Gambar 4.9 dapat menunjukkan bahwa coke drum yang tidak memiliki hot box memiliki nilai regangan aksial yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan
coke drum yang menggunakan hot box, distribusi regangan pada saat terjadi regangan maksimum dapat dilihat pada Gambar 4.10. Hal ini disebabkan oleh
perbedaan temperatur yang tinggi antara dinding dan skirt coke drum. Dikarenakan temperatur yang tinggi pada dinding akan membuat dinding
mengalami tarikan ke arah postif jauh lebih besar. Hot box yang berfungsi sebagai pendistribusi temperatur dari dinding ke skirt tidak ada membuat perbedaan
temperatur menjadi jauh lebih besar. Maka peran hot box dalam coke drum unit cukuplah penting dan tidak bisa dihilangkan.
Gambar 4.10 Distribusi regangan aksial pada bagian sambungan shell skirt coke drum tanpa hot box pada regangan maksimal.
4.3 Validasi Terhadap Eksperimen
Validasi dilakukan dengan memabandingkan antara hasil dari analisa numerik dengan data dari ekperimen. Hal ini perlu dilakukan untuk mengatahui
apakah hasil yang diperoleh dapat digunakan.
86
Universitas Sumatera Utara
a
b Gambar 4.11 Grafik perbandingan temperatur antara analisa numerik dan
eksperimen pada beberapa titik di shell skirt junction a proses pemanasan awal hingga pengisian b proses pendinginan oleh uap air hingga air.
Dengan adanya perbandingan temperatur 4.11 maka dapat dilihat hasil perhitungan numerik sudah cukup mendekati dengan hasil perhitungan secara
eksperimen. Hasil eksperimen merupakan hasil dari siklus pada tanggal 26-04- 2009 siklus ke-13. Perbedaan yang terjadi bisa diakibatkan oleh kondisi
operasional seperti faktor operator, temperatur cuaca sekitar, dsb.
87
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.12 Grafik perbandingan antara analisa numerik dan beberapa siklus secara eksperimen saat pemanasan
Gambar 4.12 merupakan hasil dari analisa numerik dan eksperimen pada proses pemamanasan awal sedangkan untuk proses pendinginan dapat dilihat pada
Gambar 4.13
Gambar 4.13 Grafik perbandingan antara analisa numerik dan beberapa siklus secara eksperimen saat pendinginan
Dari Gambar 4.13 mengenai validasi dapat kita lihat bahwa nilai perbedaan untuk rata-rata siklus pada saaat pemanasan dan pendinginan tidak
terlalu jauh berbeda. Regangan yang diambil hanya pada tahap pemanasan dan pendinginan saja dikarenakan pada tahap inilah muncul nilai maksimum dan
minimum regangan, sehingga dapat diperoleh selisih regangan tiap siklus. Regangan pada puncak pemanasan secara numerik adalah adalah 1910
μ
88
Universitas Sumatera Utara
sedangkan rata-rata untuk perhitungan eksperimen adalah 1770 μ, sedangkan
pada pendinginan secara numerik regangan nya adalah -800 μ sedangkan secara
eksperimen -940 μ. Maka jika dihitung error yang terjadi untuk regangan
pemanasan adalah 7.3 dan untuk pendinginan 14.89 . Error yang cukup besar pada pendinginan karena tidak disimulasikannya material coke pada proses
pendinginan, sedangkan pada proses pemanasan bisa diakibatkan oleh pengaruh suhu lingkungan.
4.4
Analisa Umur pakai Akibat Kelelahan Termal
Menentukan umur akibat dari kelelahan termal pada coke drum merupakan tujuan utama penelitian ini. Dengan meramalkan umur pakai alat ini maka
diharapkan dapat mencegah terjadinya kerusakan fatal yang akan menggangu proses operasi penyulingan minyak dan mengurangi biaya perbaikan.
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa pengukuran regangan hanya pada tiga titik sekitar sambungan shell skirt, hal ini tentu tidak menjamin daerah
tersebut sebagai daerah kritis. Dengan menggunakan FEM maka kita dapat melihat daerah mana yang menjadi daerah kritis pada sambungan shell skirt.
Pengukuran regangan dibeberapa titik sekitar sambungan dinding skirt dapat dilihat di Gambar 4.14
5 5i
5b 5a
Gambar 4.14 Titik regangan yang diambil untuk analisa umur pakai Dengan mempertimbangkan beberapa titik di bagian shell skirt maka diambil titik
5i,5adan 5b. Berdasarkan hasil yang disimulasikan dengan data temperatur analisa FLUENT diperlihatkan pada Gambar 4.15
89
Universitas Sumatera Utara
a
b Gambar 4.15 Perbandingan regangan aksial pada beberapa daerah di shell skirt
junction a dengan hot box b tanpa hot box Untuk coke drum dengan hot box hasil yang diperoleh untuk regangan
maksimum pada titik 5 adalah 1910 μ, sedangkan pada titik 5i dan 5a adalah 920
dan 374. Dan untuk regangan minimum untuk titik 5 adalah -800 μ, sedangkan
untuk titik 5i dan 5a adalah -2457 dan -119 μ. Maka jika dihitung selisihnya titik 5
memiliki selisih 2780 μ dan titik 5i memiliki selisih 3377 μ
Untuk coke drum yang tidak menggunakan hot box regangan maksimum pada titik 5 adalah 2900 μ, sedangkan pada titik 5i dan 5a adalah 754 dan 646.
