CARA MENGKAJI PIPING & INSTRUMENTATION DIAGRAM
Oleh: Cahyo Hardo Priyoasmoro Moderator Milis Migas Indonesia Bidang Keahlian Process Engineering
PENDAHULUAN Menurut hemat saya, selama bekerja di operasi produksi pabrik minyak dan gas bumi industri hulu, terlihat bahwa kekurangsempurnaan seseorang dalam mengartikan gambar P&ID terletak pada pengetahuan yang kurang terhadap unit operasi, keterkaitan antar unit operasi, plant safety, serta perhatian detil pada catatan-catatan kaki di P&ID itu sendiri. Tidak dimengertinya atau tidak dibacanya Process Flow Diagram atau PFD juga merupakan faktor penyumbang yang cukup significant. Tulisan ini diperuntukkan bagi mereka yang bekerja di front line operation, para operator, para process engineer, operation engineer, dan mereka yang berminat terhadap surface facility operation. Diusahakan dalam tulisan ini, seminimal mungkin menghilangkan hal-hal yang terlalu teknik karena konsumen utamanya adalah para operator dan pekerja lapangan. Di dalam tulisan ini, ada beberapa tebakan yang memancing para pembaca untuk berpikir. Diusahakan tebakannya adalah hal-hal praktis yang akan ditemui di lapangan. Jawaban tebakan ini ada di halaman akhir tulisan. Beberapa bagian dari tulisan ini pernah dipublikasikan di Milis Migas Indonesia, ataupun milis Teknik Kimia ITB, hanya saja sedikit diubah guna mendukung tema dari tulisan ini. Semoga berguna dan tiada maksud untuk menggurui. Salam, Cahyo Hardo
DAFTAR ISI Prinsip Kerja Beberapa Alat Proses Separator Prinsip Control Sederhana Elemen Pengendali Akhir Steap A head: Pengenalan kurva Karakteristik Sumur Pompa Sentrifugal Prinsip kerja pompa sentrifugal Karakteristik kurva pompa sentrifugal Operasi seri-paralel Minimum re-circulation Prinsip Pengendalian di pompa sentrifugal Lead and lag principle Kompresor Sentrifugal Karakteristik kurva Surge Stonewall Prinsip control kompresor sentrifugal capacity vs surge control Safety yang tergambarkan di P&ID Kekuatan material yang tertampilkan di P&ID MAWP vessel, pipa, serta flange Kelas-kelas kekuatan pipa (ANSI rating, API rating) Specification Break Pengenalan Pressure Safety Valve: konsep perancangannya Shutdown System instrumented-based Overpressure protection : separator, pompa, kompresor Overpressure protection : by-pass control valve, reducing flow (menggunakan RO, limited pipe diameter), fail-safe condition (control valve fail open, fail closed, fail at last position), lock open dan lock closed Sistem pembuangan fluida (Flare system, burn pit) Membaca P&ID Pengenalan Legenda Pengenalan valve Tanda-tanda khusus Tipe pengendalian (selector, cascade, on-off) Memperhatikan catatan kaki
Cara Mengkaji P&ID dengan benar Apa P&ID itu? Adalah Piping and Instrumentation Diagram. Syarat untuk dapat mengkajinya: 1. Adanya PFD (Process Flow Diagram) 2. Mengerti dasar-dasar/prinsip kerja unit operasi serta kelakuan masukan dan keluarannya serta keterkaitan antar unit operasi 3. Mengerti dasar-dasar process control atau pengendalian proses 4. Mengerti tentang process safety Sesungguhnya, P&ID hanyalah rangkuman operating manual suatu pabrik, sehingga bagaimana pabrik itu dioperasikan, dapat terlihat dengan jelas. Terkadang, jika lebih jeli, maka konsep safety dari suatu pabrik dapat pula dilacak. Semuanya sangat tergantung, sampai sejauh mana kita gali. Adalah hal yang penting bagi para pembaca P&ID untuk mengerti unit operasi yang menjadi subyek di dalam P&ID.
Bab 3 Kompressor Sentrifugal Kompresor sentrifugal memainkan peranan yang sangat penting di pabrik pengolahan minyak dan gas bumi, khususnya pada daerah konsesi yang sudah mature atau pada daerah yang tekanannya sudah menurun. Ketika tekanan di sumur sudah tidak mampu mengangkat fluida dan mentransportasikannya ke tempat tujuan, salah satu alat yang digunakan untuk memfasilitasinya adalah kompresor. Mengingat pentingnya peranan kompresor sentrifugal tersebut, maka saya memasukkannya sebagai daftar unit proses yang harus diketahui oleh para pekerja di lapangan, para process dan facility engineer, dan orang yang mau mengerti cara mengkaji P&ID. Gambar berikut adalah gambar-gambar sederhana P&ID suatu sistem kompresor sentrifugal. Gambar 3.1
ANTI SURGE VALVE PSV-2
PSV-3
TO DELIVERY POINT
PCV-1 SET @ XXX PSIG
PSV-1 GAS FEED
SPEED CONTROL
GAS TURBINE
COOLER
PT
PSHH
COMPRESSOR
TO FLARE BLOWDOWN VALVE
SEPARATOR
LCV-2 LCV-1
Gambar 3.2 FROM PLATFORM “A” FEED GAS
MAIN PROCESSING PLATFORM - COMPRESSION STATION
COMPRESSOR “A” SHUTDOWN
ANTI SURGE VALVE
PSV-2
PSV-3
TO FLARE PCV-1 GAS TURBINE
PSV-1
TO CHILLING SECTION
COOLER
PT
PSHH
SPEED CONTROL
TO FLARE
COMPRESSOR “A”
BLOWDOWN VALVE
SEPARATOR LSHH
LCV-2
LC
VALVE “X1”
LC
VALVE “X2”
LCV-1
LC
VALVE “Y1”
DP
LC
PSV-5
DP
PSV-4
PCV-4
PSHH
FROM PLATFORM “B”
LSHH
PSV-6
TO FLARE
COMPRESSOR “B” SHUTDOWN
FEED GAS
ANTI SURGE VALVE
VALVE “Y2”
PT
GAS TURBINE SPEED CONTROL
COOLER
COMPRESSOR “B”
TO FLARE BLOWDOWN VALVE
SEPARATOR
LCV-5 LCV-4
Gambar 3.3 FEED GAS FROM SATELLITES
ANTI SURGE VALVE
PSV-2
SET @ 420 PSIG
SET @ 320 PSIG
PSV-3
GAS TURBINE
TO DEHYDRATION SYSTEM
COOLER
PT
SPEED CONTROL
PSV-1 PSHH
COMPRESSOR “A”
TO FLARE BLOWDOWN VALVE
LCV-2
SET @ 290 PSIG
SEPARATOR LSHH
PT
LCV-1 PLANT RECYCLE VALVE
TO SIMILAR COMPRESSOR SYSTEM C, D,X FE
FC
SET @ 350 PSIG
ANTI SURGE VALVE
TO FLARE
PSV-5
PSV-6
PCV SET @ 420 PSIG
PSV-4 PSHH
SET @ 320 PSIG
LSHH
PT
GAS TURBINE SPEED CONTROL
SEPARATOR
COOLER
COMPRESSOR “B”
TO FLARE BLOWDOWN VALVE
LCV-4 LCV-5
Pada kebanyakan kasus, kompresor sentrifugal dirancang berkapasitas lebih besar dari kompresor bolak-balik (reciprocating). Berdasarkan pengalaman, pemasangan kompresor sentrifugal untuk kapasitas lebih besar lebih menguntungkan daripada memasang kompresor jenis bolak-balik.
