Bab 4 Tugas Khusus

BAB IV TUGAS KHUSUS 4.1 Latar Belakang

Minyak dan gas bumi merupakan salah satu pemegang peranan yang sangat penting dalam pembangunan nasional. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, diperlukan suatu proses atau tahapan yang meliputi kegiatan eksplorasi, eksploitasi dan produksi. Ditinjau dari banyaknya masalah yang terjadi di lapangan, maka untuk memproses hasil produksi dari sumur-sumur di lapangan dibutuhkan suatu fasilitas yang tepat dan baik, guna mendapatkan hasil proses pemisahan yang diharapkan. Stasiun Pengumpul I Ketaling Timur (SP I KTT) adalah salah satu lapangan yang dikelola oleh PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi. SP I KTT sampai saat ini memiliki 41 sumur produksi. SP I KTT memiliki fasilitas proses pengolahan, yaitu header manifold, free water knock out (FWKO) , , dan heater treater . Fluida yang terproduksi dari sumur-sumur dialirkan melalui flowline ke header manifold , dan dilakukan proses pemisahan fluida di FWKO dan FWKO dan heater treater sebelum dipompakan ke Stasiun Pengumpul Utama Kenali Asam (SPU KAS) dan selanjutnya disalurkan ke Kilang Plaju. Pada umumnya fluida yang terproduksi dari sumur-sumur di SP I KTT water cut -nya -nya sudah mencapai + 95 %, oleh karena itu dalam melakukan proses pemisahannya memerlukan tangki free water knock out (FWKO) karena dirancang untuk memisahkan air bebas dari minyak dan emulsi seperti memisahkan gas dan cairan yang berasal dari sumur. Terdapat 41 sumur produksi aktif di struktur Ketaling Timur, dengan total produksi gross produksi gross saat saat ini mencapai 20.000 barrel fluid per day (bfpd) day (bfpd) dan produksi nett mencapai 720 barrel oil per day day (bopd) atau sekitar 30 barrel oil per hour (boph). Produksi dari seluruh sumur tersebut dialirkan menuju SP I KTT untuk dilakukan pemisahan fluida. Proses pemisahan pemis ahan dilakukan secara mekanik menggunakan FWKO berkapasitas 30.000 barel. Minyak hasil pemisahan dialirkan dial irkan menuju tangki 5, 6, dan 7 (tangki crude oil ), ), gas hasil pemisahan dialirkan menuju flare, flare, sedangkan air hasil pemisahan dialirkan menuju tangki 8 dan 9 (tangki air). Flowsheet produksi Flowsheet produksi minyak mentah di SP I KTT KTT terdapat pada Gambar 4.1

33

34

Gambar 4.1 Flowsheet Proses

Produksi Minyak Mentah di SP I KTT

Sumber: PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi, Jambi, 2015

FWKO di SP I KTT tersebut mulai beroperasi pada tahun 2017 dan kondisinya saat ini belum mengalami perbaikan. Berdasarkan hasil inspeksi, ditemukan perbaikan yang bersifat permanen menggunakan metode fillet welded patches di patches di 4 lokasi dan metode insert plates di plates di 1 lokasi. Mengacu pada standard/code pada standard/code API 510 ninth edition edition perbaikan dengan metode fillet welded patches patches hanya diperkenankan untuk perbaikan yang bersifat temporer, bukan permanen. Atas dasar inilah salah satu rekomendasi dari pihak inspektor menyebutkan agar proses perbaikan untuk FWKO tidak dilanjutkan. Gambar 4.2 menunjukan FWKO existing di SP I KTT beserta bagian yang mengalami perbaikan. Dengan demikian dibutuhkan pengadaan alat FWKO yang baru melalui perhitungan perancangan FWKO untuk mengganti FWKO existing tersebut. tersebut.

Gambar 4.2 Kondisi

FWKO Existing FWKO Existing di di SP I KTT


Selain bermasalah pada bagian fisik alat, saat ini ini performance FWKO di SP I performance FWKO KTT juga mengalami masalah. Hal ini terlihat dari jumlah minyak yang di- recover dari tangki 8 dan 9 (tangki air). Tabel 4.1 menunjukan data recover minyak minyak di SP I KTT yang terjadi pada bulan J uni 2015.

34

Gambar 4.1 Flowsheet Proses

Produksi Minyak Mentah di SP I KTT


FWKO di SP I KTT tersebut mulai beroperasi pada tahun 2017 dan kondisinya saat ini belum mengalami perbaikan. Berdasarkan hasil inspeksi, ditemukan perbaikan yang bersifat permanen menggunakan metode fillet welded patches di patches di 4 lokasi dan metode insert plates di plates di 1 lokasi. Mengacu pada standard/code pada standard/code API 510 ninth edition edition perbaikan dengan metode fillet welded patches patches hanya diperkenankan untuk perbaikan yang bersifat temporer, bukan permanen. Atas dasar inilah salah satu rekomendasi dari pihak inspektor menyebutkan agar proses perbaikan untuk FWKO tidak dilanjutkan. Gambar 4.2 menunjukan FWKO existing di SP I KTT beserta bagian yang mengalami perbaikan. Dengan demikian dibutuhkan pengadaan alat FWKO yang baru melalui perhitungan perancangan FWKO untuk mengganti FWKO existing tersebut. tersebut.

Gambar 4.2 Kondisi

FWKO Existing FWKO Existing di di SP I KTT


Selain bermasalah pada bagian fisik alat, saat ini ini performance FWKO di SP I performance FWKO KTT juga mengalami masalah. Hal ini terlihat dari jumlah minyak yang di- recover dari tangki 8 dan 9 (tangki air). Tabel 4.1 menunjukan data recover minyak minyak di SP I KTT yang terjadi pada bulan J uni 2015.

