PENGUKURAN LAJU ALIRAN GAS ALAM MENGGUNAKAN ORIFICE METER DENGAN AGA-3 DAN AGA-8
1. Definisi Orifice Meter Orifice Plate dapat di definisikan sebagai logam berbentuk lempengan tipis dengan lubang sirkular yang konsentrik dengan internal diameter dari meter tube ketika terpasang. Orifice meter adalah alat ukur yang menggunakan orifice plate sebagai komponen utama dalam pengukuran natural gas (Gambar 3.1). Dalam penggunaan orifice meter yang difungsikan sebagai pengukuran maka sangatlah penting terlebih dahulu mengkalibrasi secara empiris. Lempengan orifice sebagai standart pengukuran dan kalibrasi yang ekstentif telah dilakukan sehingga telah diterima secara luas sebagai standart pengukuran fluida. Sebuah orifice dalam pipa ditunjukkan dengan manometer untuk mengukur penurunan dari tekanan d ifferensial dari fluida yang dihasilkan oleh orifice.
Gambar 1. Orifice Meter
Prinsip Kerja Orifice Meter Prinsip kerja dari orifice meter pada dasarnya tergantung pada perbedaan tekanan yang dihasilkan oleh orifice plate. Pada mulanya aliran gas alam yang melewati pipa kemudian melewati straightening vanes, yang fungsinya adalah agar putaran dari aliran gas tersebut lebih beraturan yang kemudian aliran gas tersebut membentur orifice sehingga terjadi perbedaan
tekanan antara aliran sebelum melewati orifice yang kita sebut dengan upstream dan setelah melewati orifice yang kita sebut dengan downstream (Gambar 3.2)
(a)
(b)
Gambar 1.1 (a), System Orifice Meter (b) Skematik
Pada proses pengukuran dibuat sebuah lubang yang disebut pressure taps dengan ukuran dan penempatan terukur pada holding device di mana tekanan gas dari kedua sisi antara sebelum dan sesudah melewati orifice disensor. Melalui pressure taps inilah perbedaan tekanan antara tekanan pada upstream (high pressure) dan downstream (low pressure) disensor oleh sebuah differential pressure transmitter (DPT). Dari DPT tersebut terjadi perubahan parameter teka nan menjadi parameter arus (mA), dimana DPT tersebut hanya dapat mentransmisikan sinyal hanya dalam range (mA) tertentu sesuai dengan spesifikasi dari DPT itu sendiri. Selain itu pada meter tube tepatnya pada sisi downstream dipasang temperature transmitter (TT) untuk mengetahui besar temperature aliran gas yang lewat pada meter tube tersebut. Hasil data dari ketiga
transmitter tersebut kemudian masuk ke flow computer dimana pada pembahasan ini menggunakan scanner 2000. Yang kemudian diubah ke dalam parameter volume flow rate (Q) dengan menggunakan persamaan yang sudah terprogram didalamnya. Orifice meter akan yang dibahas adalah FE-1006A1, FE-1006A2, FE-1006A3 (Gambar 3.3)
Gambar 1.2. Orifice Meter pada FE-1006A1
Dan untuk skematik pemasangan dan spesifikasi komponen-komponennya terlampir pada lampiran I
2. Komponen Orifice Meter dan Fungsinya Sistem orifice meter terdiri atas tiga komponen utama, yaitu primary component, secondary component dan tertiery component. 2.1. Primary Component Merupakan komponen-komponen yang berhubungan langsung dengan aliran gas. Dimana komponen-komponen tersebut berfungsi mengkondisikan aliran sehingga bisa di ukur oleh secondary component. a. Meter Tube Suatu pipa/tube lurus dengan dimensi tertentu yang meliputi bagian upstream dan downstream. Bahan serta ukuran dari meter tube harus sesuai dengan standart AGA-3, yaitu dengan beta ratio (β) maksimum yang diijinkan adalah 0,7, tetapi untuk mengantisipasi agar tidak mendekati batas maksimum beban kerja maka beta ratio (β) maksimum yang diijinkan adalah 0,6.
