PHALAMAN JUDUL - Studi Konfigurasi Tipe Riser Terhadap KekuatanRiser (Studi Kasus : Spm FPSO Seagood 101) - ITS Repository

PHALAMAN JUDUL

  TUGAS AKHIR – MO141326 RISER

STUDI KONFIGURASI TIPE TERHADAP

  

KEKUATAN RISER (STUDI KASUS : SPM FPSO

SEAGOOD 101

  ) WISNU WIJAYA NRP. 4309 100 084 Dosen Pembimbing : Ir. Murdjito, M.Sc.Eng. Dr. Eng. Rudi Walujo Prastianto, S.T., M.T. JURUSAN TEKNIK KELAUTAN Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2015

PHALAMAN JUDUL

  FINAL PROJECT – MO141326

STUDY OF RISER CONFIGURATION TO RISER

STRENGTH (STUDY CASE : SPM FPSO SEAGOOD

101) WISNU WIJAYA REG. 4309 100 084 Supervisors : Ir. Murdjito, M.Sc.Eng.

  Dr. Eng. Rudi Walujo Prastianto, S.T., M.T. DEPARTMENT OF OCEAN ENGINEERING Faculty of Marine Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2015

  

STUDI KONFIGURASI TIPE RISER TERHADAP KEKUATAN

RISER (STUDI KASUS : SPM FPSO SEAGOOD 101)

  Nama Mahasiswa : Wisnu Wijaya NRP : 4309 100 084 Jurusan : Teknik Kelautan FTK – ITS Dosen Pembimbing : Ir. Murdjito, M.Sc. Eng.

  Dr. Eng. Rudi Walujo Prastianto., S.T., M.T.

  ABSTRAK

Dewasa ini bangunan lepas pantai jenis apung lebih dikembangkan daripada

bangunan terpancang karena lebih ekonomis dan kemudahannya untuk

dipindahkan dari satu tempat ke tempat yang lain. Sehubungan dengan itu analisis

tentang bangunan apung perlu dilakukan. Pada tugas akhir ini dibahas analisis

kekuatan riser pada single point mooring FPSO “Seagood 101” dengan variasi

konfigurasi riser, yaitu free hanging catenary, lazy-s, dan steep-s di perairan

Belanak, Natuna. Tinjauan khusus dalam analisis bertujuan untuk

mengidentifikasi perilaku gerak FPSO “Seagood 101” dan buoy, untuk

selanjutnya dapat diperoleh tension maksimum dari setiap mooring lines yang

menambat buoy, sehingga akhirnya akan diketahui kekuatan riser di setiap

konfigurasi. Analisis perilaku gerak dari FPSO dan buoy dilakukan dengan

model matematis berbasis teori difraksi 3-dimensi. Untuk menganalisis tension

tali tambat dan kekuatan riser digunakan perangkat simulasi beban kombinasi

orde-2 dalam domain waktu. Hasil analisis perilaku gerak FPSO ”Seagood 101”

dan buoy menunjukkan bahwa untuk gerakan translasi surge, sway, dan heave

per satuan amplitude gelombang tidak terlalu besar, dengan nilai rata-rata 1,2

m/m. Sedangkan untuk gerakan rotational roll pada FPSO memiliki nilai yang

tinggi, yaitu 9.39 deg/m. Untuk tension maksimum, arah pembebanan 0 pada

memiliki nilai paling tinggi diantara riser yang lain, dengan tension

  Steep-S R1 maksimum sebesar 9.37 ton.

  Kata kunci : FPSO; SPM; riser; tension; free hanging catenary; lazy-s; steep-s

  

STUDY OF RISER CONFIGURATION TO RISER STRENGTH

(STUDY CASE : SPM FPSO SEAGOOD 101) Name : Wisnu Wijaya Reg.Number : 4309 100 084 Department : Ocean Engineering FTK – ITS Supervisors : Ir. Murdjito, M.Sc.Eng.

  Dr. Eng. Rudi Walujo Prastianto., S.T., M.T.

  ABSTRACT

Nowadays floating structures have been m o r e developed t h a n the fixed

structures considering the economical problem and flexibility to be relocated

from one site to another. In this relation analyses with regards to floating

structures are necessary to be carried out. This final project discusses about the

analysis of riser strength on the single buoy mooring of FPSO “Seagood

101”. The configuration of riser type are free hanging catenary, lazy-s, and steep-s

at Belanak, Natuna. Special examination is aiming at identification of the motion

behavior of the FPSO “Seagood 101” and the buoy, afterward to obtain the

maximum tension of each mooring line that hold the buoy. Therefore finally it

could be figured out the strength of variety configuration. Analysis of the FPSO

and buoy motion behaviors are carried out by a mathematical model developed

on the basis of the 3-dimensional diffraction theory, and to analyze the tension of

nd

mooring line and the riser strength is utilizing the software for simulating 2 -

order combination loads in time domain. Results of the analysis of FPSO

“Seagood 101” and buoy motion behaviors exhibit for translational motion surge,

sway, and heave per wave amplitude. Yield an average values of 1.2 m/m,

whereas for rotational roll motion of the FPSO reaching a reasonably high

value, that is 9.39 deg/m. Regarding to the maximum tension, load propagation

o

at direction 0 on Steep-S R1 apparently has the largest value in comparison to

the other riser configuration, amounted 9.37 ton.

