Nama kelompok : Doni Damara Rahmawati Rahmaniah Wahyu Cahya Rini
PEMILIHAN HEAD UNTUK VESSEL SILINDER DENGAN PENUTUP
1.1
Pertimbangan Dasar Dalam Perancangan Head dan Penutup Vessel 1.1.1
Perkembangan pengelasan
Pada awalnya dipakai paku keling unluk penyambungan head dengan shell pada berbagai macam vessel. Tetapi ternyata sering timbul masalah yaitu seringnya terjadi kebocoran pada daerah sekitar paku keling, terutama ketika tekanan operasi jauh lebih besar dari tekanan luar. Selain itu sering pula terjadi lepasnya paku keling. Untuk mengatasi hal tersebut mak dikembangkan jenis paku keling yaitu dengan fillet welding dan seal welding. Kemudian ditemukan bahwa temyata denagn adanya pengelasan pengelasan kekuatan menjadi lebih besar, sehingga dewasa mi penggunaan las menjadi cara yang dipakai pada kebanyakan sambungan head pada shell.
1.1.2
Kegunaan formed head
Vessel silinder dengan head sudah digunakan secara luas.
Secara umum
penggunaan vessel vessel dapat dikelompokkan dikelompokkan dalam dalam tiga katagori :
1.
Fungsi
2.
pertimbangan tekanan
3.
batasan ukuran
Pada peralatan proses seperti kolom distilasi, unit desorpsi, menara bahan isian, evaporator, kristalizer dan HE pengggunaan head sangat penting dengan berbagai perlengkapan perlengkapan proses lairmya. Jika tekanan proses tidak atmosferis,
penggunaan head menjadi penting untuk menutup vessel. Pada umumnya semua vessel silinder yang beroperasi pada tekanan bagian nap sekitar 5 psig atau lebih diproduksi dengan formed head. Vessel flat-bottomed dengan diameter besar, tangki t angki penyimpanan cone-roofed terbatas pemakaiannya pemakaiannya untuk tekanan pada bagian uap beberapa ons. Vessel silinder flat-bottomed dengan diameter kecil digunakan untuk tekanan operasi beberapa
psig dengan roof berbentuk payung atau kubah. Alat yang digunakan pada tekanan di bawah atmosferis juga memerlukan formed head. Tangki penyimpanan
horizontal yang kecil biasanya juga memakai formed head. 1.1.3
Vertikal versus horizontal Pada umumnya yang menentukan tangki vertikal atau horizontal adalah
fungsi tangki tersebut. Sebagai contoh kolom distilasi dan menara bahan isian
yang memanfaatkan gaya grafitasi untuk memisahkan fasa, memerlukan instalasi vertikal. Heat exchanger dan tangki penyimpanan bisa berbentuk vertikal maupun horizontal. Pada heat exchanger penentuan horizontal dan vertikal ditentukan oleh arah aliran fluida dan pertimbangan perpindahan panas. Pada tangki penyimpanan penentuan horizontal vertikal lebih ditentukan oleh tempat instalasi. Jika tangki penyimpanan dipasang di luar ruangan maka angin mempunyai pengaruh pada kekuatan penyangga, sehingga tangki horizontal lebih ekonomis. Selain itu pertimbangan penting lainnya seperti ketersediaan, ruang head
pemeliharaan menjadi faktor penentu.
1.2
SPESIFIKASI BAHAN DALAM MERANCANG VESSEL Vessel (dengan head yang dibentuk = vessel with formed head) umumnya dibuat dari bahan low carbon steel, yang mana bahan ini akan jadi 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-keperiuan fabrikasi tertentu. Baja yang umum digunakan terbagi menjadi dua kategori umum:
Lebih sering merujuk pada boilerplate steel. Digunakan untuk vessel bertekanan. Struksural 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)
1.3
PERSAMAAN UNTUK VESSEL DENGAN ELIPTICAL DISHED HEADS
Volume tangki silinder tertutup dengan eliptical dished heads sama dengan volume silinder ditanbah dua kali volume head. Volume head dapat dihitung dengan menggunakan persamaan untuk silinder dengan volume yang ekivalen 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
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.
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
mnggunakan plat yang lebih lebar sehingga mengurangi jumlah sambungan dan
pengelasan melebihi biaya tambahan dari plate yang lebih lebar.
