PENGANTAR TRANSPORTASI MIGAS SEPARATOR TIGA FASA (HORIZONTAL) DOSEN PEMBIMBING: ADI NOVRIANSYAH, ST.MT
OLEH: (KELOMPOK 4) ANNISA RAHMAWATI DENI SYAHPUTRA DENNY WAHYU PERMANA RAFHIE ADRIAN RAMA AULIA SAPUTRA
123210449 123210167 123210168 123210611 123210083
KELAS A JURUSAN PERMINYAKAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ISLAM RIAU PEKANBARU 2014
SEPARATOR TIGA FASA (HORIZONTAL)
A. Pendahuluan Separator tiga fasa biasanya disebut juga free water knockout, dipakai untuk memisahkan air yang mungkin masih ada dalam cairan. Karena aliran yang masuk ke dalam separator tiga fasa langsung dari sumur produksi atau dari separator yang tekanan operasinya lebih tinggi, maka vessel harus dirancang untuk dapat memisahkan gas yang mengembang baik dari minyak maupun dari air.
Gambar A1: Pertumbuhan Lapisan Air terhadap Waktu B. Separator Horizontal Separator tiga fasa dapat dirancang baik sebagai separator horizontal maupunseparator vertical. Gambar B1 adalah gambaran skematik separator horizontal tiga fasa tersebut. Fluida masuk ke separator dan menyentuh inlet diverter. Disini terjadi perubahan momentum secara tiba-tiba. Proses selanjutnya antara cairan dan gas sama seperti separator horizontal dua fasa. Dalam rancangan tambahan, inlet diverter sebagian terbenam langsung di bawah fluid level. Ruang pengumpul cairan dalam vessel memiliki waktu yang cukup sampai minyak dan emulsi dari lapisan oil pad naik ke atas, serdangkan free water mengendap ke bawah.
Gambar B1: Skematik Separator Horizontal Tiga Fasa Fasa dengan suatu pengontrol permukaan cairan yang berupa dinding pemisah atau weir. Air produksi yang sudah mengendap dikeluarkan lewat saluran khusus. Pengontrol permukaan cairan sangat sensitive terhadap tinggi permukaan minyak-air. Kemudian system pengontrol mengirim sinyal ke water dump valve dan setelah menghitung jumlah air yang telah meninggalkan vessel, maka batas permukaan minyak dan air jingga pada tinggi yang telah dirancang. Gas mengalir secara horizontal dan keluar melewati mist extractor pada suatu valve yang tekanannya dikontrol, sehingga tekanan dalam vessel dapat dijaga konstan. Batas permukaan gas-minyak bisa bervariasi dari 50% diameter sampai 75% diameter, tergantung seberapa penting pemisahan cairan dan gas. Rancangan yang umum dilakukan adalah model 50% diameter. Gambar B2 memperlihatkan suatu rancangan alternative yang dikenal sebagai “rancangan bucket & weir”. Rancangan ini tidak memerlukan alat pengontrol permukaan cairan. Baik minyak maupun air keluar weir yang dibuat terpisah. Minyak akan masuk ke oil bucket setelah melewati oil weir. Dimana level minyaknya dikontrol oleh oil dump valve. Sementara itu air mengalir ke bawah oil bucket dan kemudian naik ke water weir. Air akan masuk ke tempat khusus sebelum dialirkan keluar separator.