  Keywords : FPSO; SPM; riser; tension; free hanging catenary; lazy-s; steep-s

  

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

  Segala puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah SWT, karena atas

berkah dan hidayah-Nya, saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul

“Studi Konfigurasi Tipe Riser Terhadap Kekuatan Riser (Studi Kasus: SPM

FPSO Seagood 101) ini dengan baik.

  Tugas Akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan dalam

menyelesaikan Studi Kesarjanaan (S-1) di Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas

Teknologi Kelautan (FTK), Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

(ITS). Tugas Akhir ini membahas kekuatan riser terhadap variasi konfigurasi tipe

riser, yaitu free hanging catenary, lazy-s, dan steep-s

  Saya menyadari dalam penulisan laporan ini masih banyak kekurangan,

oleh karena itu saran dan kritik sangat saya harapkan sebagai bahan

penyempurnaan laporan selanjutnya. Saya berharap semoga laporan ini

bermanfaat bagi perkembangan teknologi di bidang rekayasa kelautan.

  Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

  Surabaya, Januari 2015 Wisnu Wijaya

UCAPAN TERIMA KASIH

  Pada pengerjaan Tugas Akhir ini banyak sekali dukungan moral maupun

material dari lain pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Saya sangat

bersyukur dan berterima kasih kepada semua pihak yang telah membantu.

Sehingga pada kesempatan kali ini saya ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Allah SWT yang telah memberikan segala nikmat –Nya kepada penulis.

  2. Kedua orang tua serta saudara-saudara yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan.

  3. Ir. Murdjito, M.Sc.Eng. dan Dr. Eng. Rudi Walujo Prastianto., S.T., M.T. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.

  4. Kajur T. Kelautan serta keluarga besar dosen dan karyawan. Terima kasih atas bimbingan dan dukungan selama masa perkuliahan.

  5. Rekan-rekan sesama mahasiswa.

  6. Pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebut satu per satu.

Semoga seluruh bimbingan, arahan, bantuan dan dukungan yang telah diberikan

kepada penulis mendapat balasan yang lebih baik dari Allah SWT.Amiin.

  Penulis

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL.............................................................................................i

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................iii

ABSTRAK ...........................................................................................................iv

ABSTRACT .........................................................................................................v

KATA PENGANTAR .........................................................................................vi

UCAPAN TERIMA KASIH ................................................................................vii

DAFTAR ISI ...................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR ...........................................................................................x

DAFTAR TABEL ………………………………………………………………xi

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN....................................................................................1

  2.2.2 Riser....................................................................................................8

  2.2.9 Beban Angin .......................................................................................15

  2.2.8 Beban Arus .........................................................................................14

  2.2.7 Beban Gelombang ..............................................................................13

  2.2.6 Konsep Pembahasan ...........................................................................12

  2.2.5 Gerakan Couple Six Degree of Freedom ............................................11

  2.2.4 Teori Dasar Bangunan Laut Akibat Eksitasi Gelombang ..................10

  2.2.3 Konfigurasi Riser................................................................................9

  2.2.1 Single Point Mooring..........................................................................8

  

1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................1

  

2.2 Dasar Teori .................................................................................................8

  

2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................................................7

  

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ..................................7

  

1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................4

  

1.5 Batasan Masalah ........................................................................................4

  

1.4 Manfaat ......................................................................................................3

  

1.3 Tujuan ........................................................................................................3

  

1.2 Perumusan Masalah ...................................................................................3

  2.2.10 RAO (Response Amplitude Operators..............................................16

  2.2.11 Spektra Gelombang ..........................................................................17

  2.2.12 Tension pada Mooring Lines ............................................................18

  

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .........................................................21

  3.1 Metode Penelitian ......................................................................................21

  3.2 Pengumpulan Data ....................................................................................22

  3.2.1 Data Struktur ......................................................................................23

  3.2.2 Data Lingkungan ...............................................................................25

  3.3 Pemodelan Dan Validasi Struktur .............................................................26

  3.3.1 Pemodelan Struktur ............................................................................26

  3.3.2 Validasi Struktur.................................................................................27

  3.3.3 Pemodelan Menggunakan Orcaflex 8.4 .............................................27

  

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN ......................................................31

  4.1 Analisis Free Floating SPM dan FPSO .....................................................31

  4.2 Analisis Tiap Arah Pembebanan ................................................................39

  4.2.1 Pembebanan 0 ....................................................................................40

  4.2.1.1 Free Hanging Catenary Riser.......................................................40

  4.2.1.2 Lazy-S Riser ..................................................................................42

  4.2.1.3 Steep-S...........................................................................................43

  4.3 Resume Tension Terbesar ........................................................................ .45

  4.3.1 Tension Paling Besar Pada Tiap Arah .............................................. .45

  4.3.2 Tension Terbesar Dari Arah NE (0 ) Tiap Konfigurasi.................... .47

  4.3.3 Grafik Time History.......................................................................... .47

  

