Desain pressure vessel tekanan tinggi (high pressure vessels)

Desainer dan insinyur pressure vessel harus mengenali desain vessel untuk operasi tekanan tinggi. Pertanyaan adalah, “Berapa tekanan tinggi yang dimaksud”? Tekanan tinggi dimulai sekitar 3.000 PSI.

Berikut adalah beberapa proses industri yang menggunakan tekanan tinggi. Artikel ini membahas beberapa desain vessel tekanan tinggi di kisaran 3.000 hingga 25.000 PSI. Vessel yang biasa dibangun pada industri adalah:

• Low Density Polyethylene (LDPE) Reactors
• (Autoclaves) Isostatic Presses (Hot or Cold)
• Urea Reactors (Autoclaves)
• Polyethylene Separators
• Ammonia Converters
• Sterilization Vessels
• Hydrothermal Synthesis
• Autoclaves
• High Pressure Extraction
• Water Jet Cutting

Ada dua kategori utama berdasarkan jenis manufakturnya pada bejana bertekanan tinggi yaitu monobloc dan berlapis. Monoblok adalah vessel berdinding padat yang tersusun oleh gulungan plat tunggal. Sementara berlapis terdiri dari lapisan plat yang ditumpuk.

Desain Shell

Shell pada bejana umumnya berbentuk silinder dengan dinding yang tebal. Biasanya desain shell diatur oleh kode ASME section 8 divisi 1,2, dan 3. Ketiga divisi menghasilkan hasil yang sangat mirip jika tegangan yang diijinkan adalah sama. Ini membuktikan bahwa dasar persamaan untuk penentuan ketebalan dinding untuk ketiga divisi ini praktis sama.

Ketiga rumus dari tiga divisi dapat dirangkum dengan persamaan lame’ yang menentukan tegangan melingkar, dan tegangan geser.

σ_φ= [ (PR_i²) / (R_o²-R_i²) ] [1+ R_o² / R_i² ]
τ = [ (PR_o²) / (R_o²-R_i²) ] ; dimana R_o,i = jari-jari luar dan dalam, P = Tekanan desain internal.

Desain Penutup

Penutupan (closure) pada ujung vessel dapat bersifat permanen, dilepas, disekrup atau digantung. Jenis penutupan pada ujung bejana tekan tergantung pada frekuensi pembukaan, ukuran bejana, suhu, kondisi korosif, bukaan dan nozel melalui penutupan dan jenis akses yang disediakan oleh head yang bisa dilepas. Penutupan pembukaan dapat mencapai sekitar 20.000 PSI.

Umumnya penutup vessel menggunakan sistem flange. Flange adalah bagian penghubung yang umum digunakan dalam pressure vessel dan merupakan bagian dasar yang menghubungkan semua bagian dan pipa pressure vessel. Tujuan flange adalah memastikan bagian penghubung tidak bocor, sehingga bejana atau pipa yang berbeda dapat digabungkan menjadi satu kesatuan.

Desain Nozzle

Pemasangan nozzle ke bejana bertekanan tinggi hampir selalu dibuat melalui head, atau penutupan akhir, berbeda dengan bejana biasa yang melalui cangkang. Utamanya karena ketebalan cangkangnya dan fakta bahwa vessel berlapis-lapis biasa dipakai oleh bejana bertekanan tinggi.

Nozel dipasang dengan salah satu metode berikut:

1. Screw
2. Dibaut
3. Dilas
4. Soket Dilas

Dari jumlah tersebut, dua yang pertama adalah yang paling umum. Screw dapat dengan mudah dikerjakan ke dalam penutupan dan cukup kuat untuk aplikasi hingga sekitar 60.000 PSI. Sambungan bergelang ke penutup ujung juga digunakan hingga sekitar 20.000 PSI. Masalah dengan koneksi berubah pada tekanan tinggi adalah momen lentur yang diciptakan oleh gaya ujung yang ekstrem serta gaya perbautan yang besar dan diskontinuitas lokal. Sambungan tekanan tinggi harus menghindari konfigurasi gasket. Sambungan tipe cincin, male-female, dan tongune dan groove harus digunakan sebisa mungkin.

Pressure vesse diatas memiliki struktur yang sangat kuat dan bekerja pada proses yang membutuhkan tekanan tinggi. Analisis struktur sangat diperlukan untuk merancang bejana yang andal. Metode analisis yang sering digunakan adalah metode Finite Element Analysis (FEA). Finite Element Analysis adalah metode memanfaatkan komputer untuk menyelesaikan persamaan struktur yang sudah didiskritisasi dari yang tadinya sebuah object kontinyu menjadi object dengan jumlah elemen dengan jumlah terhingga (finite element) sehingga persamaan tersebut dapat diselesaikan secara numerik. Hingga kini, FEA sudah digunakan untuk simulasi termal, mekanika fluida, hingga elektromagnetik. >>KLIK DI SINI UNTUK MEMPELAJARI LEBIH LENGKAP JASA SIMULASI FEA KAMI!

>>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR KONSTRUKSI LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Moss, Dennis dan Michael Basic. 2013. Pressure Vessel Design Manual: Fourth Edition. Oxford: Butterworth-Heinemann.

https://www.pipelinedubai.com/what-is-a-flange.html (diakses pada tanggal 15 Oktober 2021)

Author: admin