BAB III-METODE DAN ANALISIS INSTALASIdigilib.itb.ac.id/files/disk1/607/jbptitbpp-gdl...BAB III METODE DAN ANALISIS INSTALASI Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur

BAB III METODE DAN ANALISIS INSTALASI

Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut III-1

BAB III

METODE DAN ANALISIS INSTALASI

3.1 UMUM

Metode instalasi pipeline bawah laut telah dikembangkan dan disesuaikan dengan

kondisi lingkungan pada saat proses instalasi berlangsung, ketersediaan dan biaya

penggunaan peralatan instalasi, serta bentuk dan karakteristik struktur pipeline. Setiap

metode instalasi tersebut memiliki karakteristik yang berbeda dan hanya cocok untuk

kondisi-kondisi tertentu. Metode yang umum digunakan untuk instalasi pipeline

bawah laut adalah metode S-Lay, metode Reel, dan metode Bottom-pull.

3.2 METODE INSTALASI

3.2.1 Metode S-Lay

Metode S-Lay ini merupakan metode yang paling umum digunakan dalam

proses instalasi pipeline bawah laut. Metode ini dilakukan dengan

menggunakan lay-barge. Selama proses instalasi, crane yang ditempatkan di

atas lay-barge digunakan untuk memindahkan segmen-segmen pipa, dengan

panjang sekitar 12 meter, ke bagian weld station. Di bagian ini, segmen-

segmen pipa tersebut disambungkan satu sama lain dengan pengelasan untuk

kemudian diluncurkan ke laut melalui stinger. Sebuah lay-barge dapat

memiliki 5 sampai 12 weld station bergantung pada ukuran barge dan

diameter pipa yang akan diinstal. Contoh lay-barge dan ilustrasi instalasi

metode S-Lay dapat dilihat pada Gambar 3.1 dan Gambar 3.2.



Gambar 3.1 Lay-barge yang Digunakan pada Instalasi Metode

S-Lay

Gambar 3.2 Ilustrasi Instalasi Metode S-Lay

Langkah-langkah yang dilakukan pada saat proses instalasi pipeline lepas

pantai dengan metode S-Lay adalah sebagai berikut.

a. Lay-barge diposisikan sejajar dengan rute pipeline dan ditahan dengan

jangkar sebanyak 8 hingga 12 buah. Apabila dibutuhkan, posisi lay-barge

dapat dimiringkan terhadap rute pipeline dengan sudut kecil untuk



mengakomodasi efek pembelokan arah barge yang disebabkan oleh arus

laut pada saat barge berpindah tempat.

b. Jangkar-jangkar tersebut akan terus dipindahkan oleh kapal anchor-

handling selama proses instalasi berlangsung. Kapal anchor-handling ini

memindahkan jangkar dengan cara menaikkan pelampung jangkar ke atas

kapal sehingga jangkar akan terangkat dari dasar laut. Kapal tersebut

kemudian bergerak, menempatkan jangkar di lokasi baru yang telah

ditentukan, dan melepaskan kembali pelampung jangkar. Setiap

pemindahan biasanya berjarak antara 500 meter sampai dengan 600 meter.

Gambar 3.3 Sketsa Penempatan Jangkar Lay-barge

c. Pipa yang diletakkan di bagian penyimpanan (storage) di atas barge

diangkat dengan menggunakan crawler crane dan kemudian diletakkan di

atas conveyor. Conveyor tersebut kemudian mengirimkan pipa tadi ke

bagian weld station dengan posisi sejajar terhadap pipa yang telah

dikirimkan sebelumnya.

d. Clamp yang terdapat pada weld station menahan posisi pipa-pipa tersebut

untuk proses penyambungan pipa dengan pengelasan.

e. Pengelasan dilakukan di bagian weld station. Sambungan pipa yang dilas

kemudian digerinda agar permukaan pipa tersebut menjadi mulus.



