TEKNIK PRODUKSI JUDUL
: METODE KEHILANGAN TEKANAN DAN TEMPERATUR SUB JUDUL : Menentukan Laju Alir Gas Dalam Pipa Horisontal (Panhandle A, Panhandle B dan Weymouth) Weymouth)
NO : TP.01.01.2 TP.01.01.2 Halaman Revisi/Thn
: 1 / 10 : 2/ Juli 2003
MENENTUKAN LAJU ALIR GAS DALAM PIPA HORISONTAL HORISONTAL (PANHANDLE (PANHANDLE A, PANHANDLE B, DAN WEY MOUTH)
1.
TUJUAN
Menentukan kapasitas aliran di pipa gas
2.
PERSYARATAN
Tidak ada persyaratan khusus
3.
LANGKAH KERJA
1. Siapkan data pendukung Tekanan inlet pipa ( p p1), psia Tekanan outlet pipa ( p p2), psia Ukuran diameter dalam pipa (D), in. Tekanan atmosfer ( p pb), psia o
Temperatur permukaan (T (T b), R Specific gravity gas (γ g ) Panjang pipa ( L), L), miles Temperatur rata-rata aliran pipa ( T ),oR
2. Tentukan factor deviasi (kompresibilitas) gas ( Z ) berdasarkan tekanan dan temperatur rata-rata gas, dimana Tekanan rata-rata aliran = ( p p1 + p + p2)/2 dan Temperatur rata-rata aliran = (T (T 1 + T 2)/2
p12 − p 22 3. Hitung T Z L 4. Hitung
T b pb
5. Hitung kapasitas aliran pipa dengan a. Metoda Weymouth
Manajemen Produksi Hulu
NO : TP.01.01.2
TEKNIK PRODUKSI JUDUL
: METODE KEHILANGAN TEKANAN DAN TEMPERATUR SUB JUDUL : Menentukan Laju Alir Gas Dalam Pipa Horisontal (Panhandle A, Panhandle B dan Weymouth)
T p 2 − p 22 q = 433.50 E b 1 pb T Z L
0.5
Halaman Revisi/Thn
: 2 / 10 : 2/ Juli 2003
0.5
1 D 2.667 γ g
b. Panhandle A
T q = 435.87 E b pb
1.0788
p12 − p 22 T Z L
0.5394
1 γ g
0.4604
D 2.618
c. Panhandle B 1.0200
T q = 737.00 E b pb
4.
p12 − p22 T Z L
0.5100
1 γ g
0.4900
D 2.530
DAFTAR PUSTAKA
1. Ikoku, C.: “ Natural gas production engineering ”, John Wiley & Son, Inc., New York, 1984 2. Begss, D. H.: “Gas production operations”, OGCI Publications, Tulsa, 1984.
5.
DAFTAR SIMBOL
D
=
Ukuran diamater dalam pipa, in.
p1
=
Tekanan inlet pipa , psia
p2
=
Tekanan outlet pipa, psia
pb
=
Tekanan atmosfer, psia
T b
=
Temperatur permukaan, oR
γ g
=
Specific gravity gas
=
Panjang pipa, miles
L
o
T
= Temperatur rata-rata aliran pipa, R
Z
=
Faktor deviasi (kompresibilitas) gas
Manajemen Produksi Hulu
TEKNIK PRODUKSI JUDUL
: METODE KEHILANGAN TEKANAN DAN TEMPERATUR SUB JUDUL : Menentukan Laju Alir Gas Dalam Pipa Horisontal (Panhandle A, Panhandle B dan Weymouth)
6.
NO : TP.01.01.2 Halaman Revisi/Thn
: 3 / 10 : 2/ Juli 2003
LAMPIRAN
6.1 PERHITUNGAN ALIRAN DALAM PIPA Dalam teknik pengiriman gas pada pipa jarak jauh perlu pengetahuan formulasi perhitungan kapasitas aliran dan tekanan yang dibutuhkan. Pada permulaan pengembangan transmisi gas, tekanan yang digunakan adalah rendah, sehingga persamaan yang sederhana dapat dipakai. Tetapi dengan bertambahnya permintaan pasokan gas, tekanan perlu dinaikan untuk memenuhi permintaan, sehingga perlu persamaan sesuai den gan data baru. Biasanya persamaan yang sering dipakai dalam perhitungan aliran dalam pipa gas adalah persamaan Weymouth untuk diameter pipa yang kecil (D ≤ 15 in.±). Sedangkan untuk pipa dengan diameter besar, disarankan memakai persamaan Panhandle A dan Panhandle B.
