Nama : Eric A SimanungkalitNim : 03111005016 Mata Kuliah : Perencanaan Bejana TekanBEJANA TEKANDefinisi Bejana TekanBejana tekan atau Pressure Vessel adalah wadah tertutup yang berisikan material solid, liquid ataupun gas pada kondisi menahan tekanan baik tekanan internal maupun tekanan eksternal dan juga mampu dalam menahan berbagai jenis beban lainnya (misalnya beban berat, angin, dan gempa).Fungsi Pressure VesselPressure Vessel banyak digunakan dalam berbagai industriterutama di industry petrokimia dan minyak dan gas. Pressure vessel banyak digunakan dalam industri tersebut misalnya untuk melakukan perkerjaan sebagai berikut : Scrubber atau Knockout atau Flash Drumadalah vessel yang digunakan untuk menampung zat dengan ratio gas terhadap liquid yang tinggi. Liquid pada umumnya masuk sebagai embun di dalam gas dan mengalir secara bebas sepanjang dinding pipa. Setelah masuk ke dalam vessel, bagian cairan akan menempel di sekitar dinding vessel dan akan turun ke bagian bawah dari vessel. Vessel jenis ini umumnya memiliki bagian untuk menampung cairan yang masuk ke dalam vessel di bagian bawah vessel. Separator adalah vessel yang digunakan untuk memisahkan aliran dengan fasa yang bercampur menjadi 2 aliran liquid dan gas yang bebas 1 dengan yang lainnya. Perbedaan separator dengan scrubber adalah separator digunakan untuk memisahkan 1 aliran campuran menjadi 2 aliran berbeda fasa sedangkan scrubber digunakan untuk menampung zat dengan 2 fasa yang berbeda. Slug Catcher adalah vessel yang di gunakan secara khusus untuk mengabsorbsi cairan dalam jumlah besar pada interval yang tidak beraturan. Slug catcher banyak ditemui di unit pengilangan minyak dan gas untuk unit pengumpulan minyak ataupun unit pengumpulan gas. Three Phase Separator adalah vessel yang digunakan untuk memisahkan gas dan dua liquid yang tidak saling bercampur akibat perbedaan massa jenisnya, misalnya memisahkan gas, minyak, dan air pada substansi yang di ambil dari sumur minyak. Storage adalah vessel yang digunakan untuk memenuhi fungsi penyimpanann gas, cairan, atau campuran cairan dan gas yang merupakan hasil dari suatu proses dalam keadaan bertekanan tinggi. Air Receiver adalah vessel yang digunakan untuk menampung udara kering dalam jumlah besar. Udara kering disimpan didalam vessel untuk memenuhi keperluan proses yang memerlukan udara kering dalam jumlah besar. Cara ini lebih aman dan lebih cepat dibandingkan dengan mengambil udara kering dari lingkungan sekitar. Ketika udara didalam vessel terpakai dan terjadi penurunan tekanan udara di dalam vessel, Air Receiver harus segera diisi kembali sesuai dengan tekanan desainnya agar performansi dari vessel terjaga dan kebutuhan udara kering dapat selalu terpenuhi.

Bahan yang digunakan untuk Bejana Tekan. Bahan yang digunakan untuk shell & head yaitu, SA-516 Gr 70. Bahan yang digunakan untuk flange & fitting yaitu, SA-105, SA-181 Gr 1, SA-350 Gr LF1 LF2. Bahan yang digunakan untuk pipa yaitu, SA-53 Gr B, SA-106 Gr B. Bahan yang digunakan untuk baut yaitu, SA-193 Gr B7, SA-194 Gr 2H, SA-307 Gr B