Prinsip-Prinsip Dasar Sebelum kita dapat membaca P&ID kompresor di atas secara komprehensif, tentunya langkah awal adalah mengerti prinsip dasar dari kompresor sentrifugal. Ada banyak korelasi prinsip dasar di kompresor sentrifugal, mulai dari sisi termodinamikanya sampai ke penentuan vector kecepatan gas di tip impeller. Akan tetapi, tulisan ini membatasi hanya pada prinsip dasar yang terlihat jelas di lapangan. Perhatikan suatu contoh pertanyaan dasar tentang kompresor yang harusnya dapat dijawab oleh seorang fresh graduate lulusan teknik kimia, mesin dan perminyakan. 1. Dari dua dimensi pipa pada gambar berikut, manakah yang merupakan pipa masukan (suction line) dan manakah yang pipa keluaran (discharge line) ?. 2. Jika fluida gas mengalir di dalam pipa tersebut, yaitu masuk dan keluar kompresor, manakah yang mempunyai laju volumetrik aktual yang lebih tinggi ?. 3. Manakah yang mempunyai laju alir volumetrik pada keadaan standard yang lebih besar (dalam MMSCFD) ?.
12 inch
KOMPRESOR
8 inch
Pertanyaan-pertanyaan dasar tersebut mengharuskan kita membuka kembali teori dasar tentang hukum gas yang ditemukan oleh Gay-Lussac yang dikenal sebagai hukum gas ideal. Hukum gas ideal disempurnakan dengan memasukkan faktor kompresibilitas gas yang biasanya dinotasikan dengan huruf Z, sehingga menjadi seperti demikian: PV=nRTZ Harga Z akan semakin mendekati satu jika sistem tekanan fluida gas tersebut mendekati tekanan atmosferik, katakanlah pada 1 atm atau 14.7 psia. Semakin tinggi tekanan, maka gas akan
semakin mampat. Pernyataan ini dapat menjadi indikasi untuk menjawab pertanyaan awal di paragraph sebelumnya (nomor 1). Ketika gas ditekan sehingga tekanannya meningkat, tentu saja temperaturnya akan meningkat. Bagaimanakah laju alirnya ?. Laju alir massanya adalah tetap mengikuti hukum kekekalan massa. Laju alir volumetrik dalam keadaan standard juga tetap. (Kenapa?). Yang berubah adalah laju alir volumetric aktual. Perhatikan persamaan gas ideal yang dimodifikasi untuk suatu keadaan tertentu. PV = n R T Z V diubah menjadi Q, laju alir volumetrik aktual pada kondisi P dan T. Jika P dan T ditetapkan misalnya pada 600 psia dan 100 F, maka berapakah laju alir aktual gas setelah dikompresi dan didinginkan kembali ke temperatur awal pada tekanan 1500 psia ?. Catatan, pendinginan diasumsikan menggunakan aftercooler. Jawab: Hukum kekekalan massa, di mana massa gas masuk = massa gas keluar Hukum kekekalan mol di mana mol gas masuk = mol gas keluar Sehingga: P1Q1/RT1Z1 = P2Q2/RT1Z2. Jika diasumsikan angka Z tidak berubah banyak dan dapat diabaikan, sedangkan T1 = T2, bagaimanakah angka Q2 terhadap Q1 ?. Dengan manipulasi matematik sederhana, maka Q2 = Q1 x P1/P2. Atau Q2 = Q1 x 600/1500. Artinya adalah Q2 lebih kecil dari Q1, sehingga laju alir aktual volumetrik gas yang dikompresi lebih kecil dari laju alir gas aktual gas yang masuk ke kompresor. Ingatlah, salah satu syarat perancangan pipa adalah hilang tekan dalam hal keekonomiannya. Sebaiknya, hilang tekan dibuat sekecil mungkin sampai ke suatu harga yang ekonomis. Hilang tekan adalah fungsi kuat kecepatan aktual fluida, yang berarti pula fungsi kuat dari laju alir aktual fluida. Sehingga, diameter pipa gas keluaran kompresor jadi lebih kecil dari diameter pipa masukan. Pernyataan ini melengkapi pernyataan sebelumnya untuk menjawab pertanyaan awal (nomor 1 dan 2). Dengan berbekal ini pula kita dapat menjawab pertanyaan: Kenapa diameter pipa flare header biasanya lebih besar dari sistem yang bertekanan lebih tinggi?. Manakah yang menghasilkan hilang tekan lebih besar untuk laju gas sebesar 100 MMSCFD, jika masing-masing dialirkan pada pipa yang berdiamater identik, tetapi yang satu beroperasi pada tekanan tinggi, dan yang lainnya beroperasi pada tekanan yang lebih rendah ?.
Prinsip Kerja Kompresor Sentrifugal Fungsi dari sebuah kompresor adalah untuk menaikkan tekanan suatu gas. Tekanan gas dapat ditingkatkan dengan memaksakan pengurangan volumenya. Ketika volumenya dikurangi, tekanannya meningkat. Sebuah kompresor “positive displacement”, memperlakukan gas dengan cara tersebut. Tetapi, sebuah kompresor sentrifugal mencapai peningkatan tekanan dengan dua tahap. Kompresor tersebut menambah energi pada gas dalam bentuk kecepatan (energi kinetik) dan kemudian merubah bentuk energi tersebut menjadi energi tekanan. Sebuah kompresor sentrifugal menggunakan konsep kecepatan-tekanan untuk meningkatkan tekanan gas. Gas masuk ke sebuah impeler yang berputar melalui “mata” (eye). Vanes (daun impeler) mendorong gas ke sisi luar, melemparkan gas melalui jalur tertentu pada kecepatan tinggi. Gasnya dilemparkan ke jalur “diffuser” dan “volute” yang berada di sekitar impeler, yang relatif memiliki volume besar, jadi kecepatannya terhambat dengan cepat. Energi kecepatan diubah menjadi energi tekanan, sehingga tekanannya meningkat.
