artinya jika anchor nya dilepas atau fluidanya di hentikan mengalir di pipa tersebut, maka hilang pula load yang ditimbulkanya.
mengalami pemuian ataupun pengkerutan akibat temperatur dari fluida yang mengalir didalamnya. Penahanan (restriction) yang diberikan dapat berupa Anchors, atau tersambung ke equipment. Satu hal yang perlu juga diperhatikan adalah bahwa thermal load ini adalah sifatnya siklus, artinya jika anchor nya dilepas atau fluidanya di hentikan mengalir di pipa tersebut, maka hilang pula load yang ditimbulkanya.
STRESS
CATEGORIES:
Primary
Stress
Primary
Stress adalah, sesuai namanya, Stress yang paling berbahaya yang diakibatkan
oleh Sustained Load. Kenapa disebut berbahaya, karena jika timbul stress ini,
maka efeknya catasthropic, yaitu rusaknya atau pecahnya pipa karena tidak mampu
menahan berat atau beban yang ditimpakan kepadanya.
Primary
Stress adalah direct stress, shear atau bending stresses yang
dihasilkan oleh beban yang menimpa piping. Beban tersebut bisa datang dari
pengaruh beban luar pipa seperti longitudinal dan circumferential stresses due
to internal pressure dan bending dan torsional stresses karena berat pipa itu
sendiri, snow, ice, wind atau earthquake. Sebagai tambahan akan ada bending
dan torsional stress akibat dipasang Anchor atau jenis support lainnya yang
juga menimpa pipa.
Sehingga
pipa diharapkan mampu menahan beban-beban tersebut dengan aman tanpa harus
mengalami pecah atau gagal.
Tapi,
jika ini terjadi ketika dilakukan perhitungan stress analysis dengan
menggunakan program komputer, maka pemecahannya gampang sekali, yaitu dengan
menempatkan tumpuan atau pipe support yang tepatpada lokasi yang overstress
tadi, atau disekitarnya.
Secondary
Stress
Secondary
stress adalah stress yang diakibatkan oleh thermal loads. Yaitu akibat
temperatur fluida yang mengalir yang menyebabkan pipa akan mengalami pemuaian
atau pengkerutan (expansion or contraction).
Pipa
akan menerima apa yang disebut bending nature yang bekerja pada
penampang pipa (accross wall thickness) dan bervariasi dari negative ke
positive dan timbul karena terjadinya beda defleksi secara radial dari pipe
wall.
Secondary
Stress bukanlah sebagai penyebab terjadinya kegagalan material secara langsung
akibat beban tunggal. JIka pun terjadi stress yang melewati Yield Strenght,
maka efek nya hanyalah terjadinya “local deformation” yang berkibat
berkurangnya stress pada kondisi operasi.
Hanya
sja jika hal ini berlangsung berulang-ulang, cyclic, maka akan timbullah apa
yang disebut “local strain range” yang berpotensi menjadi penyebab timbunya Fatigue
Failure.
ALLOWABLE
STRESS
Untuk
Primary Stress menggunakan Code Allowable STress pada Operating Temperature (ASME
B31.3 302.3.5 (c)
Karena
Failure pada Secondary Stress adalah akibat terjadi gaya berulang pada pipa
maka Allowable STress nya pun haruslah mempertimbangkan faktor siklus (cycles)
yang diantisipasi akan terjadi sepanjang hidup pipa tersebut.
Kegagalan
biasanya terjadi pada bagian yang mendapatkan regangan terbesar (highest cyclic
strain).
Allowable Stress untuk Thermal Expansion Stress adalah:
SA = 1.25 Sc + 0.25
Sh
dimana,
Sc = Allowable Stress pada temperature
ambient
Sh = Allowable Stress pada Temperature
Operasi
Allowable Stress ini
akan menjadikan system piping akan aman beroperasi dalam siklus 7000 kali tanpa
failure.
Jika siklus yang
terjadi diharapkan lebih dari 7000 kali dalm umur nya piping, maka Allowable
Stress nya akan berkurang dengan menambahkan faktor pada formula diatas.
SA = f(1.25 Sc
+ 0.25 Sh)….ASME B31.3 302.3.5
(1a)
dimana,
Sc = Allowable Stress pada temperature
ambient
Sh = Allowable Stress pada Temperature
Operasi f= Stress Range Factor,
dari figure 302.3.5 ASME B31.3.