desain umum pressure vessel

Pressure vessel adalah bejana tertutup yang mampu menyimpan cairan bertekanan, baik tekanan internal maupun eksternal, terlepas dari bentuk dan dimensinya. Pressure vessel yang digunakan dalam industri adalah wadah bertekanan anti bocor biasanya berbentuk silinder atau bola dengan konfigurasi kepala yang berbeda.

Desain pressure vessel harus dilakukan dengan sangat hati-hati karena beroperasi di bawah tekanan yang sangat besar. Pressure vessel yang pecah dapat menyebabkan kerusakan serius yang tidak dapat diperbaiki oleh manusia dan peralatan lain. Biasanya kode ASME Sec VIII mengatur desain pressure vessel.

Komponen Pressure Vessel

Pressure vessel vertikal dan horisontal. Sumber: https://etcfunsafe.com/downloads/PVI-STUDY-NOTES-ENGLISH-TRIAL.pdf

Shell: Komponen utama pressure vessel untuk menampung tekanan. Shell biasanya berbentuk silinder, kerucut, atau bulat.

Head: Head berguna untuk menutup shell. Heads umumnya berbentuk melengkung. Alasan berbentuk melengkung adalah lebih kuat menahan tekanan dan memungkinkan head menjadi ringan dan murah.

Nozzle: Komponen silinder yang menembus ke dalam shell atau head. Nozzle digunakan untuk memasang pipa inlet dan outlet, memasang alat ukur (ketinggian, temperatur, tekanan).

Support: Support digunakan untuk menopang semua beban pressure vessel supaya berdiri kokoh.

Desain Shell

Kode ASME menyajikan aturan dasar saat merancang shell. Jelas bahwa ketebalan shell ini adalah pertimbangan utama dan operasi pengelasan pada bejana juga diperlukan. Persamaan yang digunakan pada ketebalan adalah:

Pada tegangan melingkar (pengelasan longitudinal): (p < 0.385 SE) ; t_s = PR / (SE−0.6P) , P_s = SE𝑡𝑠 / (R+0.6t)

Pada tegangan longitudinal (pengelasan melingkar): (𝑝 < 1.25 𝑆𝐸) ; 𝑡_𝑠 = 𝑃𝑅 / (2𝑆𝐸+0.4𝑃) , 𝑃𝑠 = 2𝑆𝐸𝑡𝑠 / (𝑅−0.4𝑡)

Dimana:
ts = Ketebalan shell
P = Tekanan desain
Ps = Tekanan maksimal
R = Diameter dalam
S = Tegangan maksimal yang diizinkan
E = Koefisien sambungan dari pengelasan
catatan: E = 1.0 jika tes radiasi dipakai, sementara E = 0.7 untuk tes non radiasi.

Desain Heads

Sebagian besar penutup head yang digunakan berbentuk melengkung untuk menahan tekanan, mengurangi ketebalan dan pengurangan biaya. Ada banyak jenis penutup head dan yang paling banyak digunakan adalah kepala semi-elips. Pada tipe ini diameter dasar ke tinggi = D/H = 4/1.

Radius bulat = L= 0.9D
Radius neck = ri = 0.17D
t_h = PD/(2SE-0.2P) ; Ph=2SEt/(D+0.2t_h)
Dimana:
th = ketebalan head
P = tekanan desain
Ph = tekanan maksimal
S = Tekanan maksimal yang diizinkan
D = diameter internal bodi tangki
E = Koefisien sambungan dari pengelasan

Desain Nozzle

𝑡_𝑛 = 𝑃𝑅 /(𝑆𝐸−0.6𝑃)
A_r =dn* ts* f
As = Dn(Ts-ts)-2Tn(Ts-ts)
An = 2[ 2.5(Ts)*(Tn – tn) ]
Ar < (As+An)
d_s = d_n + 2(t_n)
x = r_n + T_n , y = 2.5*T_s
dn = D_n – 2 (T_n + Corrosion Allowance)

dimana:
Dn = diameter nozzle eksternal
dn = diameter nozzle internal
ds = diameter nozzle pada dinding tangki
f = koefisien koreksi = 1
ts = ketebalan tangki yang dibutuhkan
Ts = ketebalan bodi aktual
tn = ketebalan nozzle yang dibutuhkan
Tn = ketebalan nozzle aktual
rn = radius lubang internal
Ar = luas lubang nozzle
As = luas daerah sambungan
An = luas dinding nozzle

Desain Support

Selama merancang bejana tinggi, dasar support, ukuran, volume, berat, angin, dan getaran harus diperhitungkan. Jumlah kaki tergantung pada ukuran tangki dan ukuran bahan yang disimpan di dalam tangki.

Dimensi kaki dan tegangan dapat dihitung sebagai:

Tegangan longitunal dan Tegangan melingkar