6.2 PERSAMAAN ALIRAN Persamaan untuk aliran mantap gas kering dalam pipa dengan diameter tetap, serta pipa horizontal, adalah sebagai berikut
dp dL
=
f ρ u 2 2 g c D
=
pM fu 2 ZRT 2 g c D
(1)
Banyak persamaan yang dikembangkan berdasarkan pers. (1), perbedaannya terletak pada penentuan faktor deviasi gas ( Z ) dan faktor gesekan. Integrasi pers. (1), menghasilkan:
Mfu 2
p
∫ dp = 2 g DR ∫ ZT dL
(2)
c
Jika temperatur diaanggap tetap, yang merupakan harga rata-rata temperatur aliran di sepanjang pipa, yaitu T dan faktor deviasi gas Z dihitung pada tekanan rata-rata, p dan temperatur ratarata, T , maka untuk aliran dalam pipa gas sepanjang L, pers. (2) dapat diselesaikan menjadi:
p − p = 2 1
2 1
Manajemen Produksi Hulu
25γ g q 2T Z fL D 5
(3)
NO : TP.01.01.2
TEKNIK PRODUKSI JUDUL
: METODE KEHILANGAN TEKANAN DAN TEMPERATUR SUB JUDUL : Menentukan Laju Alir Gas Dalam Pipa Horisontal (Panhandle A, Panhandle B dan Weymouth)
dimana p = tekanan, psia,
γ g =
Halaman Revisi/Thn
: 4 / 10 : 2/ Juli 2003
specific gravity gas, q = laju alir gas, MMscfd, T = temperatur
o
rata-rata, R, Z = faktor deviasi gas pada
dan T , p = ( p1+ p2)/2, L = panjang pipa, ft, D =
diameter dalam pipa, in., f = factor gesekan Moody = f ( N Re, e/ D)
Persamaan (3) dapat ditulis dalam bentuk laju alir pada kondisi standard (T b dan pb), yaitu:
q=
CT b ( p12 − p12 ) D 5
pb
Z fL γ g T
1/ 2
(4)
dimana C adalah tetapan yang tergantung pada satuan yang dipakai dalam persamaan, seperti ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Harga C Persamaan (4) u ntuk berbagai satuan p
T
D
L
R
q
C
psia
o
in.
mi
scfd
77.54
psia
o
in.
ft
scfd
5634
psia
o
R
in.
ft
MMscfd
5.634 ×10-3
K
m
m
m3/day
1.149 ×106
kPa
R
Pada persamaan (4), faktor deviasi gas tergantung pada harga tekanan dan faktor gesekan tergantung pada laju alir dan diameter, sehingga persamaan (4) merupakan persamaan implisit terhadap tekanan, dan memerlukan perhitungan secara iterasi. Dalam upaya menyederhanakan perhitungan beberapa peneliti memperbaiki persamaan, sehingga dihasilkan persamaan yang eksplisit, dan diselesaikan tanpa memerlukan iterasi.. Selain itu, persamaan faktor gesekan hanya tergantung pada diamater saja seperti yang dilakukan Weymouth atau tergantung kepada bilangan Reynolds saja seperti persamaan Panhandle.
6.2.1 Persamaan Weymouth – Aliran Horizontal Asumsi yang dipakai dalam pengembangan persamaan Weymouth adalah 1. Perubahan energi kenitik kecil dan dapat diabaikan 2. Aliran steady state dan isotermal Manajemen Produksi Hulu
NO : TP.01.01.2
TEKNIK PRODUKSI JUDUL
: METODE KEHILANGAN TEKANAN DAN TEMPERATUR SUB JUDUL : Menentukan Laju Alir Gas Dalam Pipa Horisontal (Panhandle A, Panhandle B dan Weymouth)
Halaman Revisi/Thn
: 5 / 10 : 2/ Juli 2003
3. Aliran horizontal 4. Tidak terjadi perpindahan panas baik yang keluar atau masuk ke lingkungan sekitarnya 5. Tidak terjadi kerja dalam aliran
Dengan asumsi diatas maka persamaan kesetimbangan energi dapat ditulis menjadi
vdp + lw = 0
(5)
atau
(144)vdp +
fu 2 2 g c D
dL = 0
(6)
dimana v = volume spesifik, cuft/lbm, p = tekanan, psia, f = faktor gesekan Moody, u = kecepatan, ft/sec, D = diameter pipa, ft, L = panjang pipa, ft, dan g c = faktor konversi = 2
32.17 lbm-ft/lbf-sec .
