Tentang Analisis Freespan Pipa Bawah Laut

Analisa freespan dilakukan setelah proses inspeksi pasca instalasi. Freespan pipa bawah laut adalah suatu keadaan dimana terbentuk bentangan pipa dengan panjang tertentu memiliki jarak (gap) terhadap seabed. Bentangan bebas pada pipa ini sangat berbahaya terhadap konstruksi pipa itu sendiri, yang nantinya mengakibatkan kerusakan. Bending diakibatkan beban statis yang timbul pada pipa. Sementara itu beban siklis berakibat pipa terkena beban dinamis. Fenomena vortex shedding ditimbulkan akibat beban dinamis, dimana disebabkan getaran/osilasi pada pipa. Oleh karena itu perlu dilakukan suatu evaluasi atau analisa terhadap freespan yang terjadi.

Analisis freespan dilakukan dalam tiga kondisi yaitu, kondisi instalasi, kondisi hidrotes, dan kondisi operasi. Perbedaan untuk masing-masing kondisi ini terdapat pada jenis pengisi pipa, kondisi korosi pada pipa, dan gaya lingkungan yang terjadi. Pada kondisi instalasi, bagian dalam pipa masih berisi udara dengan densitas sama dengan nol, pipa belum dipengaruhi oleh korosi, dan gaya lingkungan yang digunakan adalah gaya lingkungan dengan periode ulang satu tahun. Pada kondisi hidrotes, bagian dalam pipa terisi dengan air sehingga berat jenis pengisi pipa adalah berat jenis air laut. Tebal pipa belum berkurang karena belum terkena korosi. Gaya lingkungan yang digunakan adalah gaya lingkungan dengan periode ulang satu tahun. Pada kondisi operasi, bagian dalam pipa sudah terisi gas sehingga berat jenis pengisi pipa adalah berat jenis gas pengisi pipa. Tebal pipa masih belum berkurang karena belum terkena korosi dan gaya lingkungan yang digunakan adalah gaya lingkungan dengan periode ulang seratus tahun. Pada setiap kondisi akan dianalisa freespan pada pipa akibat beban statis, sehingga dapat ditentukan panjang span yang diijinkan agar tegangan yang terjadi tidak lebih dari tegangan yang diijinkan. Selain beban statis juga dianalisa freespan akibat beban dinamis sehingga dapat ditentukan panjang span yang diijinkan agar frekuensi natural pipa tidak sama dengan frekuensi beban yang mengenai freespan. 

Disadur dari:

Umar Arif, Hasan I, Imam R. ANALISA FREESPAN AKIBAT SCOURING PIPA BAWAH LAUT .

http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-15352-Paper-pdf.pdf

Penekukan (Buckling) pada Pipa

Penekukan (buckling) pada pipa dapat didefinisikan sebagai perubahan/ deformasi (ovaling) pada penampang pipa yang terjadi pada satu atau seluruh bagian pipa. Apabila tidak disertai dengan retaknya pipa, maka disebut buckling kering, sebaliknya apabila ditemukan retakan pada pipa, disebut buckling basah.

Proses ovalisasi akibat local buckling

1. Local Buckling

Local buckling merupakan suatu kondisi dimana terjadi deformasi bentuk pada penampang melintang suatu pipa. Analisis local buckling dilakukan untuk kondisi instalasi, hal ini disebabkan karena proses instalasi merupakan kondisi paling kritis terjadinya local buckling akibat tidak adanya tekanan internal.

2. Propagation Buckling

Propagation buckling adalah perambatan deformasi bentuk pada penampang melintang pipa yang memanjang dan merambat di sepanjang pipa. Energi yang menyebabkan terjadinya perambatan ini adalah tekanan hidrostatik, hal ini disebabkan oleh tekanan eksternal (hidrostatik) yang lebih besar dari tekanan propagasi buckle pipa yang berperan sebagai penahan.

Prinsip dari propagation buckling adalah adanya tekanan yang dapat menimbukan propagating buckle (tekanan inisiasi buckle) yang nilainya lebih besar dari tekanan yang diperlukan untuk mencegah terjadinya perambatan buckle tersebut (tekanan collapse). Apabila kondisi ini terjadi, maka tekanan inisiasi buckle pada pipa akan menimbulkan perambatan buckle dan menyebabkan collapse pada pipa sampai tekanan eksternal bernilai sama atau kurang dari tekanan propagasi. Hal ini berlaku untuk pipa yang mempunya properti pipa yang seragam di sepanjang jalur pipa. Tetapi, prinsip yang paling dasar adalah propagation buckling tidak akan terjadi apabila tidak ada local buckling yang terjadi. Pada gambar di bawah ditunjukkan jenis-jenis propagation buckling yang umum terjadi.