35

Tanggal

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Tabel 4.1 Data Recov Data Recover er Minyak Minyak di SP I KTT Selama Bulan Juni 2015 Kuantitas Kuantitas Keterangan Tanggal Keterangan (bbl) (bbl) 10 Tangki 9 14 25 Tangki 9 25 Tangki 9 15 25 Tangki 9 25 Tangki 9 16 25 Tangki 9 25 Tangki 9 17 20 Tangki 9 25 Tangki 9 18 20 Tangki 9 30 Tangki 9 19 30 Tangki 9 30 Tangki 9 20 80 Tangki 9 30 Tangki 9 21 30 Tangki 8 dan Tangki 9 30 Tangki 9 22 30 Tangki 8 dan Tangki 9 26 Tangki 9 23 30 Tangki 8 dan Tangki 9 23 Tangki 9 24 30 Tangki 8 dan Tangki 9 23 Tangki 9 25 32 Tangki 8 dan Tangki 9 20 Tangki 9 26 32 Tangki 8 dan Tangki 9


4.2 Kasus yang Diamati

Kasus

yang

diamati

adalah

“Evaluasi “Evaluasi

Kinerja

FWKO” berdasarkan FWKO”

pertimbangan kasus yang terjadi di lapangan lapangan dengan tujuan sebagai berikut. 1. Mengetahui efisiensi alat FWKO existing yang yang telah beroperasi selama 10 tahun berdasarkan perhitungan neraca massa. 2. Melakukan perancangan FWKO untuk mengganti FWKO existing berdasarkan ASME Section I and VIII Fundamentals Fundamentals setelah mengetahui harga efisiensi FWKO existing .

4.3 Uraian Kasus yang Diamati 4.3.1

F r ee Wate Water K nock nock Out (FWKO) (FWKO) Free Water Knock Out (FWKO) adalah alat separasi minyak dan gas bumi

yang menggunakan prinsip separasi flash separasi flash pada pada tekanan dan temperatur tetap. Produksi dari sumur minyak di separator vertikal sedangkan produksi dari sumur gas diproses di separator horizontal. Hal ini karena pada separator horizontal (dalam hal ini FWKO) memiliki daerah pemisahan yang lebih luas dan panjang dibandingkan separator vertikal. Bentuk separator horizontal dapat dilihat pada Gambar 4.3.

36

Gambar 4.3

Jenis Separator Horizontal

Sumber: Protelium Production Engineering Data, 2015

Suatu separator minyak/gas yang ideal, yang bertitik tolak dari pendapatan cairan yang maksimum, adalah suatu konstruksi yang dirancang sedemikian rupa, sehingga dapat menurunkan tekanan aliraan fluida dari sumur pada inlet separator, menjadi atau mendekati tekanan atmosfer pada saluran keluar separator. Gas dikeluarkan dari separator secara terus menerus segera setelah terpisah dari cairan. Hal ini dikenal dengan differential separation.

Gambar 4.4

Prinsip Pemisahan

Sumber: Protelium Production Engineering Data, 2015

Pemisahan tergantung dari efek gravitasi untuk memisahkan cairan, sebagai contoh hasil pemisahan minyak, gas dan air akan terpisah bila ditempatkan pada satu wadah karena mempunyai perbedaan densitas satu sama lainnya. Proses pemisahan karena adanya perbedaan densitas fluida dan efek gravitasi t erlihat pada Gambar 4.4.

37

4.3.2

Neraca Massa pada FWKO

Neraca massa pada FWKO merupakan neraca massa tanpa reaksi dengan massa crude oil yang masuk sebesar 20.000 bfpd yang terdiri dari campuran gas sebesar 0,44%, minyak sebesar 5%, air sebesar 94,57% dan padatan sebesar 0,02%. Pada FWKO existing minyak yang dihasilkan dari FWKO sebesar 30 bopd.

4.3.3

Perancangan FWKO

4.3.3.1 Beban yang Bekerja pada FWKO

FWKO merupakan sebuah bejana tekan yang dikenai bermacam-macam pembebanan yang berbeda-beda pada setiap komponennya. Kategori dan intensitas gaya-gaya ini menjadi fungsi dari pembebanan alami dan geometri serta kontruksi dari komponen bejana.

1. Tekanan Desain

Tekanan desain adalah tekanan yang digunakan untuk menentukan ketebalan shell minimum yang diperlukan bejana. Tekanan desain besarnya di atas tekanan operasi (10% dari tekanan operasi atau minimum 10 psi) ditambah dengan besarnya static head dari fluida kerja. Tekanan desain minimum untuk bejana code nonvacuum adalah 15 psi. Untuk tekanan desain yang lebih kecil code tidak berlaku. Bejana dengan tekanan operasi terukur harganya negatif umumnya didesain untuk bejana vakum. Tekanan kerja ijin maksimum (maximum allowable working pressure) didefinisikan sebagai tekanan maksimum terukur yang diijinkan untuk diukur pada bagian paling atas dari bejana pada kondisi operasi dan pada tekanan desain. Definisi ini berdasarkan asumsi sebagai berikut: 

Pada kondisi korosi.



Masih di bawah pengaruh temperatur desain.



Pada kondisi operasi normal.

