1. Definisi Vessel dan Tangki 1.1 Vessel
Secara umum vessel dapat berarti bejana, wadah/ tempat, dan ruang. Namun dalam industri, vessel diartikan sebagai sebuah bejana tekan dengan kondisi tertutup yang dirancang untuk menahan gas atau cairan bertekanan dengan tekanan lebih besar dari tekanan ambient. Vessel dapat digunakan sebagai tangki penyimpan, reaktor, kolom pemisah, penukar panas, dan lain-lain. Maka desain dan ukuran vessel juga menyesuaikan kegunaannya. Komponenkomponen utama dari Pressure Vessel, antara lain : a. Shell Shell adalah selimut vessel. Bentuknya silindris mengikuti pola keliling head. Shell dapat berupa pipe atau plate untuk diameter lebih dari 24 inch. Shell ini nantinya akan di-joint dengan head sehingga diusahakan memiliki beda bilangan volta yang tidak jauh (usahakan sama dengan head). Ini sangat penting sebagai usaha untuk mengurangi kemungkinan terjadinya korosi. b. Head Dua sisi shell dari pressure vessel harus ditutup pada ujungnya dengan forming plate yang biasanya disebut sebagai head. Head biasanya berbentuk melengkung ketimbang datar. Konfigurasi melengkung lebih kuat dan memungkinkan head untuk menjadi lebih tipis, lebih ringan, dan lebih murah daripada head berbentuk flat. Head biasanya dikategorikan menurut bentuknya. Adapun bentuk yang umum adalah ellipsoidal, hemispherical, orispherical, kerucut, toriconical dan flat.Elipsoidal (2:1) adalah konfigurasi yang paling umum dari head.
Gambar 1.1 Head
c. Nozzle Nozzle adalah komponen silinder yang menembus shell atau head dari pressure vessel. Ujung nozzle biasanya berbentuk flange untuk memungkinkan koneksi dengan part lain dan mudah untuk pemeliharaan atau akses. Nozzle digunakan untuk aplikasi berikut: -
Pasang
pipa
untuk
aliran
masuk
atau
keluar
dari
vessel.
-
Pasang koneksi instrument (misalnya, level gauge atau alat pengukur tekanan).
-
Menyediakan akses ke internal vessel melalui Manhole.
-
Menyediakan attachment langsung dari peralatan lainnya (penukar panas, mixer).
d. Support Jenis support yang digunakan tergantung pada ukuran dan orientasi dari pressure vessel. Dalam semua kasus, support untuk pressure vessel harus kuat untuk menerima beban selfweight, angin, dan beban gempa. Basic load dihitung untuk merancang anchorage dan pondasi untuk pressure vessel. Jenis support yang umum digunakan adalah sebagai berikut: - Skirt : aplikasi untuk pressure vessel yang tinggi, posisi vertikal. Support jenis ini adalah steel plate berbentuk silinder dan dilas pada bagian bawah shell dari pressure vessel atau pada head bagian bawah. Skirt untuk vessel jenis bola dilas ke bagian vessel di dekat mid plane dari shell. Skirt biasanya menyediakan cukup fleksibilitas sehingga ekspansi termal dari shell tidak menyebabkan tekanan panas yang tinggi di titik temu dengan skirt.
Gambar 1.2 Skirt
- Legs : aplikasi untuk vessel vertikal kecil, biasanya dilas ke bagian bawah shell. Rasio
maksimum panjang legs support terhadap diameter drum biasanya 2:1. Jumlah legs yang dibutuhkan tergantung pada ukuran vessel dan beban yang diterima. Support legs biasanya digunakan pada spherical pressure vessel. Support legs untuk vessel vertikal kecil dan spherical pressure vessel dibuat dari profil baja struktur atau profil pipa dan menyediakan desain yang paling optimal. Cross bracing apabila diperlukan menguatkan antar legs, digunakan untuk menyerap beban angin atau gempa.
Gambar 1.3 Leg - Saddle : aplikasi untuk vessel horisontal, biasanya disupport di dua lokasi dengan saddle support. Saddle support berfungsi mendistribusikan beban berat di seluruh permukaan dari shell untuk mencegah erjadinya local stress yang berlebihan dalam shell di titik-titik support. Lebar saddle, antara lain detail desain, ditentukan dari desain kondisi pressure vessel. Salah satu saddle biasanya dipasang sebagai fix anchor dan lainnya sebagai fleksibel anchor yang mengakomodasi thermal expansion ke arah longitudinal.
Gambar 1.4 Saddle
1.2 Tangki
Tangki adalah vessel yang digunakan sebagai penampung atau penyimpanan suatu bahan. Tanki penyimpanan atau storage tank menjadi menjadi bagian yang penting dalam suatu proses industri kimia karena tanki penyimpanan tidak hanya menjadi tempat penyimpanan bagi produk dan bahan baku tetapi juga menjaga kelancaran ketersediaan produk dan bahan baku serta dapat menjaga produk atau bahan baku dari kontaminan ( kontaminan tersebut dapat menurunkan kualitas dari produk atau bahan baku ) . Pada uumunya produk atau bahan baku yang terdapat pada industri kimia berupa liquid atau atau gas, namun tidak tertutup kemungkinan juga dalam bentuk padatan ( solid ). Storage tank atau atau tanki penyimpanan dapat memiliki bermacam – macam macam bentuk solid ). dan tipe, masing – masing tipe memiliki kelebihan dan kekurangan serta kegunaan masingmasing. Secara umum tanki penyimpanan dapat di bagi menjadi dua bila diklasifikasikan berdasarkan tekanannya (tekanan internal) yaitu : 1. Tanki Atmosferik ( Atmospheric Atmospheric Tank ) 2. Tanki Bertekanan ( Pressure Pressure Tank )
2. MACAM TIPE HEAD DAN TANGKI 2.1 Tipe Head
Hampir semua head dibuat dari plate melingkar melingkar yang di spin atau dengan metode press. Meskipun membutuhkan biaya tambahan untuk membentuk head
dari plate datar, tetapi
penggunaan head yang telah dibentuk akan lebih ekonomis daripada penggunaan head yang datar, kecuali untuk diameter tangki yang kecil. Penghematan dapat diperoleh dengan berkurangnya tebal head yang digunakan.
Gambar 2.1 Tipe Head Gambar di atas menunjukkan macam-maeam head yang umum digunakan, dengan: t
= tebal head, inch
icr
= inside comer radius, inch
sf
= straight flange, inch
r
= radius of dish, inch
OD
= diameter luar, inch
b
=depth of dish, inch
a
= ID/2 = inside radius, inch
s
= slope of cone, deg
OA
= overall dimension, inch
H
= diameter of flat spot, inch
Berikut pembahasan mengenai tipe – tipe tipe head : 1. Flanged-only Heads Head jenis jenis ini adalah yang yang paling ekonomis dalam pembuatannya, karena
hanya
membentuk flange dengan radius pada plate datar. Penggunaannya yang paling banyak adalah pada tangki bertekanan atmosferis. Head ini juga dapat digunakan sebagai dasar dari tangki silinder vertikal dengan diameter maksimal 20 ft. Head jenis ini diukur dengan basis diameter luar dan tersedia untuk ukuran 12-42 in dengan selisih 2 in, 42 -144 in dengan selisih 6 in, 144 - 240 in dengan selisih 12 in, juga tersedia untuk ukuran lebih dari 246 in.
2. Flanged standard dished and Flanged shallow dished Head Untuk meningkatkan kemampuan menahan tekanan maka bagian datar dari flanged only head harus dirubah menjadi lengkungan. Pada head semacam ini, terdapat dua radius yaitu radius lengkungan dan inside comer radius. Jika radius dari lengkungan lebih besar dari diameter luar shell maka disebut flanged and shallow dished head. Jika radius tersebut sama atau lebih kecil maka disebut flanged and standard dished head. Head yang tersedia ukurannya sama dengan flanged only head. Head ini tidak boleh digunakan untuk tangki bertekanan tinggi, Penggunaan umumnya adalah untuk tangki vertikal dengan tekanan rendah, tangki horisontal untuk fluida yang volatile, dan tangki berdiatneter besar yang tekanan uap dan tekanan hidrostatisnya terlalu besar untuk flaged only head. 3. Torispherical Head Dengan mengurangi stress lokal pada inside corner head, batas tekanan dari flanged and dished head dapat ditingkatkan. Hal ini dapat dilakukan dengan membentuk head sehingga inside comer radius paling tidak sama dengan tiga kali ketebalan plate, atau radiusnya tidak kurang dari 6% diameter dalam, dan radius lengkungan harus sama atau kurang dengan diameter head. Head ini umumnya digunakan untuk tangki bertekanan antara 15-200 psig bahkan dapat lebih dari 200 psig. Tetapi untuk penggunaan lebih dari 200 psig lebih ekonomis untuk menggunakan elliptical flanged and dished head. Head ini dapat digunakan untuk tangki vertikal maupun horisontal pada berbagai alat proses 4. Elliptical Dished Head Head ini digunakan untuk tangki bertekanan antara 100 psig hingga lebih dari 200 psig. Jika rasio sumbu mayor : sumbu minor = 2:1 maka kekuatan head akan sama dengan kekuatan shell silinder dengan diameter dalam dan luar yang sama. Kedalaman bagian dalam dari lengkungan sama dengan setengah dari sumbu minor atau sama dengan \4 diameter dalam dari head. 5. Hemispherical Head Untuk ketebalan yang sama, Head ini merupakan yang paling kuat. Head ini dapat menahan tekanan hingga 2 kali lipat dari elliptical head ataupun shell silinder dengan tebal dan diameter yang sama. Harga pembuatan dan biaya lain-lain dari head ini paling besar dibandingkan dengan yang lain. Ketersedian head ini juga terbatas dalam ukurannya.
2.2 Tipe Tangki
Tangki pada dasarnya dipakai sebagai tempat penyimpanan material baik berupa benda padat, cair, maupun gas. Dalam mendesain tangki, konsultan perencana harus merencanakan tangki dengan baik terutama untuk menahan gaya gempa yang mungkin terjadi. Jika tangki tidak direncanakan dengan baik, maka kerusakan pada tangki dapat mengakibatkan kerugian jiwa maupun materi yang cukup besar. Terdapat beberapa jenig tangki yang lazim dibunakan di dalam industri, yaitu sebagai berikut : 1. Tangki Tutup Konis Tetap (Fixed Cone Roof Tank) Terdapat 2 jenis tangki tutup konis tetap didasarkan atas konstruksinya, yakni : a. Self supporting rafter Tangki ini bertipe tutup konis tetap dengan penyangga tutup rafter yang mandiri. Tangki ini jenis Atmosferis, diperguankan untuk menimbun menyimpan berbagai jenis fluida dengan tekanan uap amat rendah (mendeteksi atmosferis), oleh sebab itu disebut tangki atmosferis. Fluida ini dapat bersifat mudah terbakar atau yang tidak berbahaya namun bernilai ekonomis cukup mahal atau keduanya. Tekanan uap didalam tangki tidak boleh melebihi berat tutup. b. Column Supported Jenis tangki atmosferis tipe column supported ini kegunaannya sama dengan tipe terdahulu. Bedanya anya pada bentuk pendukung atapnya yang terbuat dari pipa. Pipa penyangga ini harus diukur ketebalannya dari waktu kewaktu untuk mengetahui penipisan akibat serangan karat sebelah dalam. 2. Tangki Umbrella Jenis tangki atmosferis tipe umbrella ini kegunaanya mirip dengan kedua tipe diatas. Bedanya adalah tutupnya yang merupakan segmen – segmen melengkung dengan titik pusat meridian di puncak tangki.