Disadur dari:

Julius Heryanto (2008). Laporan Tugas Akhir: Desain dan Analisis Struktur Pipa Bawah Laut (http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/607/jbptitbpp-gdl-juliushery-30323-3-2008ta-2.pdf)

Kriteria Pemilihan Material Pipa

Perancangan pipa melibatkan pemilihan diameter pipa, ketebala, dan material yang digunakan. Diameter pipa harus dipilih berdasarkan pertimbangan kapasistas aliran yang diinginkan untuk mengangkut hasil produksi fluida dari sumur-sumur minyak atau gas. Hal ini membutuhkan suatu analisis menyeluruh dengan asumsi untuk keadaan kondisi operasi terburuk sepanjang masa layan dari pipa yang direncanakan.

Setelah itu, desain dilanjutkan untuk memilih jenis bahan pipa yang akan dipakai. Apakah akan menggunakan pipa dari baja, komposit, atau jenis fleksibel yang kemudian membuat keputusan detail mengenai komposisi dan spesifikasi dari material yang digunakan. Pertimbangan pemilihan material pipa harus didasarkan pada jenis fluida yang akan ditransportasikan, beban, temperatur, dan mode kerusakan yang mungkin selama proses instalasi dan operasi. Pemilihan material pipa harus dicocokkan dengan semua komponen dalam sistem pipa bawah laut. Pipa yang dipilih harus memenuhi beberapa kriteria sebagai berikut:

• Sifat mekanik bahan
• Kekakuan material
• Ketahanan terhadap retak/ fraktur
• Ketahanan terhadap fatigue
• Weldability
• Ketahanan terhadap korosi

Ilustrasi (http://www.ftsl.itb.ac.id/wp-content/uploads/2007/11/Kuliah%20III-b.pdf)

Disadur dari:

Zenal Abidin (2008). Laporan Tugas Akhir: Analisis On-Bottom Stability dan Instalasi Pipa Bawah Laut di Daerah Shore Approach.

http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/607/jbptitbpp-gdl-zenalabidi-30328-3-2008ta-2.pdf

Pipa Bawah Laut Fleksibel

Sebuah pipa fleksibel terdiri dari beberapa lapisan yang berbeda. Komponen utama flexible pipe ini adalah pelindung berbahan termoplastik yang tahan bocor dan kawat baja tahan korosi. Kawat baja yang berbentuk spiral membuat struktur tahan tekanan tinggi dan karakteristik lentur yang sangat baik, sehingga memberikan fleksibilitas dan perilaku dinamis superior. Ini adalah konstruksi modular, berupa lapisan independen tetapi dirancang untuk berinteraksi satu sama lain, berarti bahwa setiap lapisan dapat dibuat spesifik dan mandiri disesuaikan dengan persyaratan terbaik pengembangan bidang tertentu yang terkait. 

Karakteristik utama:

1. Flexibility
2. Installability
3. Modularity

Diterjemahkan dari:

Technip. Flexible Pipe. http://www.technip.com/sites/default/files/technip/publications/attachments/Flexible_pipe_April_2013_Web.pdf

Stabilitas Pipa di Dasar Laut

Kestabilan pipa pada saat di dasar laut (on-bottom stability) menjadi hal yang penting pada struktur pipa bawah laut. Ada beberapa cara untuk mempertahankan kestabilan pipa di dasar laut, diantaranya adalah dengan cara mengurangi gaya-gaya yang bekerja pada pipa seperti dengan melakukan penguburan pipa (burial), penggalian parit atau saluran untuk pipa (trenching), serta pembangunan tanggul pelindung dari batu (rock berm). Selain mengurangi gaya-gaya yang bekerja pada pipa, cara lain untuk mempertahankan kestabilan pipa adalah dengan memasang lapisan beton (concrete coating) sehingga berat pipa bertambah dan kestabilan pipa dapat dicapai.

Dengan bertambahnya berat pipa, maka kestabilan pipa di dasar laut baik dalam arah vertikal maupun horizontal akan bertambah pula. Adapun gaya-gaya lingkungan yang termasuk ke dalam analisis kestabilan pipa terdiri dari gaya-gaya hidrodinamika, seperti gaya seret (drag force), gaya inersia, dan gaya angkat (lift force). Sedangkan resistensi tanah dasar laut merupakan gaya gesek (friction) yang terjadi antara permukaan pipa dengan permukaan tanah dasar laut tersebut.

Analisis kestabilan pipa di dasar laut yang dilakukan harus dapat memenuhi beberapa kondisi yang akan dialami oleh pipa. Kondisi-kondisi tersebut adalah kondisi pada saat instalasi, hidrotes, serta kondisi operasi. Kestabilan pipa di dasar laut mencakup kestabilan arah vertikal serta horizontal. Berikut ditunjukkan ilustrasi pada gambar di bawah.