38



Di bawah pengaruh pembebanan lain. Tabel 4.2 adalah maximum allowable working pressure pada beberapa material

metal. Tabel 4.2 Maximum

Allowable Working Pressure (MAWP) dari Beberapa Material Metal

Material

Carbon Steel Plates and Sheets

High Alloy Steel Plates

Sepc . No. & Grade

Temperatur (°F)

MAWP (Psi)

SA-516 Gr 55 SA-516 Gr 60 SA-516 Gr 65 SA-516 Gr 70 SA-285 Gr A SA-285 Gr B SA-285 Gr C SA 36 SA-203 Gr A SA-203 Gr B SA-203 Gr D SA-203 Gr E SA-240 Gr 304 SA-240 Gr 304 L SA-240 Gr 316 SA-240 316L

20 to 650 750 850 20 to 800 950 1050 1200 20 to 750 850 950 1000 20 650 20 650 800

13700 12000 8300 13700 11000 5000 1000 20000 16800 10000 6200 18700 11200 18700 11200 10500

Sumber: ASME Section I and Section VIII Fundamentals

Tekanan yang dialami bejana bisa dikategorikan menjadi dua jenis yaitu tekanan dalam (internal pressure) dan tekanan luar (external pressure). Tekanan dalam pada bejana berasal dari fluida yang dikandung oleh bejana itu sendiri, biasanya adalah bejana yang memiliki tekanan kerja lebih besar dari tekanan atmosfer. Sedangkan tekanan luar adalah tekanan untuk bejana vakum. Tekanan desain dirumuskan sebagai berikut.

Pd = Po  a  Di mana: Pd

: tekanan desain (atm)

Po

: tekanan operasi (atm)

a

: 0,1Po atau 10 psi minimum atau 0,68 atm minimum

Static head

: ρgH

ρ

: densitas udara (kg/m3)

g

: percepatan gravitasi bumi (m/s2)

39

H

: tinggi bejana (m)

Bobot Mati Bejana ( Dead Load )

2.

Dead load adalah beban yang berupa berat bejana itu sendiri dan elemenelemen lain yang terpasang secara permanen pada bejana. Berat bejana biasanya digolongkan menjadi 3, yaitu: 

Bobot kosong Adalah berat bejana tanpa insulasi luar, fire proofing , panel-panel operasi, atau struktur luar dan perpipaan. Pada dasarnya ini adalah berat bejana yang hanya terdiri dari shell dan head .



Bobot operasi Adalah berat bejana pada kondisi terpasang dan beroperasi penuh. Ini adalah berat bejana dengan tambahan insulasi internal maupun eksternal, fireproofing , segala elemen internal, opening yang menghubungkan sistem perpipaan, semua struktur yang diperlukan pada sistem bejana, dan peralatan yang lain (heat exchangers).



Shop test dead load Berat bejana yang hanya terdiri dari shell saja setelah proses pengelasan selesai dan diisi dengan fluida tester (air).

3. Beban Angin

Angin yang dimaksud adalah angin dengan aliran yang turbulen dipermukaan bumi dengan kecepatan yang bervariasi. Angin disini juga diasumsikan sebagai angin yang mempengaruhi kecepatan rata-rata terentu pada fluktuasi aliran turbulen tiga dimensi lokal. Gambar 4.5 menunjukkan pengaruh angin terhadap bejana tekan.

Pw D Hv

Gambar 4.5 Pengaruh

Tekanan Angin terhadap Bejana Tekan

Sumber: Coulson & Richardson, 2005

40

Arah aliran biasanya horizontal meskipun bisa saja menjadi vertikal ketika melewati permukaan yang berintangan. Kecepatan angin diukur berdasarkan ketinggian standar 30 ft atau 9,14 m. Tekanan angin dirumuskan sebagai berikut.

Pw =0,05vw

Pers. 13.79a, Coulson & Richardson

Di mana: Pw

: tekanan angin (atm)

vw

: kecepatan angin (mph)

Akibat tekanan angin ini maka terjadi geseran dan momen. Tegangan geser akibat beban angin dirumuskan sebagai berikut.

Fw =PwD

Pers. 13.80, Coulson & Richardson

Dan momen terbesar di dasar bejana akibat angin adalah:

    M= 



Di mana : Fw

: tegangan geser total (kg/m)

Pw


Do

: diameter luar bejana (m)

M

: bending moment (kg.m)

H

: tinggi bejana (m)

Pw



41

4. Beban karena Gempa

Kekuatan seismik pada bejana berasal dari pergerakan getaran yang tidak teratur secara tiba-tiba di dalam tanah tempat bejana berada dan bejana terpengaruh oleh gerakan tersebut. Faktor utama yang merusakan struktur bejana akibat getaran adalah intensitas dan durasi gempa yang terjadi. Gaya dan tegangan yang terjadi selama gempa pada struktur adalah transien, tegangan dinamik alami, dan tegangan kompleks. Untuk menyederhanakan prosedur desain komponen horizontal pergerakan gempa biasanya diabaikan dengan asumsi pada arah horizontal struktur memiliki kekuatan yang cukup untuk menahan pergerakan gempa. Gaya aksi akibat gempa arah horizontal pada bejana direduksi dalam gaya statik equivalen. Hal yang terpenting untuk mengatasi kekuatan gempa pada sebuah struktur adalah struktur yang paling beresiko mengalami kegagalan terhadap pengaruh seismik gempa harus didesain untuk bisa menahan gaya geser horizontal minimum yang diterima pada bagian dasar bejana pada segala arah. Tegangan yang terjadi pada FWKO akibat beban seismik adalah tegangan geser di dasar bejana dan momen. Tegangan geser dasar adalah tegangan geser total akibat beban seismik pada FWKO. Tegangan geser untuk bejana dengan silinder shell yang kaku bisa dirumuskan sebagai berikut.