Gambar 2.2 Tangki Umbrella
3. Tangki Tutup Cembung Tetap ( dome roof ) Jenis tangki atmosferis nin lazim disebut dome roof tank karena bentuk tutupnya yang cembung dan self supporting ( mandiri ). Kegunaannya tangki tipe ini sama dengan tangki tutup konos tetap. Jenis tipe ini sering digunakan untuk tangki dua dinding, dimana tangki sebelah dalamnya merupakan terbuat dari pelat stainless steel dan digunakan untuk penyimpanan gas alam cair ( suhu cryogenic sekitar – 1900C).
Gambar 2.3 Tangki Tutup Cembung Tetap 4. Tangki Horizontal Tangki ini jenis yang bertekanan rendah, dimana tekanan uap tidak melebihi 5 Psi. Digunakan untuk penyimpanan bahan kimia, penyimpanan air minum dan lain – lain. 5. Tangki Tipe Plain Hemispheroid Tangki ini jenis bertekanan rendah dan silindris, digunakan untuk meyimpan fluida ( minyak ) yang bertekanan uap ( rvp ) sedikit dibawah 5 psi.
Gambar 2.4 Tangki Tipe Plain Hemisperoid
6. Tangki Tipe Noded Hemispheroid Tangki ini jenis bertekanan rendah dengan fungsi penimbun fluida (light naphtha pentane) dengan tekanan uap tidak lebih dari 5 psi. 7.
Tangkin Plain Spheroid Tangki ini bertekanan rendah dengan kapasitas 20.000 barel.
8.
Tangki tipe Nided Spheroid Tangki ini kegunaannya mirip dengan tipe plain spheroid, hanya ukurannya lebih besar ( 40.000 barel ), dengan sebuah tie dan 2 buah truss.
9. Tangki Noded Spheroid Tangki berukuran 80.000 barel dengan dua buah ties dan dan 3 buah truss. 10. Presuree Tank Tangki jenis ini bertekanan uap (rvp) lebih dari 11,1 psi. Fluida yang disimpan biasanya produk minyak bumi seperti LPG, LNG. Terdapat beberapa jenis tangki penyimpanan jenis pressure tank yang lazim digunakan dalam industri.
Tangki Peluru ( bullet tank ) Tangki bullet sebenarnya lebih sebagai pressure vessel bentuk horizontal, dengan
volumemaksimum 2.000 barel. kegunaanya untuk menyimpan LPG.
Tangki Bola ( spherical tank ) Tangki bola juga sebenarnya merupakan pressure vessel, mengingata tekanan
internalnya melebihi 11,1 psi. Gunanya untuk menyimpan gas yang dicairkan seperti : LPG, O2, N2 Volume tangki dapat mencapai 50.000 barel. Ketebalan tangki bola biasanya 1,5 inci atau lebih, sehingga sambungan lasnya diradiografi 100%
dan di
PWHT ( Stress Reliefed / bebas teganagan internal ). Untuk menyimpan LNG dengan suhu cryogenic ( -190oC) tangki bola dibuat berdinding rangkap, dimana antaradua dinding diisi dengan isolasi dingin ( polyurethane foam), dan dinding sebelah dalam terbuat dari stainless steel.
11. Tangki Tutup Terapung Tutup terapung dimaksudkan untuk meningkatkan efisiensi maupun keselamatan. Dengan tutup terapung (dapat bergerak naik turun sesuai dengan tinggi rendah permukaan fluida / minyak bumi didalamnya), maka evaporasi dalam ruang uap (vapor space) dapat dihilangkan. Tutup terapung dapat mengurangi terjadinya ledakan dari fluida yang memiliki potensi mengandung listrik static, seperti JP-4 atau kerosine. Dengan tidak adanya vapor space, maka kemungkinan terbentuknya kelembaban (moisture), mengurangi kemungkinan serangan karat sebelah dalam pada tutup tangki jika fluida banyak mengandung belerang. Namun demikian terjadinya vapor loses / kehilangan minyak akibat penguapan tetap terjadi karen adanya celah antara dinding dan tutup tangki, serta menguapnya lapisan minyak pada dinding yang baru saja terbuka karen turunnya tuup. Namun demikian jika dibandingkan dengan tangki jenis tutup tetap, maka kehilangan ini relatif kecil. Tangki tutup terapung digunakan untuk menyimpan dengan tekanan uap antara 1,5 hingga 11 psi, atau produk minyak yang memerlukan perlakuan khusus. Jenis – jenis minyak yang disimpan pada tangki tipe ini adalah minyak mentah ringan (light crude oil), komponen gasoline (gasoline blending stock), naphtha ringan, pentane, dan beberapa bahan kimia yang mudah menguap (volatile). Untuk tangki timbun bahan didinginkan (refrigerated) hingga -60oF, digunakan ketentuan dalam API 620 Apendix R. Sedangkan untuk gas cair dengan suhu cryogenic (tidak lebih rendah dari -270o F) digunakan ketentuan dalam API 620 Appendix Q. -
Tangki Tutup Terapung Eksternal Terdapat tiga jenis, yakni : A. Tangki Tutup Terapung Eksternal Tipe Nampan Tutup terapung tangki ini berbentuk nampan yang diperkuat dengan trust rod (batang penguat), melintang tutup dan dipertahankan kekencangannya dengan menggunakan alat pengencang (turn buckle). Di tengah – tengah nampan terdapat ember pengumpul air hujan (drain sump) yang dilengkapi dengan saringan. Air hujan disalurkan melalui sistem cerat yang fleksibel dengan menggunakan kopling Chicksan.
B. Tangki Tutup Terapung Eksternal Tipe Pontan Disekeliling pinggir tutup dilengkapi dengan ponton berbentuk cincin. Bagian lainnya dari tutup berupa pelat tunggal atau dek. Ditengah tutup dipasang pengumpul air hujan dan pipa cerat. Dek tutup dilengkapi dengan lebih banyak batang penyangga (roof support). Pada tipe air hujan dibiarkan masuk kedalam fluida didalam tangki. Hal ini mudah dilakukan mengingat minyak selalu terpisah dengan air hujan. Namun kondisi ini memungkinkan terjadinya serangan karatsebelah dalam pada bagian air apa bila minyaknya banyak mengandung Chloride atau belerang. C. Tangki Tutup Terapung Eksternal Tipe Dek ganda Tutup tangki ini terdiri dari dua pelat dekyang tersusun dengan ronga diantaranya. Karenanya tutup ini berfungsi sebagai pelampung ukuran besar. Disini air hujan tidak disalurkan sewaktu meninggalkan tangki, namun dibiarkan masuk kedalam tangki. Penceratan air hujan relatif gampang mengingat air selalu disebelah bawah minyak. Kondisi ini memungkinkan terjadinya serangan karat sebelah dalam tangki jika minyak bumi yang simpan di sini banyak mengandung Chlorine atau belerang. Agar tingkat kerugian akibat penguapan kandungan tangki tutup terapung tipe eksternal, minimal pada celah antara dinding dengan tutup terapung dipasang penyumbat (seal) diupayakan selalu menempel pada dinding yang menggunakan per daun (leaf spring), pegas (coil spring) ataupun pemberat (counter weight). -
Tangki Tutup Terapung Internal Terdapat beberapa tipe tangki tutup terapung internal, yakni tipe nampam (pan). Tipe sandwich metal , tipe sandwich plastik, tipe bulkhead, tipe ponton, tipe dek ganda, dan tipe tutup diatas pelampung (roof on float). Semua tipe tersebut berhubungan langsung dengan cairan kecuali tipe tutup atas pelampung. Tangki ini digunakan untuk menimbun fluida yang hampir tidak boleh bocor / keluar keudara luar sama sekali, dikarenakan harganya yang sangat mahal, atau menyebabkan polusi udara (beracun),atau sangat mudah terbakar
-
Tangki Terapung Tangki ini termasuk yang tertua dari jenisnya dan telah digunakan di Indonesia sebagai penimbun gas kota untuk kepentingan industri dan rumah tangga di perkotaan. Gas yang dikonsumsi biasanya gas metan dan campuran gas hidro karbon lainnya. Karena sifat yang mengapung, maka tipe ini sangat efisien karena tidak ada kebocoran gas sama sekali.
12. Tangki Dinding Ganda ( double wall tank) Tangki ini khusus untik gas cair yang bersuhu cryogenic (hingga190oC). tangki sebelah dalam terbuat dari pelat stainless steel yang tahan suhu sangat dingin, sedangkan tangki sebelah luar lebih berfungsi sebagai penguat dan sekaligus pelindung isolasi dingin
Gambar 2.5 Tangki Dinding Ganda 13. Tangki Bentuk Lain 1. Tangki tanpa tutup (open roof tank) Tangki ini biasanya digunakan untuk menyimpan air tawar atau air pendingin. 2. Tangki Kobra Tangki kobra sebenarnya adalah tangki yang ditinggikan posisinya agar dapat digunakan untuk mendistribusikan air minum menggunakan gaya gravitasi ke tempat – tempat pengguna. 3. Tangki BawahTanah Tangki ini banyak digunakan oleh SPBU untuk menjual BBM. Lokasi dibawah tanah dimaksudkan untuk keselamatan umum (meminimalkan risiko kebakaran / peledakan).