BAB V PENUTUP............................................................................................. .51

  5.1 Kesimpulan .............................................................................................. .51

  5.2 Saran ........................................................................................................ .52 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN BIODATA PENULIS

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Amplitudo dan Tinggi Gelombang Pada Sebuah Spektra .............. 17Tabel 3.1. Data FPSO Seagood 101 ................................................................ 22Tabel 3.2. Data Buoy SBM-Imodco Conoco Philips Indonesia ....................... 23Tabel 3.3. Data Riser SBM-Imodco Conoco Philips Indonesia ....................... 23Tabel 3.4. Data Mooring SBM-Imodco Conoco Philips Indonesia ................ 24Tabel 3.5. Data Lingkungan 100 Tahunan Met-Ocean Belanak...................... 24Tabel 3.6. Validasi Permodelan FPSO pada Moses......................................... 26Tabel 3.7. Validasi Permodelan buoy pada Moses........................................... 26Tabel 4.1. Hasil Perhitungan Mooring Tension Orcaflex-FHC-NE ................. 38Tabel 4.2. Hasil Perhitungan Riser Tension Orcaflex-FHC-NE ....................... 39Tabel 4.3. Hasil Perhitungan MBR Orcaflex-FHC-NE .................................... 39Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Mooring Tension Orcaflex-LS-NE..................... 40Tabel 4.5. Hasil Perhitungan Riser Tension Orcaflex-LS-NE .......................... 40Tabel 4.6. Hasil Perhitungan MBR Orcaflex-LS-NE ....................................... 41Tabel 4.7. Hasil Perhitungan Mooring Tension Orcaflex-SS-NE..................... 42Tabel 4.8. Hasil Perhitungan Riser Tension Orcaflex-SS-NE .......................... 42Tabel 4.9. Hasil Perhitungan MBR Orcaflex-SS-NE ....................................... 43Tabel 4.10. Nilai Tension Riser terbesar di setiap arah .................................... 44Tabel 4.11. Tension Maksimum Tiap Konfigurasi Arah 0 .............................. 45

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. FPSO (Floating Production Storage and Offloading) ................... 1 Gambar 1.2.Single Buoy Mooring dan Riser Menggunakan Midwater Arch ..... 2Gambar 2.1. Beberapa konfigurasi Marine Riser ............................................... 9Gambar 2.2 Derajat kebebasan pada FPSO ....................................................... 10Gambar 2.3 Catenary Definition Sketch ............................................................. 18Gambar 3.1 flow chart pengerjaan tugas akhir ................................................... 21Gambar 3.2 General Arrangement FPSO Seagood 101 ..................................... 22 Gambar 3.3.General Arrangment Buoy Imodco Conoco Philips Indonesia ....... 23Gambar 3.4. Permodelan FPSO di MOSES ....................................................... 25Gambar 3.5. Permodelan Buoy di MOSES ......................................................... 25Gambar 3.6. Permodelan mooring dan riser tipe FHC pada orcaflex 8.4 .......... 27Gambar 3.7. Permodelan mooring dan riser tipe Lazy-S pada orcaflex 8.4....... 27Gambar 3.8. Permodelan mooring dan riser tipe Steep-S pada orcaflex 8.4...... 28Gambar 3.7. Permodelan mooring system spread 60 pada orcaflex 8.4............ 28Gambar 4.1. Grafik RAO FPSO Seagood 101 Gerakan Surge........................... 30Gambar 4.2. Grafik RAO FPSO Seagood 101 Gerakan Sway............................ 31Gambar 4.3. Grafik RAO FPSO Seagood 101 Gerakan Heave .......................... 32Gambar 4.4. Grafik RAO FPSO Seagood 101 Gerakan Roll ............................. 33Gambar 4.5. Grafik RAO FPSO Seagood 101 Gerakan Pitch............................ 34Gambar 4.6. Grafik RAO FPSO Seagood 101 Gerakan Yaw ............................. 35Gambar 4.7. Grafik RAO Buoy Gerakan sudut 0 (translasi)............................... 36Gambar 4.8. Grafik RAO Buoy Gerakan sudut 0 (rotasi) ................................... 37Gambar 4.9. Grafik time history pada R1 FHC arah pembebanan 0 ................. 48Gambar 4.10. Grafik time history pada R1 L-S arah pembebanan 0 ................. 49Gambar 4.11. Grafik time history pada R1 S-S arah pembebanan 0 ................. 50