Untuk menentukan ukuran dari meter tube, maka perhatikan beberapa hal di bawah ini : Maksimum flow Minimum flow Kondisi awal pengukuran Densitas relative Temperature gas yang mengalir Tekanan Perbandingan antara diameter lubang orifice (d) dengan diameter meter tube (D) yang disebut beta ratio (β). Standart ukuran untuk menentukan panjang daripada meter tube baik upstream maupun downstream bisa didapatkan pada lampiran II. Instalasi secara teori, meter tube dapat dipasang pada berbagai macam posisi, baik horizontal maupun vertical. Tapi, pemasangan secara horizontal adalah posisi terbaik karena kondisinya yang lurus dan steady mendukung sistem dari orifice meter. Pemasangan secara horizontal ini diperlukan juga pembuatan trap pada daerah upstream untuk menghindari pengumpulan cairan pada orifice. b.Orifice Plate Holding Devices Orifice Plate Holding Devices merupakan suatu komponen yang berfungsi untuk menahan orifice plate tetap pada posisi yang konsentris terhadap aliran gas. Terdapat dua macam orifice plate holding devices yang umum digunakan, yaitu tipe single chamber dan tipe dual chamber (gambar 3.4) Tipe single chamber hanya memiliki satu ruangan dimana dalam proses penggantian atau pengecekan orifice maka harus menghentikan aliran pada meter tube atau jika sistem pemasangannya menggunakan by pass maka tinggal dilewatkan saja melalui by pass tersebut. Sedangkan pada tipe dual chamber memiliki dua ruangan jadi memungkinkan bahwa saat mengganti atau melakukan pengecekan terhadap orifice tidak harus mematikan atau melewatkan aliran pada by pass.
Gambar 2. Orifice Fitting
c. Orifice Plates Orifice plates adalah pelat datar dengan lubang konsentrik bersisi tajam yang didesain dengan dimensi khusus yang membentuk penghalang yang terkalibrasi terhadap aliran gas alam yang melalui meter tube sehingga menyebabkan perbedaan tekanan antara tekanan sebelum dan sesudah melewati orifice tersebut. Perbedaan tekanan inilah yang kemudian diukur dan dihitung untuk mendapatkan flow rate. Ada beberapa macam tipe orifice, antara lain : Konsentris Eksentris Segmental Yang biasanya digunakan dan paling efisien dalam pengukuran gas adalah jenis konsentris, karena ukuran dari meter tube-nya yang relative kecil. Selain itu di lapangan jenisjenis orifice plate ini dikelompokkan menjadi dua macam orifice yaitu standart dan universal. Pengelompokkan ini berdasarkan pada ada atau tidaknya tankai nomor seri orifice. Orifice standart mempunyai tangkai dan nomor seri yang terletak pada tangkai tersebut. Sedangkan orifice universal, tidak mempunyai tangkai, jadi nomor serinya terletak di tepi badan orifice atau di pinggir, orifice jenis inilah yang biasanya dipakai pada orifice dual chamber. d.Pressure Taps Merupakan lubang dengan ukuran dan penempatan terukur pada meter tube atau pada holding device, dimana tekanan gas dari kedua sisi orifice tersebut disensor. Ada beberapa macam penempatan pada pressure taps, yaitu : Flange Taps Jenis ini banyak digunakan dan biasanya terletak 1 inchi dari orifice sisi upstream dan 1 inchi juga dari tube downstream. Flange taps tidak dianjurkan untuk tube dengan
diameter kurang dari 2 inchi karena vena kontrakta mungkin kurang dari 1 inchi dari orifice. Orifice taps biasanya berukuran ½ inchi pada flange dan minimum rating 300 psig. Corner Taps Terletak secara langsung pada permukaan orifice plate. Mode ini biasanya digunakan di Eropa dan biasanya digunakan untuk meter tube yang diameternya lebih kecil dari 2 inchi, sehingga vena kontrakta terjadi dekat sekali dengan orifice plate. Vena Contracta Dibuat di lokasi yang secara teori menguntungkan karena bisa mendapatkan ΔP terbesar dari orifice. Satu lubang terletak di upstream dan satu lagi di vena kontrakta. Radius Taps Menyerupai vena kontrakta taps, yaitu satu lubang terletak di upstream dan satu lubang lagi terletak ½ diameter dari pipa downstream. Pipe Taps Disebut juga full flow taps, terletak 2 ½ diameter pipa upstream dan 8 diameter pipa downstream. Mode ini lebih dimungkinkan untuk terjadi error dan membutuhkan pipa lurus yang lebih panjang. Tetapi mempunyai kemampuan mengukur flow rate yang lebih besar.