Gambar 2.6 Tangki Bawah Tanah
3. PEMILIHAN TIPE VESSEL Faktor utama yang mempengaruhi pemilihan adalah : a. Fungsi dan lokasi vessel b. Sifat fluida c. Temperature dan tekanan operasi d. Kebutuhan volume penyimpanan atau kapasitas proses Vessel dapat diklasifikasikan berdasarkan fungsinya, temperatur dan tekanan, bahan konstruksi atau geometri dari vessel itu sendiri. Tipe vessel pada umumnya diklasifikasikan berdasarkan geometrinya adalah : 1. Tangki terbuka 2. Flat-bottomed, vertical cylindrical tanks 3. Vertical cylindrical and horizontal vessels with formed ends 4. Spherical or modified spherical vessel
Vessel diklasifikasikan secara umum menjadi dua yaitu vessel penyimpanan dan vessel untuk proses. Cairan tidak berbahaya, misal air laut dan larutan encer lainnya disimpan pada kolom jika nilainya rendah atau tangki terbuka, kayu atau tangki beton jika nilainya lebih tinggi. Jika fluidanya beracun, mudah terbakar atau mudah menguap pada kondisi penyimpanan atau tekanan lebih tinggi daripada tekanan atmosfer dibutuhkan sistem tertutup. Untuk penyimpanan pada tekanan atmosfer tangki silinder dengan bawah yang datar dengan atap bentuk kerucut (cylindrical tanks with flat bottoms and conical roofs)
yang biasa digunakan. Bentuk bola
(sphere) untuk penyimpanan dengan tekanan ketika volume yang dibutuhkan besar. Untuk
volume yang lebih kecil dibawah tekanan , cylindrical tanks with formed head lebih ekonomis.
A. Vessel Terbuka - Digunakan antara operasi atau operasi batch yang mana material dicampur sebagai settling
tanks, dekanter, reaktor kimia, reservoir, dan lain-lain. - Lebih murah daripada vessel tertutup dengan kapasitas dan konstruksi yang sama. - Sejumlah besar larutan encer dengan nilai rendah dapat disimpan dikolam. - Vessel terbuka yang lebih kecil biasanya berbentuk bundar dan dikonstruksi dari carbon steel
ringan, beton, dan terkadang dari kayu. - Pada proses industri, sebagian besar vessel dikonstruksi dari baja karena biaya awal murah
dan fabrikasinya mudah. - Pada industri makanan dan farmasi sering membutuhkan material tambahan untuk vessel
terbuka pada persiapan pencampuran. B. Vessel tertutup - Fluida mudah terbakar, fluida berbahaya memancarkan api, dan gas harus disimpan pada
vessel tertutup. - Bahan kimia berbahaya seperti asam akan lebih aman disimpan pada vessel tertutup.
Jenis-jenis vessel tertutup: 1. Cylindrical Vessels with Flat Bottomed and Conical or Dome Roof - Desain paling ekonomis untuk tangki tertutup yang dioperasikan pada tekanan atmofer
adalah tangki silinder dengan atap kerucut dan dasar yang rata yang langsung kontak dengan tanah dengan pondasi yang tersusun dari pasir, kerikil dan batuan. - Silinder, dasar rata dan atap kerucut menyediakan lubang untuk ekspansi dan kontraksi
fluida sebagai hasil fluktuasi temperatur dan volume. - Pada umumnya, tangki dengan atap kerucut terbatas untuk tekanan atmosfir. - Jika atap kubah digunakan, tekanan 2,5 sampai 15 lb psig diperbolehkan. Vessel ini
biasanya lebih kecil diameternya dan lebih tinggi dari tingginya daripada tangki dengan atap kerucut.
Gambar 3.1 Cylindrical Vessels with Flat Bottomed and Conical o r Dome Roof
2. Cylindrical Vessels with Formed Ends
- Digunakan untuk volume cairan/gas yang kecil dengan tekanan tinggi. - Kode untuk desain tangki dari American Petroleum Institute (10) dan American Society of Mechanical Engineers (11).
- Diameter tangki berkisar antara 12-35 ft dan tingginya dapat mencapai 200 ft. - Formed Ends meliputi bentuk hemisperical, elliptical-dished, torispherical, standarddished, conical, toriconical,dan flat plates.
- Bentuk ujung tangki yang umum digunakan untuk tangki bertekanan adalah elips.
Gambar 3.2 Cylindrical Vessels with Formed Ends
3. Spherical and Modified Spherical Vessels
- Digunakan untuk volume gas yang besar dengan tekanan kecil/sedang - Kapasitas berkisar antara 1.000-25.000 bbl - Tekanan berkisar antara 10 lb/in2 untuk tangki yang lebih besar sampai 200 lb/in2 untuk tangki yang lebih kecil
- Tangki bola yang dimodifikasi antara lain bentuk multisphere, ellipsoidal (dengan volume 55.000 bb pada tekanan 75 lb/in2), semi-ellipsoidal (dengan volume 120.000 bbl pada tekanan 2,5 lb/in2), dan hemisperoid.
- Semakin besar kapasitas tangki, maka tekanan tangki akan semakin kecil
Gambar 3.3 Spherical Vessels 3.1 Kriteria Pemilihan Tipe Vessel
Pemilihan tipe vessel didasarkan pada fungsionalnya (kegunaan vessel). Persyaratan fungsional melibatkan kondisi operasi seperti suhu, tekanan, dimensi dan kapasitas. Apabila desain vessel tidak sempurna, vessel dimungkinkan akan gagal beroperasi. Terdapat satu atau lebih faktor yang dapat menggaggalkan kerja vessel, misalnya deformasi plastic dari tegangan yang berlebihan atau ketidakstabilan elastisitas. Untuk menghindari kegagalan tersebut, perlu dipertimbangkan faktor-faktor fan sifat fisik bahan dalam mendesain vessel.
3.2 Prosedur yang Digunakan dalam Pembelian Vessel
Pada umumnya bagian perancangan proses mengembangkan diagram alir untuk proses yang akan digunakan. Informasi yang terdapat dalam diagram alir biasanya berupa suhu dan tekanan operasi, kapasitas, heat duty dan informasi ainnya mengenai korosi. Bagian perancangan alat mempersiapkan sketsa detail berbagai macam alat, spesifikasi material yang digunakan untuk membuat alat, selongsong( shell ) dan ketebalan penutup, jenis penutup dan code stamping . Selain itu, bagian perancangan alat juga mengspesifikasikan jenis nozzle dan manhole dan penilaian mengenai hal tersebut; batasan mengenai korosi yang diperbolehkan; penghilangan stress, radiografi dan hidrostatik atau pengujian udara yang perlu dilakukan. Bagian perancangan alat ini juga memperkirakan waktu pengiriman ; berat vessel saat kosong dengan alat pelengkap internal dan berat vesse saat diisi air; dan berat operasi. Lembar mengenai spesifikasi setiap alat harus dipersiapkan. Bagian pembelian mengirim salinan sketsa detail dan lembar spesifikasi ke kontraktor untuk menentukan harga dan tanggal pengiriman. Sementara itu, bagian perancangan plant juga mengirim salinan sketsa dan spesifikasi. Bagian perancangan pant mempersiapkan rancangan plant meliputi spesifikasi untuk jalan, utilitas, saluran pembuangan limbah, perlindungan jika terjadi kebakaran atau ledakan, pompa, sistem pemipaan dan detail perancangan berbagai komponen yang diperlukan. Pada dasarnya perkiraan awal mengenai perancangan alat diperoleh dari kontraktor, kemudian satu atau lebih kontraktor (pembuat alat) dan dilakukan penetapan harga untuk pemesanan vessel dan alat-alat lainnya. Kontraktor kemudian memberikan surat perjanjian pembelian material dan mempersiapkan shop drawing . Shop drawing biasanya ditunjukan kepada pemesan. Ketika pemesan telah menyetujui desain yang dibuat kontraktor memulai pembuatan vessel dan alat-alat tersebut. Biasanya, pemesan mengirimkan bagian untuk mengawasi pembuatan alat-alat tersebut mulai dari pembuatan alat, pengujian alat dan pengiriman alat.
4. KOROSI Korosi dapat terjadi pada peralatan proses diakibatkan lapisan film yang terbentuk di permukaan alat. Ketahanan terhadap korosi yang baik ialah pada tembaga dan campurannya, hal ini dikarenakan kemampuan keduanya untuk membentuk lapisan film yang tipis dan protektif pada permukaannya. Lapisan film ini terjadi karena oksidasi sederhana atau susunan garamgaram tak larut. Untuk bisa melindungi alat, maka lapisan harus tipis, menempel di permukaan dengan erat, dan tidak mudah terlarut. Peralatan yang beroperasi dalam kondisi ini yang mampu membentuk lapisan film yang seragam, umumnya terkorosi dalam waktu yang lebih lambat dan mungkin untuk waktu yang lama. Dalam kondisi korosi yang parah atau kondisi peralatan yang cepat terkorosi, mengharuskan penggantian alat lebih sering. Pemilihan bahan dan pengaturan kondisi operasi yang baik, korosi dapat dikurangi sehingga akan menghemat biaya operasi dan perawatan. Oleh karena itu sebaiknya mempertimbangkan faktor-faktor penyebab korosi dalam perancangan alat. a. Uniform Corrosion Ketika korosi terjadi karena susunan garam-garam terlarut, maka akan menyebabkan penipisan dinding secara seragam. Laju korosi tergantung dari media penyebab korosi, kecepatan aliran fluida, suhu, dan lain-lain. Korosi jenis ini biasanya terjadi pada larutan asam (yang mengandung O2), pada air dengan kandungan oksigen dan karbondioksida tinggi (air mineral). Untuk mengurangi korosi jenis ini dengan mengaplikasikan aliran listrik eksternal (perlindungan katodik). b. Impingement Attack Ketika korosi yang terjadi dalam kondisi normal dimana ada bagian-bagian yang terkena gaya destruktif dari media yang bersirkulasi dengan kecepatan tinggi. Fluida yang mengalir secara turbulen menyebabkan kerusakan pada lapisan film pelindung secara cepat. Kondisi ini dapat diperburuk dengan media sirkulasi yang membawa bahan abrasif. c. Concentration-cell Atack Ketika korosi terjadi karena adanya proses elektrokimia dari concentration-cell . Dalam kondisi dimana ada beda lingkungan antara lokasi pada logam yang sama. Korosi jenis ini dapat dikurangi dengan cara sebagai berikut: 1. Menentukan butt-joints dan memastikan saat mengelas tidak ada celah
2. Menghindari penggunaan lap-joints, atau menutup dengan logam yang telah dilas, disoldir, dan didempul 3. Menghindari sudut yang tajam dan area yang tetap agar tidak terjadi akumulasi endapan dan padatan lain 4. Berusaha untuk menyediakan aliran cairan seragam dengan meminimalisasi sifat turbulen dan terbawanya udara 5. Menyediakan media penyaring untuk mencegah penyumbatan pada peralatan yang dapat menimbulkan deposit attacks atau impengement attacks d. Deposit Attack Ketika partikel-partikel kecil mengendap atau terperangkap pada dinding peralatan, hal ini disebut deposit, hal ini juga merupakan jenis dari concentration-cell khusus. Biasanya area yang terendapi ini menjadi bersifat anodik. Korosi jenis ini dapat dikurangi dengan menyaring media sirkulasi dan pembersihan secara berkala. e. Galvanic-cell Attack Ketika logam dan campuran yang tidak sama berkontak satu sama lain, reaksi galvanisasi terjadi pada logam kurang mulia atau disebut logam anodik. Dari deret galvanis kita dapat memprediksi kecenderungan logam dan campurannya untuk membentuk galvaniccell dan memprediksi kemungkinan terjadinya reaksi galvanis. Pada tabel 2.2 ditunjukkan
deret galvanis untuk air laut. Pemilihan logam yang baik adalah memilih logam dalam satu grup, sehingga dapat memperlambat proses korosi.