GAMBAR : Hubungan beaya fabrikasi dengan ketebalan plat yg dipakai
GAMBAR : Hubungan lebar plat yang optimum untuk dinding shell
Sebagai contoh penghematan yang dapat dilakukan, diberikan oleh W.G. Theisinger. Penggunaan dua buah plate menghabiskan total USD 17,440 sedangkan penggunaan satu buah plate hanya menghabiskan total USD 9,853.
Penghematan yang dapat dilakukan adalah USD 7,587 dan 5800 jam kerja. Biaya ekstra yang dibutuhkan untuk plain-carbon-steel adalah : C= e
. (w-90)1,23
Dengan : C = dollar per 100 lb e
W = lebar plate, inch
Biaya fabrikasi per circumferential weld adalah xc.D.C . Sehingga biaya w
total untuk pengelasan plate sejumlah N (tanpa head) adalah :
Persamaan di atas akan memberikan lebar plate optimum dengan biaya fabrikasi minimum. Tebal Plate, Plate dengan tebal 0,5 - 1 inch tidak membutuhkan biaya tambahan. Penggunaan tebal lebih dari 1 inch akan memerlukan biaya
tambahan sehingga serittgkali digunakan plate yang lebih kuat. -50 feet tidak memerlukan biaya tambahan. Persediaan yang ada biasanya mempunyai panjang tidak lebih 40 ft dengan tebal % inch dan lebar plate maksimal 72 inch. Tetapi persediaan juga tergantung pada fcemampuan untuk rnenangani ukuran
plate yang tersedia.
1.4 Tipe Head yang Umum Dipakai dan Pemilihannya
Hampir semua head dibuat dari plate 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 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 1.4.a Flanged-only Heads Head jenis ini adalah 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 si linder 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.
1.4.b 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 bes ar untuk flaged only head. 1.4.c Torispherical Head Dengan mengurangi stress lokal pada inside corner head, batas tekanan dari flanged and dished head dapat ditingkatkan. Hal i ni 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
Torisperical ini termasuk jenis selanjutnya, jenis torispherical adalah yang paling umum. Memang agak sedikit membingungkan antara type torispherical dengan 2:1 elipsnoidal. Lain waktu, kalau memang saya mengetahui apa perbedaan mendasar, saya akan bagikan kembali di web ini. Yang sebatas saya tau, torispherical adalah type head yang di rekomendasikan oleh ASME.
Untuk type torispherical ini ia memiliki cown radius “R” dan juga kita mengenal jenis knuckle disini, yaitu bagian samping dari sisi sisi head. Dibagian knucle inilah biasanya kita tidak boleh ada nozzel seperti hal yang diungkapkan oleh asme. Salah satu yang saya tangkap, karena bagian ini adalah yang paling tipis, bagian yang mengalami penyusutan ketebalan paling besar ketika head dibentuk melalui proses forging.
1.4.d 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.
Elipsnoidal head adalah type yang paling umum, head ini seperti naman ya yaitu di bentuk oleh ruang elips. Biasanya paling umum adalah type 2:1 elipsnoidal. Pert anyaan sederhana, kenapa 2:1? ya karena ini elips, jadi antara diameter vertikal dan horizontal perbandingannya sekitar 2 banding 1. Berbeda dengan bentuk lingkaran normal yang baik horizontal maupun vertikal memiliki nilai radius yang sama. 1.4.e 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. Tetapi harga pembuatan dan biaya lain-lain dari head ini paling besar dibandmgkan dengan yang lain. Ketersedian head ini juga terbatas dalam ukurannya, karena pembuatan dari plate tunggal
lebih sulit.
Hemi sperical, dikenal juga dengan sebutan shapre, yaitu head yang di buat dengan diameter sempurna R. Kalau kita kenal dengan bola, jenis head ini adalah setengah dari bola.
