BAB II TINJAUAN TEORI
2.1 Pengumpulan dan Pemisahan Fluida Produksi
Kekhasan dari fluida yang mengalir dari sumur-sumur produksi ialah berkecepatan tinggi dan sifat alirannya bergolak (turbulent). Campuran gas dan hidrokarbon cair berekspansi terus menerus, bercampur bersama dengan uap air, air bebas, zat-zat padat dan zat-zat ikutan lainnya. Aliran gas yang berkecepatan tinggi mengandung bintik-bintik cairan, sedangkan liquid nya nya mengandung gelembung-gelembung gas. Gasnya sendiri berada dalam keadaan jenuh dengan uap air saturated (saturated ). ). Fluida di dalam reservoir mengalir dari kondisi panas dan bertekanan tinggi, menuju ke lubanglubang perforasi pada pipa casing di bawah sumur dan terus mengalir naik melalui pipa tubing produksi menuju kepala sumur di permukaan. Pada sumur yang tekanan reservoirnya masih tinggi, biasanya pada kepala sumur dipasang choke yang choke yang fungsinya untuk membatasi laju alirnya, fluidnya kemudian mengalir melalui pipa alir ( flowline) flowline) menuju ke stasiun pengumpul. Sewaktu pengaliran, dimulai dari reservoir sampai ke stasiun pengumpul, tekanan dan suhu fluida yang diproduksi akan mengalami penurunan secara perlahan-lahan (gradually) sampai ke tekanan yang diinginkan atau diperlukan di stasiun pengumpul. Bila diperlukan, sebelum masuk ke sistem di stasiun, tekanan
6
7
alirnya diturunkan dengan cara menggunakan valve pengontrol tekanan (pressure control valve). valve). Selanjutnya fluid yang datang melalui flowline flowline di stasiun pengumpul mula-mula dialirkan melalui sarana produksi yang dinamakan separator atau sering juga dinamakan separator produ ksi (production separator). Peralatan produksi terorganisir dalam stasiun pengumpul sebagai tempat untuk mengumpulkan hasil produk dari beberapa sumur. Adapun peralatan produksi pada stasiun pengumpul secara umum antara lain : 2.1.1 F low low L i ne
Flow Line adalah pipa transportasi penghubung dari sumuran ke dalam stasiun pengumpul. Jarak flow line berkisar antara 377 m sampai 2500 m (Erwin, 2012). Flow 2012). Flow line yang digunakan tebuat dari bahan carbon steel dengan steel dengan diameter pipa antara 4” dan 6”.
Line SP CLU Gambar 2.1 Flow Line SP (Sum (S umb ber : D okumenta kumentasi si P r i badi adi , 2016)
7
alirnya diturunkan dengan cara menggunakan valve pengontrol tekanan (pressure control valve). valve). Selanjutnya fluid yang datang melalui flowline flowline di stasiun pengumpul mula-mula dialirkan melalui sarana produksi yang dinamakan separator atau sering juga dinamakan separator produ ksi (production separator). Peralatan produksi terorganisir dalam stasiun pengumpul sebagai tempat untuk mengumpulkan hasil produk dari beberapa sumur. Adapun peralatan produksi pada stasiun pengumpul secara umum antara lain : 2.1.1 F low low L i ne
Flow Line adalah pipa transportasi penghubung dari sumuran ke dalam stasiun pengumpul. Jarak flow line berkisar antara 377 m sampai 2500 m (Erwin, 2012). Flow 2012). Flow line yang digunakan tebuat dari bahan carbon steel dengan steel dengan diameter pipa antara 4” dan 6”.