Tabel 4.1 Deret Galvani pada air laut
f. Stress Corrosion Sebagai dampak dari reaksi simultan dari tekanan dan kondisi korosi tertentu, bagian bagian dari peralatan dapat patah. Ketika tekanan diberikan secara eksternal maka patahan ini disebut “stress-corrosion crack”. Sedangkan saat tekanan diberikan secara internal maka patahan ini disebut “season c rack”. Proses annealing untuk meredam
tekanan sangat baik untuk mengurangi season-cracking. Jika tekanan diberikan secara berulang seperti sebuah siklus maka patahan ini disebut “fatigue cracking”.
5. SHELL DESAIN FLAT-BOTTOMED CYLINDRICAL VESSEL 5.1 Spesifikasi Material
Bahan yang biasa dipakai dalam konstruksi vessel penyimpanan adalah metal, alloys, clad-material dengan saluran yang cocok dengan fluidanya. Konstruksi material yang paling
murah dan mudah dibangun adalah hot-rolled mild (karbon rendah). Baja low – carbon yang lebih lunak dapat dipotong lebih mudah sehingga bisa dibentuk dalam berbagai bentuk. Baja low-carbon ini juga sering digunakan dalam pembuatan vessels. Campuran logam high- strenght steels adalah syarat spesifik dari low-carbon steels yang dibuat lebih kuat dengan penambahan
sedikit elemen alloy. Kerugian dari high-strenght alloy steels adalah susah dibentuk karena memiliki elastisitas yang rendah. Besi yang digunakan dalam konstruksi tangki diantaranya adalah BS-13, British-Steel atau SA-283 grade C. Sebagian besar dari besi yang digunakan untuk konstruksi tangki penyimpanan memiliki suhu di bawah 55°F seperti ABS dan Class C/SA-201, Grade B (67). 5.2 Ukuran Tangki Optimum
Sebelum sebuah tangki di desain, ukuran dari tinggi dan diameter harus disesuaikan. Diameter dari standar tangki penyimpanan pada tekanan atmospherik biasanya berkisar antara 10-220 ft dan tingginya berubah-ubah antara 6-64 ft. Tidak ada aturan khusus yang diberikan dalam pemilihan rasio tinggi dan diameter. Karena rasio yang digunakan disesuaikan dengan kebutuhan proses, lahan yang tersedia,dan batas tinggi. Volume dari tangki dapat ditentukan oleh kebutuhan proses dan pertimbangan lainnya, seperti jenis produksi, pengaruh variasi musim terhadap tangki penyimpanan. Ukuran optimum dari diametet tangki (D) dan tingginya (H) bervariasi antara dua batasan. Ukuran optimum dari sebuah tangki dipengauhi oleh biaya fondasi dan biaya tanah yang digunakan untuk transportasi bahan disekitar tangki. Besarnya pemasukan bahan ke tangki dapat ditunjukan dengan ketentuan annual cost per unit area. Tujuan dari pengukuran tangki untuk mendapatkan ukuran tangki yang optimal, dan juga dapat digunakan untuk menunjukan biaya dari fondasi, shell, dan atap tangki per unit area.
Jika,
D = diameter vessel, ft H = tinggi vessel, ft V = Volume vessel, ft3 =
atau H=
A1 = area shell, ft2 = A2 =
c1 = annual cost of fabricated shell, dollars/ft2 c2 = annual cost of fabricated bottom, dollars/ft2 c3 = annual cost of fabricated roof, dollars/ft2 c4 = annual cost dari pemasangan fondasi bawah vessel, dollars/ft2 c5 = annual cost dari pemasukan bahan ke tangki, dollars/ft2 C = total annual cost dari vessel, dollars/year Lalu, C= (A1C1) + A2(C2+C3+C4+C5) Substitusi luas dari A1 dan A2, maka didapat :
C= +
(C2+C3+C4+C5)
Sederhanakan persamaan dengan mensubstitusi H, C=
+
+ (C2+C3+C4+C5)
A. Tangki yang memiliki ketebalan shell yang tidak bergantung pada D dan H Tekanan pada shell adalah fungsi dari diameter dan tinggi tangki. Untuk alasan kestabilan elastisitas, ketebalan shell dibatasi minimal 3/16 inc untuk tangki yang tingginya 45 ft atau lebih kecil dari 45 ft. Sedangkan untuk tangki yang diameternya lebih besar, maka ketebalan shell dibatasi ¼ inc. Untuk itu, tangki yang memiliki ketebalan ¼ inc atau lebih kecil dari ¼ ionc dapat dipertimbsngksn untuk menggunakan tebal shell yang tidak bergantung pada D dan H. Untuk penentuan biaya (c1,c2,c3,c4) dari ebrbagai macam variasi tangki digunakan berbagai macam korelasi. Banyak korelasi yang terdapat pada literatur yang dapat digunakan untuk memperkirakan biaya operasi tangki. Untuk cost minimum, slope dari kurva cost vs diameter tangki untuk mengisi volume tertentu (V), harus sama dengan nol (dc/dD= 0).
B. Tangki yang memiliki ketebalan shell yang bergantung pada D dan H Tangki yang memiliki tinggi dan diameter yang demikian, kuantitas D(H-1) melampaui 1720 untuk butt-welded, atau 1515 untuk lap-welded shells. Biaya dari shell per satuan luas (c1) adalah fungsi dari D dan H. C. Estimasi dari faktor biaya Banyak faktor dari perancangan biaya tidak dapat dievaluasi dengan akurat sampai perancangan tangki diketahui. Biaya dari komponen-komponen tangki, shell, bottom dan roof adalah fungsi dari tebal plate, jenis baja, biaya pembentukan, biaya pengelasan dan lain lain termasuk biaya pendukung lainnya seperti nozzle, manholes, pompa, tangga, peron, dan macam-macam komponen lainnya. Faktor-faktor tersebut saling berhubungan dan untuk mengestimasi suatu biaya biasanya lebih mudah menunjukannya dengan biaya dari fabricated material karena biaya per pound nya lebih mudah tersedia. 5.3. Perancangan Shell ukuran Vessel Kecil dan Sedang (Tangki Produksi)
Vessel tegak ukuran kecil dan sedang dengan bagian bawah datar disebut vessel produksi dengan vessel penyimpanan yang biasanya diciptakan dari plat baja tebal. Bagian optimumnya serupa dengan pembahasan sebelumnya pada kasus 2 (D=H). Perancangan vessel sederhana sudah distandarisasi untuk industri perminyakan (100, 101) seperti yang dideskripsikan pada Gambar 5.1 dan Tabel 5.1. Shell vessel biasanya diciptakan baik ukuran 3/16 in atau ¼ in plat dengan tebal tidak kurang dari 60 in. Baja ringan tipe SA 7, SA 283 tingkat C dan D. Plat shell biasanya disambung ganda dengan penetrasi sempurna dari penyambungan logam atau penyambungan tunggal dengan pematahan bagian belakang penetrasi logam sambungan sempurna. Tabel 5.1 Tabel Dimensi Perancangan Vessel
Gambar 5.1 Standard Disain untuk Vessel Kecil dan Sedang (API Standard 12D) 5.4 Perancangan Shell untuk Tanki Penyimpanan yang Besar
Kebanyakan tanki dan vessel berbentuk slindris karena silinder memliki struktur yang kuat dan mudah untuk difabrikasi. Beberapa stress kemungkinan muncul pada shell silindris antara lain sebagai berikut: 1. Longitudinal stress d tekanan dari dalam vessel 2. Circumferential stress akibat tekanan dari dalam vessel
3. Residual weld stress dari pemanasan local 4. Stress yang berasal dari beban yang melapisi seperti slaju, angin, es, peralatan pelengkap dan tubrukan beban 5. Stress yang dihasilkan dari perbedaan termal 6. Stress lain kemungkinan disebabkan oleh factor teknis A. Stress pada Shell Tipis Berdasarkan Teori Membran
Sebuah persamaan sederhana dapat digunakan untuk menentukan ketebalan dinding minimum dari vessel silindris berdinding tipis dengan pengaruh tekanan i nternal.
Gambar 5.2 Kekuatan Memanjang yang Bekerja pada Silinder Tipis di bawah Tekanan Gambar 5.2 menunjukkan diagram yang menunjukkan vessel silinderis berdinding tipis dengan stress uniform, f, yang diasumsikan terjadi pada dinding sebagai hasil dari tekanan internal. l
= panjang, inch
d
= diameter dalam, inch
t
= ketebalan shell, inch
p
= tekanan internal, psig
-
L ogitudi nal Stress
Jika dibatasi hanya tekanan stress, gaya longitudinal, P, akibat dari tekanan internal, p, berlaku pada ketebalan silinder tipis t, panjang l dan diameter d maka: P=
(gaya untuk mencegah vessel pecah secara longitudinal)
A = tπd (luas dari logam untuk mencegah pecahan longitudinal) Sehingga, F = stresss = Atau
(1)
= stress terinduksi, pounds per square inch
-
Cir cumf erenti al Sress
Gambar 5.3 Gaya Melingkar yang Bekerja pada Silinder Tipis di bawah Tekanan Internal Berdasarkan gambar 5.3 dan hanya mempertimbangkan circumferential stress yang disebabkan tekanan internal, analisis berikut ini mungkin bisa dikembangkan: P = pdl (gaya untuk mencegah pecah vessel secara circumferential) A = 2tl (luas dari gaya hambatan logam)
F = stress = atau
(2)
Perbandingan dari persamaan (1) dan (2) mengindikasikan bahwa untuk stress spesifik yang diijinkan, diameter tetap dan tekanan yang diketahui, ketebalan yang dibutuhkan untuk menampung tekanan dari kondisi dari persamaan (2) adalah dua kali yang dibutuhkan untuk kondisi pada persamaan (2). Sehingga, ketebalan ditentukan dengan persamaan (2) dengan “mengontrol” dan umumnya digunakan “persamaan dinding tipis” pada berbagai jenis varian tipe vessel. Persamaan ini mengabaikan korosi dan sambungan las yang meyebabkan kelemahan.
