Pressure Vessel: Pengertian, Sejarah, Fungsi, dan Kriteria

Pressure vessel adalah salah satu peralatan industri yang sangat penting, memiliki berbagai fungsi dan aplikasi dalam berbagai sektor industri. Peralatan ini sangat vital untuk proses yang melibatkan tekanan tinggi dan suhu tinggi. Dalam artikel ini, kita akan membahas secara detail mengenai sejarah, pengertian, fungsi, kriteria, jenis-jenis pressure vessel dalam industri, prinsip kerja, bagian-bagian, komponen utama, pemilihan material, batasan, serta kode dan standar yang digunakan dalam pembuatan pressure vessel. Selamat menyimak!

Sejarah

Pressure vessel mulai dikenal sejak abad ke-17, ketika ilmuwan dan insinyur mulai memahami konsep tekanan dan bagaimana mengendalikannya. Awalnya, pressure vessel digunakan untuk menghasilkan uap dengan memanaskan air. Kemudian, pada abad ke-19, pressure vessel mulai digunakan dalam berbagai aplikasi industri, seperti pada boiler uap dan mesin uap yang digunakan dalam transportasi dan pabrik. Dalam perkembangannya, pressure vessel terus mengalami inovasi dan peningkatan dalam desain, bahan, dan teknologi, sehingga memiliki keandalan dan efisiensi yang lebih baik.

Pengertian

Pressure vessel adalah wadah tertutup yang dirancang untuk menampung fluida (gas atau cairan) dalam kondisi tekanan tinggi dan suhu tinggi. Wadah ini terbuat dari bahan yang kuat dan tahan tekanan, serta memiliki desain dan konstruksi yang memenuhi standar keselamatan tertentu. Pressure vessel memiliki berbagai bentuk dan ukuran, tergantung pada kebutuhan dan aplikasi industri yang relevan.

Menurut ASME BPVC Section VIII – Rules for Construction of Pressure Vessels, pressure vessel didefinisikan sebagai wadah tertutup yang dirancang untuk menahan tekanan internal atau eksternal dengan tekanan lebih besar dari 15 psi (103 kPa). Pressure vessel termasuk dalam kategori ini jika tekanan dan suhu operasi berada di atas batas yang ditentukan oleh ASME. Desain dan konstruksi pressure vessel harus mematuhi persyaratan teknis, keselamatan, dan kualitas yang ditetapkan oleh ASME BPVC.

ASME BPVC mencakup berbagai aspek desain, bahan, fabrikasi, inspeksi, pengujian, dan sertifikasi pressure vessel. Hal ini termasuk ketentuan untuk pengelasan, pemeriksaan non-destruktif, perhitungan desain, pemilihan bahan, dan persyaratan inspeksi. Desain pressure vessel harus mempertimbangkan faktor-faktor seperti tekanan maksimum yang diizinkan, suhu, beban eksternal, dan ketahanan korosi untuk memastikan keandalan dan keselamatan operasi.

Dalam rangka memastikan keselamatan dan kualitas pressure vessel, ASME BPVC juga mengatur proses sertifikasi untuk produsen. Produsen yang memenuhi persyaratan ASME BPVC diberikan tanda stempel “U” yang menunjukkan bahwa pressure vessel mereka telah diuji dan memenuhi standar ASME. Penggunaan tanda stempel ini menunjukkan bahwa pressure vessel telah dirancang dan dibuat sesuai dengan persyaratan ASME BPVC, yang secara internasional diakui sebagai standar kualitas dan keselamatan.

Fungsi

Pressure vessel memiliki fungsi utama sebagai penyimpanan dan pengendalian fluida dalam kondisi tekanan dan suhu tinggi. Selain itu, pressure vessel juga digunakan dalam berbagai proses industri, seperti pemanasan, pendinginan, pemisahan, dan reaksi kimia. Contoh aplikasi pressure vessel meliputi boiler, reaktor kimia, tangki penyimpanan gas, dan sistem hidrolik.

