Structural Integrity and Flow Analysis of 4-1/16 3000 Psi Slab Type Gate Valve
M. Ali Mursid, Dr. Hifni Mukhtar Ariyadi, S.T., M.Sc.
2025 | Skripsi | TEKNIK MESIN
Peningkatan
kebutuhan energi global dan domestik, khususnya minyak bumi, meningkatkan
kebutuhan komponen produksi minyak dan gas bumi di Indonesia. Gate valve
merupakan komponen yang paling sering digunakan di dalam produksi minyak dan
gas bumi, di mana fungsi utamanya untuk membuka atau menutup aliran sepenuhnya
dengan menaikan atau menurunkan gate di dalam valve. Penelitian dilakukan untuk
menjawab masalah tersebut dengan merancang dan menganalisis gate valve jenis
slab 4-1/16 3000 psi, bertujuan untuk memenuhi kebutuhan produksi lokal dan
mengurangi ketergantungan terhadap barang impor.
Penelitian
ini berfokus pada dua hal: analisis structural integrity dan analisis
aliran fluida di dalam gate valve. Structural integrity bertujuan untuk
menguji rancangan gate valve untuk menahan tekanan kerja 3000 psi. Kemudian
analisis aliran fluida bertujuan untuk meninjau karakteristik dari persebaran
kecepatan dan tekanan terhadap variasi static outlet pressure dan
ketinggian bukaan gate. Perhitungan digunakan untuk menguji kemampuan gate
valve dalam menahan tekanan dan membandingkannya dengan tegangan izin yang
tertera pada standar API 6X. Simulasi numerik dilakukan untuk meninjau
karakteristik persebaran kecepatan dan tekanan terhadap variasi static
outlet pressure dari 0 sampai 2900 psi dan bukaan gate dari 1/8 sampai 7/8,
menggunakan fluida kerja crude oil.
Hasil
penlitian menunjukan juka rancangan gate valve dapat menahan tekanan kerja 3000
psi dan tekanan uji 6000 psi, dengan nilai tegangan maksimum di bawah tegangan
izin. Analisis aliran fluida menunjukan jika penurunan static outlet
pressure dan bukaan gate akan mempengaruhi peningkatan pressure drop
secara signifikan. Secara khusus, penurunan tekanan maksimum terjadi pada
bukaan gate 1/8. Hasil simulasi menunjukan rentang error antara 2,91% sampai
10.64% dibandingkan dengan hasil perhitungan, sehingga model simulasi valid dan
dapat digunakan.
The increasing global and domestic energy demand,
particularly for oil, needs more locally manufactured oil and gas production
components made in Indonesia. Gate valves are widely used in oil and gas
production, with the primary function to block or open the flow completely by
rising and lowering gate within the valve. This research addresses this demand
by designing and analyzing a 4-1/16 inch 3000 psi slab-type gate valve, aiming
to fulfill local production needs and reduce reliance on imported products.
The study focused on two main areas: structural
integrity and fluid flow analysis within the gate valve. The structural
analysis aimed to verify gate valve’s structural integrity to withstand 3000
psi working pressure. The flow analysis investigates the behaviour of pressure
and velocity distribution under different static outlet pressures and gate
opening heights. Hand calculations are used to assess the structural integrity
to compare maximum stress against API 6X limits. Numerical simulations are used
to investigate the fluid behaviour with varying the static outlet pressure from
0 to 2900 psi and the gate opening from 1/8 to 7/8, using crude oil as the
fluid.
The results demonstrated that the gate valve design
successfully withstands both the 3000 psi working pressure and 6000 psi testing
pressure, with all calculated stress values remaining below permissible limits,
confirming its structural integrity and safety. Fluid dynamic analysis revealed
that both decreasing static outlet pressure and decreasing gate opening height
significantly increase pressure drop and fluid velocity within the valve.
Notably, the maximum pressure drop occurred at the 1/8 gate opening. Simulation
results showed an acceptable error range of 2.91% to 10.64% compared to
analytical calculations, validating the simulation model.
Kata Kunci : Slab-type gate valve, structural integrity, pressure drop, fluid behaviour, gate opening degree