Fs =CeW


Dimana : Fs

: tegangan geser total (kg.m)

Wv

: berat bejana (kg)

Ce

: numerical coeffisien

Harga koefisien numeris bisa ditentukan dengan persamaan berikut.

Ce = √  

Pers. 3-2, Seismic Design for Bulidings

Sedangkan harga periode getaran (T) bisa dicari dengan menggunakan persamaan berikut.

42

T= , 

Pers. 3-3A, Seismic Design for Bulidings

Sedangkan momen yang terjadi akibat gempa dirumuskan sebagai berikut.

M=[FH(Fe F)] Di mana : Fs

: tegangan geser total (kg/m)

Ft

: tegangan akibat getaran gempa (kg/m) : 0,7TFe atau Ft = 0 untuk T < 0,7

M


H

: tinggi bejana + support (m)

4.3.3.2. Komponen Utama Bejana Tekan

Komponen utama bejana tekan merupakan komponen yang paling dominan dan selalu ada pada setiap bejana tekan. Komponen-komponen yang ada pada FWKO di SP I KTT antara lain shell, head, nozzle, dan support . 1. Shell

Shell adalah komponen yang paling utama yang berisi fluida yang bertekanan. Pada umumnya ada dua tipe shell yang ada yaitu shell silindris dan spherical shell . Tetapi hanya shell silindris yang sering digunakan dalam desain bejana tekan. Ketebalan shell dipengaruhi oleh tekanan desain. Tekanan desain dibedakan menjadi dua yaitu tekanan desain internal dan tekanan desain eksternal. Untuk menentukan ketebalan shell dapat diperoleh melalui persamaan berikut.

t= +,

Tabel 18.3 Walas, Hal. 625

Di mana: t

: ketebalan minimum shell yang diperlukan (m)

P

: tekanan desain internal (atm)

43

R

: jari-jari dalam shell (m)

S

: allowable stress (atm)

E

: joint efficiency

2. H ead

Seluruh bejana tekan harus ditutup dengan head. Head lebih banyak berbentuk kurva dari pada pelat datar. Bentuk kurva lebih banyak memiliki keuntungan antara lain kuat sehingga ketebalan head bisa lebih tipis, lebih ringan walaupun agak mahal. Berikut beberapa tipe head dan persamaan unuk menetukan ketebalan dinding. a. H emispherical H ead

Ketebalan dinding hemispherical head diperoleh melalui persamaan berikut.

t= +,  


Gambar 4.6 Hemispherical Sumber: Wallas, 1990

Head

44

b.

E llipsoidal H ead Ketebalan dinding ellipsoidal head diperoleh melalui persamaan berikut.

t= +, 


Gambar 4.7 Ellipsoidal

Head

Sumber: Wallas, 1990

c. Conical head

Ketebalan dinding conical head diperoleh melalui persamaan berikut.

 ) t= csα(+,


Gambar 4.8

Conical Head


d. F lat head

Ketebalan dinding flat head diperoleh melalui persamaan berikut.

t=d 0,3P/S


45

Gambar 4.9 Flat

Head


Di mana: t

: ketebalan minimum head yang diperlukan (m)

P

: tekanan desain internal (atm)

D

: diameter dalam shell (m)

R

: jari-jari dalam shell (m)

S


E

: joint efficiency

3. Nozzle

Nozzle adalah komponen silinder yang berupa lubang yang menembus shell atau head dari bejana tekan. Bentuk nozzle pada bejana tekan dapat dilihat pada Gambar 4.10. Nozzle memiliki beberapa fungsi antara lain: 

Merekatkan pipa yang berfungsi untuk mengalirkan fluida dari atau ke bejana tekan.



Sebagai tempat untuk sambungan instrumen, seperti level gauges, thermowells atau pressure gauges.



Sebagai tempat masuk orang untuk mempermudah perawatan.



Sebagai tempat untuk akses langsung ke peralatan lain misalnya heat exchanger.

46

Gambar 4.10 Nozzle pada shell dan head Sumber: Towler, Pressure Vesse l Design

Ketebalan dinding nozzle yang diperlukan:

tn = −, 


Di mana: tn

: tebal dinding nozzle (m)

Di

: diameter dalam nozzle (m)

S


E

: joint effieciency

Gambar 4.11 Reinforcement pada

nozzle

Sumber: Towler, Pressure Vesse l Design

Luas total reinforcements (Gambar 4.11) yang diperlukan di bawah tekanan dalam tidak boleh kurang dari A.

A=DitsF2tntsF(1f r) Di mana: A

: luas reinforcement (m2)

Di

: diameter dalam nozzle (m)

ts

: tebal shell (m)

tn

: tebal dinding nozzle (m)

F

: faktor koreksi = 1

f rl

: faktor reduksi kekuatan

47

4. Support

Komponen ini berfungsi untuk menahan bejana tekan agar tidak berpindah atau bergeser. Penyangga ini harus bisa menahan beban baik berupa beban berat bejana ataupun beban dari luar seperti angin dan gempa bumi. Perancangan penyangga tidak seperti desain bejana tekan karena penyangga tidak mempunyai tekanan. a. Saddle Supports

Tabung horizontal biasanya disangga dengan saddle supports (Gambar 4.12) pada dua tempat. Struktur seperti ini akan menyebarkan berat bejana sehingga akan menghindari terjadinya tegangan lokal pada shell pada titik sangga.