-
Ef isiensi Sendi dan K orosi yang Di ij in kan
Pada atmosferik vessel penyimpanan, sendi las jarang mengurangi stress atau radiografi. Lapisan las mungkin tidak sekuat plate shell baja gulung yang berdampingan. Dari pengalaman ditemukan bahwa, sebuah perijinan dibuat untuk kelemahan dengan memperkenalkan factor efisiensi Sendi”, E dalam persamaan (1) dan (2). Faktor ini selalu
kurang dari kesatuan dan dispesifikasikan untuk konstruksi las dengan varian tipe yang diketahui. Ketebalan logam,c, yang dijinkan untuk jenis korosi apapun
lalu ditambahkan untuk
menghitung ketebalan yang dibutuhkan dan nilai ketebalan final yang mendekati equal ukuran plate nominal atau ketebalan yang lebih. Persamaan (1) menjadi:
(3)
Dan persamaan (2) menjadi
Dimana
(4) t= ketebalan shell, inch p= tekanan internal, psi d = diameter dalam, inch f=stress yang dijinkan, psi E=efisiensi sendi, tak berdimensi C=korosi yang diijinkan, inch
-
Persamaan yang Dimodifikasi
Untuk vessel penyimpanan , maksimum stress yang diijinkan dipertimbangkan kira-kira sepertiga dari ultimate tensile strength dari baja, yang merupakan factor safety 3 yang diterapkan, yang umumnya untuk beban statis struktural pada baja.
B. Pertimbangan Praktis untuk Memilih Dimensi Shell-Plate
Faktor lain dalam menentukan ketebalan logam yang dibutuhkan perlu dipertimbangkan, misalnya salju, angin, es, prosedur fabrikasi, dll. Menurut API Standard, ketentuan ketebalan minima tidak boleh kurang dari ¼ in untuk tanki dengan diameter 50-120 ft, 5/16 in untuk diameter 120-200 ft dan 3/8 in untuk tanki dengan diameter lebih dari 200 ft atau kurang dari 3/16 in untuk tanki yang berdiameter lebih kecil dari 50 ft. Ketentuan tersebut diturunkan dari pertimbangan praktis meliputi stiffness, korosi yang diijinkan, beban angin dan sebagainya. Tanki yang memiliki ketebalan shell lebih besar dari yang disebutkan, kemungkinan mengurangi ketebalan pada bagian atas. Ketebalan untuk bagian atas sangat penting karena adanya tekanan hidrostatis cairan. Bagaimanapun, ketebalan tidak boleh kurang dari minima yang telah ditentukan.
C. Butt-Welding versus Lap-Welding
Plate kemungkinan memiliki butt atau lap-welding sesuai dengan rancangan dan pertimbangan ekonomis. Bagaimanapun, 5/8 in adalah maksimum ketebalan plate untuk horizontal joint dengan lap-welded. Sedangkan untuk butt-welded maksimum ketebalan 3/8 in. Selain itu, jarak minimum yang dibutuhkan antara vertical joint adalah 2 ft untuk ukuran tambahan keselamatan.
D. Bagian-Bagian Shell
1. Shell Nozzle Pipa yang membawa fluida ked an dari dalam tanki disambungkan dengan hubungan pipa pendek yang dilas ke dalam shell tanki. Sambungan ini disebut “nozzle”. Untuk alasan
praktis nozzle dengan ukuran nomial yang lebih dari 2 in direkomendasikan degan flange fitting. 2. Shell Manhole Manhole sangat penting pada vessel tertutup untuk melakukan inspeksi, pembersihan, perbaikan dan lain-lain. Manhole bisa terletk di shell atau di atap atau pada keduanya. Manhole yang diletakkan pada shell memiliki kelebihan yaitu lebih mudah untuk menggunakan bukaan shell untuk membersihkan atau memperbaiki shell. Shell manhole memliki kekurangan yaitu tidak selalu dapat dibuka kecuali vessel kosong.
6. DESAIN BAGIAN BADAN BAWAH DAN ATAP UNTUK VESSEL SILINDER DENGAN BADAN BAWAH DATAR Bagian badan bawah dan atap dari vessel penyimpanan silinder vertikal biasanya terbuat dari plat-plat baja yang mempunyai ketebalan dari bagian badan bawah dan atap yang digunakan dalam shell. Hal ini mungkin untuk kasus bagian badan bawah karena biasanya dilengkapi dengan persiapan yang dilandaskan pada pasir atau kerikil terletak pada tanah. Beban pada atap biasanya dibuat dan dibatasi oleh kecepatan angin dan timbunan salju dengan batasan yang diinginkan untuk mengantisipasi penambahan muatan-muatan (beban) muatan lainnya. 6.1.Desain Badan Bawah
Bentuk dan desain dari bagian badan bawah untuk vessel penyimpanan akan tergantung pada dasar yang digunakan untuk menyangga vessel, metode untuk memindahkan material yang tersimpan, tingkat sedimentasi suspensi padatan, korosi bagian bawah, dan ukuran vesel penyimpanan. Jika pertimbangan yang telah disebutkan digunakan untuk badan bawah berbentuk flat dan memuat kapasitas tanah sedikitnya 3000 lb/ft2, biasanya bagian badan bawah diletakkan di atas alas pasir atau kerikil secara langsung di atas tanah.
Gambar 6.1 Typical bottom joints (API Standard 12 C)
Jika bagian badan bawah tangki secara langsung disangga oleh tanah, lipatan pada bagian badan bawah dicegah dan plat bagian badan bawah berada di bawah tekanan beban. Secara teori lembaran logam ringan, 16 gage atau kurang akan cukup untuk bagian badan bawah. Akan tetapi, untuk memberikan pengurangan lebih besar dalam penyambungan dan untuk mengurangi penambahan logam untuk terkorosi, plat yang mempunyai ketebalan paling kecil ¼ in harus digunakan untuk beberapa tahun, ketebalan plat 5/16 in paling umum digunakan untuk bagian badan bawah tangki. Plat bagian badan bawah 72 in atau lebih dalam lebar lebih dipilih dan plat dengan lebar 96 in biasanya dikhusukan plat dengan ketebalan ¼ in biasanya disambung bagiannya dengan bagian batas. Sedikitnya 1 ¼ in untuk semua gabungan badan bawah harus luas melebihi sambungan plat pada shell sedikitnya 1 in. Tidak ada lebih dari 3 bagian plat harus diletakkan 12 in dengan lainnya atau shell lainnya. Tipe sambungan bergabung membentuk shell-to-bottom dan bagian badan bawah terlihat pada Gambar 6.2 a dan b, memberikan metode berganti-ganti dari bentuk sket plat dibawah lingkaran shell. Sket plat harus dibentuk dan disambung dengan cara permukaan bearing yang rata-rata untuk plat shell diproduksi.
Gambar 6.2 Methods of shaping sketch under the shell ring (API Standard 12 C)
Dalam memperhatikan pemilihan plat bagian badan bawah, plat dengan ukuran terlebar tersedia dengan baik sekali dan tidak membutuhkan biaya lebih untuk ukuran yang lain (paling ekonomis). Plat 96 biasanya digunakan lebarnya dikali 20 atau 30 ft. Jika plat bagian bawah dikelurkan secara simetris dengan hubungannya pada garis tengah dari bagian bawah. Jumlah perbedaan bentuk plat akan dikurangi untuk menjadi minimum. Ini merupakan keuntungan karena plat bisa dibagi dalam 4 kelompok dimana plat bagian badan bawah berhubungan simetris dengan pusat, hanya 2 plate yang bisa ditampilkan dalam 1 waktu. Sepanjang bagian badan bawah asimetris dengan pusat membuat kebutuhan plat dengan ukuran bermacam-macam dalam jumlah yang banyak. Desain simetris sederhana untuk mengatur sudut dari keempat plat untuk memotong pada pusat bawah tangki. Namun, desain ini tidak seharusnya digunakan dengan konstruksi penyambungan bagian karena 4 plat akan terbagi pada lipatan dan juga desain ini kadang boros dengan beberapa kelompok potongan dimensi menghasilkan dari plat batas. Pada kasus plat bawah akan diatur kembali dengan 1 plat dipusatkan pada bagian bawah. Pada desain ini, pusat baris tunggal, tetapi seluruh baris punya pasangan. Pusat baris akan mempunyai 2 plat batas dengan ukuran yang sama, tetapi akan menjadi 4 batas plat identik untuk setiap baris dari pusat berturut-turut. Tabel 6.1 Dimensi Welded Draw-off Elbow (API Standard 12 C)
Ukuran plat dan letak potongan plat batas bisa siap dihitung dengan persamaan 6.1 dan referensi pada gambar 4.3.
Berarti harus menghilangkan cairan dari bawah vessel. Tangki pada gambar 4.4 mungkin digunakan dengan penyaluran air. Tangki bagian bawah datar meggunakan gravitasi atau penyaluran pompa yang berarti mengeluarkan siku seperti yang digambarkan pada gambar 4.5. Dimensi pengeluaran siku dijelaskan pada tabel 6.1 6.2 Pemilihan Rafter dan Girder
Rafter dirancang sebagai muatan balok yang seragam seragam. Masing-masing rafter dipertimbangkan untuk mendukung plate roof dan beban roof lebih dari daerah yang membentang di kedua sisi rafter dan dibatasi oleh garis pusat untuk adjecent rafter. Dari EQ 4.8 terlihat saat pembelokan maksimum untuk sebuah balok setara dengan wl2/8 dan terjadi di pusat balok. Tegangan maksimum fiber berbanding lurus dengan kuadrat dari panjang balok, l2. Oleh karena itu untuk menghindari penggunaan berlebihan berat rafter panjang rafter biasanya terbatas dari 20-24 ft atau kurang. Ini mungkin ditunjukkan dengan mempertimbangkan 20 ft 0 in, rafter ini spasi 6 ft 0 in. Terpisah dari sisi luar dan 4 ft, 0 di. Pada sisi batin dengan beban desain roof 0,25 psi. Maksimum momen lentur adalah, oleh eq 4.8:
= 108.000 in-lb
Dari persamaan 2.10:
Untuk f=108.000 psi,
Dari item 1 lampiran G sebesar 7 x 2 1/8 in sSaluran yang beratnya 9.8 lb /ft mana z = 6in3 dapat dipimilih untuk memenuhi persyaratan.