Kurva Kinerja Kompresor Sentrifugal Seperti pada pompa sentrifugal, kompresor sentrifugal juga menunjukkan daya jelajah operasinya yang dirangkum dalam suatu kurva kinerja. Lalu apa gunanya kurva kinerja tersebut ?. Salah satu kegunaannya adalah untuk mengevaluasi kinerja kompresor terpasang, atau mengoptimalkan kinerja kompresor terpasang. Ada beberapa cara menampilkan kurva kinerja kompresor, misalnya, kurva yang menampilkan isentropic head vs actual flow, discharge pressure vs flow pada keadaaan standard, atau kurva yang menampilkan hubungan antara pressure ratio (discharge/suction) vs flow pada keadaan standard. Untuk dapat di plot, beberapa parameter ditetapkan seperti SG gas, temperatur gas masukan (suction temperature), serta tekanan masukan (suction pressure) atau tekanan sembur (discharge pressure) salah satunya ditetapkan konstan. Kurva kinerja yang disarankan untuk digunakan untuk kompresor terpasang adalah kurva yang menunjukkan hubungan antara isentropic head vs actual flow, karena relatif besarannya tidak berubah meskipun beberapa parameter operasi berubah drastis (kecuali SG gas tentunya). Berikut adalah salah satu contohnya. Gambar 3.4 Contoh Kurva Kinerja Kompresor
KURVA KINERJA KOMPRESOR SENTRIFUGAL 80000 RATIO OF SPECIFIC HEATS 1.25 SPECIFIC GRAVITY 0.7 SUCTION TEMPERATURE 110 F SUCTION PRESSURE 250 PSIA
70000
15700 RPM
E
LI M IT
60000
73%
14000 RPM 73%
SU RG
ISENTROPIK HEAD, FT-LBF/LBM
15000 RPM 70%
50000
70%
13000 RPM
66% 12000 RPM
75% 60%
40000 11000 RPM 10000 RPM
30000
20000
10000 500
1000
1500 2000 INLET VOLUME FLOW, CFM
2500
3000
Dengan menggunakan kurva diatas, periksalah kelakuan kompresor tersebut. Disebutkan tekanan masukan (suction pressure) adalah 250 psia, dengan tekanan sembur (discharge pressure)-nya 800 psia. Asumsi Z = 0.94. Q standard = 50 MMscfd K (ratio of specific heat) = 1.25 SG = 0.7 Jawab: H isentropic head = (T suction + 460) (Z)/(SG) (53.35)(k)/((k-1)) x ((Pdish/P suc) ((k-1)/k) – 1) Q actual = 19.631 Q std x (T suc + 460) (Z)/P suction HP = 0.16057 (H isentropic) (Q std) (SG) / (eff isentropic (%) x eff mechanic (decimal)) Catatan: asumsi eff mechanic = 0.98 T discharge = T suction + (T suction + 460)/ (eff isen/100) x ((Pdish/P suc) ((k-1)/k) – 1). Jika kita bermain-main dengan rumus-rumus di atas dengan mengubah tekanan masukan (suction pressure) dari 250 psia menjadi 270 psia serta tekanan semburnya (discharge pressure) meningkat menjadi 900 psia, maka hasilnya:
Point A P suction = 250 psia P discharge = 800 psia H isentropic = 53427 Ft-Lbf/Lbm Q act = 2103 CFM Q std = 50 MMscfd Eff. Isentropik = 71% HP = 4315
Point B P suction = 270 psia P discharge = 800 psia H isentropic = 49500 Ft-Lbf/Lbm Q act = 1948 CFM Q std = 50 MMscfd Eff. isentropik = 72% HP = 3942
Point C P suction = 250 psia P discharge = 900 psia H isentropic = 59563 Ft-Lbf/Lbm Q act = 2103 CFM Q std = 50 MMscfd Eff. Isentropik = 73% HP = 4679
Point D P suction = 270 psia P discharge = 900 psia H isentropic = 55537 Ft-Lbf/Lbm Q act = 1948 CFM Q std = 50 MMscfd Eff. Isentropik = 73% HP = 4362
Hasil dari keempat simulasi tersebut ditampilkan di kurva sebagai berikut: Gambar 3.5, Posisi relatif hasil simulasi pada kurva kinerja kompresor. KURVA KINERJA KOMPRESOR SENTRIFUGAL 80000 RATIO OF SPECIFIC HEATS 1.25 SPECIFIC GRAVITY 0.7 SUCTION TEMPERATURE 110 F SUCTION PRESSURE 250 PSIA
70000
15700 RPM
E
LI M IT
60000
70%
73%
C
14000 RPM
D
SU RG
ISENTROPIK HEAD, FT-LBF/LBM
15000 RPM
50000
A B
13000 RPM 73% 12000 RPM
70% 66%
75% 60%
40000 11000 RPM 10000 RPM
30000
20000
10000 500
1000
1500 2000 INLET VOLUME FLOW, CFM
2500
3000
Semua point yang ada berbasis pada laju alir gas standard sebesar 50 MMscfd. Pada point B, terlihat bahwa karena tekanan masukannya ditingkatkan, maka kebutuhan energi juga menurun karena rasio kompresi otomatis turun. Artinya, jika power yang tersedia masih cukup, maka peningkatan tekanan masukan kompresor dapat meningkatkan laju alir gas yang dikompresi. Kegunaan lain seperti pada point D, untuk merespon backpressure yang meningkat dari 800 menjadi 900 psia, peningkatan tekanan masukan dari 250 ke 270 psia, dengan kebutuhan power yang meningkat sedikit, akan mampu menjaga laju alir gas sebesar 50 MMscfd. Point C adalah kondisi di mana operator tidak melakukan tindakan apa-apa untuk merespon kenaikan backpressure di downstream kompresor. Kesimpulan: Jika gas masih banyak tersedia dan power masih cukup tersedia, maka peningkatan tekanan masukan gas ke kompresor dapat dijadikan suatu cara untuk meningkatkan kapasitas suatu kompresor sentrifugal. Pada beberapa kasus, ada juga kemungkinan juga untuk menurunkan tekanan sembur, misalnya pada kasus kompresor yang terletak di upstream sebuah kompresor lain. Masalah optimasi di kasus ini tentunya berbeda dengan meningkatkan tekanan masukan. Step a head. Meningkatkan tekanan masukan kompresor guna peningkatan kapasitas kompresor tidaklah sesederhana kita membaca kurva kompresor itu sendiri. Keterkaitan antar unit proses perlu ditelaah lebih lanjut guna menentukan bagian dari sistem pabrik yang potensial menjadi pembatas. Hal ini valid pula untuk kasus menurunkan tekanan sembur kompresor. Manakah yang lebih sensitif untuk mendapatkan kenaikan laju kompresi gas, dengan meningkatkan tekanan masukan atau menurunkan tekanan sembur ?. Pertanyaan tersebut hanya dapat dijawab kasus per kasus karena memang berbeda. Catatan: Pada beberapa kasus, penurunan tekanan sembur kompresor sangat tergantung pada kelakuan hidraulik dari aliran fluida gas pada sistem perpipaan di downstream kompresor. Hal-hal yang perlu dilihat sebelum melakukan perubahan setting instrumentasi di sistem kompresor guna meningkatkan kapasitasnya akan dibahas lebih rinci. Surge Apakah Surge itu ?. Ada yang mendefinisikan surge sebagai kapasitas minimum dari suatu kompresor sentrifugal di mana mesin ini mulai bergetar. Surge secara sederhana adalah kondisi di mana kompresor tidak mempunyai flow yang cukup untuk menghasilkan head. Pada kondisi tersebut, gas di downstream kompresor dapat berbalik arah menuju kompresor. Efek dari surge ini sangat-sangat merusak bearing dan seal. Perhatikan kurva kinerja kompresor sentrifugal yang memang mirip dengan kurva parabolik. Secara lebih sederhana, kurva parabolik biasanya akan mempunyai dua akar persamaan, x1 dan x2. Artinya, ada dua kondisi di kompresor sentrifugal, di mana dia akan memilih x1 atau x2. Jadi kinerja kompresor sentrifugal secara alamiah adalah tidak stabil. Penyumbang lain dari terjadinya surge adalah sifat fluida yang ditekan oleh kompresor adalah bersifat mampu-mampat atau compressible. Meskipun pompa sentrifugal juga menunjukkan fenomena kurva yang parabolik, surge tidak pernah terjadi di pompa. Surge dapat diakibatkan oleh kenaikan backpressure di downstream kompresor atau menurunnya laju alir gas masukan ke kompresor.