Standard and Code, Recommended Practice, dan Perangkat Lunak Pressure VesselUntuk memenuhi faktor keamanan dan regulasi yang berlaku serta memudahkan dalam melakukan desain, fabrikasi, operasi dan perawatan Pressure Vessel, maka proses tersebut harus mengikuti standard, code dan recommended practice yang sudah diakui. Lembaga yang banyak mengeluarkan standard mengenai Pressure Vessel dan sudah diakui secara Internasional adalah American Society of Mechanical Enginnering (ASME) dan American Petroleum Institute (API) Selain itu juga terdapat beberapa recommended practice dan handbook yang sering dijadikan acuan dalam mendesain Pressure Vessel. Berikut adalah standard, code dan recommended practice yang digunakan dalam melakukan desain, fabrikasi,operasi dan perawatan Pressure Vessel : ASME Section VIII Division 1 : Rules for Construction of Pressure Vessel Division 2 : Alternative Rules for Design and Fabrication of Pressure Vessel Division 3 : Alternative Rules for Construcion of High Pressure Vessel EN 13445 : Unfire Pressure Vessels (European Standard extensively used in europe) PD 5500 (former BS 5500) :Specification for unfired, fusion welded pressure vessels (UK Standard) FRP Tanks and Vessels API 510 : Pressure Vessel Inspection Code : In-Service Inspection, Rating, Repair and Alteration Pressure Vessel Handbook Eugene F. Megyesy Pressure Vessel Design Manual Dennis R. Moss Pressure Vessel and Stack Keith and EscoeUntuk memudahkan dalam melakukan desain, maka digunakan perangkat lunak/software yang deprogram berdasarkan Standard di atas. Software yang banyak digunakan adalah PVelite (Coade Intergraph) dan COMPRESS (Codeware) yang berdata-basekan dari ASME Section VIII

JENIS JENIS PRESSURE VESSELJenis-jenis pressure vessel berdasarkan bentuknya yaitu : Cylindrical Pressure VesselCylindrical Pressure Vessel atau bejana tekan silindris adalah bejana tekan berbentuk tabung yang terbentuk dari bagian utama berupa Shell dan Head. Shell adalah badan utama dari vessel yang berbentuk silindris. Head adalah penutup dari shell yang terletak di ujung ujung shell.Berdasarkan orientasinya, bejana tekan silindris dibedakan menajadi 2 yaitu Vertical Pressure Vessel dan Horizontal Pressure Vessel.

Vertical pressure vessel

Vertical Pressure Vessel adalah jenis bejana tekan silindris yang memiliki orientasi vertical, artinya sumbu silinder shell tegak lurus dengan ground / tanah tempat bejana tekan tersebut diletakkan. Pada Vertical Pressure Vessel, head dari vessel terletak di bagian atas dan bawah dari shell. Vertical Pressure Vessel di instalasikan dengan jenis penyanggaleg atau skirt.

Horizontal Pressure Vessel

Horizontal Pressure Vessel adalah jenis bejana tekan silindris yang memiliki orientasi Horizontal, artinya sumbu silinder shell sejajar dengan ground / tanah tempat bejana tekan tersebut diletakkan. Pada Horizontal Pressure Vessel, head dari vessel terletak di bagian kiri dan kanan dari shell. Horizontal Pressure Vessel di instalasikan dengan jenis penyangga saddle.

Spherical Pressure VesselSpherical Vessel adalah bejana tekan berbentuk bola.Fabrikasi dari bejana tekan ini lebih sulit dibandingkan dengan fabrikasi dari bejana tekan silindris.Oleh karena itu, harga produksi dari bejana tekan ini lebih tinggi dibandingkan dengan bejana tekan silindris. Namun stress yang dialami oleh Pressure Vessel ini 2x lebih kecil dibandingkan dengan stress maksimum yang dialami bejana tekan silindris untuk tekanan, diameter dan tebal dinding vessel yang sama. Oleh karena itu bejana tekan ini sering digunakan untuk aplikasi dimana dibutuhkan tempat penyimpanan dalam kapasitas besar dan tekanan yang sangat tinggi.Bagian-bagian dari pressure vessel Pressure Vessel terdiri atas beberapa bagian yang mendukung pressure vessel dalam menjalankan fungsinya. Bagian bagian dari pressure vessel adalah sebagai berikut :Shell

Shell adalah bagian utama dari badan vessel. Pada bagian shell ini,seluruh bagian vessel yang lain akanterletak. Shell biasanya dibuat dari material baja (steel) namun pada beberapa aplikasi dapat juga digunakan material lain. Shell terbuat dari satu atau lebih pelat yang kemudian difabrikasi dengan cara di las sehingga membentuk tabung/silinder atau bola.Pada silindrikal vessel, shell yang berukuran kurang dari 600 mm dapat dibuat tanpa menggunakan sambungan (seamless).