Line SP CLU Gambar 2.1 Flow Line SP (Sum (S umb ber : D okumenta kumentasi si P r i badi adi , 2016)
8
2.1.2 H eade ader M anifold ni fold
Header manifold merupakan rangkaian peralatan yang terdiri dari pipa utama (main pipe), pipe), kerangan-kerangan (valve (valve), ), kerangan balik (check (check valve), valve), sambungan dan turunan ( fitting fitting ), ), dan pengukuran tekanan ( pressure pressure gauge). gauge). SP CLU memiliki empat header manifold antara antara lain: 1 grup test dan 3 grup produksi. Header manifold berfungsi sebagai sarana untuk mengatur flow mengatur flow line dari line dari sumuran produksi yang digabungkan menjadi satu aliran masuk ke sarana pengolahan lanjutan (separator dan tangki). Header manifold grup grup produksi dibagi menjadi High menjadi High Pressure (HPPressure (HPProd), Medium Pressure Pressure (MP-Prod) dan Low Pressure Pressure (LP-Prod). Pembagian ini bertujuan untuk mencegah terjadinya gangguan apabila akan dilakukan
pengujian
individu
masing-masing
sumur
serta
untuk
mengelompokkan sumur berdasarkan tekanan agar tidak terjadi back pressure.
Gambar 2.2 Header Manifold SP CLU (Sum (S umb ber : D okumenta kumentasi si P r i badi adi , 2016)
9
2.1.3 Separator
Separator yang digunakan merupakan bejana bertekanan berbentuk datar (horizontal ) dan terbuat dari stainless steel yang anti korosi. Separator horizontal didesain untuk menangani kapasitas fluida yang lebih besar dan juga dapat digunkan untuk jenis fluida dengan residence time yang cukup lama dalam proses pemisahan. Untuk mengetahui besarnya aliran yang masuk dalam separator menggunakan beberapa alat yang terpasang setelah fluida masuk ke separator, yaitu: a) Pressure gauge, berfungsi sebagai indikator tekanan dalam separator, agar tidak terjadi high-low pressure. b) Level glass, berfungsi untuk mengetahui batas level cairan didalam separator, agar tidak terjadi high-low level liquid . c)
Orifice plate, berfungsi sebagai alat ukur laju produksi gas dalam separator.
d) Flow chart recorder , berfungsi untuk mengetahui laju alir produksi gas. Separator di SP CLU terdiri dari production separator (high pressure D-01, middle pressure D-02, low pressure D-03) dan test separator (high pressure D-04, middle pressure D-05, low pressure D-06)
10
Gambar 2.3 Separator SP CLU (Sumber : Dokumentasi P ribadi, 2016)
2.1.4 Tangki
Tangki berfungsi untuk menampung hasil produksi dari semua sumur setelah cairan dipisahkan dari gas melalui separator. Tangki di SP CLU yang berjumlah 3 buah, yaitu dua tangki produksi minyak atau storage tank (T-01A dan T-01B) dengan kapasitas 3000 bbl dan satu test tank dengan kapasitas 250 bbl. Disekitar tangki dibangun tanggul untuk menampung sejumlah volume tertentu sesuai dengan volume tangki untuk mencegah terjadinya tumpahan minyak dari dalam tanki. Dinding tanggul dirancang kedap air agar tidak bercampur dengan tumpahan minyak. Pada tangki juga dilengkapi grounded untuk menghindari ledakan yang diakibatkan oleh petir. Masing-masing tanki dilengkapi temperature indicator, level
11
indicator, dan Pressure Control Valve (PCV). Ukuran valve pada tangki produksi lebih besar yaitu 4 inch sedangkan valve untuk test tank berukuran 3 inch.