Gambar B2: Rancangan Bucket &Weir Ketinggian oil weir dikontrol oleh level cairan dalam vessel, karena osisinya tidak permanen. Perbedaan ketinggian antara oil weir dengan water weir dikontrol oleh ketebalan lapisan minyak dan air yang berbea spesifik gravitinya. Perbedaan ini sangat dalam operasi vessel, dimana ketinggisn oil weir, sehingga ketebalan lapisan minyak memiliki retention time yang cukup. Apabila water weir terlalu rendah dan perbedaan spesifik gravity tidak sebesar ang diharapkan, maka lapisan minyak bisa menjadi lebih tebal sampai ke suatu titik dimana minyak akan terbawa pada oil ox dan keluar bersama air. Biasanya baik oil weir maupun water weir dibuat tidak permanen agar dapat disetel, sehingga perubahan spesifik gravity minyak dan air ataupun perubahan laju alir dapat diantisipasi. Untuk mendapatkan ketinggian lapisan minyak yang diinginkan, jarak water weir akan diset lebih rendah dari oil weir, yang beda tingginya dapat dihitung dengan persamaan berikut:
dimana:
= beda jarak oil weir dan water weir,
= tinggi lapisan minyak yang diingini, = densitas minyak, = densitas air, Persamaan di atas didapatkan berdasarkan penurunan rumus di bawah ini. Perhatikan gambar B3, dimana tekanan diset pada titik A.
Pengontrolan permukaan cairan memiliki kelebihan yaitu lebih mudah disetel apabila terjadi perubahan spesifik gravity dan laju alir minyak atau air yang tidak diharapkan. Bagaimanapun juga, kalau minyaknya merupakan minyak berat atau minyak dengan jumlah emulsi atau paraffin yang lebih banyak akan sulit mengontrol permukaan fluidanya. Dalam kasus ini pengontrolan voume bucket dan weir akan lebih cocok.
Gambar B3: Penentuan ketinggian Lapisan Minyak
C. Ukuran Separator Dalam menentukan ukuran separator horizontal tiga fasa perlu menetapkan diameter dan panjang vessel. Kapasitas gas dan retation time adalah hal yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan beberapa kombinasi yang cocok daripada diameter dan panjang tersebut. Juga perlu menentukan diameter maksimum separator agar dapat mengendapkan butiran air yang berukuran 500 mikron.
Kapasitas Gas Pengaturan kapasitas gas memberikan persamaan yang harus memenuhi kombinasi dan
dimana:
.
= diameter dalam vessel, = panjang efektif vessel tempat pemisahan terjadi, = temperature operasi, = kompresibilitas = laju alir gas,
= tekanan operasi, = konstanta berdasarkan sifat cairan dan gas.
Retention Time Pengaturan retention time memberikan persamaan yang harus memenuhi kombinasi
dan
dimana:
.
= laju alir air, = retention time air, = laju alir minyak, = retention time minyak,
Persamaan di atas didapatkan berdasarkan penurunan rumus di bawah ini. dalam dalam
,
dalam .
dimana,
dan
dalam
:
,
dalam
,
dalam
,
dalam
dan
karena,
maka,
dan,
dan karena,
maka,
dan
dalam menit
jadi,
sehingga:
Pengendapan Supaya butiran air yang berukuran 500 micron mampu mengendap pada lapisan minyak tertentu, maka ketebalan lapisan minyak haruslah memenuhi persamaan berikut.
Persamaan di atas didapatkan berdasarkan penurunan rumus di bawah ini. dan .
dimana,
dalam
,
dalam
,
dalam
,
dalam
dalam
sehingga:
maka:
Ini adalah ketebalan maksimum lapisan minyak yang dapat dan masih memungkinkan untuk mengendapkan butiran air dalam waktu
.
Untuk
Untuk retention time minyak tertentu dan retention time air pada ketebalan lapisan minyak maksimum yang diberikan, terpaksa harus ditentukan diameter maksimm yang cocok dengan prosedur berikut: 1. Hitung 2. Hitung fraksi luas vessel yang ditempati oleh fasa air.
3. Koefesien Z ditentukan menggunakan grafik koefesien Z untuk silinder yang sebagian terisi air. 4. Hitung
dengan persamaan berikut.
Kombinasi antara
dan
yang memenuhi ketiga persamaan berikut:
akan menghasilkan suatu kriteria yang diperlukan.