StoneWall Adalah kondisi di mana kecepatan gas mencapai kondisi kecepatan suara di sistem kompresor. Jika kondisi Stonewall tersebut tercapai, maka laju alir kompresor tidak dapat meningkat meskipun tekanan masukan sudah ditingkatkan Tergantung pada jenis gas yang dikompresi, batasan Stonewall dapat bervariasi. Misalnya, gas alam yang didominasi oleh gas metana mempunyai batasan Stonewall yang lebih tinggi daripada gas-gas alam yang kandungan butana atau propana lumayan banyak. Hal tersebut adalah wajar mengingat kecepatan gas yang setara dengan suara adalah berbanding terbalik dengan densitas gas. Fenomena stonewall jarang terjadi dan kalaupun terjadi, sejauh pengamatan saya tidak ada efek yang significant. Paling-paling hanya flare terjadi di bagian masukan kompresor. Contoh peristiwa di mana stonewall mungkin dapat terjadi adalah jika tekanan sembur (discharge pressure) kompressor menurun drastis sehingga memaksa laju alir gas yang melewati kompresor meningkat tajam. Tergantung metoda pengendalian kompresor, fenomena turunnya tekanan sembur kompresor belumlah tentu membuat laju alir naik.
Prinsip Pengendalian Kompresor Sentrifugal Secara umum, prinsip pengendalian kompresor sentrifugal terdiri atas dua bagian, yaitu pengendalian surge serta pengendalian kapasitas (surge control & capacity control). Pengendalian Kapasitas Kapasitas suatu kompresor sentrifugal dapat dilakukan dengan berbagai cara. Cara-cara yang banyak dilakukan adalah dengan : 1. Memasang flow control valve di masukan kompresor 2. Menetapkan dan mengatur tekanan gas masukan kompresor 3. Menetapkan/mengatur putaran mesin turbin pendorong kompresor Pada kesempatan ini, saya hanya akan membahas pengendalian kapasitas berdasarkan metode nomor 2. Perhatikan gambar 3.6.
ANTI SURGE VALVE PSV-2
PSV-3
TO DELIVERY POINT
PCV-1 SET @ XXX PSIG
PSV-1 GAS FEED
SPEED CONTROL
GAS TURBINE
COOLER
PT
PSHH
COMPRESSOR
TO FLARE BLOWDOWN VALVE
SEPARATOR
LCV-2 LCV-1
Gambar tersebut menjelaskan bahwa tujuan pengendalian di sistem kompresor tersebut untuk mengatur tekanan masukan kompresor supaya tetap. Katakanlah tekanannya ditetapkan atau di setting 300 psig. Maka, jika terjadi gangguan atau deviasi terhadap settingnya, disengaja atau tidak, maka speed control akan bereaksi untuk mengembalikan tekanan masukan kembali ke settingnya. Merujuk kalimat tersebut di atas, kira-kira elemen kontrol atau pengendalian apakah yang dapat melakukannya ? P, I atau D ? Jika tekanan masukan bertambah karena dibukanya beberapa sumur, maka speed control akan terperintahkan untuk mempercepat putaran mesin penggerak kompresor sehingga tekanan di masukan kompresor akan turun kembali ke angka 300 psig. Sebaliknya, jika tekanan masukan turun di bawah 300 psig, maka speed control akan terperintahkan untuk memperlambat putaran mesin penggerak kompresor sehingga tekanan di masukan kompresor akan bergerak naik. Katakanlah tekanan di suction atau masukan kompresor terus bergerak naik karena jumlah sumur yang dibuka relatif banyak, maka pada suatu saat, harga putaran mesin penggerak mencapai maksimum. Pada saat tersebut ataupun sesaat sebelum terjadinya waktu tersebut, maka PCV-1 yang letaknya di upstream kompresor akan mulai terbuka untuk membuang kelebihan gas. Maka, dengan memahami prinsip ini, pertanyaan di bawah ini harusnya terjawab. Bagaimanakah setting PCV-1 terhadap setting suction pressure kompresor ? Lebih kecil, sama, atau lebih besar ? Sampai sebatas manakah setting PCV-1 tersebut boleh dilakukan ?. Nah, pertanyaan ini sekilas langsung dapat terjawab dengan menentukan material terlemah di upstream kompresor tersebut ?. Betulkah ?.
Mari sekali lagi kita melihat gambar 3.6. Ada tiga buah PSV, PSV-1, PSV-2 dan PSV-3. PSV-1 bisa dikatakan bertugas untuk melindungi kelebihan tekanan yang mungkin terjadi pada bagian upstream dari kompresor. Kasus ini diasumsikan jenis PSV-nya adalah block discharge. PSV-3 juga diasumsikan berbasis block discharge. Bagaimana dengan PSV-2 ?. Apakah basisnya ?. Bisa jadi fire-based. Dan bagaimanakah settingnya ?. Apakah langsung dikatakan 10% dari MAWP vessel ?.