Gambar 2.4 Production Tank SP CLU (Sumber : Dokumentasi P ribadi, 2016)
Gambar 2.5 Test Tank SP CLU (Sumber : Dokumentasi P ribadi, 2016)
12
2.1.5 Scrubber
Scrubber merupakan sebuah bejana tegak bertekanan yang berfungsi untuk mengeringkan gas dan komponen cairan yang terbebas dari hasil kondensasi hidrokarbon ataupun air. Scrubber yang digunakan di SP CLU adalah jenis vertikal. SP CLU memiliki dua scrubber , yaitu scrubber D-07 dan scrubber D-08. Scrubber D-07 ditempatkan setelah separator, sedangkan scrubber D-08 dipasang setelah CO2 removal plant sebagai proses lanjutan untuk digunakan sebagai supply instrument . Gas yang berasal dari scrubber dimanfaatkan untuk kebutuhan sendiri. Scrubber dipasang sebelum peralatan-peralatan seperti pompa, kompressor, dehydrator , dan peralatan lain yang memanfaatkan bahan bakar gas dimana kandungan minyak atau kondensatnya sedikit. Scrubber dilengkapi oleh beberapa instrument seperti PCV dan breathe valve yang berfungsi untuk menjaga tekanan berlebih. Selain itu pada scrubber terdapat bak buangan yang akan menampung cairan dari proses pengeringan gas.
13
Gambar 2.6 Scrubber SP CLU (Sumber : Dokumentasi P ribadi, 2016)
2.2 Alat Ukur Aliran Gas
Flowmeter adalah alat yang digunakan untuk mengetahui material balance suatu proses, sehingga dapat menghitung losses atau gain yang timbul. Alat ukur yang paling penting adalah alat ukur aliran (f lowmeter ), karena menyangkut perhitungan laba rugi perusahaan, pajak dan royalty. Orifice meter adalah salah satu alat ukur standar untuk pengukuran aliran liquid dan gas, karena biayanya tidak mahal, dan dapat melayani kapasitas aliran yang kecil ataupun besar dengan ketelitian yang cukup tinggi. Pengukuran yang teliti diperlukan, karena sebagai dasar pembayaran dari banyaknya volume penjualan gas. Banyaknya aliran gas dari suatu sumur gas
14
dapat juga sebagai basis prediksi engineering tentang kapasitas sumur gas tersebut. Gas berbeda dengan liquid, karena tidak dapat ditampung untuk kemudian diukur, tetapi harus diukur secara langsung saat mengalir keluar dari sumur gas. Alat ukur lain untuk mengukur aliran gas adalah pitot tube, venture meter, rotameter dan mass flowmeter . Untuk menghitung serta kalkulasi aliran (flow rate) meter gas orifice, pada umumnya ada tiga parameter yang diukur yaitu : differential pressure, static pressure,dan temperatur. Pabrik pembuat menyatakan ketelitiannya antara 0,25 sampai 0,50 % Ketelitian praktis biasanya antara 1 sampai 2 % volume. Alat pengukur differential pressure, static pressure, dan temperatur yang dibutuhkan untuk menghitung pada pengukuran kecepatan aliran, dapat diperoleh dengan memasang suatu peralatan, tergantung dari kepentingan operasinya, antara lain bisa digunakan salah satu sistem dan peralatan instrumentasinya, diantaranya : A. Sistem Lokal
Pada pengukuran flow rate aliran gas, untuk system lokal atau sistem setempat, dibutuhkan sebuah instrument differential pressure, static pressure dan temperatur, yang menyatu disebut dengan recorder ITT chart barton, seperti pada gambar dibawah ini;
15
Gambar 2.7 Sistim Pengukuran Gas secara Lokal ( Sumber : Basic I nstrumentation )
B. Sistem Pemantauan Jarak Jauh (remote)
Pada tingkatan jarak jauh (remote sistem) perbedaan tekanan tekanan, static pressure dan temperature diubah menjadi besaran signal standar electronic yaitu 4 s/d 20 mA, dan dikirim melalui transmisi line ke alat penerima (receiving instrument ) yang berada ruang control room, alat penerima ini biasanya berupa penghitung (meter), indikasi (indicator), pencatat
(recorder), pengendali
penghitung gas secara komputer.