Gambar 3.4 Layout Peralatan Utama pada Lay-barge



Gambar 3.5 Bagian Storage di Atas Lay-barge

Gambar 3.6 Penggerindaan Sambungan Pipa yang Telah Dilas

f. Pipa yang telah tersambung kemudian dilewatkan pada tensioner.

Tensioner ini menjepit pipa dengan lapisan karet yang terbuat dari bahan



polyurethane. Tekanan pada tensioner diatur sedemikian rupa dengan

menggunakan pompa hidrolik sehingga menghasilkan tahanan gesek yang

diperlukan agar pipa tidak merosot ke laut dan coating pada pipa tidak

hancur.

g. Pipa kemudian bergerak maju ke bagian x-ray station. Sambungan pipa

dicek dengan menggunakan sinar x-ray. Apabila ditemukan cacat pada

sambungan pipa, bagian pipa tersebut harus dipotong kembali dan

dilakukan pengelasan ulang. Untuk keperluan pemotongan ini, barge

digerakkan mundur sehingga bagian pipa yang akan disambungkan

bergerak kembali melewati tensioner dan menuju weld station.

Gambar 3.7 Tensioner Pipa pada Lay-barge

h. Pipa lalu digerakkan maju ke bagian pemasangan coating anti korosi.

Coating yang digunakan biasanya berupa gelang yang terbuat dari zinc-

alumunium atau anoda lainnya. Gelang anti korosi ini kemudian dilindungi

dengan lapisan beton. Lapisan beton yang masih baru tersebut dibungkus

lagi dengan menggunakan lembaran logam.

i. Bagian pipa yang telah disambungkan sempurna ini kemudian digerakkan

maju melewati ramp dan menuju buritan pada bagian belakang barge.

Pada tahap ini, pipa tersebut melengkung ke arah bawah akibat pengaruh

dari beban beratnya sendiri. Bagian pipa yang melengkung ke arah bawah

ini disebut overbend.



Gambar 3.8 Pemasangan Coating Anti korosi pada Sambungan Pipa

Gambar 3.9 Pemasangan Lapisan Aspal pada Sambungan Pipa



j. Bagian pipa tersebut terus meluncur hingga bagian touchdown point

(lokasi pertemuan pipa dengan dasar laut) dengan menumpu pada stinger

yang dihubungkan pada barge. Stinger ini memiliki pelampung yang

memungkinkan stinger bergerak mengikuti naik turunnya permukaan air

laut. Kurvatur dan proses ballasting stinger ditentukan melalui analisis

sehingga didapatkan konfigurasi stinger dengan kemampuan penyanggaan

pipa yang optimum.

k. Di kedalaman tertentu, bagian pipa akan melengkung ke arah sebaliknya

sebelumnya akhirnya menyentuh dasar laut. Bagian pipa yang melengkung

ke atas ini disebut sagbend. Pada lengkungan ini, pipa mengalami tekanan

maksimum yang diakibatkan oleh kombinasi dari tegangan aksial,

lengkungan vertikal, dan tekanan hidrostatis.

l. Setelah berada di dasar laut, integritas pipa dicek oleh penyelam maupun

video atau ROV.

3.2.2 Metode Reel

Metode Reel ini merupakan salah satu metode instalasi pipeline yang awalnya

ditujukan untuk menginstal pipeline dengan diameter pipa yang kecil. Namun

saat ini, metode ini telah dikembangkan untuk menginstal pipeline dengan

diameter mencapai 300 mm (12 inci) dan 400 mm (16 in). Konsep metode ini

adalah menggulung pipa yang sangat panjang pada reel (gulungan) yang

berukuran besar dan kemudian menginstal pipa tersebut ke dasar laut seperti

memasang kabel bawah laut.

Barge yang digunakan untuk menginstal pipeline dengan metode ini memiliki

reel yang dipasang secara horizontal pada bagian buritan barge. Pada buritan

bagian belakang dipasang juga chute yaitu struktur yang digunakan sebagai

landasan pipa pada saat diturunkan ke laut. Chute ini berfungsi untuk menjaga

pipa agar tidak tertekuk.