Settle out Pressure Di sistem kompresor, jika diperhatikan pada waktu shutdown, maka valve anti surgenya akan membuka lebar serta shutdown valve di masukan dan keluaran kompresor akan menutup. Hal tersebut berarti di sistem kompresor tersebut akan terjadi equalizing pressure sebagai akibat dibukanya valve anti surge. Gas di masukan dan keluaran kompresor yang tekanannya berbeda tersebut akan bergabung dan menghasilkan tekanan sistem baru yang berbeda. Tekanan gas akibat penggabungan antara suction dan discharge kompresor sering disebut sebagai settle out pressure compressor. Secara nalar, settle out pressure tersebut akan lebih kecil dari tekanan sembur (discharge pressure) kompresor, tetapi pasti lebih besar dari tekanan masukan kompresor. Settle out pressure sangat menentukan setting dari PSV-2 yang kita sebut sebelumnya. Besarnya setting dari PSV-2 harus lebih besar dari settle out pressure. Kalau setting pressure dari PSV-2 lebih kecil dari settle out pressure, apa yang akan terjadi ? Apa sebenarnya hubungan dari settle out pressure dengan kapasitas kompresor ?. Angka settle out pressure dapat diduga lewat hubungan matematik sederhana yang merupakan perwujudan dari aturan pencampuran massa. Jika massa gas di bagian masukan kompresor dengan daerah batasnya yaitu sampai masukan kompresor (yang berarti meliputi suction scrubber, suction pipe) serta perpipaan di upstream valve anti surge didefinisikan sebagai : M1 Dan menurut hukum gas ideal, keadaan gas di daerah masukan kompresor tersebut dinyatakan sebagai P1V1 = (M1/MW) R Z1 T1 Dimana: P1 adalah tekanan gas masukan V1 adalah volume kompresor di daerah masukan (perpipaan, suction scrubber) MW adalah berat molekul gas (diasumsikan tetap) R adalah tetapan (konstanta) gas T1 adalah temperatur gas masukan Z1 adalah compressibility gas di daerah masukan kompresor Maka, M1 dapat dinyatakan sebagai: P1V1MW/(RZ1T1)
Jika massa gas di bagian keluaran kompresor dengan daerah batasnya mulai dari keluaran kompresor, perpipaan sampai sebelum aftercooler didefinisikan sebagai : M2 Dan menurut hukum gas ideal, keadaan gas di daerah keluaran kompresor tersebut dinyatakan sebagai P2V2 = (M2/MW) R Z2 T2 Dimana: P2 adalah tekanan gas keluaran V2 adalah volume kompresor di daerah keluaran (perpipaan keluaran kompresor sampai sebelum aftercooler) MW adalah berat molekul gas (diasumsikan tetap) R adalah tetapan (konstanta) gas T2 adalah temperatur gas keluaran kompresor (sebelum aftercooler) Z2 adalah compressibility gas di daerah keluaran kompresor sebelum aftercooler Maka, M2 dapat dinyatakan sebagai: P2V2MW/(RZ2T2). Untuk daerah aftercooler menuju recycle line sampai di valve anti surge, massa gas didefinisikan sebagai : M3 Dan menurut hukum gas ideal, keadaan gas di daerah keluaran kompresor tersebut dinyatakan sebagai P3V3 = (M3/MW) R Z3 T3 Dimana: P3 adalah tekanan gas keluaran kompresor setelah aftercooler V3 adalah volume kompresor di daerah keluaran (perpipaan keluaran kompresor dari aftercooler sampai valve anti-surge) MW adalah berat molekul gas (diasumsikan tetap) R adalah tetapan (konstanta) gas T3 adalah temperatur gas keluaran aftercooler Z3 adalah compressibility gas di daerah aftercooler Jika kompresor yang sedang beroperasi kemudian shutdown sehingga valve anti surge-nya terbuka serta SDV inlet dan outlet kompresor menutup, maka massa gas pada kondisi tersebut didefinisikan sebagai : M4 Dan menurut hukum gas ideal kondisi tersebut dapat dinyatakan sebagai: P4V4 = (M4/MW) R Z4 T4
Di mana: M4 didefinisikan sebagai massa total penggabungan M1 , M2, dan M3 P4 didefinisikan sebagai settle out pressure V4 didefinisikan sebagai volume total penggabungan V1, V2 dan V3 T4 didefinisikan sebagai temperatur pencampuran gas M1, M2, dan M3 Z4 didefinisikan sebagai compressibilitas gas campuran M1, M2 dan M3 pada kondisi P4 MW didefinisikan sebagai berat molekul gas (yang diasumsikan tetap) R didefinisikan sebagai tetapan gas (tetap) Sehingga, pernyataan mengenai M4 dapat dituliskan kembali dalam persamaan matematika M4 = M1 + M2 + M3 V3 = V1 + V2 + V3 P4V4MW/(RZ4T4) = P1V1MW/(RZ1T1) + P2V2MW/(RZ2T2) + P3V3MW/(RZ3T3) Jika diasumsikan harga Z tidak berubah banyak (dianggap tetap) maka: P4(V1 + V2+V3)/T4 = P1V1/T1 + P2V2/T2 + P3V3/T3……….1) Besaran yang belum diketahui sampai sejauh ini adalah P4 atau settle out pressure dan T4 atau temperatur pencampuran. Efek J-T yang kemungkinan ada jika valve anti-surge terbuka diasumsikan tidak berpengaruh banyak. T4 dapat didekati dengan menggunakan prinsip azas black, yaitu: (M1)(Cp1)(T1) + (M2)(Cp2)(T2) + (M3)(Cp3)(T3) = (M4)(Cp4)(T4) Diasumsikan Cp gas sama, maka: M1T1 + M2T2 + M3T3 = M4T4 Mengetahui bahwa : M4 = M1 + M2 + M3 Maka harga T4 bisa ditebak, yaitu: T4 = (M1T1 + M2T2 + M3T3)/(M1+M2+M3)……2) Harga T4 dari persamaan 2 kemudian dimasukkan ke persamaan 1 sehingga nilai P4 atau settle out pressure dapat terdefinisi. Setting PSV-2 yang telah didiskusikan terdahulu haruslah lebih besar dari nilai settle out pressure atau P4. Perhatikan kembali persamaan 1. Jika sistem kompresor sudah terpasang dan sudah dioperasikan, maka keinginan untuk menaikkan kapasitas dengan menaikan tekanan masukan kompresor haruslah dengan memperhatikan persamaan 1. Jika tekanan masukan terlalu tinggi, dan kompresor shutdown karena suatu sebab, maka ada kemungkinan settle out pressure dari
kompresor akan naik sehingga ada kemungkinan pula PSV-2, yang biasanya ditempatkan di suction scrubber, akan aktif sebelum settle out pressure terjadi. Apa efeknya jika PSV-2 tersebut aktif ? Jika aktif dan PSV tersebut handal, maka yang terjadi hanyalah membuang gas. No big deal karena setelah kompresor shutdown biasanya gas yang terjebak di dalam sistem kompresor pada akhirnya juga akan dibuang ke flare. Akan tetapi, hal tersebut bisa juga menyimpulkan bahwa design pressure dari suction scrubber sudah terlewati oleh settle out pressure. Meski sepintas terlihat aman, perlu ditelaah apakah kapasitas PSV-2 tersebut yang biasanya di desain berdasarkan fire-case, cukup untuk mengantisipasi gas yang harus dibuang olehnya jika kompresor shutdown terjadi. Jika tidak cukup, taruhannya adalah integrity dari bejana suction scrubber tersebut. Bisa pecah ?. Who knows! Sebab yang terjadi pada kasus ini adalah kenaikan tekanan di suction scrubber lebih cepat dibandingkan dengan kecepatan gas yang dibuang lewat PSV-2.