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Dunia eksplorasi migas lepas pantai dengan menggunakan struktur terapung merupakan bidang yang membutuhkan teknologi tinggi dan biaya yang tidak sedikit. Oleh karena itu para perancang harus berhati-hati dalam melakukan perancangan. Baik itu perancangan awal sampai pemeliharaan agar struktur terawat dengan baik. FPSO merupakan anjungan terapung yang beroperasi di lepas pantai. Anjungan terapung jenis ini digunakan untuk memroses, menyimpan, menerima dan digunakan untuk menyalurkan hasil eksplorasi berupa minyak dan gas bumi ke kapal pengangkut melalui proses yang dinamankan offloading. Struktur FPSO yang seperti terdapat pada Gambar 1.1 terdiri dari sebuah struktur apung berbentuk sebuah kapal (dapat berupa bangunan baru atau modifikasi dari kapal tanker) berukuran besar yang ditambatkan secara permanen di tempat operasinya. Sesuai fungsinya, maka FPSO dilengkapi dengan fasilitas produksi, riser, serta sistem tambat. (Sabana, 2012).

Gambar 1.1. FPSO ( www.sweetcrudereports.com )

  

Pada penelitian ini, akan dibahas ketika FPSO melakukan offloading, anjungan

terapung ini ditambat dengan single point mooring (SPM) dengan memakai

catenary anchored leg mooring (CALM). Penghubung antara FPSO dengan buoy

adalah hawser, kemudian pada buoy terdapat riser yang digunakan untuk

menyalurkan hasil eksplorasi dari manifold ke FPSO.

Jenis riser yang dimodelkan adalah tipe lazy-s, lazy wave, dan free hanging

catenary. Riser tipe lazy-S dan steep-S akan disambungkan melalui mid water arch

(MWA), yaitu sejenis buoy yang berada dalam laut yang digunakan sebagai

pelindung dari riser. Sedangkan tipe free hanging catenary tanpa menggunakan

MWA yang berarti menyambung langsung dari buoy menuju pipeline end manifold

(PLEM). Flexible riser menjadi salah satu solusi nyata untuk mengahadapi

tantangan semakin dalamnya daerah operasi (Yudhistira, 2010). Dari penelitian ini

akan didapatkan maksimum tension pada setiap konfigurasi tipe riser, sehingga

akan diketahui bagaimana perbandingan kekuatan dari ketiga jenis tipe riser dengan

menggunakan sistem tambat yang serupa.

Gambar 1.2. Single Point Mooring dan riser yang menggunakan midwater arch

  (www.fugrogrl.com)

1.2 Perumusan Masalah

  Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah :

  1. Bagaimana Response Amplitude Operators (RAO) dari FPSO Seagood 101 pada saat mengalami eksitasi gelombang regular?

  

2. Bagaimana Response Amplitude Operators (RAO) dari single point mooring

pada saat mengalami eksitasi gelombang regular?

  3. Berapa tegangan terbesar yang terjadi pada riser di setiap arah?

  

4. Bagaimana perbandingan tegangan pada konfigurasi riser tipe free hanging

catenary, lazy-S , dan steep-S?

1.3 Tujuan

  Tujuan dari tugas akhir ini adalah :

  1. Mengetahui Response Amplitude Operators (RAO) yang dihasilkan dari FPSO Seagood 101 pada saat mengalami eksitasi gelombang regular.

  2. Mengetahui Response Amplitude Operators (RAO) yang dihasilkan dari Buoy pada saat mengalami eksitasi gelombang regular.

  3. Mengetahui tegangan terbesar yang terjadi pada riser di setiap arah.

  

4. Mengetahui perbandingan tegangan pada konfigurasi riser tipe free hanging

catenary, lazy-S, dan steep-S.

1.4 Manfaat

  Manfaat yang dapat diambil dari tugas akhir ini yaitu dapat mengetahui besar tegangan yang terjadi pada riser sehingga dapat membandingkan antara konfigurasi riser tipe free hanging catenary, lazy-S, dan steep-S dari segi kekuatan. Dari penelitian ini juga diketahui RAO dari FPSO Seagood 101 dan single point mooring .

1.5 Batasan Masalah

  Batasan masalah dalam pengerjaan tugas akhir ini yaitu : 1. Penelitian ini menggunakan FPSO Seagood 101.

  10. Flexible riser menggunakan tipe lazy-s, steep-s, dan free hanging catenary.

  2. Tinjauan Pustaka dan Dasar Teori Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis berpedoman pada penelitian, jurnal serta buku-buku yang membahas tentang olah gerak bangunan apung, teori gelombang, eksitasi gelombang, respons struktur, dan bahan-bahan lain yang mendukung penelitian ini.

  Bab ini menjelaskan tentang latar belakang tugas akhir yang akan dilakukan, perumusan masalah, tujuan yang hendak dicapai dalam penulisan tugas akhir ini, manfaat yang diperoleh dan ruang lingkup penelitian guna membatasi analisis yang akan dilakukan dalam tugas akhir ini.

  Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

  11. Aliran dalam riser tidak diperhitungkan 12. Kekuatan riser yang dianalisis adalah tension maksimum.

  9. Operasi FPSO Seagood 101 di perairan Belanak-Natuna.

  2. Semua peralatan dan perlengkapan di atas FPSO tidak dimodelkan.

  

8. Perhitungan RAO dengan software Moses 7.0, sedangkan untuk tension

menggunakan Orcaflex 8.4.