Gambar 3.10 Reel Barge yang Digunakan pada Metode Reel

Gambar 3.11 Struktur Chute

Pipeline yang didesain untuk metode reel tidak boleh memiliki coating beton

tetapi harus memiliki ketebalan pipa yang cukup untuk menenggelamkan pipa

walaupun dalam keadaan kosong. Hal ini relatif ekonomis untuk pipeline

dengan diameter pipa yang kecil. Baja yang digunakan harus mampu menahan

tekukan yang terjadi pada saat pipa digulung dan diluruskan kembali. Selain

itu, coating pipa harus dapat ditekuk tanpa mengalami retak dan tidak

kehilangan sifat adhesinya. Saat ini, sudah dikembangkan coating jenis epoxy

yang dapat ditekuk tanpa mengalami kerusakan.



Pipa yang akan diinstal dibuat terlebih dahulu di darat dengan panjang sesuai

desain. Pipa tersebut kemudian ditarik ke atas reel barge dan digulung pada

reel. Pada saat penggulungan, kurvatur pipa diatur sedemikian rupa agar pipa

tidak mengalami buckling dan ovalisasi yang signifikan. Selain itu, tekukan

yang terjadi pada pipa harus lebih kecil dari batas yield pipa tersebut.

Setelah penggulungan selesai, reel barge kemudian bergerak menuju lokasi.

Pada umumnya, instalasi pipa dimulai di lokasi platform. Di lokasi ini, pipa

ditarik dari reel melewati chute untuk dihubungkan dengan riser pada bagian

dasar platform.

Reel barge kemudian bergerak maju menyusuri rute pipeline yang telah

ditentukan. Setelah semua pipa terpasang, ujung pipa kemudian diberi

pelampung untuk disambungkan dengan gulungan pipa pada reel barge

berikutnya. Akan tetapi, pada umumnya reel barge memiliki kapasitas yang

cukup untuk menginstal keseluruhan pipeline dalam satu kali penggulungan.

3.2.3 Metode Bottom Pull

Metode bottom-pull telah dikembangkan dan dipergunakan secara luas untuk

proses instalasi pipeline yang melewati daerah pantai yang tersambung dengan

terminal loading di daerah perairan dalam. Saat ini, metode tersebut

dikembangkan lebih lanjut dan dijadikan sebagai metode utama dalam proses

instalasi pipeline yang relatif panjang di daerah perairan dalam. Secara umum,

tahapan instalasi pipeline dengan metode bottom-pull adalah sebagai berikut.

a. Pipeline yang akan diinstal dirakit di darat dan diletakkan secara paralel

dalam bentuk segmen-segmen dengan panjang sekitar 200 meter sampai

dengan 300 meter.

b. Sebuah launching ramp dengan roller pendukung dibangun dari daerah

pantai menuju surf zone.



Gambar 3.12 Segmen Pipa yang Diletakkan di Atas Launching Ramp

c. Di area surf zone, jalur untuk pipeline (trench) dapat dilindungi dengan

struktur sheet pile sehingga jalur tersebut tetap terbuka.

d. Segmen pertama pipa diletakkan di atas launching ramp. Bagian ujung

pipa yang berada di darat ditahan oleh winch penahan untuk menghindari

pergerakan longitudinal. Sedangkan bagian ujung pipa yang berada di laut

dipasangi nose sebagai tempat penyimpanan pig, tangki pelampung, dan

swivel untuk mencegah terjadinya twisting pada kabel dan pipeline.

Sebuah katrol dipasang di depan swivel dan dilengkapi dengan tangki

pelampung agar tidak terbalik pada saat penarikan pipa.