Faktor-faktor lain yang harus diperhatikan Selain settle out pressure, faktor apa lagi yang harus diperhatikan jika ingin menaikkan kapasitas kompresor dengan cara menaikkan tekanan di masukannya ?. Upstream Kompresor Faktor pertama adalah safety. Dengan menaikkan tekanan masukan kompresor berarti akan menaikkan semua tekanan di unit operasi yang berada di upstream sistem kompresor tersebut. Kenaikan tekanan tersebut kemungkinan akan setinggi MWAP beberapa bejana proses. Misalnya, jika kembali melihat gambar 3.6. Maka nilai baru tekanan masukan kompresor tersebut haruslah tetap aman bagi separator di upstreamnya. PSHH di separator perlu diperiksa. Apakah terlalu dekat dengan nilai tekanan yang akan diusulkan untuk dinaikkan ?. Jika terlalu dekat, apakah dapat dinaikkan, bagaimanakah dengan MAWP vessel itu sendiri ?. Faktor kedua, masih tentang safety meskipun relatif jarang terjadi, yaitu pemeriksaan flare load. Penentuan beban sistem flare, jika ada kasus kapasitas kompresor akan ditingkatkan perlu juga dicermati. Ada kasus di mana beban flare terbesar adalah jika ada satu atau beberapa PCV di upstream kompresor terbuka. Dengan naiknya laju alir gas atau tekanan gas, maka aliran yang melewati PCV juga akan meningkat. Jika kompresor shutdown karena suatu sebab, dan PCV tersebut terbuka guna mengalihkan fluida ke flare, cukupkah kapasitas flare tersebut ?. Dengan meningkatnya laju alir gas, berarti laju pemisahan cairan dari gas di bejana-bejana proses di upstream kompresor kemungkinan besar juga meningkat. Maka, kapasitas level control valve perlu ditelaah. Meski terlihat sepintas ada kuntungan dengan adanya kenaikan tekanan di separator yang berarti menaikkan driving force pressure drop di LCV. Akan tetapi, tambahan beban cairan tetap perlu diperiksa. Laju kenaikan cairan tersebut juga perlu memicu kita untuk memeriksa sistem pengolahan cairan, baik itu minyak ataupun pengolahan air terproduksikan (produced water). Ini dapat berarti pemeriksaan menyeluruh pada setiap alat atau unit operasi yang ada di sistem tersebut.
Menaikkan setting tekanan masukan kompresor dapat berarti menaikkan sistem backpressure pada unit operasi yang mengalirkan fluida ke upstream kompresor. Misalnya, jika sistem dehidrasi gas yang dilakukan dengan memompakan glycol ke suatu unit operasi yang terletak di bagian upstream kompresor. Pengaliran glycol yang dilakukan oleh pompa akan terpengaruh dengan terjadinya kenaikan di bagian upstream kompresor. Ada kemungkinan, tekanan sembur pompa glycol terlalu dekat dengan nilai PSHH-nya pipa. Kasus ini dijelaskan pada gambar berikut.
Gambar 3.7 FLARE
GAS/GAS HEAT EXCHANGER
SLUG CATCHER
2ND SEPARATOR PC PIT
LSS
REFRIGERANT CHILLER
LSS PC
LOW TEMPERATURE SEPARATOR
PIT PC ASV SPEED PC
ASC
CONDENSATE
DRIVER
STEAM
COMPRESSOR SC
GLYCOL REGENERATION SYSTEM
LSS
Downstream Kompresor Faktor pertama adalah pemeriksaan kapasitas unit operasi lain yang mungkin terpengaruh. Dengan naiknya kapasitas kompresor, berarti kebutuhan untuk mendinginkan gas di aftercooler juga meningkat. Apakah kapasitas aftercooler masih cukup ?. Jika di downstream kompresor terpasang after scrubber, kapasitas bejana ini perlu juga di cek. Faktor kedua adalah safety. Hal ini terutama berkaitan dengan kapasitas PSV, jika ada PSV yang terpasang di bagian discharge compressor yang berbasis block discharge. Karena kapasitas
kompresor naik, maka kapasitas PSV tersebut perlu diperiksa. Jika kembali melihat gambar 3.6, maka PSV-3 mewakili kasus ini. Catatan: menaikkan kapasitas kompresor dengan cara menaikkan tekanan masukan, belumlah tentu berarti menaikkan tekanan sembur secara significant, sehingga efeknya terhadap kekuatan material di downstream compressor biasanya diabaikan. Kembali ke PSV-3, sebenarnya tidak ada yang istimewa dengan PSV tersebut. Hanya saja, penentuan kapasitas PSV-3 tidaklah sama dengan laju alir normal kompresor. Misalnya, pada kondisi normal kompresor mempunyai kapasitas 100 MMscfd, maka jika terjadi kondisi overpressure karena suatu hal, maka laju alir kompresor pada saat itu tentunya lebih kecil dari 100 MMscfd, misalkan 100-x MMscfd. Maka, jika tekanan masukan ditingkatkan beserta laju alirnya, ada kemungkinan laju alir kompresor ketika terjadi overpressure secara significant lebih besar dari 100-x MMscfd. PSV-3 haruslah mempunyai kapasitas lebih besar dari nilai tersebut. Pertanyaan: Mengapa pada kondisi overpressure laju alir kompresor lebih rendah dari laju alir normalnya ? (dengan memahami kurva kompresor sentrifugal pastinya anda dapat menjawab hal ini). Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa menaikkan kapasitas kompresor dapat dilakukan dengan cara menaikkan setting tekanan masukan kompresor. Ini perlu dicermati dengan catatan bahwa cukup banyak gas alam yang tersedia. Sebab, dengan menaikkan tekanan berarti akan menurunkan well deliverability. Hanya saja, seberapa sensitive-nya, itu adalah soal lain. Bahkan, untuk kasus di mana sumber gas alam sudah tidak banyak, maka pilihan untuk menaikkan kapasitas plant dapat dilakukan dengan cara menurunkan tekanan masukan kompresor!! Menaikkan tekanan masukan kompresor bisa dilakukan berbagai cara dengan beberapa implikasinya. Cara pertama, misalnya dengan mengalirkan laju gas dengan merubah setting tekanan yang mengontrol speed dari kompresor. Tekanan masukan sampai batas tertentu akan naik, begitu pula tenaga atau power yang dibutuhkan oleh kompresor. Mana yang akan membatasi : temperatur T5 dari turbin gas atau beberapa batasan dari unit operasi lain atau safety ?. Hasilnya sangat bervariasi dan bersifat case-by-case. Catatan: T5 adalah temperatur dugaan hasil pembakaran, yang di turbin gas adalah salah satu elemen pengendali turbin gas. Jika nilai T5 ini tercapai, maka pengendalian kompresor di lock oleh T5 tersebut. Cara sederhana untuk membuat “terbebas” dari T5 tersebut adalah dengan melakukan engine wash. Kembali ke pokok bahasan. Cara kedua adalah dengan menaikkan setting tekanan yang mengontrol speed dari kompresor tanpa merubah laju alir gas yang menuju kompresor. Apa efeknya ?. Secara umum, kebutuhan tenaga kompresor akan berkurang. Akan tetapi dapat pula menyebabkan kompresor shutdown dengan indikasi cooldown shutdown, di mana valve anti surge terbuka dan kecepatan kompresor berputar akan menurun perlahan.