Gambar 4.12

Saddle Support

48 Sumber: asmedigitalcollection.asme.org

Dimensi penyangga tergantung pada ukuran dan kondisi desain dari bejana tekan. Untuk menentukan tebal saddle yang dibutuhkan didasarkan pada momen pada sambungan support .

t=  


π

Di mana: t

: tebal support (m)

M

: momen sambungan antara support dengan base (kg.m)

Ch

: konstanta empiris = 1

E

: Efisiensi sambungan = 0,6 untuk butt weld

Do

: Diameter luar support (m)

S

: support allowable stress (atm)

b. Leg Supports

Bejana tekan vertikal kecil biasanya menggunakan penyangga tipe leg support (Gambar 4.13). Perbandingan maksimum antara panjang leg dengan diameter bejana tekan biasanya 2:1. Banyaknya leg yang dibutuhkan tergantung pada ukuran bejana tekan dan besarnya beban yang diterima.

Gambar 4.13 Leg

Support

Sumber: asmedigitalcollection.asme.org

49

c.

Lug Supports Lug support (Gambar 4.14) adalah penyangga yang penyambunganya langsung dilas di shell . Jenis penyangga seperti ini bisa juga digunakan pada bejana tekan vertikal. Lug support bisa digunakan pada bejana tekan dari ukuran kecil sampai medium (diameter 0,3 sampai 3 m) dan bejana tekan dengan perbandingan tinggi dan diameter antara 2:1 sampai 5:1.

Gambar 4.14 Lug

Support


d. Skir t Supports

Bejana tekan silindris vertikal biasanya menggunakan penyangga tipe skirt support (Gambar 4.15). Penyangga skirt adalah perpanjangan shell yang dilas lebih rendah dari shell pada bejana tekan vertikal silindris. Sedangkan skirt untuk bejana tekan tipe spherical dilas di dekat garis tengah bejana.

Gambar 4.15

Skirt Support

Sumber: Coulson & Richardson

e. Anchor Bolts dan Base Ring

50

Anchor bolts (Gambar 4.16) berfungsi untuk mengunci bejana agar tetap pada pondasinya. Beban yang bekerja pada anchor bolts adalah beban momen akibat angin maupun gempa bumi.

Gambar 4.16 Base

Ring


Ukuran anchor bolts ditentukan dengan menggunakan luas total yang dibutuhkan untuk melawan momen yang bekerja pada dasar bejana. Luas total anchor bolt yang dibutuhkan dirumuskan sebagai berikut.

Ab = N W


Tegangan tekan pada dasar ring didapat melalui persamaan berikut.

Fb =[   ] π

π


Minimum width dapat diperoleh melalui persamaan berikut.

Lb =   


Tebal Bolt yang dibutuhkan pada base ring dapat diperoleh melalui persamaan berikut.

tb =Lr  Cc ′

Di mana: A b

: area bor bolt (m2)


51

N b

: jumlah bolt yang digunakan

S

: maximum allowable stress (atm)

Ms

: bending moment pada base (kg.m)

Wv

: berat bejana (kg)

D b

: diameter bolt (m)

F b

: compressive load (kg/m)

M


Ds

: diameter support (m)

Wv

: berat vessel (kg)

L b

: Lebar base ring (m)

F b

: compressive load (kg/m)

Sc

: maximum allowable bearing pressure (atm)

S’c

: actual bearing pressure (atm)

4.3.3.3. Pengelasan pada Bejana Sambungan las pada bejana tekan (Gambar 4.17) dikategorikan menjadi

beberapa bagian menurut standar ASME Part UW. 1. Kategori A

Sambungan berlas longitudinal yang berada pada badan utama, ruang hubung, transisi diameter atau nozzel ; tiap sambungan berlas yang berada pada bejana berbentuk bola, pada formed head atau flat head , atau pada pelat sisi dari suatu bejana

bersisi-datar;

sambungan

berlas

melingkar

yang

menghubungkan

hemispherical head ke badan utama, ke transisi diameter, ke nozzel atau ke ruang hubung.

2. Kategori B

Sambungan berlas melingkar yang berada pada badan utama, ruang hubung, nozzel , atau transisi diameter termasuk sambungan antara transisi dan silinder baik pada ujung besar maupun ujung kecilnya; sambungan berlas melingkar yang menghubungkan formed head selain hemisferis ke badan utama, ke transisi diameter, ke nozzel atau ke ruang hubung.

52

3.

Kategori C

Sambungan berlas yang menghubungkan flensa, Van Stone Lap, dudukan tube, atau flat cover ke badan utama, ke formed head , ke transisi diameter, ke nozzel atau ke ruang hubung; tiap sambungan berlas yang menghubungkan satu pelat sisi ke palat sisi lainya dari bejana bersisi-datar.

4. Kategori D

Sambungan berlas yang menghubungkan ruang hubung atau nozzel ke badan utama, ke bejana berbentuk bola, ke transisi diameter, ke head atau bejana bersisi datar, dan sambungan yang menghubungkan nozzel ke ruanghubung (untuk nozzel pada ujung kecil dari trsnsisi diameter, lihat kategori B). Tabel 4.3 menampilkan degree of radiograph pada setiap kategori sambungan.