(control), pembantu
(monitor), atau
16
Gambar 2.8 Sistim Pengukuran Gas secara Jarak Jauh ( remote) ( Sumber : Basic I nstrumentation )
2.3 Sejarah Orifice
Pelat orifice mulai dipergunakan pada masa Roma berada di bawah kekaisaran untuk mengukur cadangan air. Pada tahun 1903, Thomas R. Weimouth memulai percobaan dengan pelat tipis berujung tajam dan concentric
untuk mengukur gas alam bervolume besar. Dia memakai flange pressure taps, 1 inchi di upstream dan 1 inchi di downstream dari permukaan orifice yang akhirnya menjadi predominant standard untuk industri di Amerika Serikat.
17
Gambar 2.9 Differential Pressure ( Sumber : Basic Instrumentation)
Pemasangan orifice menyebabkan pola aliran dan profil tekanan dikarenakan oleh retriction sehingga terjadi pressure drop yang berubah dengan flow rate.
2.4 Orifice Plate
Salah satu cara untuk mengukur laju alir gas adalah dengan menggunakan orifce meter dan merupakan cara yang banyak digunakan dalam industri dan penjualan gas. Pengukuran laju alir gas harus dapat ditentukan pada saat gas tersebut mengalir di dalam pipa alir, sehingga pengukuran volume gas akan lebih sukar dibandingkan pengukuran volume minyak bumi. Bila volume sejumlah gas tertentu diukur pada tekanan yang berbeda, maka volume yang diperoleh akan berbeda. Demikian juga bila pengukuran dilakukan pada suhu yang berbeda.
18
Bertambah tinggi tekanan, volume gas semakin kecil dan semakin tinggi suhu semakin besar volume gas, sesuai dengan rumus gas PV = ZnRT..................................................................................................... (2.1) Perhitungan laju alir gas dengan menggunakan orifice meter berdasarkan rumus dasar aliran fluida pada orifice
√
Q = C' Hw x Pf ........................................................................ ..................... (2.2) Keterangan : Q
= Jumlah aliran gas, ft3/hr
C’
= Konstanta aliran orifice
Hw
= Tekanan differential, inchi air (H2O)
Pf
= Tekanan statik, psi absolut
√ Hw x Pf=Ekstensi tekanan Rumus di atas didasarkan pada prinsip ilmu fisika yaitu kehilangan atau berkurangnya tekanan pada fluida yang mengalir melalui suatu penghalang atau restriksi akan berbanding langsung dengan kwadrat kecepatan fluida tersebut. Dari pernyataan ini maka dengan memberikan suatu penghalang terhadap aliran fluida dan kemudian mengukur kehilangan atau berkurangnya tekanan fluida setelah melewati penghalang akan dapat dihitung jumlah volumetrik aliran fluida tersebut.
19
2.5 Keuntungan Orifice Meter
Keuntungan dari orifice meter, yaitu : 1.
Ketelitian yang tinggi
2.
Sederhana ( simple)
3.
Mudah memasang dan merawatnya
4.
Tingkatan kapasitas yang tinggi
5.
Ekonomis
6.
Diakui sebagai pengukur gas oleh AGA-ASME
7.
Dilengkapi dengan tabel-tabel faktor meter
2.6 Jenis-Jenis Orifice Plate 2.6.1 Concentri c Plate
Concentric orifice plate standar biasanya terbuat dari bahan stainless steel dengan tebal ½ hingga 1 inchi, sangat tergantung pada ukuran pipa. Bahan lainnya seperti nikel, monel, hastelloy dan lain-lain, yang dipakai jika diperlukan untuk mencegah korosi atau kontaminasi. Beberapa flow rate dibuat dengan satu sisinya lubang miring dengan sudut 450 untuk menjaga permukaan aliran agar tahanan gesek setelah fluida alir melalui restriction kecil. Keuntungan dari jenis concentric orifice adalah harga murah, tersedia dengan berbagai macam material, dapat digunakan untuk range
20
yang luas berbagai ukuran pipa. data aplikasi melimpah, karakteristiknya banyak dikenal. Dan kerugiannya yaitu pressure loss tetap relatip tinggi serta cenderung tersumbat, sehingga memperkecil pemakaian dengan sluri.