Untuk vessel yang memiliki diameter besar, rentang rafter dikurangi dengan menggunakan griders, kolom yang mendukung harus digunakan setiap cincin griders dan juga di tengah-tengah tangki. Biasanya lima atau lebih lurus grider yang bergabung untuk membentuk dukungan poligonal untuk mendukung bagian akhir rafter. Aturan desain girder sama denganrafter. Beban girder dianggap beban seragam setara dengan beban roof plus berat rafter. Daerah roof yang memberikan kontribusi pada beban girder adalah panjang girder kali jarak di kedua sisi setengah jalan ke depan setelah dukungan. Rafter membentuk serias dari terkonsentrasi beban dapat dianggap sebagai seragam ketika empat atau lebih rafter didukung pada satu tiang pancang. Roof memiliki langit-langit di bawah beban tekan ombiner dan membungkuk beban. Dalam desain tersebut, adalah beban tidak didukung, l melebihi 15b mana b sama dengan lebar kompresi flage, stres adalah pound per inci persegi harus melebihi nilai yang dihitung dari persamaan 4.22. untuk mendukung panjang balok dan girder tidak boleh melebihi 40 kali b (lebar flens compression) Pembatasan di atas, membatasi panjang balok dengan rasio l b tidak lebih dari 40 dan tegangan tidak boleh melebihi dari yang diizinkan oleh rumus untuk rasio l b lebih dari 15, tidak berlaku bagi rafter yang berhubungan dengan roof baja. Hal ini diasumsikan bahwa kondisi penuh beban, gesekan antara roof lembar dan rafter akan memberikan dukungan lateral untuk flens kompresi rafter. 6.3 Pemilihan Kolom
Desain balok dan rafter untuk foor berdasarkan faktor keamanan kira-kira 3, yaitu sepertiga strength. Untuk bentuk gulungan baja struktural kekuatan tarik utama 55000 psi, tegangan tarik yang diijinkan 18.00 psi dianjurkan. Nilai yang sama dapat digunakan untuk tegangan maksimal diperbolehkan. Dalam kasus kolom, tekanan maksimum yang diijinkan kompresi tidak boleh melebihi 15000 psi. Tegangan ini dapat dihitung dengan eq 4.21. Tagangan tekan yang diijinkani dihitung berdasarkan bagian kolom (termasuk daerah pengelasan) jika kolom terdiri dari dua atau lebih bagian dilas bersama-sama. Untuk anggota utama kompresi l/r rasio tidak boleh melebihi 180, dan rasio untuk anggota kompresi bracing dan menengah harus dibatasi ke 200 Dukungan kolom untuk roof memiliki standar struktural bentuk pipa, tergantung pada prference dalam desain. Dalam instalasi kolom, bengkokan harus digunakan pada bagian bawah tangki untuk mencegah setiap gerakan lateral yang mungkin dari kolom berbasis.
6.4 Atap Kubah dan Payung
Atap kubah adalah salah satu salah satunya berbentuk permukaan bulat. Pada mulanya, tank dengan atap kubah yang digunakan untuk berbagai macam layanan. Saat ini jarang digunakan untuk penyimpanan dalam kondisi atmosferik untuk plihan yang lebih sederhana dipilih tangki atap kerucut yang lebih murah. atap kubah masih digunakan secara luas untuk desain vessel silinder datar di bagian bawah untuk tekanan rendah. Atap payung dibentuk horisontal di setiap seksi meskipun atap adalah sebuah poligon beraturan dengan sebanyak sisi antara atap kerucut dan atap kubah tetapi lebih mudah untuk menginstal karena plate atap melengkung di hanya satu arah. Persamaan untuk stres dalam vessel tipis bulat dapat mengembangkan dengan cara yang mirip dengan yang digunakan eq 3.13 dengan hasil sebagai berikut:
(4.28)
Dengan membandingkan eq 4,28 dengan EQ 3.14 itu jelas bahwa bagi thr sama kelengkungan diameter dan tipis sama bentuk bola adalah dua kali sekuat bentuk sylindrical Dengan demikian untuk kekuatan sama radius lengkung bola harus dua kali bentuk silinder. Oleh karena itu untuk membuat radius kelengkungan atap kubah yang sama dengan dua kali radius sheell. API standar 12 C merekomendasikan proporsi ini dan izin variasi 20% di kedua arah R=D
(4.29)
atau
R min = 0,8D
(4.30)
atau
R max = 1,3D
(4.31)
7. PROPORSIONAL DAN PEMILIHAN HEAD UNTUK VESSEL SILINDER DENGAN FORMED CLOSSURES 7.1 Pertimbangan Umum A. Pengembangan Konstruksi Welded
Awal mula perancangan thermal cracing pada industri petroleum menggunakan vesel bertekanan dimana bentuk kepala didasarkan pada shell. Pada vesel ini kekurangan terdapat pada frekuensi kebocoran disekililing sambungan kepala. Usaha untuk mengatasi kesulitan pembuatan alat dalam pengambungan tepi plat dan penyambungan ring pada sambungan kepala. Pada vesel ini seringkali tidak sesuai dengan harapan kecuali digunakan potongan metal yang sangat besar sehingga beban yang ada pada potongan lebih besar dari pada beban yang ada pada sambungan. Ukuran vesel yang besar yang digunakan pada pada tekanan rendah (tebal dinding kurang dari 1 inch) dibentuk dengan pengelasan oxyacetilene. Keterbatasan dalam pengelasan ini ada pada kerapuhan dari elektroda metal yang kosong,sehingga konstruksi pembuatan tebal dinding pada vesel tidak dapat dilaksankan. dengan pengembangan dari perubahan elektroda berlapis yang terus menerus penyambunga dapat dimungkinkan. Pengembangan ini memunculkan kembali metode lama yang praktis dalam teknik pembuatanmbungan untum vesel bertekanan. B. Penggunaan Bentuk Kepala
Vessel bentuk silinder dengan bentuk kepala dapat digunakan pada berbagai macam aplikasi namun tidak dapat digunakan pada tangki silinder dengan dasar bawah yang datar. Aplikasi ini dapat dikelompokan menjadi 3 bagian. (1) fungsi, penggunaan (2) pertimbangan tekanan, dan (3) ketrbatasan ukuran. Peralatan untuk proses seperti kolom distilasi, unit desorpsi, packed tower, evaporator, cristalizer, dan penukar panas pada dasrnya setelah bentuk kepala vesel silinder terbetuk masih diperlukan bagain fungsional lain yang mendukung. Jika vesel bekerja pada selain tekanan atmosfer pada umunya bentuk kepala vesel tertutup.
Secara global, semua yang menggunakan vesel berebntuk silinder bekerja pada tekanan uap dan memiliki ukuran sekitar 5lb/inch persegi. Ada bebrapa ukuran bentuk kepala itu sendiri. Flat bottomed dengan ukuran besar, atap berbentuk kerucut yang dibatasi bekerja pada tekanan uap dengan ukuran kecil. Terkadang vesel silinder dengan flat bottom dan diameter yang sangat kecil dapat beropersi dibawah tekanan kerja pada beberapa lb/inch persegi jika atap atau kubah digunakan, peratan yang dirancang untuk bekerja di bawah teknan atmosfer akan menggunakan pembentukan kepala dengan ukuran tertentu. Vesel penyimpanan kecil (desain horizontal) yang biasanya diletakkan di tempat terbuka yang sering digunakan pada umunya
dibuat dengan
bentuk kepala hampir datar dari plate yg berat. C. Vessel Vertikal vs Horizontal
Secara umum, persyaratan fungsional dari vesel terkadang menetukan vesel harus berbentuk vertikal atau horizontal. Sebagai contoh, kolo distilasi dan packed tower mememanfaatkan gaya gravitasi untuk separasi, membutuhkan intalasi vertikal. Penukar panas dan vesel penyimpanan dimungkinkan berbentuk vertikal atau horizontal. Pada kasus heat exchager, pemilihan sering dikontrol atau berdasrkan arus fluida dan perhiyungan perpindahan panas. Pada kasul vesel penyimpanan, instalasi atau tempat pembangunan sangat penting. Jika vesel dibangun diluar, kecepatan atau beban angin akan berdampak pada kebutuhan dasar untuk mencegah over turning. Untuk beberapa alasan, vesel penyimpanan horizontal lebih banyak digunakan dan ekonomis. Namun, hal yang lebih penting adalah ketersediaan lahan atau area, head room dan pemeliharaan juga merupakan faktor penentu. 7.2 Spesifikasi Material
Baja ASTM-A-131-55
adalah baja yang dimaksudkan untuk meningkatkan struktur
biasanya digunakan untuk konstruksi kapal. Pada dahulu, untuk spesifikasi dari baja ini pada dasarnya sama dengan A-7 dan A-283, kelas D. Untuk meningkatkan
kualitas baja pada
lambung kapal , spesifikasi ini diubah pada tahun 1950 yaitu dengan cara menambah ketebalan pada baja. Utntuk mewujudkan hal ini maka ada perlunya material yang ditambahkan yaitu adalah heavy- vessel fabrication. Untuk baja ini ada batasan untuk persentase karbon dan untuk
mangan yaitu 0,6% sampai 0,9 % untuk piringan setebal in dan juga untuk plate yang
mempunyai ketebalan 1 atau lebih memerlukan 0,15 % sampai 0,3 % silikon.
Steel
Tensile Strength, psi
Min Yield, point psi
Max Thickness Available,in
Min % Elong, in 8 in.
Min % Elong, in, 2 in
Max % C(ladle)
Max % P (ladle) (basic)
Max % S (ladle) (basic)
Grade A
45,000 to 55,000
24,000
2
27
30
No spec
0.04
0.05
Grade B
50,000 to 60,000
27,000
2
25
28
No spec
0.04
0.05
Grade C
55,000 to 60,000
30,000
2
23
27
No spec
0.04
0.05
Grade D
60,000 to 72,000
33,000
2
21
24
No spec
0.04
0.05
A-7-55T
60,000 to 72,000
33,000
15
21
24
No spec
0.04
0.05
Grade A
58,000 to 71,000
32,000
½ and less
21
24
No spec
0.04
0.05
Grade B
58,000 to 71,000
32,000
½ to 1
0.23
0.04
0.05
Grade C
58,000 to 71,000
32,000
1 and over
0.25
0.04
0.05
Grade A
60,000 to 72,000
33,000
21
24
No spec
0.04
0.05
Grade B
50,000 to 62,000
27,000
24
28
No spec
0.04
0.05
Grade C
48,000 to 58,000
26,000
26
No spec
No spec
0.04
0.05
A-283-54
A-131-55
A-113-54
Tabel 7.1 1955 ASTM Steel Specification (67) Baja ini tersedia dalam ukuran lebar untuk ketebelan dan tingginya kualitas daripada A-7 tetapi pada kenyataannya tidak diizinkan di dalam konstruksi mendesign vessel yaitu dalam hal menemukan kode tekanan pada vessel. Tambahan kualitas yang dibutuhkan untuk plate baja berat akan menambah biaya dan bisa juga menghilangkan keinginan untuk menggunakan alat ini. Struktur baja yang lainnya yang terdaftar di dalam ASTM A-6-54T adalah A-8, A-94, A284 dan A-242. Baja A-8 terdiri dari 3 % sampai 4 % nikel baja mengandung maksimum karbon 0,43 % dan memiliki kekuatan tarik dari 90.000 sampai 115.000 psi. Nikel yang memiliki sifat kuat yang dapat ditemukan di baja karbon yang dapat menambah daya yield point, fatigue limit dan impact strength. Baja A- 94 adalah baja silikon terstruktur terdiri dari maksimal karbon 0,4 % dan minimal silikon 0,2 dan memiliki kekuatan tarik dari 80.000 sampai 95.000 psi dan minimal pada yield point adalah 45.000 psi. Jenis baja ini dapat dieliminasi dengan pertimbangan untuk pembuatan vessel dalam hal perbedaan pembuatan dan biaya tambahan untuk baja yang satu ini.Baja A-284 adalahkarbon silikon baja yang kekuatannya lemah dan sedang yang terdiri dari 0,1%-0,3% silikon dan mempunyai kekuatan tarik 50.000 sampai 60.000 psi.