Panjang Antar Lapisan & Slenderness Ratio Panjang antar lapisan atau seam-to-seam length dapat diperkirakan dari panjang efektif separator dengan menggunakan persamaan yang sama dengan separator dua fasa. Jika ukuran separator didasarkan pada kapasitas gas. Maka slenderness ratio harus dibatasi tidak kurang ari 4 atau 5, untuk mencegah perputaran cairan pada interface gas-cairan. Jika ukuran separator didasarkan pada kapasitas cairan, maka slenderness ratio yang lebih besar dapat dipakai. Tetapi pada umumnya slenderness ratio untuk separator horizontal tiga fasa digunakan antara 3 sampai 5.
Prosedur Penentuan Ukuran Separator Horizontal Adapun prosedur penentuan ukuran separator horizontal tiga fasa adalah sebagai berikut: 1.
Siapkan data
2.
Pilih harga
dan
3.
Hitung
dengan persamaan
atau
,
,
,
,
, ,
dan
Gunakan ukuran butiran
500 micron jika informasi tentang hal itu tidak
tersedia. 4.
Hitung
dengan persamaan:
5.
Tentukan harga Z atau
6.
Hitung harga
7.
Hitung
dari kurva.
dengan persamaan:
untuk
Gunakan ukuran butiran
yang memenuhi batasan kapasitas gas. 500 micron jika informasi tentang hal itu tidak
tersedia.
atau
8.
Hitung
untuk
yang memenuhi batasan retention time
minyak dengan air dengan persamaan:
9.
Perkirakan seam-to-seam length.
Untuk kapasitas gas:
Untuk kapasitas cairan:
10. Pilih kombinasi
dan
yang paling mungkin dengan slenderness ratio
antara 3 sampai 5.
D. Contoh Kasus dan Penyelesaiannya Dari system produksi di permukaan diketahui bahwa laju alir gas adalah
pada harga pada
. Laju alir air
. laju alir minyak adalah adalah
adalah
dengan
. berapa ukuran separator horizontal yang cocok untuk menangani laju produksi ini apabila tekanan dan temperature operasi masing-masing dan
. Diasumsikan
dan
.
Solusi: 1.
Data yang diperlukan telah tersedia.
2.
Harga
dan
diasumsikan
. Dihitung beberapa hal yang
penting seperti:
Dari kurva “konstanta dalam persamaan kapasitas gas”
dan didapat 3.
. Maka dengan asumsi harga
Dihitung
dengan
menggunakan
ukuran
butiran
.
4.
Dihitung
:
5.
Berdasarkan gambar kurva “Koefesien Air” ditentukan harga . Untuk
6.
Dihitung harga
7.
Dihitung
untuk Selinder yang Sebagian Terisi didapat
.
:
untuk
yang memenuhi batasan kapasitas gas.
Disini digunakan ukuran butiran minyak
.
Kombinasi harga
dan
untuk batasan kapasitas gas ditabelkan sebagai
berikut: Tabel D1
8.
Dihitung
60
2.4
72
1.9
84
1.7
96
1.5
untuk
yang memenuhi batasan retention time
dan
untuk batasan retention time cairan ditabelkan
minyak dana air.
Kombinasi harga sebagai berikut:
Tabel D2
9.
60
31.6
42.1
8.4
72
21.9
29.2
4.9
84
16.1
21.5
3.1
96
12.3
16.4
2.1
108
9.7
13.0
1.4
Diperkirakan seam-to-seam length
dengan persamaan untuk kapasitas
cairan. Hasil perhitungannya juga ditabelkan.
Kemudian diplot antara 10. Dipilih kombinasi
dan
vs . yang paling mungkin dengan slenderness ratio
antara 3 sampai 5. Karena yang terdapat dipasaran adalah yang diameternya 90 inch, 96 inch dan 102 inch, maka dengan melakukan ekstrapolasi pada kurva, didapat kombinasi ukuran separator yaitu .
,
dan