Jenis-Jenis Pressure Vessel dalam Industri

Berikut beberapa jenis pressure vessel dalam industri beserta penjelasan dan bahasa tekniknya:

1. Boiler: Merupakan pressure vessel yang digunakan untuk menghasilkan uap dengan memanaskan air. Boiler umumnya digunakan dalam pembangkit listrik, sistem pemanasan, dan proses industri yang memerlukan uap sebagai media panas.
2. Reaktor Kimia: Merupakan pressure vessel yang digunakan dalam proses reaksi kimia, baik eksotermik maupun endotermik. Reaktor kimia dirancang untuk menahan tekanan dan suhu tinggi yang dihasilkan selama reaksi, serta memiliki sistem pengendalian yang memastikan reaksi berlangsung dengan efisien dan aman.
3. Tangki Penyimpanan Gas: Merupakan pressure vessel yang digunakan untuk menyimpan gas dalam kondisi tekanan tinggi, seperti LPG, LNG, dan gas industri lainnya. Tangki ini dirancang untuk menahan tekanan dan suhu ekstrem, serta memiliki sistem pengendalian tekanan dan keamanan yang baik.
4. Autoklaf: Merupakan pressure vessel yang digunakan untuk proses sterilisasi, pengeringan, dan pengawetan dengan menggunakan uap panas bertekanan tinggi. Autoklaf banyak digunakan dalam industri makanan, farmasi, dan laboratorium.
5. Heat Exchanger: Merupakan pressure vessel yang digunakan untuk mentransfer panas antara dua fluida yang berbeda, tanpa terjadi kontak langsung. Heat exchanger umumnya digunakan dalam sistem pemanasan, pendinginan, dan proses industri lainnya.

Prinsip Kerja Pressure Vessel

Prinsip kerja pressure vessel tergantung pada jenis dan aplikasinya. Secara umum, pressure vessel bekerja dengan menampung fluida dalam kondisi tekanan tinggi dan suhu tinggi, serta mengendalikan tekanan dan suhu tersebut agar tetap berada dalam batas yang aman dan efisien. Selama operasi, pressure vessel harus mampu menahan tekanan dan suhu yang dihasilkan oleh fluida, serta memastikan tidak terjadi kegagalan atau kebocoran yang dapat menyebabkan bahaya bagi lingkungan dan personil..

Komponen-Komponen Utama Pressure Vessel

Berikut tabel yang menjelaskan fungsi dari komponen-komponen utama pressure vessel:

Komponen	Fungsi
Shell	Menahan tekanan dan suhu fluida, serta menjaga integritas struktural pressure vessel.
Head	Menutup bagian atas dan bawah pressure vessel, serta menahan tekanan dan suhu fluida.
Nozzle	Memungkinkan aliran fluida masuk dan keluar dari pressure vessel, serta menghubungkannya dengan sistem yang lebih besar.
Support	Menyangga pressure vessel, menjaga stabilitas dan keselamatan selama operasi.
Sistem pengendalian	Mengendalikan tekanan, suhu, dan variabel operasi lainnya, serta memastikan efisiensi dan keselamatan pressure vessel.

Pemilihan Material Pressure Vessel

Material yang digunakan dalam pembuatan pressure vessel harus memiliki kekuatan dan ketahanan yang cukup untuk menahan tekanan dan suhu yang dihasilkan selama operasi. Beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan material pressure vessel adalah:

1. Kekuatan dan ketahanan mekanis terhadap tekanan dan suhu.
2. Ketahanan korosi dan oksidasi.
3. Kemampuan untuk ditempa dan dilas.
4. Biaya dan ketersediaan material.

Beberapa material yang umum digunakan dalam pembuatan pressure vessel

meliputi baja karbon, baja paduan, baja tahan karat, dan aluminium. Material ini dipilih berdasarkan kebutuhan dan karakteristik aplikasi yang relevan.

Beberapa material yang sering digunakan dalam perancangan dan pembuatan pressure vessel meliputi:

1. Baja Karbon: Baja karbon merupakan material yang umum digunakan dalam pembuatan pressure vessel karena memiliki kekuatan mekanis yang baik, kemampuan dilas yang baik, dan biaya yang relatif rendah. Baja karbon seperti SA-516 Grade 70 dan SA-285 Grade C sering digunakan dalam aplikasi pressure vessel.
2. Baja Paduan: Baja paduan digunakan dalam pembuatan pressure vessel yang memerlukan kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan baja karbon. Beberapa contoh baja paduan yang digunakan dalam pressure vessel meliputi SA-387 Grade 11 dan Grade 22, yang mengandung kromium dan molibdenum untuk meningkatkan ketahanan terhadap suhu tinggi dan korosi.
3. Baja Tahan Karat (Stainless Steel): Baja tahan karat sering digunakan dalam pressure vessel yang memerlukan ketahanan korosi yang sangat baik, terutama dalam aplikasi kimia dan farmasi. Beberapa contoh stainless steel yang digunakan dalam pressure vessel meliputi seri 300 (misalnya, 304, 316) dan seri 400 (misalnya, 410, 430).
4. Aluminium: Aluminium digunakan dalam pembuatan pressure vessel yang memerlukan berat yang ringan dan ketahanan korosi yang baik. Aluminium umumnya digunakan dalam aplikasi seperti tangki penyimpanan cryogenic (misalnya, tangki penyimpanan LNG) dan beberapa aplikasi industri ringan. Aluminium paduan seperti seri 5000 dan 6000 dapat digunakan untuk pressure vessel dengan tekanan dan suhu yang lebih rendah.
5. Nikel dan Paduan Nikel: Nikel dan paduan nikel digunakan dalam pembuatan pressure vessel yang memerlukan ketahanan korosi dan suhu yang sangat baik, seperti dalam aplikasi petrokimia dan nuklir. Beberapa contoh paduan nikel yang digunakan dalam pressure vessel meliputi Inconel, Hastelloy, dan Monel.
6. Paduan Tantalum: Tantalum dan paduan tantalum digunakan dalam aplikasi pressure vessel yang memerlukan ketahanan korosi yang sangat baik dan kompatibilitas dengan lingkungan yang sangat agresif, seperti dalam reaktor kimia yang menggunakan asam kuat. Tantalum memiliki harga yang tinggi dan jarang digunakan kecuali dalam aplikasi khusus.

Pemilihan material yang tepat untuk pressure vessel sangat penting dalam menentukan keandalan, keselamatan, dan umur pakai pressure vessel. Material harus dipilih berdasarkan faktor-faktor seperti tekanan dan suhu operasi, lingkungan kerja, ketahanan korosi, dan kemampuan dilas dan fabrikasi.

Kriteria dan Batasan Pressure Vessel Sesuai ASME dan API dengan Bahasa Teknik dan Nilai

Pressure vessel harus mematuhi kriteria dan batasan yang ditetapkan oleh kode dan standar seperti ASME Boiler and Pressure Vessel Code (ASME BPVC) dan American Petroleum Institute (API). Berikut ini adalah penjelasan kriteria dan batasan dengan bahasa teknik dan nilai yang relevan:

1. Tekanan Maksimum yang Diizinkan (MAWP) dan Suhu Desain: MAWP adalah tekanan maksimum yang dapat ditoleransi oleh pressure vessel pada suhu operasi tertentu. MAWP dan suhu desain harus ditentukan dengan mempertimbangkan material, ketebalan, geometri, dan kondisi operasi pressure vessel. Sebagai contoh, ASME BPVC Section VIII Divisi 1 menetapkan perhitungan tekanan desain berdasarkan pada ketebalan dinding minimum yang diperlukan untuk menahan tekanan internal atau eksternal. API 510 menetapkan persyaratan inspeksi dan pemeliharaan untuk memastikan MAWP dan suhu desain tetap dalam batas yang aman.
2. Material dan Sifat Mekanis: Material pressure vessel harus memiliki kekuatan mekanis, elastisitas, dan ketahanan korosi yang sesuai untuk menahan tekanan dan suhu operasi. ASME BPVC Section II menetapkan spesifikasi material dan sifat mekanis, seperti kekuatan luluh (yield strength) dan kekuatan tarik (tensile strength). Misalnya, SA-516 Grade 70 memiliki kekuatan luluh minimum 38 ksi (260 MPa) dan kekuatan tarik minimum 70 ksi (485 MPa). API 510 menetapkan persyaratan inspeksi dan pemeliharaan material untuk memastikan integritas struktural tetap terjaga.
3. Perhitungan Desain dan Faktor Keamanan: ASME BPVC Section VIII Divisi 1 menetapkan metode perhitungan desain untuk menentukan ketebalan dinding, beban eksternal, dan faktor keamanan. Faktor keamanan (juga dikenal sebagai faktor desain) adalah rasio antara kekuatan material dan tekanan desain. Sebagai contoh, ASME BPVC Section VIII Divisi 1 menetapkan faktor desain 3,5 untuk baja karbon dan paduan rendah pada suhu di bawah 900°F (482°C). API 510 menetapkan persyaratan inspeksi dan pemeliharaan untuk memastikan peralatan tetap beroperasi dalam batas desain yang aman.
4. Pengelasan dan Pemeriksaan Non-Destruktif (NDT): Pengelasan dan NDT adalah bagian penting dari pembuatan dan inspeksi pressure vessel. ASME BPVC Section IX menetapkan persyaratan kualifikasi prosedur pengelasan dan operator pengelas. API 510 menetapkan persyaratan inspeksi dan pemeliharaan pengelasan, termasuk pemeriksaan visual, radiografi, ultrasonik, dan teknik pemeriksaan lainnya. Pengelasan harus mematuhi kode dan standar yang ditetapkan untuk memastikan integritas struktural dan keamanan pressure vessel.
5. Inspeksi, Pemeliharaan, dan Perbaikan: Inspeksi dan pemeliharaan berkala pressure vessel sangat penting untuk memastikan keandalan dan keselamatan operasi. API 510 menetapkan persyaratan untuk inspeksi, pemeliharaan, dan perbaikan pressure vessel yang digunakan dalam industri minyak dan gas. Standar ini mencakup metode inspeksi internal dan eksternal, interval inspeksi, dan persyaratan perbaikan jika ditemukan cacat atau kerusakan pada pressure vessel. Sebagai contoh, API 510 menetapkan interval inspeksi internal minimum 10 tahun untuk pressure vessel dengan ketebalan dinding di atas 50% dari ketebalan desain asli.
6. Kode dan Standar Lainnya: Selain ASME BPVC dan API, pressure vessel juga harus mematuhi kode dan standar lain yang relevan, seperti National Board Inspection Code (NBIC) untuk inspeksi dan perbaikan, International Organization for Standardization (ISO) untuk sistem manajemen mutu, dan standar keselamatan lokal atau internasional yang berlaku. Kepatuhan terhadap semua kode dan standar yang relevan sangat penting untuk memastikan keandalan, keselamatan, dan kinerja pressure vessel.

Kode dan Standar

Beberapa kode dan standar yang digunakan dalam desain, konstruksi, dan operasi pressure vessel meliputi:

1. ASME Boiler and Pressure Vessel Code (ASME BPVC): Merupakan standar internasional yang mengatur desain, pembuatan, pemeriksaan, dan pengujian pressure vessel. ASME BPVC terdiri dari beberapa bagian yang mencakup berbagai aspek teknis dan keselamatan pressure vessel.
2. EN 13445: Merupakan standar Eropa untuk desain dan pembuatan pressure vessel yang tidak terbakar. Standar ini mencakup persyaratan material, konstruksi, pengujian, dan inspeksi pressure vessel.
3. PD 5500: Merupakan standar Inggris yang mengatur desain, konstruksi, dan pemeriksaan pressure vessel. Standar ini mencakup persyaratan teknis, keselamatan, dan kualitas yang harus dipatuhi oleh produsen dan pengguna pressure vessel.
4. AD 2000 Merkblatt: Merupakan standar Jerman yang mengatur desain, pembuatan, dan pengujian pressure vessel. Standar ini mencakup persyaratan teknis dan keselamatan yang harus dipatuhi oleh produsen dan pengguna pressure vessel.
5. API 510: Merupakan standar Amerika untuk inspeksi, pemeliharaan, dan perbaikan pressure vessel yang digunakan dalam industri minyak dan gas. Standar ini mencakup persyaratan teknis dan keselamatan yang harus dipatuhi oleh produsen dan pengguna pressure vessel.

Kesimpulan

Pressure vessel adalah peralatan penting dalam berbagai industri yang melibatkan tekanan dan suhu tinggi. Dalam artikel ini, kita telah membahas secara detail mengenai sejarah, pengertian, fungsi, kriteria, jenis-jenis pressure vessel dalam industri, prinsip kerja, bagian-bagian, komponen utama, pemilihan material, batasan, serta kode dan standar yang digunakan dalam pembuatan pressure vessel. Semoga informasi ini bermanfaat dan dapat membantu Anda memahami konsep pressure vessel dengan lebih baik.

Sampai jumpa kembali di artikel menarik lainnya!