Gambar 3.13 Pemasangan Penahan pada Bagian Ujung Pipa



Gambar 3.14 Susunan Nose pada Bagian Ujung Pipa

e. Sebuah barge untuk menarik pipa dijangkar di daerah lepas pantai dengan

jarak 1000 meter atau lebih. Barge ini diposisikan tepat di jalur pipeline

yang telah direncanakan.

f. Sebuah winch berukuran sangat besar dengan satu atau dua buah drum

berkapasitas tarik sangat besar pula dipasang di atas barge. Winch ini

dihubungkan dengan katrol pengatur oleh tali yang melingkar pada katrol

tersebut.

Gambar 3.15 Winch yang Dipasang di atas Barge



Gambar 3.16 Winch yang Dihubungkan dengan Katrol Pengatur

g. Kabel winch kemudian dihubungkan dengan nose di bagian ujung pipa.

Kabel dilingkarkan ke bagian katrol yang terpasang pada nose tersebut.

Pada bagian ujung barge, dipasangkan landasan kabel untuk mencegah

terjadinya gesekan dan pengausan.

h. Setelah semua persiapan selesai dan cuaca memungkinkan, segmen

pertama pipa tadi ditarik ke arah surf zone. Saat ujung pipa yang di bagian

darat mendekati garis pantai, penarikan dihentikan. Segmen pipa

berikutnya diletakkan di belakang segmen pipa pertama. Bagian

sambungan pipa kemudian dilas dan diberi coating. Setelah selesai,

dilakukan penarikan berikutnya.



Gambar 3.17 Penarikan Segmen Pipa Pertama

i. Barge kemudian bergerak maju dan posisi jangkar-jangkar diatur ulang.

Segmen pipa berikutnya diletakkan di atas launching ramp, dilas, diberi

coating, dan ditarik lagi.

3.3 ANALISIS INSTALASI METODE S-LAY

Pada umumnya, pipeline diinstal dalam keadaaan kosong sehingga pipeline tersebut

harus didesain untuk dapat menahan tekanan hidrostatis yang tinggi serta

kemungkinan terjadinya bending di sepanjang pipeline. Selain itu, pada saat

diluncurkan dari barge, pipa mengalami tegangan aksial. Oleh karena itu, kejadian

tekuk akibat kombinasi beban pada pipa menjadi pertimbangan utama pada saat

proses desain pipeline.



Gambar 3.18 Gaya-gaya yang Terjadi pada Pipeline Saat Instalasi

Pada metode instalasi S-Lay, terdapat dua daerah yang muncul pada pipa saat pipa

tersebut diturunkan dari lay-barge yaitu daerah overbend dan daerah sagbend.

Overbend adalah daerah pipa yang berada pada tensioner hingga bagian ujung dari

stinger. Sedangkan sagbend adalah daerah pipa mulai dari titik balik lengkungan pipa

(inflection point) sampai dengan titik sentuh pipa dengan dasar laut (touchdown

point).

Gambar 3.19 Daerah Overbend dan Sagbend



Kurvatur pipa pada daerah overbend dikontrol dengan pengaturan posisi ramp

penyangga dan pengontrolan kurvatur stinger. Secara umum, radius kurvatur

overbend harus didesain agar kombinasi tegangan maksimum yang terjadi pada pipa

tidak melebihi 85% dari specified minimum yield stress (SMYS).

Persamaan untuk menghitung radius kurvatur minimum pada daerah overbend dapat

diperoleh dari analisis deformasi segmen balok. Perhatikan segmen balok yang

mengalami deformasi pada Gambar 3.20.

Gambar 3.20 Deformasi pada Segmen Balok

Titik O adalah titik berat kelengkungan dan ρ adalah jari-jari kelengkungan. Tegangan

(stress) pada lokasi sejauh y dari garis netral dapat dihitung dengan menarik garis l

yang sejajar garis m sehingga didapat segitiga BCD yang sebangun dengan segitiga

ABC.

ABCDy :: =ρ (3.1)

ρy

ABCD = (3.2)

ABCD=ε (3.3)

ρε y= (3.4)



Dengan CD adalah perpanjangan dari AB akibat balok melengkung dan εx adalah

tegangan (strain).