Baja A-242 adalah campuran logam dan baja
terstruktur yang digunakan sebagai
material stress-carrying dimana memiliki ukuran yang pas dan memiliki resistan terhadapa korosi dimana kedua hal ini sangat penting. Ketebalan terbatas yang tidak di bawah 3/16 dan tidak lebih dari 2 in. Baja ini terdiri dari maksimal mangan 1,25 % dan maksimal karbon 0,2 %. Baja ini memiliki yield point sebesar 50.000 untuk ketebalan dari 3/16 sampai 3/4 in, 45.000 untuk ketebalan ¾ sampai 1 1/2 in dan 40.000 untuk ketebalan 1 ½ sampai 2 in. Untuk plate 1 ½ in tebal dan tipis akan mempengaruhi penambahan 50 % atau lebih pada yield strength. Memakai faktor design yang sama dalam yield point berakibat dalam pengurangan proporsional di dalam ketebalan metal yang dibutuhkan. 7.3 Proportional Vessel dengan Formed Head
Vessel silinder dengan head sudah digunakan secara luas. Secara umum penggunaan vessel dapat dikelompokkan dalam tiga katagori : Fungsi, pertimbangan tekanan, batasan ukuran. Pada peralatan proses seperti kolom distilasi, unit desorpsi, menara bahan isian, evaporator, kristalizer dan HE pengggunaan head sangat penting dengan berbagai perlengkapan proses lainnya. Jika tekanan proses tidak atmosferis, penggunaan head menjadi penting untuk menutup vessel. Vessel (dengan head yang dibentuk = vessel with formed head) umumnya dibuat dari bahan low carbon steel, yang mana bahan ini akan menjadi pilihan yang lebih murah apabila dikaitkan dengan pertimbangan suhu dan korosi. Selain itu, bahan ini memiliki kekuatan yang cukup tinggi, mudah dibuat dan baja lunaknya (sebagai bahan dasar baja) mudah didapat. Sedangkan low dan high alloy steel umumnya digunakan untuk keperluan-keperluan fabrikasi tertentu. Baja yang umum digunakan terbagi menjadi dua kategori umum :
Baja yang dispesifikasi oleh ASME Lebih sering merujuk pada boiler plate steel. Digunakan untuk vessel bertekanan.
Struktural grade steel
Sebagian baja ini ada yang sesuai dengan spesifikasi dari ASME yang khusus digunakan untuk keperluan fabrikasi tertentu dan juga yang khusus digunakan untuk konstruksi vessel storage (vessel penyimpan).
A. Persamaan Vessel dengan Eliptical Dished Heads
Volume tangki silinder tertutup dengan eliptical dished heads sama dengan volume silinder ditambah dua kali volume head. Volume head dapat dihitung dengan menggunakan persamaan untuk silinder dengan volume yang ekuivalen dan diameter dalam yang sama dengan bagian silindris dari head. Gambar di bawah ini memperlihatkan irisan melintang dari elipsoidal head dengan rasio sumbu mayor: sumbu minor = 2:1
Persamaan elips : x2 + y2 = 1 a2
b2
Pemilihan tangki dibatasi oleh diameter atau panjang maksimum yang dapat diangkut dengan railroad flatcar ( kereta dengan gerobak datar), umumnya sekitar 13ft 6in. Tangki yang lebih besar daripada itu bisa didapatkan dengan cara : a. Diangkut dengan kapal (jika antara lokasi dan pembuat terdapat sarana transportasi laut) b. Pengelasan sambungan dan pembentukan dilakukan di lokasi c. Plat dipotong dan dibentuk di penjual dan dirakit di lokasi
Hal lain yang perlu diperhatikan adalah jumlah sambungan karena berpengaruh terhadap proporsi tangki. Usahakan jumlah sambungan seminimal mungkin.
B. Pemilihan dimensi plate yang optimum
Lebar Plate, tangki silinder dapat dibuat dengan meng-roll dan mengelas 1 atau beberapa plate. Pilihan pengelasan tergantung pada ukuran plate yang digunakan. Pengelasan keliling dan mendatar dapat dihilangkan dengan menggunakan plate yang ukurannya lebih besar, plate dengan lebar lebih dari 90 inch akan lebih mahal setiap inch kelebihannya. Tetapi penghematan yang didapatkan dengan menggunakan plat yang lebih lebar sehingga mengurangi jumlah sambungan dan pengelasan melebihi biaya tambahan dari plate yang lebih lebar.
7.4 Pemilihan Dimensi Plate Optimal A. Lebar Plate
Sel silindris dari tabung dengan tutup dapat dibuat dengan membentuk lingkaran dan mengelas 1 atau lebih plate secara bersama-sama. Pemilihannya dapat berdasarkan terhadap lebar dan jumlah plate yang akan digunakan. Biasanya bagian las yang melingkar dan membujur dapat dihindari dengan menggunakan plate yang lebih lebar. Plate dengan lebar lebih besar dari 90 Inch akan membutuhkan pengeluaran ekstra seiring dengan bertambahnya lebar dari plate tersebut. Sehingga plate yang ekonomis adalah plate lebar yang dapat mengecilkan sambungan plate dan dapat mengurangi biaya dengan menghilangkan sambungan yang berlebih. Contoh dari pengurangan biaya yang dapat dibuktikan dengan pemilihan ukuran plate yang optimal ditunjukkan oleh W.G. Theisinger (104) untuk membeli 20 tabung dengan diameter 48 inch dan 20 tabung dengan diameter 54 inch. Sel pada tabung tersebut adalah : 1. Sel plate ganda a.
Tabung 48 inch i. 20 plate 157,5x87x1,75 in ii. 20 plate 157,5x85x1,75 in
b. Tabung 54 inch i. 20 plate 176.75 x 91 x 1.93 in ii. 20 plate 176.75 x 93 x 1.93 in 2. Sel plate tunggal a. Tabung 48 inch i. 20 plate 171 x 157,5 x 1,75 in b. Tabung 54 inch i. 20 plate 183 x 176,75 x 1,93 in
Untuk Sel plate ganda pembentukan membutuhkan biaya yang lebih banyak yang diperhitungkan rata-rata $436 per sel atau total sekitar $17,440.00 untuk 40 tabung. Dibandingkan dengan sel plate tunggal biaya ekstra untuk pembangunan untuk 40 plate lebar dengan biaya $1.25 per 100 lb untuk 157.5 in dan $1.50 per 100 lb untuk 176.75 in dengan total pengeluaran sebesar $9,853.00; oleh karena itu penghematan biaya sebesar $7,587.00 dapat tercapai dengan menggunakan sel plate tunggal. Sebagai tambahan, waktu pembangunan dapat di kurangi sebesar 5800 jam kerja, dan pengiriman yang lebih cepat. Dengan catatan permisalan tersebut berdasarkan harga pada tahun 1944 dan tidak menunjukkan harga sebenarnya. Untuk sebuah sel tabung dapat dibangun dengan menggunakan 1 atau 2 potongan bangunan, pemilihannya bergantung pada perhitungan biaya untuk setiap desain dan memilih desain dengan biaya yang lebih kecil. Namun, untuk tabung yang besar yang mengharuskan pembangunan menggunakan beberapa plate prosedur diatas tidak dapat diterapkan dengan mudah karena jumlah desain yang terlalu banyak. Sehingga untuk menentukan jumlah optimum dari plate yang menghasilkan biaya kecil dapat dilakukan secara matematik. Kelebihan lebar untuk plain carbon steel plate pada tahun 1953 ditunjukkan oleh tabel 9.4 dengan tambahan harga dalam dollars U.S setiap 100 lb dapat di plotkan terhadap dimana adalah lebar plate dalam inch. Persamaan tersebut adalah :
Dengan adalah harga dollar per 100 lb , dan adalah lebar plate dalam inch. Biaya dari pengelasan melingkar , termasuk dengan biaya persiapan dari sambungan, biasanya dapat diwujudkan dengan hubungan harga dollar dengan jumlah lasan dan terdapat pada tabel 5.2. Biaya pembentukan lasan secara melingkar dapat di sebut sebagai . Dengan total biaya yang dikeluarkan untuk pengelasan melingkar pada sejumlah N plate (termasuk dengan pengelasan tutup) dapat di rumuskan sebagai berikut :
Dimana l adalah panjang dari sel (inch), dan D adalah diameter sel (ft) Biaya tambahan dengan menggunakan plate yang lebih lebar dari 90 inch dapat diberikan dengan persamaan :
Dengan total pengeluaran ekstra untuk menggunakan plate dengan lebar lebih dari 90 inch ditambah dengan pengeluaran untuk semua sambungan melingkar dapat dijadikan suatu persamaan yaitu :
Dengan mendeferensiasikan persamaan tersebut, C, dengan lebar plate, w, dan disamakan dengan 0 agar mendapatkan nilai minimum, maka akan didapat persamaan :
Dengan menyelesaikan persamaan diatas dengan nilai w untuk lebar plate optimum yang memberikan biaya pembangunan terkecil untuk sel merupakan fungsi dari biaya penyambungan las-lasan, dan tebal sel, t. Persamaan ini dapat diplotkan pada grafik 5.5. Sejak tahun 1953 kelebihan lebar digabungkan dengan kelebihan tebal plate (appendix C). Sehingga grafik 5.5 hanya untuk perhitungan awal. B. Tebal Plate Plate memiliki ketebalan antara 0.5 inch sampai 1 inch yang dapat dibeli dengan biaya
dasar tanpa adanya penambahan biaya jika ada penambahan tebal plate. Untuk menghindari penambahan tebal plate sehingga melebihi 1 inch, dapat digunakan baja yang lebih kuat. Hal ini merupakan hubungan yang penting dalam perancangan tabung untuk memenuhi standar yang dibutuhkan. C. Panjang Plate Plate memiliki panjang antara 8-50 ft dapat dibeli tanpa adanya tambahan biaya untuk
penambahan panjang. Jika memungkinkan dalam perancangan tabung, panjang dari plate harus dipilih berdasarkan batas ini. Hal ini terjadi karena jarang pabrik yang memiliki stock untuk plate dengan panjang lebih dari 40 ft, dan hal ini hanya terdapat pada tebal plate 0.75 inch atau kurang dan plate dengan lebar 72 inch atau kurang. Plate yang lebih berat (memiliki maksimal dan termasuk tebal 3 inch) dan lebar yang besar biasanya memiliki panjang 20 ft. Nilai maksimum panjang, lebar, dan tebal dari suatu plate yang dapat ditangani dari pembelian tabung menunjukkan batas dari ukuran plate yang dapat dirancang.