  7. Pembebanan yang dilakukan adalah kondisi intact.

  

6. Gerak FPSO Seagood 101 yang ditinjau adalah gerakan 6 degree of freedom seperti

surge, sway, heave, roll, pitch ,dan yaw.

  

5. Beban yang bekerja adalah arus, gelombang, dan angin dalam kondisi

lingkungan 100 tahunan (API).

  4. Jumlah mooring yang dianalisa sebanyak 6 buah.

  

3. CALM buoy yang digunakan dalam penelitian ini adalah SBM Imodco yang

dioperasikan oleh Conoco Philips Indonesia.

1.6 Sistematika Penulisan

1. Pendahuluan

  3. Metodologi Penelitian Pada bab ini menjelaskan tentang metode pengerjaan dalam tugas akhir yang akan dilakukan beserta prosedur yang digunakan.

  4. Analisis dan Pembahasan Pada bab ini akan dilakukan analisis mengenai hasil pemodelan FPSO, sistem tambat, dan riser untuk konfigurasi tipe lazy-s, steep-s, dan free hanging catenary. Analisis tersebut bertujuan untuk menjawab permasalahan yang telah dirumuskan.

  5. Penutup Pada bab ini menjelaskan tentang kesimpulan dari hasil dan pembahasan mengenai karakteristik gerak FPSO dan SPM pada saat terapung bebas, hasil dari maksimum tension dari setiap konfigurasi tipe riser.

  Halaman ini sengaja dikosongkan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

  Operasi serta teknologi laut dalam membuat operabilitas suatu struktur terpancang (fixed) menjadi tidak efektif jika dibandingkan dengan struktur terapung (floating) yang dapat dipindahkan dari satu lokasi ke lokasi yang lain (Sabana, 2012). Soedjono (1998) menyebutkan bahwa konstruksi anjungan lepaspantai dapat dibedakan menjadi 3 golongan utama, yaitu :

  

1. Struktur terapung (Mobile Offshore Drilling Unit (MODU) atau Floating

Production Platform ), seperti : semi-submersible, drilling ship, tension leg platform (TLP), jack-up, dll.

  

2. Struktur terpancang (Fixed Offshore Platform), seperti: jacket platform, concrete

gravity, tripod , dll.

  

3. Struktur lentur (Compliant Platform), seperti: articulated tower, guyed tower,

dll.

  Pada penelitian ini, struktur yang digunakan adalah struktur terapung FPSO Seagood 101 yang memakai sistem tambat berupa single point mooring yang menjadi penyalur minyak antara FPSO dengan riser. Riser sendiri merupakan pipa penyalur yang biasa digunakan struktur anjungan lepas pantai untuk menyalurkan minyak dari seabed menuju atas deck, pipa riser sendiri biasanya dapat menyalurkan dari dua arah, dapat menyalurkan dari atas deck ke seabed maupun sebaliknya. Oleh karena itu, riser merupakan komponen yang sangat penting dalam anjungan lepas pantai. Riser mempunyai dua tipe yaitu fixed riser dan flexible riser.

  Pada penelitian ini menggunakan flexible riser tipe lazy-s, steep-s, dan free hanging catenary yang berakhir di seabed di kedalaman 90 m.

2.2 Dasar Teori

  2.2.1 Single Point Mooring Diperlukan sistem tambat yang sesuai untuk menjaga FPSO agar stabil pada posisinya.single point mooring merupakan salah satu jenis tambat yang sering digunakan pada FPSO. Ada beberapa tipe dari single buoy mooring yaitu sistem turret , Catenary Anchor Leg Mooring (CALM buoy), dan Single Anchor Leg Mooring/SALM.

  Dalam tugas akhir ini, tipe SPM yang akan diteliti adalah CALM buoy. Sistem CALM ini tersusun dari sebuah large buoy didukung oleh beberapa catenary chain leg yang tertambat pada dasar laut. Konfigurasi dari CALM ini terdapat hawser yang menghubungkan antara FPSO dan buoy. Selain itu, terdapat konfigurasi riser yang berada di bawah dari buoy tersebut. Dalam sistem kerjanya, CALM buoy ini merespon gerakan dari vessel yang tertambat pada buoy dan beban lingkungan tempat beroperasi. Oleh karena itu, perhitungan terhadap mooring lines harus diperhatikan agar dapat menahan beban-beban yang bekerja pada sistem tambat CALM buoy (API RP 2SK, 2006).