Kenapa ?. Dengan menaikkan setting tekanan masukan kompresor tanpa menaikkan laju alir gas, maka akan menurunkan speed dari kompresor, yang berarti pula menurukan kecepatan putar dari turbin gas. Operasi Turbin Gas mengikuti siklus Brayton. Udara dialirkan menuju kompresor udara yang terletak di bagian muka gas turbin. Kompresor udara tersebut biasanya bertahap banyak dan berjenis axial. Setelah melewati kompresor udara, udara kemudian dicampurkan dengan bahan bakar dan dibakar di ruang pembakaran guna menghasilkan energi panas. Energi panas tersebut kemudian dirubah menjadi energi mekanik oleh turbin untuk mengoperasikan kompresor udara yang telah disebut sebelumnya. Sebagian energi dari pembakaran digunakan untuk memutar power turbine, yang pada akhirnya akan memutar kompresor. Catatan: Kompresor udara di turbin gas juga mempunyai perlindungan terhadap surge. Proteksinya adalah dengan membuang udara ke atmosfer jika terdeteksi ada surge. Jika tekanan masukan di kompresor gas meningkat, maka kecepatan putar kompresor akan turun sejalan dengan kebutuhan energi untuk membangkitkan head juga menurun, yang berarti kecepatan putar turbin gas juga turun (pernyataan ini hanya valid untuk jika alir massa yang melewati kompresor tetap). Pada waktu tersebut, ada kemungkinan kompresor udara yang berjenis axial tersebut beroperasi pada daerah yang dekat atau di daerah surge. Maka pengendali kompresor udara akan memerintahkan bleed valve di kompresor udara membuka guna membuang udara ke atmosfer. Pada saat itulah terjadi pemutusan aliran udara ke ruang pembakaran, dan akhirnya mesin shutdown dengan peringatan : cooldown shutdown. Hal tersebut memberikan kita peringatan bahwa ada satu variable yang juga harus diperiksa ketika melakukan perubahan kenaikan setting tekanan masukan kompresor. Variabel tersebut adalah nilai minimum kecepatan driver atau NGP speed minimum (NGP = gas producer speed). Solusi sederhana masalah ini adalah dengan meningkatkan laju alir gas ke kompresor.
Pengendalian Surge Pengendalian surge, pada kebanyakan process compressor, diwujudkan dengan mengembalikan aliran fluida ke bagian masukan kompresor. Jadi pada recyle line-nya dipasang flow control valve yang akan membuka penuh dengan cepat jika terdeteksi atau operasi kompresor mendekati daerah surge, guna memproteksi mesin dari kerusakan serius. Besaran yang termasuk dalam pengendalian surge adalah flow, temperatur masukan, tekanan masukan, serta perbedaan tekanan suction dan discharge. Jika kebanyakan flowmeter di masukan kompresor adalah orifice, maka besaran flow bisa diwakilkan oleh besaran perbedaan tekanan yang dihasilkan oleh orifice, hw, yang biasanya dalam satuan inch of water. Jika kurva surge line ditulis ulang dengan mem-plot nilai hw pada berbagai laju alir vs perbedaan tekanan masukan dan keluaran dan ditambahkan safety factor, biasanya 5 - 10% dari flow (atau 10 – 20% dari inch of water), maka didapatlah surge control line. Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.9.
Surge adalah fungsi besaran gas. Jika densitas gas menjadi besar, jika temperatur gas menjadi dingin, atau tekanan masukan gas turun, maka ada kemungkinan slop dari surge akan bergeser ke kiri. Yang artinya, kompresor mempunyai daerah rentang operasi kerja yang lebih leluasa jika dibandingkan dengan kompresor yang mengalirkan gas pada kondisi fisik yang berkebalikan dengan kondisi yang sudah disebutkan sebelumnya. Silakan lihat gambar terkait 3.10 dan 3.11. Jika recyle line dimulai dari perpipaan setelah aftercooler, maka kemungkinan kondensasi yang berarti menurunkan densitas, perlu ditelaah karena daerah slope surge akan bergeser ke kanan. Pada umumnya, Flow Control Valve (FCV) pada recycle line dilengkapi dengan control action: PI modified. P (proportional), untuk mempercepat aksi, I (integral), untuk menghilangkan offset Modified…..? Karena efek surge adalah sangat cepat dan sangat merusak, maka jika daerah operasi kompresor mendekati surge control line lebih dari satu kali pada suatu rentang tertentu, maka FCV akan membuka dengan penuh serta merta. FCV ini akan menutup secara perlahan. Ciri lain dari anti surge valve adalah diperlengkapi dengan sejenis elemen pengendali yang disebut sebagai anti-reset windup. Yaitu suatu mekanisme untuk mengantisipasi kondisi ketidakidealan dari control loop tersebut. Ketidakidealan dapat menghasilkan kesalahan atau error terus menerus yang dapat mengakibatkan elemen I dari PI jadi jenuh. Elemen I, sesuai definisinya akan terus bekerja jika masih ada error, meskipun error-nya kecil. Bayangkan jika kondisi tersebut terjadi terus menerus sedangkan pada saat yang bersamaan flow transmitter mendeteksi adanya surge. Kemungkinan terjadinya keterlambatan aksi dari FCV adalah nyata. Anti reset wind-up akan memotong output ke FCV untuk mengunci elemen I sehingga FCV akan selalu siap untuk tugas yang lebih penting, yaitu menjaga mesin jauh-jauh dari surge. Gambar-gambar berikut menjelaskan pernyataan di atas.
Gambar 3.8 Diagram Dasar Sistem Pengendalian Antisurge
Kh+/-B = SP SP = SET POINT B
BIAS
Rasio Station
Surge Controller
DELTA P = PV PV = PROCESS VARIABLE
h
P1
Delta P
FT
P2
FE
AFTERCOOLER
GAS COMPRESSOR
ANTI - SURGE VALVE
Gambar 3.9 Kurva Surge dan Pengendaliannya
E SU RG S GA RI
DELTA P KOMPRESOR
X% SAFETY FACTOR LAJU ALIR (atau kira-kira 2X% safety factor dalam unit inch of water orifice)
G
IS AR
P
G EN
EN
AL D
N IA
R SU
E G
K
BIAS dan K adalah fungsi dari sifat gas serta konfigurasi kompresor BIAS INCH OF WATER DARI ORIFICE, h
Gambar 3.10 Pengaruh Garis Surge terhadap Temperatur dan Densitas di masukan Kompresor T1
SG1
T2
SG2
SG3
DELTA P KOMPRESOR
SG1 > SG2 > SG3
T3
T3 > T2 > T1
INCH OF WATER DARI ORIFICE, h
Gambar 3.11 Pengaruh Tekanan Masukan Kompresor terhadap Bias di Garis Surge. Ps1 Ps2 Ps3 > Ps2 > Ps1
DELTA P KOMPRESOR
Ps3
INCH OF WATER DARI ORIFICE, h
Gambar 3.12 Diagram Pengendalian Surge Dengan Kompensasi TCV untuk meminimasi pembentukan hidrat di valve anti surge
BIAS
B
Rasio Station
Kh+/-B = SP
Surge Controller
SP = SET POINT DELTA P = PV PV = PROCESS VARIABLE
h P1 FT
Delta P
P2
AFTERCOOLER
FE
TCV
GAS COMPRESSOR
TT TE
Kompetisi Surge Control vs Capacity Control Tujuan dari pengendalian surge adalah untuk menjamin mesin terlindungi dari surge. Sedangkan tujuan pengendalian kapasitas adalah untuk mengoptimasi output kompresor secara efisien. Menilik balik teori dasar pengendalian proses, tujuan pengendalian proses adalah untuk : 1. 2. 3. 4.