Ketebalan dari shell adalah parameter utama dari sebuah pressure vessel untuk beroperasi pada daerah tekanan yang diinginkan. Shell mengalami 2 macam stress yaitu longitudinal stress dan circumferential/hoop stress. Tebal dari shell harus mencukupi untuk menahan kedua jenis stress ini.Longitudinal stress adalah stress yang orientasinya searah dengan sumbu shell. Hoop stress adalah stress yang orientasinya searah dengan tangential dari shell. Biasanya longitudinal shell lebih dominan dibandingkan dengan circumferential/hoop stress, namun pada kasus dimana sambungan shell menahan beban circumferential, maka beban circumferential harus diperhatikan agar tidak melebihi kekuatan dari sambungan dapat menahan beban tersebut.

HeadHead adalah bagian penutup dari ujung ujung cylindrical pressure vessel.Pada bagian head ini juga terdapat bagian dari pressure vessel lainnya misalnya nozzle. Head biasanya akan terbuat dari bahan yang sama dengan shellnya. Fabrikasi dari shell dilakukan dengan cara melakukan forming pada pelat material sehingga terbentuk head dengan bentuk yang diinginkan. Setelah itu head disambungkan ke shell dengan cara di las.Ketebalan dari Head juga merupakan parameter utama yang perlu diperhatikan agar vessel dapat berkerja pada tekanan operasinya dengan aman. Forming biasanya akan mengurangi ketebalan dari head. Oleh karena itu ketebalan minimum head setelah di forming harus diperhatikan agar dapat menahan stress yang terjadi pada head.Ada beberapa macam bentuk head, diantaranya yaitu : ElipsodialHead: adalah head berbentuk ellipsoidal dengan perbandingan jari jari elips sumbu mayor dan sumbu minornya adalah 2:1 Torisphrical Head adalah head berbentuk torispherical yaitu ellipsoidal head dengan perbandingan jari jari mayor dan jari jari minor yang lebih dari 2:1 Hemispherical Head adalah head berbentuk hemispherical yaitu ellipsoidal head dengan perbandingan jari jari mayor dan jari jari minor kurang dari 1:1. Padaperbandingan jari jari mayor dan jari jari minor tepat 1:1 head akan berbentuk berbentuk setengah bola sehingga disebut juga sebagai spherical head. Cone Head/ Toriconical head adalah head berbentuk kerucut/conical. Pada toriconical head terdapat transisi dari bentuk silindris menjadi cone yang disebut knuckle. Flat Head adalah head vessel yang berbentuk rata/datar

NozzleNozzle adalah saluran keluar masuk dari suatu pressure vessel.Nozzle dapat diletakkan baik di shell maupun di head. Nozzle biasanya dipasang pada shell ataupun vessel dengan cara di las. Nozzle pada umumnya berbentuk tabung dan terbuat dari material baja.Ukuran nozzle bervariasi dari kecil (2) sampai besar (>24).Nozzle dipergunakan untuk berbagai macam keperluan, misalnya sebagai akses untuk melakukan maintenance (manhole) untuk keluar masuknya gas hasil proses yang ingin di simpan, ataupun sebagai bukaan bagi alat instrumentasi. Kekuatan Nozzle perlu diperhitungkan agar dapat beroperasi pada tekanan sesuai dengan yang diinginkan.Nozzle terdiri dari 2 bagian yaitu bagian pipa dan bagian flange.Ketebalan dari pipa dan rating flange yang dipergunakan menjadi dasar dalam perhitungan kekuatan Nozzle.Ketebalan dari pipa nozzle mengikuti standard yang berlaku yang dikeluarkan oleh lembaga internasional misalnya American Standard Association (ASA).Ketebalan tersebut tergantung dari Nominal Pipe Size dan Pipe Schedule yang dipakai untuk nozzle. Namun pipa yang dipakai untuk nozzle juga dapat dibuat sendiri yang tentunya akan memiliki ketebalan yang tidak sama dengan standard. Jika melalui proses kalkulasi ketebalan pipa mencukupi, maka pipa untuk nozzle tersebut boleh dipergunakan. Flange adalah bagian yang menghubungkan pipa nozzle dengan system pemipaan yang terhubung ke unit lain. Flange yang dipakai harus mengikuti standard yang berlaku misalnya ASME 16.5. Kekuatan dari nozzle akan bergantung pada material dan rating dari nozzle. Rating adalah parameter yang dipergunakan untuk menunjukkan tekanan maksimum yang dapat ditahan oleh flange pada temperature operasi tertentu.