  2.2.2 Riser Dalam segi bahasa, riser merupakan alat untuk menaikkan, karena mengandung suku kata rise yang memiliki makna (naik). Tetapi dalam segi disiplin ilmu khususnya tentang offshore pipeline, riser adalah konduktor pipa yang berfungsi untuk menghubungkan suatu bangunan terpancang maupun terapung dengan wellhead atau sumur produksi minyak dan gas yang berada pada seabed atau dasar laut (Yudhistira, 2010). Menurut (Young Bai, 2001) riser memiliki kelebihan yaitu:

  1. Injection

  2. Drilling

  3. Completion

  4. Workover Berdasarkan jenisnya, riser terdiri dari rigid riser dan flexible riser. Di dalam pengaplikasiannya, rigid riser biasanya digunakan di perairan dangkal dan flexible riser digunakan untuk perairan yang dalam dikarenakan lebih efisien.

2.2.3 Konfigurasi Riser

  

Menurut Young Bai (2001) secara umum riser memiliki bagian utama yaitu :

 Conduit (riser body)  Interface with floater and wellhead  Component  Auxiliary (end fittings atau bending stiffners) Ada beberapa konfigurasi riser yang umum dipergunakan pada struktur lepas pantai terapung, dapat dilihat pada Gambar 2.1. Menurut (Young Bai, 2005) konfigurasi untuk riser adalah sebagai berikut :

  1. Free Hanging Catenary Riser dengan konfigurasi ini sering digunakan di laut dalam. Konfigurasi jenis ini tidak perlu kompensasi mengangkat peralatan, ketika riser diangkat dan diturunkan dengan pengambang, riser akan dengan mudah diangkat atau diturunkan ke bawah menuju seabed.

  2. Layz-S dan Steep-S Layz-S dan Steep-S adalah riser yang ditambahkan konfigurasi pelampung bawah laut, dengan fixed buoy yang dipasang pada suatu struktur di dasar laut.

  3. Lazy Wave dan Steep Wave Tipe ini hampir sama dengan Layz S dan Steep S, hanya saja pada kedua tipe ini tidak ditambahkan single buoy, tetapi ditambahkan buoyancy dan weight sepanjang yang dibutuhkan.

4. Pliant Wave

  Konfigurasi Pliant Wave hampir sama dengan Layz-S dan Steep-S dimana subsea anchor mengendalikan Touch Down Point (TDP) yaitu tegangan riser dipindahkan ke jangkar bukan pada Touch Down Point (TDP).

  Berdasarkan jenisnya, riser terdiri dari rigid riser dan flexible riser. Di dalam pengaplikasiannya, rigid riser biasanya digunakan di perairan dangkal dan flexible riser digunakan untuk perairan yang dalam dikarenakan lebih efisien.

Gambar 2.1 Beberapa konfigurasi Marine Riser (Young Bai, 2001)

2.2.4 Teori Dasar Gerak Bangunan Laut Akibat Eksitasi Gelombang

  Benda yang mengapung mempunyai 6 mode gerakan bebas yang terbagi menjadi dua kelompok, yaitu 3 mode gerakan translasional dan 3 mode gerakan rotasional. Berikut adalah keenam mode gerakan tersebut :

  1. Mode gerak translasional Surge, gerakan transversal arah sumbu x  Sway, gerakan transversal arah sumbu y  Heave, gerakan transversal arah sumbu z 

  2. Mode gerak rotasional Roll, gerakan rotasional arah sumbu x  Pitch, gerakan rotasional arah sumbu y  Yaw, gerakan rotasional arah sumbu z 

Gambar 2.2 Derajat kebebasan pada FPSO (www.ogj.com)

2.2.5 Gerakan Couple Six Degree of Freedom

  Karena bangunan apung yang ditinjau terdiri dari enam mode gerakan bebas (six degree of freedom ), dengan asumsi bahwa gerakan-gerakan osilasi tersebut adalah linier dan harmonik, maka persamaan diferensial gerakan kopel dapatdituliskan sebagai berikut :

  ….(2.1) Dengan : M jk = matriks massa dan momen inersia massa bangunan laut A jk = matriks koefisien-koefisien massa tambah hidrodinamik B jk = matriks koefisien-koefisien redaman hidrodinamik

K jk = matriks koefisien-koefisien kekakuan atau gaya dan momen hidrostatik

F j = amplitude gaya eksitasi dalam besaran kompleks F 1 = gaya eksitasi yang menyebabkan gerakan surge F

  2 = gaya eksitasi yang menyebabkan gerakan sway F 3 = gaya eksitasi yang menyebabkan gerakan heave

  F 4 = momen eksitasi yang menyebabkan gerakan roll F 5 = momen eksitasi yang menyebabkan gerakan pitch

  F 6 = momen eksitasi yang menyebabkan gerakan yaw  = elevasi gerakan pada mode ke k _k = elevasi kecepatan gerakan pada mode ke k  _k = elevasi percepatan gerakan pada mode ke k  _k

Persamaan di atas menunjukkan hubungan antara gaya aksi dan reaksi.

  Gaya aksi direpresentasikan oleh suku pada ruas kanan, yang merupakan eksitasi gelombang terhadap bangunan apung. Gaya reaksi ditunjukkan oleh suku-suku di sebelah kiri persamaan, yang terdiri dari gaya inersia, gaya redaman dan gaya pengembali, yang masing-masing berkorelasi dengan percepatan gerak, kecepatan gerak, dan simpangan atau displacement gerakan (Djatmiko, 2012).