Persamaan (6) dapat dinyatakan dalam laju alir volume gas, dalam cuft, yang dihitung pada kondisi satndard T b (oR) dan pb (psia), yaitu sebagai berikut:
T p Z 4 1 qh b 3600 T b p 1.00 π D
u=
(7)
2
Untuk gas nyata berlaku hubungan:
v(cuft/lbm) =
ZRT pM
=
10.732 ZT 29γ g p
(8)
Jika persamaan (9) disubstitusikan ke persamaan (6) maka diperoleh: 2
10.732 ZT 4qhTpb Z dL f dp + (144) =0 2 29γ p 2 × 32 . 17 3600 T pD D π g b
(9)
atau 2
ZT dp + 1.9444 × 10 −9 f 5 qhTpb Z dL = 0 53.29 γ g p D T b p
(10)
Dengan menganggap harga harga Z rata-rata (berharga tetap), maka hasil integrasi adalah:
Manajemen Produksi Hulu
NO : TP.01.01.2
TEKNIK PRODUKSI JUDUL
: METODE KEHILANGAN TEKANAN DAN TEMPERATUR SUB JUDUL : Menentukan Laju Alir Gas Dalam Pipa Horisontal (Panhandle A, Panhandle B dan Weymouth)
1.9444 × 10
−9
f qhTpb Z
D 5 T b
2
Z T dL = −53.29
L
∫
Halaman Revisi/Thn
p2
γ g ∫ p pdp
0
: 6 / 10 : 2/ Juli 2003
(11)
1
atau
T b qh = −9 1.9444 × 10 pb 53.29
2
2
( p1 − p2 ) D 5 2 f Z T γ L g
(12)
Jika L dalam mile dan D dalam inchi, dihasilkan persamaan berikut
T b qh = −9 1.9444 × 10 pb 53.29
2
2
( p1 − p2 )( D / 12) 5 2 f Z T γ (5280 L) g
(13)
atau 1/ 2
qh = 3.23
5 T b ( p1 − p2 ) D
pb f Z T γ g L
(14)
Persamaan (14) adalah persamaan umum Weymouth, dimana : qh = laju alir gas, cuft pada T b dan pb, T b = temperatur referensi, oR, pb = tekanan referensi, psia, p1 = tekanan inlet, psia, p2 = tekanan outlet, psia, D = diamater dalam pipa, in.
γ g
o
specific gravity gas, T temperature alir rata-rata, R, f = factor gesekan Moody, L = panjang pipa, miles, Z = faktor deviasi gas pada tekanan dan temperatur rata-rata. Persamaan (14) bisa ditulis menjadi 1/ 2
( p − p2 ) D 2.5 qh = 3.23 1 pb f Z T γ g L 1/ 2
T b 1
(15)
Dalam persamaan (15), faktor gesekan Moody merupakan fungsi dari laju alir qh dan kekasaran pipa e, atau sebagai fungsi dari Bilangan Reynolds:
N Re ≅
20q(Mcfd)γ g D µ
≅
0.48qhγ g D µ
(16)
Dengan demikian, persamaan (15) adalah persamaan eksplisit terhadap qh. Tetapi untuk tujuan penyederhanaan perhitungan, untuk kondisi alirannya turbulent, maka harga f dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (17):
Manajemen Produksi Hulu
NO : TP.01.01.2
TEKNIK PRODUKSI JUDUL
: METODE KEHILANGAN TEKANAN DAN TEMPERATUR SUB JUDUL : Menentukan Laju Alir Gas Dalam Pipa Horisontal (Panhandle A, Panhandle B dan Weymouth)
f turb =
1 e 1.14 − 2 log D
2
Halaman Revisi/Thn
: 7 / 10 : 2/ Juli 2003
(17)
dimana f hanya tergantung kekasaran relatif, e/ D. Untuk kondisi aliran tidak turbulent, Weymouth mengusulkan persamaan f merupakan fungsi dari diameter (inch) saja, yaitu sebagai berikut:
f =
0.032 D1/ 3
(18)
Sehingga persamaan (15) dapat disederhanakan menjadi 1/ 2
qh = 18.062
T b ( p1 − p2 ) D16 / 3
pb
Z T γ g L
(19)
6.2.2 Persamaan Panhandle A Persamaan Panhandle A menganggap bahwa f merupakan fungsi Bilangan Reynold, yaitu:
f =
0.085 N Re
0.147
(20)
Maka persamaan aliran gas dalam pipa menjadi 1.07881
T q = 435.87 b pb
p12 − p22 T L Z
0.5394
1 γ g
0.4604
D 2.6182
(21)
dimana q adalah laju alir gas dalam cuft/d yang dihitung pada pb dan T b sedangkan parameter yang lain sama seperti dalam persamaan Weymouth.