Menurut hukum Hooke, pada suatu batang lurus yang dibebani gaya normal sentris P

dengan luas penampang A, perubahan panjang ∆L yang tergantung pada sifat kenyal

batang atau modulus elastisitas E dapat dinyatakan dengan rumus berikut.

EALPL⋅⋅=∆ (3.5)

AP=σ (3.6)

ELL σ=∆ (3.7)

Eσε = (3.8)

Substitusi persamaan (3.4) ke persamaan (3.8) menghasilkan persamaan untuk

menghitung tegangan (stress) σ sebagai berikut.

Ey⋅=

ρσ (3.9)

Sehingga apabila tinjauan dalam sebuah silinder, nilai y sama dengan besar r yaitu

jari-jari dari silinder tersebut, maka persamaan di atas berubah menjadi

Er⋅=

ρσ (3.10)

ER

D⋅=

2σ (3.11)

Substitusi persamaan 3.8 ke persamaan 3.11 menghasilkan persamaan untuk

menghitung radius kurvatur minimum R sebagai berikut.

DFEDR

02σ= (3.12)

Dimana :

E = Modulus elastisitas, 3 x 107 psi

D = Diameter luar pipa, inci

0σ = Specified minimum yield stress (SMYS), psi

DF = Faktor desain, 85%



Pada daerah sagbend, analisis tegangan (stress analysis) dilakukan untuk menentukan

tegangan (tension) dan panjang stinger yang dibutuhkan untuk mengerjakan instalasi

pipeline dengan aman. Pada umumnya, semakin besar tegangan yang dibutuhkan

maka semakin pendek stinger yang digunakan. Pada daereh sagbend, tegangan

maksimum yang diijinkan adalah lebih kecil dari 72% SMYS.

Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan dalam melakukan analisis tegangan

pada daerah sagbend yaitu metode linier beam, catenary, stiffened catenary, non-

linear beam, dan metode finite element. Tiap metode dapat memberikan hasil

perhitungan yang akurat pada kondisi tertentu. Tabel 3.1 menunjukkan perbandingan

dari tiap metode analisis di atas.

Tabel 3.1 Perbandingan Metode Analisis Stress pada Daerah Sagbend

Metode Pengaplikasian Syarat batas Validitas Linear-beam Perairan dangkal Mencukupi Defleksi kecil Non linear-beam Semua perairan Mencukupi Umum

Catenary Peraiaran dalam Tidak mencukupi Jauh dari ujung, kekakuan kecil

Stiffened catenary Perairan dalam Mencukupi Kekakuan kecil Finite element Semua perairan Mencukupi Umum

Pada metode linear beam, bentang pipa pada daerah sagbend dimodelkan sebagai

segmen balok seperti terlihat pada Gambar 3.21. Defleksi yang terjadi diasumsikan

sangat kecil.

1<<dxdy

Persamaan pengatur untuk metode ini adalah

2

2

04

4

dxydT

dxydEIq −=− (3.13)

Dimana :

q = Berat pipa dalam air per satuan panjang, lb/ft

EI = Pipe bending stiffness, lb-ft2

T0 = Tegangan efektif pipa bagian bawah, lb



Gambar 3.21 Pemodelan Daerah Sagbend

Syarat batas yang digunakan pada metode ini adalah

( ) 00 =y (3.14)

( ) Θ=0dxdy (kemiringan dasar laut) (3.15)

( ) 002

2

=dx

yd (3.16)

( ) HLy = (3.17)

( ) MLdx

ydEI =2

2

(M=0 pada inflection point) (3.18)

qHTT += 0 (3.19)

Metode linear beam ini dapat digunakan sebagai metode analisis tegangan pada

daerah sagbend apabila defleksi yang terjadi sangat kecil.

Documents

BAB III-METODE DAN ANALISIS INSTALASIdigilib.itb.ac.id/files/disk1/607/jbptitbpp-gdl...BAB III METODE DAN ANALISIS INSTALASI Tugas Akhir – Desain dan Analisis Instalasi Struktur