Menekan pengaruh gangguan luar terhadap control loop Memastikan stabilitas dari proses Mengoptimasi kinerja dari proses Atau kombinasi dari ketiganya.
Maka, jika dilihat prinsip kerja pengendalian surge dan kapasitas, maka pengendalian tersebut termasuk kategori 4, dengan kategori 2 dan 3 sebagai tujuan utamanya. Artinya, secara sederhana, akan ada kompetisi guna pencapaian tujuannya masing-masing dengan tetap efisien. Pengendalian surge, pada umumnya dicapai dengan dua cara, yaitu dengan mengurangi rasio kompresi kompresor (dengan menaikan tekanan masukan atau menurunkan tekanan keluaran) serta menaikan kapasitas aliran gas ke kompresor.
Membuang gas ke udara adalah salah satu cara untuk menaikkan laju alir gas ke kompresor. Akan tetapi, hal tersebut mungkin tidak dapat diterima dari sisi cost ataupun lingkungan, kecuali gas yang dibuang adalah udara. Cara yang umum, seperti yang sudah disebutkan sebelumnya adalah dengan mengembalikan aliran fluida ke bagian masukan kompresor melewati recyle line. Ketika valve anti surge terbuka, maka laju alir ke kompresor akan meningkat, tekanan sembur akan turun, yang berarti akan menjauhkan kompresor dari daerah surge. Akan tetapi, setiap kali valve anti surge terbuka, maka hal tersebut berarti mengembalikan gas yang sudah terkompressi ke masukan kompresor untuk dikompresi kembali. Yang berarti, keadaannya tidak efisien dan membuang energi. Tujuan pengendalian surge dan kapasitas haruslah mendukung usaha-usaha untuk meminimasi praktek-praktek pembuangan energi. Jadi, pengendalian surge harus tetap tangguh dan cepat, tanpa mengorbankan prinsip efisiensi energi, terutama jika kompresor bekerja pada daerah yang dekat surge. Valve anti surge harus cepat tanggap untuk bekerja jika terdeteksi surge, akan tetapi ketika valve tersebut bekerja, jangan sampai mengganggu kestabilan proses mengingat pembukaan valve anti surge sangat cepat dan langsung lebar. Banyak faktor yang harus ditelaah ketika merancang suatu sistem pengandalian surge dan kapasitas di kompresor sentrifugal. Salah satunya adalah efek taktunak atau transient effect serta ada atau tidaknya perubahan beban proses. Salah satu cara yang relatif terkenal guna berkompromi dengan hal tersebut di atas, adalah dengan memasang valve tambahan, yang dikenal sebagai plant recycle valve atau station recycle valve. Bahkan ada yang menyebutnya hanya dengan recycle valve, yang terkadang menjadi rancu dengan valve anti surge. Gambar 3.13 Konfigurasi Sistem Kompresor tersusun Paralel
FEED GAS
ANTI SURGE VALVE
SET @ 350 PSIG PSV-2
PSV-3
TO DEHYDRATION SYSTEM
TO FLARE
SET @ 420 PSIG
GAS TURBINE
SET @ 320 PSIG PT
SPEED CONTROL
PSV-1 PSHH
COOLER
COMPRESSOR “A”
TO FLARE BLOWDOWN VALVE
LCV-2
SET @ 290 PSIG
SEPARATOR LSHH
PT
LCV-1
TO SIMILAR COMPRESSOR SYSTEM C, D,X
PLANT RECYCLE VALVE
Gambar di atas menjelaskan sistem konfigurasi kompresor yang tersusun paralel dengan penambahan plant recycle valve. Idealnya, plant recycle valve akan bekerja sebelum valve anti surge dari masing-masing kompresor beraksi guna menjaga kestabilan proses, karena plant recycle valve akan membuka secara proporsional. Hal-hal yang bersifat tak-tunak dapat terjadi ketika kompresor akan di start-up pada kondisi ada satu atau beberapa kompresor sudah beroperasi. Jika tidak ada plant recycle valve, ada kemungkinan, gas tambahan yang dialirkan ketika kompresor mulai loading tidak cukup. Akibatnya ada kemungkinan aktifnya valve anti surge di masing-masing kompresor, akhirnya, ada kemungkinan, akan mengganggu kestabilan proses. Ketika semua kompresor yang dimaksud pada gambar 3.13 sudah beroperasi, dan terjadi gangguan proses di bagian hulu dari sistem kompresor paralel tersebut, maka, tanpa pemasangan plant recycle valve, ada kemungkinan semua valve anti surge kompresor paralel tersebut bekerja dan semuanya wide open. Sangat mungkin pada saat itu, gangguan terjadi terhadap kestabilan proses. Atau paling tidak, PCV yang menuju flare akan terbuka, yang berarti gasnya dibakar. Yang berarti cost, USD, Rp… Aplikasi lain dari plant recycle valve atau station recycle valve dapat dilihat pada gambar berikut. Dapatkah anda menjelaskan maksud tujuannya ?.
Gambar 3.14 Pengendalian Kompresor Tandem
STATION RECYCLE VALVE LSS UY
PY
PY
12% surge margin
LSS
% 12
12 %
rgin ma rge su
su rg e
m ar gi n
ASV
ASV
ASV
FE PT
PT
FE
PT
PT
FE PT
PT
A PT
PT PT
B
GAS TURBINE
LLP COMPRESSOR
SC
IP COMPRESSOR
LP COMPRESSOR
SPEED CONTROL
FCV- Continuous Recycle Set A-B 12.5 MMscfd
PY
Sebenarnya, masih ada satu lagi dalam hal yang berkaitan dengan pengendalian surge dan kapasitas, yaitu inter-aksi dan de-coupling. Akan tetapi, hal ini tidak akan dibahas meskipun di dalam gambar 3.14, telah memasukkan hal ini. Let’s expert to explain. Sekian. Referensi untuk Bab ini adalah: 1. Cahyo Hardo, The Beauty of Centrifugal Compressor, tulisan di milis Teknik Kimia ITB. 2. Cahyo Hardo, Rangkuman Tulisan tentang Kompresor Sentrifugal, Milis Migas Indonesia. 3. Performance Evaluation of Centrifugal Compressors, Solar Turbines. 4. Centrifugal Gas Compressor, Theory, Antisurge control System, and Fundamental of Automatic Controller, Solar Turbines. 5. Cahyo Hardo, Pengalaman komisioning kompresor pada proyek Semberah Plant Capacity Upgrade, Vico Indonesia. 6. Cahyo Hardo, Process Engineering Calculation for Semberah Plant Capacity Upgrade Project, Vico Indonesia. 7. Control Philosophy for Associated Gas Compression with MARS100 driver, Anoa Gas Export Project, Premier Oil Natuna Sea B.V. 8. Centrifugal Compressor, Petroleum Training Program LTD by Olan Boyd & Ward Rosen, Houston, Texas. 9. Gas Conditioning and Processing, John Campbell, Volume 2, Ho Chi Minh, Vietnam, 2002. 10. George Stephanopoulos, Chemical Process Control, An Introduction to Theory and Practice, Prentice Hall, 1984.
NEXT Will going to discuss about the main subject: P&ID.