Disadur dari:

Julius Heryanto (2008). Laporan Tugas Akhir: Desain dan Analisis Struktur Pipa Bawah Laut (http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/607/jbptitbpp-gdl-juliushery-30323-3-2008ta-2.pdf)

Tekanan Pada Pipa Bawah Laut

Struktur dari pipa harus kuat menahan beban-beban yang bekerja pada saat pipa diinstal, hidrotes, dan juga pada saat pipa beroperasi. Selama masa instalasi, pipa akan mengalami pelengkungan, penarikan, gaya gelombang, dan juga tekanan dari air laut. Sedangkan pada masa hidrotes dan operasi, pipa akan mengalami tekanan internal yang berasal dari fluida yang mengalir di dalamnya, tekanan eksternal dari air laut, gaya gelombang, perubahan temperatur, dan sebagainya.

1. Tekanan Internal (Hoop Stress)

Tekanan internal atau yang biasa disebut sebagai hoop stress terjadi akibat tekanan fluida yang mengalir di bagian dalam pipa (ditunjukkan pada gambar di bawah ini), tekanan ini bekerja dalam arah tangensial terhadap dinding dari pipa.

2. Tekanan Eksternal

Struktur pipa bawah laut akan mengalami tekanan hidrostatik dari air laut di atasnya. Semakin dalam perairan dimana pipa berada, maka semakin besar pula tekanan eksternal yang bekerja pada pipa tersebut. Pada kedalaman tertentu dimana tekanan eksternal jauh lebih besar dari tekanan internal yang bekerja di dalam pipa, maka semakin besar pula kemungkinan akan terjadinya kegagalan (collapse) pada pipa.

Kegagalan pada dinding pipa tergantung pada berbagai faktor penentu, diantaranya adalah rasio antara diameter terhadap ketebalan dinding pipa (D/t), karakteristik tegangan dan regangan material, perubahan bentuk penampang melintang pipa (cross section), tekanan hidrostatik, serta momen bending yang terjadi pada pipa.

Untuk mencegah terjadinya kegagalan, maka besarnya tekanan eksternal yang bekerja pada pipa harus memenuhi persamaan berikut ini:

 

3. Tekanan Longitudinal

Longitudinal stress merupakan tegangan aksial yang bekerja pada penampang pipa.

Cross section pipa dan longitudinal stress

Longitudinal stress sendiri adalah penjumlahan dari thermal stress dan Poisson's effect. 

Thermal stress adalah tegangan yang terjadi akibat adanya ekspansi (pemuaian) yang terjadi pada pipa. 

Sedangkan Poisson's effect merupakan tegangan yang terjadi akibat adanya tegangan residdual pada saat fabrikasi pipa, sehingga pipa harus kembali ke keadaan semual. Kembalinya pipa ke keadaan semula. Kembalinya pipa ke keadaan semula menyebabkan terjadinya gaya aksial yang menyebabkan terjadinya gaya aksial yang menyebabkan kontraksi pada dinding pipa.

4. Equivalent Stress (von Mises Equivalent Stress)

Equivalent stress merupakan resultan seluruh komponen tegangan yang terjadi pada pipa.

Disadur dari:

Julius Heryanto (2008). Laporan Tugas Akhir: Desain dan Analisis Struktur Pipa Bawah Laut (http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/607/jbptitbpp-gdl-juliushery-30323-3-2008ta-2.pdf)

Pemilihan Rute Pipa Bawah Laut

Dalam mengerjakan desain suatu jalur pipa bawah laut, langkah pertama adalah pemilihan rute yang akan dilalui oleh jalur pipa (routing). Ada berbagai faktor yang menjadi pertimbangan dalam menentukan rute pipa agar nantinya diperoleh rute yang paling tepat.

Faktor-faktor tersebut diantaranya adalah:

1. Faktor kondisi batimetri dari dasar laut (seabed).
2. Lokasi dari existing platforms dan risers.
3. Jalur pipa lainnya yang telah ada.
4. Kedalaman perairan.
5. Kondisi sosial politik.
6. Penggunaan area untuk kepentingan publik lainnya.

Pada akhirnya, rute pipa yang dipilih haruslah rute yang paling aman, paling mudah untuk instalasi, serta diusahakan memiliki jarak yang paling pendek.

Ilustrasi (http://www.ftsl.itb.ac.id/wp-content/uploads/2007/11/Kuliah%20III-b.pdf)

Disadur dari:

Julius Heryanto (2008). Laporan Tugas Akhir: Desain dan Analisis Struktur Pipa Bawah Laut (http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/607/jbptitbpp-gdl-juliushery-30323-3-2008ta-2.pdf)