Perpustakaan Digital ITB

Thermal expansion pada sistem perpipaan bawah laut dapat menimbulkan tegangan aksial berlebih yang berpotensi menurunkan integritas struktur apabila tidak diakomodasi dengan baik. Penelitian ini menyajikan desain dan analisis perbandingan tiga konfigurasi geometri expansion spool, yaitu L, Z, dan U, pada pipa baja karbon NPS 16 inch Grade X52 sepanjang 6,21 km yang mengalirkan fluida three phase dengan tekanan desain 8,687 MPa dan temperatur operasi 65,4°C. Pemodelan dilakukan menggunakan software AutoPIPE berbasis Finite Element Analysis dengan metode direct stiffness, mengacu pada standar ASME B31.4 untuk kriteria tegangan izin, nilai unity check yang disyaratkan harus kurang dari 1,0.Mesh independence study dilakukan pada setiap geometri spool untuk memastikan bahwa hasil tegangan tidak dipengaruhi oleh ukuran elemen, dengan seluruh deviasi yang diperoleh berada di bawah 5%, sehingga dipilih ukuran node sebesar 0,5 meter untuk analisis selanjutnya. Perhitungan thermal expansion menghasilkan Virtual Anchor Length (VAP) sebesar 3,105 km dan panjang ekspansi maksimum sebesar 1,509 m pada kondisi operasi, jauh lebih besar dibandingkan kondisi hydrotest yang hanya menghasilkan VAP sebesar 1,506 km dan ekspansi maksimum 0,119 m. Hasil analisis tegangan pada sistem perpipaan tanpa expansion spool menunjukkan nilai combined stress maksimum sebesar 3.228,514 MPa pada kondisi operasi, dengan unity check (UC) sebesar 10,01 yang jauh melampaui batas izin, sehingga diperlukan expansion spool untuk mengakomodasi thermal expansion tersebut. Setelah penerapan expansion spool, kondisi operasi tetap menjadi kondisi paling kritis bagi ketiga geometri, dengan geometri L menghasilkan combined stress maksimum terkecil, yaitu 200,762 MPa dengan UC 0,62, diikuti geometri Z sebesar 276,060 MPa dengan UC 0,86, dan geometri U sebesar 304,107 MPa dengan UC 0,94. Ketiga geometri dinyatakan aman karena nilai unity check berada di bawah 1,0. Namun, geometri L dipilih sebagai konfigurasi paling optimal karena memiliki tingkat keamanan struktural tertinggi dalam mengakomodasi thermal expansion pada sistem perpipaan bawah laut.