2.2.6 Konsep Pembebanan

  Analisa tegangan merupakan bentuk analisa lokal dari sebuah struktur (Yudhistira,2010). Pembebanan yang bekerja pada analisis ini adalah pembebanan lokal yang diambil dari analisa global suatu struktur secara keseluruhan. Oleh karena itu dibutuhkan pemahaman yang baik pada mengenai pembebanan secara global bangunan lepas pantai. Pada suatu proses perancangan bangunan lepas pantai, untuk menentukan kemampuan kerja suatu struktur akan dipengaruhi oleh beban yang terjadi pada bangunan tersebut. Menurut (Soedjono, 1999) beban-beban yang harus dipertimbangkan dalam perancangan bangunan lepas pantai adalah sebagai berikut:

  1. Beban mati (Dead Load) Beban mati (Dead Load) adalah beban dari komponen-komponan kering serta beban-beban peralatan, perlengkapan dan permesinan yang tidak berubah dari mode operasi pada suatu struktur, meliputi: berat struktur, berat peralatan dari

permesinan yang tidak digunakan untuk pengeboran atau proses pengeboran.

  2. Beban hidup (Live Load) Beban hidup adalah beban yang terjadi pada platform atau bangunan lepas pantai selama dipakai/berfungsi dan tidak berubah dari mode operasi satu ke mode operasi yang lain.Beban akibat kecelakaan (Accidental Load). Beban kecelakaan merupakan beban yang tidak dapat diduga sebelumnya yang terjadi pada suatu bangunan lepas pantai, misalnya tabrakan dengan kapal pemandu operasi, putusnya tali tambat, kebakaran, dan letusan.

  3. Beban lingkungan (Environmetal Load) Beban lingkungan adalah beban yang terjadi karena dipengaruhi oleh lingkungan dimana suatu bangunan lepas pantai dioperasikan atau bekerja. Beban lingkungan yang biasanya digunakan dalam perancangan adalah :

  1. Wave Drift Force

  2. Beban arus

  3. Beban angin

2.2.7 Beban Gelombang

  Beban gelombang adalah beban lingkungan yang memberi efek terbesar terhadap bangunan lepas pantai. Gaya gelombang dihitung dengan gaya hanyut rata-rata pada gelolmbang reguler. Berikut adalah teori yang digunakan pada perhitungan gaya gelombang, yaitu ( Indiyono 2003) :

  1. Teori Morisson.

  Persamaan Morisson mengasumsikan bahwa gelombang terdiri dari komponen gaya inersia dan drag (hambatan) yang dijumlahkan secara linier. Persamaa Morisson lebih tepat diterapkan pada kasus struktur dimana gaya drag merupakan komponen yang dominan. Hal ini biasanya dijumpai pada struktur yang ukurannya (D) relatif kecil dibanding dengan panjang gelombangnya (λ).

  2. Teori Froude-Krylov.

  Froude-Krylov digunakan apabila gaya hambatan relatif kecil dan gaya inersia dianggap lebih berpengaruh, dimana struktur dianggap kecil. Teori ini mengadopsi metode tekanan gelombang incident dan bidang tekanan pada permukaan struktur. Keuntungan dari teori ini adalah untuk struktur yang simetris, perhitungan gaya dapat dilakukan dengan persamaan terangkai (closed-form) dan koefisien- koefisien gayanya sudah ditentukan.

3. Teori Difraksi.

  Apabila suatu struktur mempunyai ukuran yang relatif besar, yakni memiliki ukuran yang kurang lebih sama dengan panjang gelombang, maka keberadaan sruktur ini akan mempengaruhi timbulnya perubahan arah pada medan gelombang disekitarnya. Dalam hal ini difraksi gelombang dari permukaan struktur harus dipertimbangkan dalam evaluasi gaya gelombang. Syarat pemilihan teori untuk perhitungan gaya gelombang didasarkan pada perbandingan antara diameter struktur (D) dengan panjang gelombang (λ) sebagai berikut :

  

 D/λ > 1 = Gelombang mendekati pemantulan murni, persamaan Morison tidak

valid.

 D/λ > 0.2 = Difraksi gelombang perlu diperhitungkan, persamaan Morison tidak

valid.  D/λ < 0.2 = Persamaan Morison valid.