Plate yang mempunyai panjang antara 2 -50 ft sdh tersedia dipabrik tanpa panjang tambahan. Biasanya pabrik tidak punya stok plate yang panjangnya lebih dari 40 ft. Panjang ini biasanya dilakukan hanya dalam ketebalan plat ¾ in atau kurang dan lebar plate 72 in atau kurang. Panjang, ketebalan, dan lebar maksimum dapat ditangani oleh pabrik. Vessel dapat diberlakukan pembatasan pada ukuran plat yang dapat ditangani. 7.5 Tipe Pembentukan Heads pada Umumnya dan Pemilihannya
Meskipun biaya pembentukan head dari pelat datar melibatkan biaya tambahan pembentukan, penggunaan head dibentuk sebagai penutup biasanya lebih ekonomis daripada penggunaan pelat datar sebagai penutup kecuali penutupan diameter kecil. Di bawah ini gambar macam-macam tipe bentuk head pada umumnya.
Keterangan :
Kedalaman piringan dan dimensi overall, OA bisa dihitung dengan rumus :
Untuk tujuan las head ke kulit vessel, berbagai macam gaya tepi mesin dapat disediakan pada head yang dibentuk oleh pabrik. gaya mesin standar untuk head yang disediakan oleh salah satu produsen yang ditunjukkan pada gambar. 5.9.
Dibawah biaya tambahan untuk berbagai gaya standart mesin dan berlaku untuk semua jenis head yang dibentuk.
A. Flanged – only heads
Head yang dibentuk paling ekonomis adalah yang dihasilkan dengan membentuk flange dengan jari plat datar. Head ini diidentifikasi sebagai satu-satunya Head flanged dan diilustrasikan secara rinci dari fig.5.7 Flanged-only heads diaplikasikan pada penutup ujung vessel penyimpan berbentuk silinder horizontal pada tekanan atmosfer. Vessel ini untuk menyimpan fuel oil, kerosin, dan campuran liquid yang mempunyai tekanan uap rendah.Flanged only head bisa digunakan untuk head bawah pada vessel silinder vertical yang bersandar pada beton dan tidak memiliki diameter lebih dari 20 ft. Tabel 5.4 menyatakan panjang straight flanges dan inside corner radius untuk head sebagai fungsi tebal head. B. Flanges standard dished and flanged shallow dishes head
Rating tekanan flanged only head meningkat jika bagian datar terdesak. Head seperti itu, tidak dirancang untuk spesifikasi yang cocok, terbentuk membentuk pelat datar sehingga menjadi bentuk dished yang terdiri dari dua jari-jari: jari-jari mahkota dish dan jari-jari sudut dalam, kemudian disebut sebagai radius knuckle. Aplikasi ini untuk membuat vessel proses rendah tekanan berbentuk vertikal, tangki penyimpanan silinder horisontal untuk cairan volatil seperti naptha, gasolin, dan kerosin dan tangki penyimpanan berdiameter besar yang tekanan uapnya dan tekanan hidrostatis tinggi terlalu besar untuk penggunaan praktis flanged only head. Tabel 5.5 memberikan dimensi flanged dan standar dished head kecuali untuk radius dish.
C. Flanged and Dishes Heads (Torispherical) to ASME Code
Nilai tekanan dari flanged && dished head bisa meningkat dengan menurunkan nilai tegangan (stress) yang berada di sudut dalam dari suatu head. Ini bisa diselesaikan dengan membentuk head sehingga jari-jari sudut dalam sama dengan tiga kali ketebalan suatu logam. Untuk kode konstruksi,jari-jari tersebut tidak boleh lebih dari 6% dari suatu diameter dalam. Selain itu jari-jari tersebut harus sama dengan atau lebih kecil dari diameter head. Nilai d menunjukkan sketsa penampang flanged & dished head dengan ASME kode,yang dikenal dengan “torispherical” head. Head ini dibuat dengan menggunakan diameter luar (OD) sebagai
diameter nominal. Diameter head tersedia berdasarkan diameter luar tiap kenaikan 2 in, dari 12 ke 42 in; tiap kenaikan 6 in, dari 42 ke 144 in; dan tiap kenaikan 12 in, dari 144 ke 210 in. Head dengan diameter luarr 210 in dan 246 in juga tersedia. Volume head yang diketahui jari-jari sudut dalam yang sama dengan 6% dari diameter luar dapat ditentukan dengan persamaan: V= 0.000049di2 Head untuk vessel ini biasanya digunakan untuk kisaran tekanan 15 sampai 200 psig,yang mana sering dipakai untuk tekanan yang tinggi. Namun, apabila tekanan melebihi 200 psig akan lebih ekonomis jika menggunakan eliptical flanged & dished head. Secara umum,head ini dapat digunakan untuk vessel vertical ataupun horizontal untuk alat proses sesuai kisaran tekanan diatas. Untuk kisaran tekanan 150 psig dan tekanan yang lebih tinggi, perlu dilakukan perbandingan biaya antara kode Torispherical dengan kode Eliptical Dished Head. Pilihan optimum ditentukan berdasarkan total biaya dari variabel tekanan, diameter, ketebalan dan material yang digunakan. Tabel 5.7 menerangkan tentang jari-jari sudut dalam dan jari-jari untuk kode flanged and dished head. Sedangkan tabel 5.8 menerangkan tentang panjang dari flange untuk tiap ketebalan head yang berbeda dari flanged & dished head. Perkiraan biaya diperlukan untuk mengetahui berapa kebutuhan dari baja dan biaya pembuatan head di fabrication plant. Perkiraan diameter bisa ditentukan dengan hubungan Diameter = OD + Diamter = OD + Dimana :
(untuk gage dibawah 1 in)………………. (5.12)
(untuk gage 1 in dan lebih)………….. (5.13)
OD=Diameter luar,inch sf=panjang flange,inch
icr= jari-jari sudut dalam,inch t= ketebalan gage,inch Berat dari suatu material dapat dihitung dari nilai diameter rongga, ketebalan gage, dan densitas baja (490 lb/ft3). Biaya dari baja dapat diperoleh dari Appendx C. Tabel 5.9 menerangkan tentang biaya pembuatan head untuk head yang mempunyai diameter luar lebih besar dari 48 in. Gambar 5.10 menunjukkan biaya dari pembuatan berdasarkan besar diameter headnya. Tabel 5.9 dan gambar 5.10 berdasarkan data ASME tahun 1955 yang meliputi diferensial kuantitas yang dapat digunakan saat 2 hingga 4 head sudah dimiliki. Jika flange lurus dioperasikan untuk pengelasan (welding ),table 5.3 dapat digunakan untuk memperkirakan biaya tambahan mesin. Jika suatu head memiliki panjang straight flange yang melebihi standar, biaya tambahan hingga 5% akan dikenakan untuk setiap penambahan straight flange sebesar ½ inch. Untuk menentukan total biaya head pada suatu pabrik, pertama yang perlu dilakukan adalah mencari biaya baja utuh. Selanjutnya tambahkan biaya pembentukan, biaya operasi mesin, diferensiasi kuantitas dan biaya tambahan jika flange melebihi standar. D. Eliptical Dished Heads Meeting ASME and API-ASME Code Specification
Elipsoidal head biasa digunakan untuk kode pembuatan flanged & dished head dengan 2 jari-jari untuk vessel yang didesain dengan tekanan lebih dari 200 psi. Eliptical head dibuat dengan bentuk cross sectionnya adalah elips. Perbandingan sumbu pada head tersebut yaitu 2:1, kekuatan head tersebut kiira-kira sama dengan kekuatan shell bersilinder pada diameter dalam dan luar. Untuk alas an ini,banyak pengusaha pabrik yang sudah menstandarisasi elliptical head dengan perbandingan 2:1. Pada tabel 5.11 menjelaskan tentang stadard straight flanges untuk memberi ketentuanketentuan pada eleptical dish heads seperti diameter yang efisien apabila diketahui ukuran gage. Dan sebagai contoh diketahui ukuran eleptical head tanki penyimpanan butane yaitu 18/16 in maka di dapat diameter nya didapatkan 144 in. Dan pada tabel 5.11 ini digunakan sebagai katalog manufactur agar dapat menghasilkan straight flanges maximum.
Ukuran (volume) dapat digunakan untuk memperkirakan pengeluaran biaya yang akan dikeluarkan sesuai dengan prosedur yang telah direncanakan sebagai contoh dalam menentukan sisi dan bagian kepala vessel. Pada gambar 5.5e menjelaskan tentang hemispherical heads yang digunakan untuk menentukan ketebalan dan kekuatan dari formed heads. Dan heads hemispherical yang bagus untuk tekanan tinggi yaitu elliptical dished head atau cylindrical shell yang mempunyai ketebalan dan diameter yang sama. Tingkat pembentukan dan biaya yang akan dikeluarkan juga lebih besar karena head ini mempunyai ukuran tertentu. Ukuran awal berbentuk conical(kerucut) harus cukup besar untuk menampung diameter roll bending, yaitu biasanya 4,8,10 in. Toriconical heads salah satu contoh bentuk conical heads yang mempunyai radius flanged yang panjang. Dan sebagai ilustrasi digambarkan apda gambar 5.7. Toriconical heads disusun oleh lembaran plates yang berukuran sama dengan flanged and dished heads. Tetapi toriconical heads ini sangat mahal tetapi bentuk toriconical ini sangat banyak di aplikasikan sebagai vessel bertekanan dan lokasi yang dibutuhkan tidak terlalu besar dan di bagian toriconical ini mempunyai bentuk dan ukuran shell yang seragam. Spun toriconical heads biasa digunakan untuk variasi ukuran antara 30 sampai 198 in. Dan bagian luar diameter(atau bagian dalam diameter) yaitu 6 in dan mempunyai sudut 90 dan 120 derajat. Dan ukuran gage yaitu 3/8 in. Dan mempunyai sudut 114 derajat untuk memperoleh diameter dari 42 sampai 216 in dan sudut 140 derajat untuk mendapatkan diameter 66 sampai 240 in . diameter 240 in untuk mengetahui sudut atas. E. Menentukan Tipe untuk Membentuk Heads .
Ada tiga tipe proses pembentukan heads yaitu yang dijelaskan pada gambar 5.15. the flanges dan reverse dished head disusun oleh satu plate dan berjumlah tertentu. I buah spun hemispherical heads dibuat dalam 1 kali proses yang ditunjukan pada tabel 5.13.dan tabel 5.13ini menjelaskan tentang ukuran dimensi spun hemispherical heads.