6.2.3 Persamaan Panhandle B Persamaan ini sering dipakai untuk perhitungan pipa transmisi yang panjang. Persamaan modifikasi dari Panhandle ini menganggap bahwa f adalah
f =
0.015 N Re
0.0392
sehingga menghasilkan
Manajemen Produksi Hulu
(22)
NO : TP.01.01.2
TEKNIK PRODUKSI JUDUL
: METODE KEHILANGAN TEKANAN DAN TEMPERATUR SUB JUDUL : Menentukan Laju Alir Gas Dalam Pipa Horisontal (Panhandle A, Panhandle B dan Weymouth)
1.02
T q = 737 b pb
p12 − p22 T L Z (γ )0.961 g
Halaman Revisi/Thn
0.510
D 2.530
dimana satuan untuk setiap parameter seperti pada persamaan (21).
Manajemen Produksi Hulu
: 8 / 10 : 2/ Juli 2003
(23)
NO : TP.01.01.2
TEKNIK PRODUKSI JUDUL
: METODE KEHILANGAN TEKANAN DAN TEMPERATUR SUB JUDUL : Menentukan Laju Alir Gas Dalam Pipa Horisontal (Panhandle A, Panhandle B dan Weymouth)
Halaman Revisi/Thn
: 9 / 10 : 2/ Juli 2003
6.3 CONTOH SOAL Dengan menggunakan data berikut, hitung kapasitas aliran pipa dengan menggunakan persamaan Weymouth, Panhandle A dan Panhandle B p1 = 847 psia p2 = 600 psia D = 25.375 in L = 100 mil γ g =
0.67
T = 505 oR Z = 0.846 o
T b = 520 R pb = 14.7 psia E = 1.0
Penyelesaian 1. Hitung bagian
p12 − p22 847 2 − 600 2 = = 8.366 T Z L 505(0.846)(100) 2. Hitung
T b 520 = = 35.374 p 14 . 7 b 3. Hitung kapasitas aliran pipa dengan a. Metoda Weymouth 0.5
1 2.667 q = 433.50(1.0)(35.374 ) [8.366] (25.375) 0.67 1.0
0.5
q = 301610000 cuft/day = 301.6 MMscfd b. Panhandle A
q = 435.87(1.0)(35.374 )
1.0788
Manajemen Produksi Hulu
[8.366]
0.5394
1 0.67
0.4604
(25.375) 2.618
NO : TP.01.01.2
TEKNIK PRODUKSI JUDUL
: METODE KEHILANGAN TEKANAN DAN TEMPERATUR SUB JUDUL : Menentukan Laju Alir Gas Dalam Pipa Horisontal (Panhandle A, Panhandle B dan Weymouth)
Halaman Revisi/Thn
q = 364247375 cuft/day = 364.2 MMscfd c. Panhandle B
q = 737.00(1.0)(35.374)
1.0200
[8.366]
0.5100
1 0.67
q = 359732857 cuft/day = 359.7 MMscfd
Manajemen Produksi Hulu
0.4900
(25.375)
2.530
: 10 / 10 : 2/ Juli 2003