Dan untuk regangan minimum untuk titik 5 adalah - 665 μ, sedangkan untuk titik
5i dan 5a adalah -3960 dan -97 μ. Maka jika dihitung selisihnya titik 5 memiliki
selisih 3570 μ dan titik 5i memiliki selisih 4714 μ
90
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1 selisih regangan coke drum dengan hot box No
Titik Maksimum μ Minimum μ Selisih μ
1 5
1910 -800
2710 2
5i 920
-2457 3377
3 5a
374 -119
493 5
5b 480
-829 1309
Tabel 4.2 selisih regangan coke drum tanpa hot box No
Titik Maksimum μ Minimum μ Selisih μ
1 5
2731 -704
3435 2
5i 770
-3795 4565
3 5a
605 -98
703 4
5b 576
-1510 2086
Hasil tersebut dapat dikatakan bahwa selisih regangan terjadi bukan pada titik 5 melainkan pada titik 5i , sehingga dapat dikatakan titik 5i merupakan titik
yang paling beresiko mengalami kerusakan dibandingkan titk-titik lainnya pada shell skirt junction, distribusi regangan pada saat terjadi regangan maksimum dan
minimum dapat dilihat pada Gambar 4.16. Oleh karena itu dalam menentukan umur pakai coke drum akibat kelelahan termal selisih regangan yang digunakan
adalah regangan pada titik 5i
a
91
Universitas Sumatera Utara
b Gambar 4.16 Distribusi regangan aksial pada shell skirt junction a maksimum
dan b minimum Dengan menggunakan persamaan 2.6 pada tinjauan pustaka maka kita dapat
menghitung berapa lama umur suatu coke drum. Persamaan 2.6 hanya bisa diselesaikan dengan menggunakan metode trial error. Secara perhitungan manual
hasilnya sebagai berikut :
β α
N C
N C
e p
+ =
Δε Dimana
Δε adalah rentan regangan dan N adalah jumlah siklus hingga rusak. Dimana konstanta yang digunakan berdasarkan material dan temperatur
operasional adalah Cp= 1,4 , α= 0,85 , Ce= 0,0064, β= 0,1. Karna persamaan 2.6 tidak bisa diselesaikan secara langsung maka persamaan 2.6 hanya dapat
diselesaikan dengan metode trial error hingga diperoleh hasil yang sesuai.
92
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.3 Daftar konstan persamaan Coffin Manson
Material Temperatur
o
C Laju
regangan α
Cp β
Ce
SCMV3 300
10-3 0,56
0,56 0,088
0,0081 10-4
0,77 2,0
0,13 0,013
400 10-3
0,74 1,4
0,032 0,0054
10-4 0,64
0,59 0,1
0,01 10-5
0,76 1,2
0,18 0,016
500 10-3
0,72 0,94
0,097 0,0079
10-4 0,69
0,74 0,11
0,0072 10-5
0,85 1,4
0,1 0,0064
600 10-3
0,64 0,68
0,16 0,0086
10-4 0,9
3,2 0,18
0,0087 10-5
0,8 0,94
- -
Secara manual untuk menentukan umur pakai alat dengan persamaan Coffin manson dengan metode trial error dapat dilihat sebagai berikut :
a. Coke drum menggunakan hot box Δε = 3377 μ
Trial 1 : N = 9000 3184
2575 609
9000 0064
. 9000
4 .
1 Δε
1 .
85 .
= +
= +
= +
=
β α
N C
N C
e p
Trial 2 : N = 7000 3395
2640 754
7000 0064
. 7000
4 .
1 Δε
1 .
85 .
= +
= +
= +
=
β α
N C
N C
e p
Trial 3 : N = 7142 3377
2635 742
7142 0064
. 7142
4 .
1 Δε
1 .
85 .
= +
= +
= +
=
β α
N C
N C
e p
93
Universitas Sumatera Utara
b. Coke drum menggunakan hot box Δε = 4565 μ
Trial 1 : N = 5000 3735
2730 1004
5000 0064
. 5000
4 .
1 Δε
1 .
85 .
= +
= +
= +
=
β α
N C
N C
e p
Trial 2 : N = 3000 4425
2874 1550
3000 0064
. 3000
4 .
1 Δε
1 .
85 .
= +
= +
= +
=
β α
N C
N C
e p
Trial 3 : N = 2755 4565
2898 1667
2755 0064
. 2755
4 .
1 Δε
1 .
85 .
= +
= +
= +
=
β α
N C
N C
e p
Dari perhitungan trial error yang diperoleh maka dapat dilihat pada tabel 4.4 Tabel 4.4 Menentukan umur coke drum
Hot box Tanpa hot box
No N
Selisih regangan N
Selisih regangan 1
9000 3184
5000 3735
2 7000
3395 3000
4425 3
7142 3377
2755 4565
4.5 Analisa Umur Pakai Coke Drum Tanpa Mengalami Proses