2.2.8 Beban Arus

  Arus pada kondisi operasi adalah arus air maksimum yang berhubungan dengan angin dan gelombang pada lokasi dimana struktur ditambat. Kecepatan arus di dasar laut maupun di permukaan laut disertakan dalam proses perhitungan. Apabila profil arus tersebut tidak linear, maka kecepatan pada kedalaman yang berbeda-beda harus diperhitungkan. Yilmaz (1996) memberikan persamaan sebagai berikut :

F xstat = 0.5 L s TC xc (  cr ) …………………………………………..…..(2.2)

ystat s yc cr

  

F = 0.5 L TC (  ) …………….……………………………..…..(2.3)

F  stat = 0.5 s TC  c ( cr ) …………….……………………………..…..(2.4)

L 

  Dengan: ρ = massa jenis air laut L = panjang stuktur T = sarat air struktur C xc = koefisien tahanan dalam arah longitudinal C yc = koefisien tahanan dalam arah transfersal C θc = koefisien tahanan dalam arah yaw

  2

  2

  0.5 V = (u +v ) cr α cr = arctan (-v/-u) Nilai koefisien-koefisien tahanan di atas dapat dicari dalam Oil Companies International Forum (OCIMF).

2.2.9 Beban Angin

  Beban angin yang digunakan dalam desain diukur pada ketinggian 10m di atas permukaan laut. Dalam penelitiannya, Yilmaz (1996) membuktikan bahwa beban angin memberi dampak yang kecil terhadap gerakan dari buoy. Rumusnya adalah :

  1W = 0.5 W A T C

  1W (  WR ) ………………………...……(2.5) 

  

………………

F

  2W W L

  2W WR ………………………………………… F = 0.5  A C (  ) ………(2.6) F

  6W = 0.5 W A L C

  6W (  WR ) ……………………………………….……(2.7) 

  Dengan : ρ w = massa jenis air laut

  A = total tranverse area T

  A L = total lateral area C = resistance coefficient in longitudinal direction

  1W C

  2W = resistance coefficient in transverse direction C = resistance coefficient in yaw direction

  6W

  V WR = total instantaneous wind velocity  WR

  = relative instantaneous wind speed angle of incidence

  V W = V 10 ……………………………………………………………(2.8) Dimana : V w = kecepatan angin, knots (m/s) V 10 = kecepatan angin pada ketinggian 10 m, knots (m/s) y = ketinggian dimana kecepatan angin dihitung, (m) x = faktor eksponen (≈0,16) , (m)

  2 F w (t) =  a C D A P V (t)…………………………………………………..(2.9) Dimana : F w = gaya angina, lbs (N)

  2  a = massa jenis udara (0.0012 t/m ) C D = koefisien geser

  2

  2 A = luas area vertikal yang terkena angin, ft (m ) P V(t) = kecepatan partikel angin, knots (m/s)

2.2.10 RAO

  Response amplitude operator (RAO) atau sering disebut sebagai transfer function adalah fungsi respon yang terjadi akibat gelombang dalam rentang frekuensi yang mengenai offshore structure. RAO disebut sebagai transfer function karena merupakan alat untuk mentransfer beban luar (gelombang) dalam bentuk respon pada suatu struktur. Bentuk umum dari persamaan RAO dalam fungsi frekuensi adalah sebagai berikut (Chakrabarti,1987) :

  ( ) RAO () = …………………………………………………………..(2.10)

  ( ) Dimana : (ω) = amplitude struktur η(ω) = amplitude gelombang Menurut Djatmiko (2012), respon gerakan RAO terbagi menjadi dua yaitu:

  

1. Respon gerakan RAO untuk gerakan translasi yaitu surge, sway¸ dan heave

(k=1, 2, 3 atau x, y, z), merupakan perbandingan langsung antara 17mplitude gerakannya disbanding dengan 17mplitude gelombang (dalam satuan panjang). Persamaan untuk RAO gerakan translasi adalah sebagai berikut : = ( / )…………………………………………………………..(2.11)

  , ψ) adalah

  2. RAO untuk gerakan rotasi yaitu roll, pitch, dan yaw (k=4, 5, 6 atau θ, merupakan perbandingan antara amplitudo gerakan rotasi dengan kemiringan gelombang (hasil kali antara angka gelombang dengan amplitudo gelombang insiden). Persamaan untuk RAO gerakan rotasi adalah sebagai berikut :

  = = ( / )…………………………………………...(2.12)

2.2.11 Spektra Gelombang

  Analisis spektrum gelombang dapat menggunakan beberapa teori spektrum gelombang yang telah ada, antara lain model spektrum JONSWAP, Pierson- Moskowitz , ISSC ataupun ITTC. Pemilihan spektrum gelombang didasarkan pada kondisi nyata laut yang ditinjau. Bila tidak ada maka dapat digunakan model spektrum yang dikeluarkan oleh berbagai institusi dengan mempertimbangkan kesamaan fisik lingkungan. Dari spektrum gelombang dapat diketahui parameter- parameter gelombang sebagaimana dalam tabel berikut :

  Tinggi Profil Gelombang Amplitudo 1/2 1/2 Gelombangrata-rata

  1,25(m0) 2,50 (m0) 1/2 1/2 Gelombangsignifikan 2,00(m0) 4,00(m0)

  Rata-rata 1/10 1/2 1/2 2,55(m0) 5,00(m0) gelombang tertinggi

  Rata-rata 1/1000 1/2

  3,44(m0) 1/2 6,67(m0) gelombang tertinggi m = luasan di bawah kurva spectrum (zero moment).