1.5 Perancangan Tebal Plat Untuk Tutup ( Vessel Head) Mengacu pada ASME Code (under internal working pressure)
Perancangan tebal plat untuk dinding vessel mengacu pada ASME VIII div 1, paragraph : Part UG- 32 (d ) dan Appendix 1 ( Supplementary Design Formulas )
l-4(c) Part UG: General requirement ( persyaratan yang harus dipenuhi secara umum)
untuk semua cara / method untuk kontruksi dan berlaku untuk seaiua material
Part UG - 32 :
General requirement untuk : FORMED HEAD, PRESSURE
ON CONCAVE SIDE
(a) Ketebalan yang diperlukan pada titik ketebalan paling tipis setelah
pembentukan head jenis ellipsoidal dimana tekanan yang bekerja pada bagian sisi cekungan (internal pressure), harus dihitung berdasarkan
formula pada paragraph ini
(b) Simbol yang dipakai t = ketebalan minimum yang diperluaka setelah pembentukan head,
tidak termasuk corrosion allowance, inci P = design pressure, psi ataupun working pressure maksuimum yang diizinkan untuk vessel yang terancang ( existing vessel) D = inside diameter dari " head skirt" atau inside length dari major axis
dari ellipsoidal head, inci S = tegangan maksimum yang diizinkan dari bahan konstrufcsi, psi E = efisiensi sambungan terendah pada sembarang bagian di head. Ini
mencakup sambungan antara shell dan head ( head to shell joint) Untuk welded vessel, efisiensi dipergunakan mengacu pada UW 12 , yaitu pada label UW - 12 ( Max. allowable joint efficiencies for arc and gas welded joints) Part UG - 32 (d): Ellipsoidal head Ketebalan yang diperlukan untuk dished head yang berbentuk semi-ellipsoid , dimana separuh dari minor axis (inside depth dari head dikurangi fketinggian skirt) sama dengan ¼
dari inside
diameter dari" head skirt", harus dihitung dengan persamaan :
PD
T= 2SE – 0.2P
Atau P=
2Set D + 0.2t
1.6 Perhitungan Tebal Head Mengacu Appendix 1 - 4c (Supplementary design formulas) RUMUSAN UNTUK PERANCANGAN " FORMED HEAD " UNDER INTERNAL WORKING PRESSURE (a) Rumusan dari paragraph ini berlakuk untuk perancangan tutup vessel dengan bentuk tertentu ( formed head ) dengan proporsi ukuran lain daripada seperti tertulis ada UG - 32 (ASME Div. VTII, section 2 ) dalam besaran diameter dalam (inside diameter) dan diameter luar (outside
diameter) (b) Simbol yang dipakai dibawah ini digunakan dalam rumusan perancangan dari paragraph ini. t = tebal dari head minimum yang diperlukan setelah pembentukan
head inci P = tekanan perancangan ( internal design pressure ) , psi ( lihat UG
-21) untuk tekanan kerja maksimum (maximum allowable
working pressure untk vessel yang sudah ada, lihat UG - 98) D = diameter dalam dari " head skirt", atau inside length dari major
axis dari ellipsoidal head, inci Do= diameter luar dari" head skirt" atau panjang luar dari major axis
dari ellipsoidal head, inci S = tegangan kerja dari bahan konstruksi maksimum yang
diperkenankan, psi E = efisiensi sambungan yang terendah dari katagori sambungan jenis A ( Category A joint ) untuk hemispherical mencakup sambungan head to shell joint. Untuk vessel dengan sambungan cara las (welded vessels, efisiensi dipakai seperti tertulis pada UW - 12 r = inside knuckle radius , inci h = one - half of length dari minor axis dari ellipsoidal head atau inside depth dari ellipsoidal head yang diukur dari tangent line
(head – bend line), inci K= factor dari rumus untuk ellipsoidal head, yang harganya tergantung dari(D/2h)
(D/2h) = rasio dari major axis dengan minor axis pada ellipsoidal head, harganya sama dengan inside diameter dari "skirt" dari
head dibagi dengan dua kali inside height dari ellipsoidal head,
dapat dilihat dari table TABLE 1-4.1 VALUE OF FACTOR K ( use nearest value of D/2h, interpolation unnecessary) D/2h
K
3
1.83
2.9
1.73
2.8
1.64
2.7
1.55
2.6
1.46
2.5
1.37
2.4
1.29
2.3
1.21
2.2
1.14
2.1
1.07
2.0
1.00
1.9
0.93
1.8
0.87
1.7
0.81
1.6
0.76
1.5
0.71
1.4
0.66
1.3
0.61
1.2
0.57
FORMULA
t=
PDoK 2SE=2P(K-0.1)
Atau P= 2Set KD0-2t (K-0.1)
Dimana
SUMBER ARTIKEL
Tipe Head pada vessel yang sering digunakan http://www.pressurevesselpedia.com/2013/06/type-head-pada-vessel.html
Pemilihan Head untuk vessel silinder dengan penutup http://elisa.ugm.ac.id/user/archive/download/32800/78fa9e8540d9be4bea6ef6e3f1a0e139
Makalah Perancangan Alat: Tipe-tipe Bejana/ Tangki. http://www.scribd.com/document_downloads/direct/50245652?extension=pdf&ft=1331696181<=1331699791&uahk =yZ1+Vu7QNzfyFZeIGXZsqOZ+Z8k .
Process Equipment Design - Brownel