Gambar 4.17 Kategori

Sambungan Las pada Bejana Tekan


Tipe-tipe sambungan las bejana tekan: a. Double-welded butt joint

b. Single-welded butt joint

c. Double-full fillet lap joint

53

d. Single-full fillet lap joint with plug welds

Tabel 4.3 Degree of Radiograph

J oint Description Double Welded butt Single Welded Butt Double full fillet lap Single full fillet lap

Degr ee of Radiogr aphic E xamination F ull Spot None

J oint Category A, B, C, D A, B, C, D A, B, C B, C

1 0,9

0,85 0,8

0,7 0,66 0,55 0,5

Sumber: Tabel 13.3, Coulson & Richardson ’s

4.4 Pengambilan dan Pengolahan Data 1. Spesifikasi FWKO Horizontal Existing pada SP KTT I

Nama Unit

: Free Water Knock Out (FWKO)

Kapasitas

: 10.000 bfpd

Tag.No

: SP- III – V - 102

MFD. By

: PT. Fabrikatama Indonesia Perintis Batam

Tekanan Desain

: 120 psi

Temperatur Desain

: 200°F

Tahun Pembuatan

: 2005

2. Spesifikasi FWKO Horizontal Baru pada SP I KTT Data spesifikasi FWKO horizontal di SP I KTT PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi terdapat pada Tabel 4.4. Tabel 4.4 Data Spesifikasi Alat FWKO di SP I KTT Spesifikasi Unit Data Natural gas/HC Operating case liquid/water

Fluid Operating pressure Operating Temperature Design pressure

psi °F psi

70 86 120

54

Design temperature

°F

200

MMSCFD lb/h lb/ft3 cP

0,44 1.042 0,32 0,01 22,25

bpd lb/h lb/ft3 cP

9.329 11.761 55 15

bpd lb/h lb/ft3 cP

15.100 223.831 62,67 0,8

in ft mph

Horizontal 102 30 33,6

Vapor Molar flow Mass flowrate Density Viscosity Molecular Weight

Oil Act Liquid Volume flow Mass Flowrate Density Viscosity

Water Act Liquid Volume flow Mass Flowrate Density Viscosity

Vessel Horizontal/vertical Shell internal diameter Shell length Wind Speed Seismic Factor Joint Efficiency Radiography Head Type Corrosion Allowance

1 100% Ellipsoidal 2:1 in

0,125

Height

in

Position

ft

82 27 ft upstream, 3 ft downstream

Weir

I nternals Seperation efficiency Inlet device Mist extractor type Sumber: PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi, 2015

99% Half open pipe Wire mesh

55

4.5 Pembahasan 4.5.1 Perhitungan Neraca Massa FWKO 1. Menghitung Neraca Massa pada FWKO Existing

Volume minyak terproduksi = 30 boph x 0,16 m 3/jam = 4,77 m3/jam Massa minyak terproduksi

= 4,77 m3/jam x 881,05 kg/m 3 = 4.202,17 kg/jam

Efisiensi alat

=

Fluida (A) Gas Minyak Air Padatan

pruk umpn x 100%=78,77 %

= 107.356,69 kg/jam = 472,64 kg/jam = 5.334,69 kg/jam = 101.528,03 kg/jam = 21,32 kg/jam

B = 372,29 kg/jam Gas = 372,29 kg/jam

FWKO Efisiensi 78,77 %

E (padatan) = 21,32 kg/jam

Neraca Massa Total

C = 25.856,58 kg/jam Gas = 100,34 kg/jam Minyak = 4.202,17 kg/jam Air = 21.554,40 kg/jam

D = 81.110,71 kg/jam Air = 79.978,18 kg/jam Minyak = 1.132,53 kg/jam

56

Massa masuk = massa keluar

Pers. 4.3, Pauline

A=B+C+D+E 107.356,69 kg/jam = 372,29 kg/jam + 25.856,58 kg/jam + 81.110,71 kg/jam 107.356,69 kg/jam = 107.356,69 kg/jam

Neraca Massa Komponen

Masuk (Fluida A): 

Gas



Minyak



Air



Padatan

Gs x 100% = ssssUmpn = .,,kg/j kg/jmm x 100%=0,44% i n yk = ss ss Umpn x 100% = ..,,kg/jkg/jmm x 100%=5% ir x 100% = ssssUmpn = ..,, kg/jkg/jmm x 100%=94,57% n = ss ss Umpn x 100% = .,,kg/j kg/jmm x 100%=0,02%

Keluar 

B -

Gas

= 78,77% x Gas A = 78,77 % x 472,64 kg/jam = 364,13 kg/jam



C -

Minyak

= 78,77 % x minyak A = 78,77 % x 5.334,69 kg/jam = 4.202,17 kg/jam

-

Air

= air masuk – air keluar D = 101.528,03 kg/jam – 79.978,18 kg/jam = 21.554,40 kg/jam



D -

Minyak

= minyak masuk – minyak keluar (C) = 5.334,69 kg/jam – 4.202,17 kg/jam = 1.132,53 kg/jam

57

-

Air

= 78,77 % x Air A = 78,77 % x 101.528,03 kg/jam = 79.978,18 kg/jam

Tabel 4.5 Neraca Massa Komponen di FWKO Existing Komponen

Masuk (kg/jam)

Gas Minyak Air Padatan Subtotal Total

472,64 5.334,69 101.528,03 21,32 107.356,69 107.356,69

B 372,29

372,29

Keluar (kg/jam) C D 100,34 4.202,17 1.132,53 21.554,40 79.978,18

25.856,58 81.110,71 107.356,69

E

21,32 21,32

2. Neraca Massa pada FWKO Baru Fluida Gas Minyak \ Air Padatan

= 236681 lb/h = 1042 lb/h = 11761 lb/h = 223831 lb/h = 47 lb/h

B = 1031,58 lb/h Gas = 1031,58 lb/h

FWKO Efisiensi 99%

E (padatan) = 47 lb/h

C = 13892,13 lb/h Gas = 10,42 lb/h Minyak = 11643,4 lb/h Air = 2238,31 lb/h

D = 221710,3 lb/h Air = 221592,47 lb/h Minyak = 117,61 lb/h

Neraca Massa Total

Massa masuk = massa keluar

(Eq. 4.3, Pauline)