Reinforcement PadReinforcment Pad adalah pelat yang berfungsi untuk menguatkan nozzle. Reinforcement pad biasanya terletak di bagian bawah nozzle dan menempel pada shell. Reinforcement pad menempel pada nozzle dan shell dengan cara dilas. Penggunaan Reinforcement pad tidak selalu diperlukan. Melalui perhitungan, dapat ditentukan apakah penggunaan reinforcement pad diperlukan atau tidak. Ketebalan reinforcement pad menentukan kekuatan dari reinforment pad dalam menguatkan nozzle.

Stiffener RingStiffener Ring adalah bagian dari Vessel yang berfungsi untuk menjaga vessel agar tidak terjadi beban tambahan akibat defleksi. Stifenner ring berbentuk ring yang mengelilingi keseluruhan shell dari vessel. Stiffener ring biasanya terbuat dari bahan baja (carbon steel).Stiffener ring dapat dipasang beberapa buah pada shell tergantung kebutuhan.Stiffener banyak digunakan untuk aplikasi pressure vessel yang mengalami tekanan eksternal.Penggunaan stiffener bertujuan agar vessel tidak mengkerut akibat tekanan eksternal dan menambah beban akibat defleksi yang terjadi.Selain itu, stiffener ring banyak digunakan untuk horizontal vessel yang ditumpu pada saddle.Stiffener ring diletakkan dekat pada tumpuan saddle agar vessel tidak terdefleksi di sekitar tumpuan tersebut akibat beban berat dari vessel itu sendiri.Parameter stiffener ring dalam desain adalah momen inersianya. Momen inersia dari stiffener ring harus memenuhi momen inersia yang diperlukan agar stiffener ring tidak ikut berdeformasi dan terdefleksi.

Lifting Lug

Lifting lug adalah bagian dari pressure vessel yang akan di pasangkan dengan alat angkat untuk keperluan pengangkatan dan transportasi dari pressure vessel.Lifting lug berupa potongan baja tebal dengan lubang untuk mengaitkan pin yang akan disambungkan kepada alat pengangkat (hoisting equipment). Lifting lug terbuat dari bahan besi karbon ataupun besi tuang. Lifting lug dapat dipasangkan ke vessel dengan menggunakan pad ataupun tanpa pad. Pad adalah pelat yang berbentuk melengkung agar mudah dipasangkan pada shell atau head yang berbentuk silindris maupun spherical. Lifting lung akan dilas pada pad kemudian pad dipasangkan pada bagian shell atau head dari pressure vessel dengan cara di las.Pada saat pengangkatan, lug dan lasannya akan mengalami beban tarik, beban geser, dan momen baik momen bending maupun momen torsi. Oleh karena itu perhitungan ketebalan lug dan lasan yang dipakai diperlukan untuk memastikan lug dan lasannya mampu menahan beban beban tersebut.

SupportAdalah bagian dari vessel yang menyangga keseluruhan dari pressure vessel. Support ini akan dipatenkan pada tanah ataupun struktur tempat vessel tersebut akan diletakkan. Support dari pressure vessel harus mampu menahan beban berat, angin dan gempa bumi yang mungkin akan terjadi. Ada beberapa jenis support untuk pressure vessel yaitu :Skirt / LegSkirt / Leg adalah support yang digunakan untuk menyangga pressure vessel silindris vertical ataupun pada pressure vessel spherical. Skirt atau leg berbentuk tiang baja yang dilas pada pressure vessel kemudian dipatenkan pada ground / tanah atau struktur.Skirt / leg terdiri dari beberapa buah yang dipasang dengan jarak tetap mengelilingi pressure vessel.Ketebalan lasan dan ketebalan dari skirt / leg harus diperhitungkan agar dapat menahan beban dari berat vessel, momen akibat angin, dan gempa bumi.

Saddle Saddle adalah support yang digunakan untuk menyangga horizontal pressure vessel.Saddle berbentuk seperti pelana dengan kontur melengkung ke dalam untuk menampung shell dari pressure vessel.Umumnya sebuah pressure vessel disangga oleh 2 saddle. Saddle terbuat dari baja ataupun besi cor. Shell pada pressure vessel di las pada wear plate yang dilas pada saddle. Perhitungan beban pada saddle lebih rumit dan biasanya menggunakan analisis yang di sebut Zick Analysis. Geometri dari saddle dapat ditentukan dengan menggunakan recommended practice yang sudah ada.

Gambar desain dari sebuah saddle adalah sebagai berikut :