Macam- macam tipe Pressure Taps dapat kita lihat seperti pada gambar 3.5
Gambar 2.1 Tipe-tipe Pressure Taps
e. Straightening Vanes Straightening vanes adalah suatu alat yang biasanya berbentuk beberapa pipa silinder kecil yang direkatkan bersama dan membentuk suatu pola tertentu (Gambar 3.6). Pemasangan straightning vanes pada sisi upstream dari meter tube harus dengan sangat presisi dan harus diletakkan dengan sangat hati- hati dan bertujuan untuk mengurangi putaran tekanan yang tak beraturan dari fluida ketika akan melewati orifice plate.
(a)
(b) Gambar 2.2 Straightening Vanes (a) Tipe Line (b) Macam-macam Pola
Berdasarkan cara pemasangannya straightening vanes memiliki dua tipe, yaitu : Tipe flange Pada tipe ini sistem pemasangannya adalah dengan cara dijepit pada flange Tipe Line Pada tipe ini pemasangan dibaut pada dinding tube upstream. Pada pemasangannya straightening vanes juga harus dipastikan lurus, tidak bengkok sedikitpun dan harus diletakkan pada posisi yang tepat dan aman sehingga mereka tidak bergetar atau bergeser. Sebelum dipasang secara permanent, tube pada straightening vanes harus benarbenar dibersihkan sehingga pada saat pemakaian tidak ada benda asing yang tersangkut dan menyumbat straightening vanes. 3.3.2 Secondary Component Adalah komponen-komponen yang berfungsi sebagai alat ukur pada sistem orifice meter, dimana komponen ini tidak terhubung langsung dengan fluida, tetapi terhubung dengan primary component. Komponen-koponen ini umumnya berupa transmitter. a. Differential Pressure Trans mitter (DPT)
Merupakan sebuah sensor yang mendeteksi perbedaan tekanan antara upstream dan downstream yang kemudian mentransmisikan ke flow computer berupa signal digital (Gambar 3.7)
Gambar 2.3 Differential Pressure Transmitter
b.Pressure Trans mitter (PT) Merupakan sebuah transmitter yang mendeteksi tekanan statis dari fluida yang kemudian dikonversi menjadi satuan arus listrik (4-20 mA) dan dihubungkan dengan salah satu pressure taps, yang kemudian ditransmisikan ke flow computer. Berikut merupakan contoh gambar skematik dan contoh real produk dari pressure transmitter (Gambar 3.8)
Gambar 2.4 Pressure Transmitter
c. Temperature Trans mitter (TT) Merupakan komponen dengan sensor yang mendeteksi peruba han temperature dan kemudian dikonversi menjadi satuan arus (4-20 mA). Sensor ini berfungsi untuk mengukur temperature yang lewat dari fluida untuk kemudian ditransmisikan ke flow computer. Transmitter ini menggunakan sensor RTD (Resistance Temperature Detector), RTD tersebut dibungkus langsung dengan thermowheel agar tidak bersentuhan langsung dengan fluida. Ini dilakukan untuk menghindari kerusakan RTD. Sedangkan RTD sendiri adalah sensor yang nilai tahanannya berubah-ubah secara linier sesuai dengan perubahan suhu.
d.Gage Lines Komponen ini berupa sebuah tube yang menghubungkan antara pressure taps dengan transmitter (chart recorder). Gage lines ini berukuran kecil, antara 1/4 – 1/2 inchi dan yang kebanyakan dipakai adalah 3/8 inchi. Bahan dari gage lines ini harus berkualitas, tidak mudah korosi ataupun memiliki hambatan gesek yang tinggi sehingga tidak mengura ngi keakurasian pembacaan flow yang terbaca pada transmitter. Ukuran panjang dari gage line harus diusahakan sependek mungkin, untuk menghindari error dan posisinya harus memiliki slope yang relative kecil terhadap sumbu horizontal. e.Chart Recorder Komponen ini berfungsi untuk mencatat tekanan absolute, perbedaan tekanan dan temperature, sebagai backup dari hasil pengukuran flow computer (Gambar 3.10). Alat ini juga digunakan untuk memonitoring keakuratan dari meter flow. Chart recorder untuk temperature dan pressure adalah sistem yang terpisah. Chart recorder pada umumnya berbentuk lingkaran dengan diameter 2 inchi dan tipe yang biasa digunakan dalam industri gas adalah tipe uniform scale dan square root chart. Prinsip kerja dari chart recorder adalah mengubah besaran fisis ke gerakan mekanik yang nantinya mekanik ini secara otomatis akan “menggambar” di kertas. Untuk setiap besaran fisis yang diukur tinta yang digunakan berbeda, dimana merah untuk differential pressure dan biru atau hitam untuk tekanan statis dan merah biasanya untuk suhu.
Gambar 2.5 Chart Recorder