A=B+C+D+E 236634 lb/h = 1031,58 lb/h + 13892,13 lb/h + 221710,3 lb/h + 46,53 lb/h 236634 lb/h = 236634 lb/h

Neraca Massa Komponen

58

Masuk (Fluida A): 

Gas



Minyak



Air



Padatan

Gs x 100% = ssssUmpn  lblb/h/h x 100%=0,44% =  i n yk = ss ss Umpn x 100%  llbb/h/h x 100%=5% =  ir x 100% = ssssUmpn l b /h =   lb/h x 100%=94,57% n = ss ss Umpn x 100% =  lb/hlb/h x 100%=0,02%

Keluar 

B -

Gas

= 99% x Gas A = 99 % x 1042 lb/h = 1031,58 lb/h



C -

Minyak

= 99 % x minyak A = 99 % x 11761 lb/h = 11643,4 lb/h

-

Air

= air masuk – air keluar D = 223831 lb/h – 221592,47 lb/h = 2238,31 lb/h



D -

Minyak

= minyak masuk – minyak keluar (C) = 11761 lb/h – 11643,3 lb/h = 117,61 lb/h

-

Air

= 99 % x Air A = 99 % x 221710,3 lb/h = 221592,47

Tabel 4.6 Neraca Massa Komponen di FWKO Baru Keluar (lb/h) Komponen Crude Masuk (lb/h) Oil B C D

E

59

Gas Minyak Air Padatan Subtotal Total

4.5.2

1042 11761 223831 47 236634 236634

1031,58

1031,58

10,42 11643,4 2238,31

117,61 221592,47

13892,13 221710,77 236634

47 47

Perancangan FWKO

4.5.2.1 Komponen FWKO yang Dibutuhkan 1. Shell

Desain shell berdasarkan standar ASME UG-27 dan UG-28. Shell berupa silinder. UG-27 menyatakan bahwa ketebalan shell di bawah tekanan dalam harus tidak boleh kurang dari ketebalan hasil perhitungan dengan formula yang telah ditentukan. Sedangkan UG-28 menyatakan bahwa aturan untuk mendesain shell atau tabung pada ASME Section VIII hanya untuk shell tipe silindris dan spherical . Tebal minimum shell ditambah faktor korosi berdasarkan ASME Section VIII adalah 0,3125 in atau 7,94 mm. FWKO di SP I KTT menggunakan shell silindris horizontal yang diilustrasikan pada Gambar 4.18.

60

Gambar 4.18

Shell


Keterangan gambar: Do

: diameter luar bejana

Di

: diameter dalam bejana

L

: panjang shell

2. H ead Desain head berdasarkan standar ASME UG-32 yang menyatakan bahwa

ketebalan head yang dibutuhkan pada titik paling tipis setelah proses pembentukan harus dihitung berdasarkan persamaan yang telah ditentukan. Desain head pada FWKO yang dipakai adalah ellipsoidal heads seperti pada ASME UG-32 (d). Tebal minimum head ditambah faktor korosi berdasarkan ASME Section VIII adalah 0,3125 in atau 7,94 mm. Perbandingan antara major axis dan minor axis adalah 2:1 yang diilustrasikan pada Gambar 4.19.

Gambar 4.19 Ellipsoidal

Head

61 Sumber: asmedigitalcollection.asme.org

Keterangan gambar: Do

: diameter luar head

R o

: jari-jari head

t

: tebal head

L

: panjang head

3. Nozzle

Desain nozzle (Gambar 4.20) berdasarkan standar ASME UG-36 yang menyatakan bahwa opening pada bejana atau head lebih baik berbentuk lingkaran, elips atau obround . Tebal minimum nozzle ditambah faktor korosi berdasarkan ASME Section VIII adalah 0,0916 in dengan luas reinforcement minimum adalah 1,1263 in 2 atau 7,26 cm2 ( Nozzle dengan reinforcement ). Nozzle pada FWKO yang akan dirancang adalah berbentuk silindris dengan penyambungan las (reinforcement ).

62

Gambar 4.20 Nozzle dengan Reinforcements Sumber: asmedigitalcollection.asme.org

Keterangan gambar tn

: tebal dinding leher nozzel

t

: tebal shell

D p

: diameter reinforcement

R n

: jari-jari nozzle

Z

: tinggi reinforcement + nozzle

4. Bolts dan Nuts

Desain bolt mengacu pada ASME UG-12 dan UG-13. UG-12 menyatakan bahwa bolts dan studs bisa digunakan untuk menyambung komponen yang bisa dilepas. Sedangkan UG-13 menyatakan bahwa nuts harus menyesuikan aplikasi Part of Subsection C (UCS-11 dan UNF-13)

5. Support

Desain penyangga mengacu pada ASME UG-54 (Gambar 4.21). Jenis penyangga yang digunakan untuk desain FWKO horizontal adalah saddle support . UG-54 menyatakan bahwa semua bejana harus ditopang dan penyangga tersebut harus disusun dan atau disambung ke dinding bejana sedemikian sehingga bisa menopang beban maksimum.

63

Gambar 4.21

Saddle Support


4.5.2.2 Data Perhitungan FWKO

Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan (Lampiran D), dimensi akhir yang didapat untuk desain FWKO terdapat pada Tabel 4.7.

No.

1.

Komponen

Shell

Tabel 4.7 Dimensi Perancangan FWKO Nilai Persamaan Rancangan ASME

t= SE0,PR 6P Cc

14,48 mm

Keterangan

Satisfactory

64

2. 3.

Head Fluid Inlet Nozzle Tebal Nozzle

4.

Reinforcement Inspection opening Tebal nozzle

5.

reinforcement Gas Outlet Nozzle Tebal Nozzle

6.

Reinforcement Oil Outlet Nozzle Tebal Nozzle

7.

Reinforcement Water Outlet Nozzle Tebal Nozzle

8. 9.

Reinforcement Tebal Saddle Support Tebal bolts

10. Hold Up Time Gas Minyak Air

PD 2P Cc t= 2SE0, tn = SE0,PR6i P Cc A=DitsF2tntsF(1f r) tn = SE0,PR6i P Cc A=DitsF2tntsF(1f r) tn = SE0,PR6i P Cc A=DitsF2tntsF(1f r) tn = SE0,PR6i P Cc A=DitsF2tntsF(1f r) tn = SE0,PR6i P Cc A=DitsF2t4MntsF(1f r) ts = ChπDSE Cc ′ 3 S c tb =Lr S Cc th = V̅Vwh th = V̅Vwh th = V̅Vwh

14,48 mm

Satisfactory

3,81 mm

Satisfactory

22,06 cm2

Satisfactory

4,83 mm

Satisfactory

56,13 cm2

Satisfactory

3,56 mm

Satisfactory

11,03 cm2

Satisfactory

3,56 mm

Satisfactory

11,03 cm2

Satisfactory

3,81 mm

Satisfactory

22,06 cm2

Satisfactory

22,09 mm

Satisfactory

16,51 mm

Satisfactory

7 menit

Satisfactory

14 menit

Satisfactory

11 menit

Satisfactory

4.6 Kesimpulan

Pada pelaksanaan Kerja Praktek di PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi dengan tugas khusus “Evaluasi Sistem Kerja Alat Free Water Knock Out (FWKO)” berkapasitas 30.000 bfpd dengan total produksi gross pada tahun 2014 sebesar 20.000 bfpd dan total produksi nett sebesar 720 bopd, dapat disimpulkan bahwa FWKO existing pada SP I KTT sudah tidak diperkenankan untuk beroperasi karena sudah tidak memenuhi aspek QHSE Excellence.

65

Berdasarkan perhitungan neraca massa di FWKO, diperoleh data pada Tabel 4.8 sebagai berikut.

Tabel 4.8 Perbandingan

Data FWKO Existing dan FWKO Baru di Lapangan Ketaling

Data Minyak keluar (lb/h) Massa Terakumulasi (lb/h) Efisiensi alat (%)

Existing 3815,39 24761,51 77,78

Baru 5281,403 1073,354 99

Berdasarkan Tabel 4.8, efisiensi FWKO existing mengalami penurunan sebesar 26% dari 99% sejak pembelian pada tahun 2005. Hal ini mengakibatkan terjadinya penurunan kinerja separasi FWKO dalam memisahkan fluida. Dengan efisiensi sebesar 77,78%, minyak yang diperoleh akan mengalami penurunan seperti yang terlihat pada Tabel 4.6, sehingga penjualan turut menurun. Hal ini terlihat dari efisiensi alat yang sudah menurun dari 99% menjadi 77,78% melalui perhitungan neraca massa pada FWKO existing sehingga jumlah minyak yang di-recover dari tangki 8 dan 9 mengalami peningkatan. Mengingat alat tersebut telah beroperasi selama 10 tahun, maka pihak perusahaan harus mengganti dengan FWKO yang baru berkapasitas sama, yaitu 30.000 bfpd dengan efisiensi 99%, sehingga kinerja separasi FWKO berjalan dengan maksimum.

Pengadaan FWKO dapat didesain melaui perhitungan yang telah dilakukan, untuk FWKO kapasitas 30.000 bfpd, tekanan 120 psi, temperatur 200 °F, kecepatan angin 33,6 mph, maka dimensi akhir komponen-komponen FWKO yang aman digunakan sebagai berikut: 1. Shell Material shell

: SA 516 Gr 70

Tebal dinding shell

: 0,57 in

2. Head Material head

: SA 516 Gr 70

66

Tebal dinding head

: 0,57 in

3. Fluids Inlet Nozzle Material leher nozzle : SA 516 Gr 70 Tebal leher nozzle

: 0,15 in

Jenis flange

: slip on flange

Jumlah bolts

: 12 bolts

4. Inspection opening Material leher nozzle : SA 516 Gr 70 Tebal leher nozzle

: 0,19 in

Tebal pelat tutup

: 1,05 in

Jenis flange

: slip on flange 150 lb

Jumlah bolts

: 12 bolts

5. Gas Outlet Nozzle Material leher nozzle : SA 516 Gr 70 Tebal leher nozzle

: 0,14 in

Jenis flange

: slip on flange

Jumlah bolts

: 12 bolts

6. Oil Outlet Nozzle Material leher nozzle : SA 516 Gr 70 Tebal leher nozzle

: 0,14 in

Jenis flange

: slip on flange

Jumlah bolts

: 12 bolts

7. Water Outlet Nozzle Material leher nozzle : SA 516 Gr 70

8.

Tebal leher nozzle

: 0,15 in

Jenis flange

: slip on flange

Jumlah bolts

: 12 bolts

Support Jenis support

: saddle support

Material saddle

: A 36

Tinggi

: 25 in

Tebal saddle

: 0,87 in

9. Anchor bolts Material bolts

: SA 193 B7

Bab 4 Tugas Khusus

Recommend Documents