Gambar 2.10 Concentri c Plate ( Sumber : Basic I nstrumentation)
2.6.2 E ccentric Plate
Eccentric plate digunakan untuk memperkecil gangguan pada penggunaan orifice untuk fluida yang berisi padatan atau minyak yang mengandung air dan uap basah. Lubang pada eccentric orifice bertujuan untuk mencegah atau membendung material padat di luar partikel air. Keuntungannya adalah sama dengan concentric kecuali bahwa letak lubang kecilnya berbeda dengan tujuan untuk mengukur fluida yang mengandung zat-zat padat, untuk air yang mengandung minyak dan uap basah. Kerugiannya sama seperti concentric hanya ada tambahan, bahwa kemungkinan error dapat lebih tinggi dan data operasi terbatas.
21
Gambar 2.11 E ccentri c Plate ( Sumber : Basic I nstrumentation)
2.6.3 Segmental Plate
Segmental plate orifice mempunyai kegunaan sama dengan kegunaan eccentric orifice di atas, bagian lubang terbuka dapat ditempatkan di sebelah atas maupun di sebelah bawah pipa. Keuntungan dan kerugiannya sama dengan eccentric, karena mempunyai fungsi yang sama dengan eccentric.
Gambar 2.12 Segmental Plate ( Sumber : Basic I nstrumentation)
22
2.7 Tipe-Tipe Orifice Plate 2.7.1
F lange Taps Flange taps adalah tipe yang paling sering dipakai dan posisi taps connection diletakkan pada 1 inchi dari permukaan upstream orifice dan 1 inchi dari permukaan downstream orifice. Flange taps digunakan pada ukuran pipa lebih dari 2 inchi.
Gambar 2.13 F lange Taps ( Sumber : Basic I nstrumentation)
2.7.2
Corner Taps Taps connection diletakkan langsung pada permukaan plate orifice. Tipe ini biasanya dipakai di Eropa dan terutama sekali dipergunakan untuk ukuran pipa kurang dari 2 inchi. Kesulitannya adalah sering terjadi penyumbatan pada bagian yang kecil dan tekanan tidak stabil di wilayah permukaan plate orifice.
23
Gambar 2.14 Corner Taps ( Sumber : Basic I nstrumentation)
2.7.3
Vena Contracta Taps Taps connection ditempatkan pada lokasi yang secara teoritis menghasilkan beda tekanan (ΔP) tertinggi pada orifice. Upstream taps ditempatkan pada 1 diameter pipa dari permukaan orifice bilamana downstream taps ditempatkan pada vena contracta.
Gambar 2.15 Vena Contracta Taps ( Sumber : Basic I nstrumentation)
24
2.7.4
Pipe Taps Pipe taps atau full flow taps mengukur permanent pressure loss orifice. Taps ini ditempatkan pada 2½ diameter pipa di upstream permukaan orifice dan 8 diameter pipa di downstream permukaan orifice. Kesalahan pengukuran dapat terjadi pada pipe taps, sehingga dibutuhkan pipa yang lurus dan lebih panjang. Tipe ini kadangkala lebih ekonomis jika digabung maka flange standard dan juga mempunyai kemampuan flow rate yang lebih tinggi daripada flange atau vena contracta taps.
Gambar 2.16 Pipe Taps ( Sumber : Basic I nstrumentation)
25
2.8 Orifice F itting
Orifice Fitting ada empat macam, yaitu : 1. Flange Fitting , sederhana dan biayanya murah.
Gambar 2.17 F lange Ori fice F itting ( Sumber : Basic I nstrumentation)
2.
Yunior Fitting , untuk diameter 8" atau lebih besar.
Gambar 2.18 Yunior Ori fice F itting ( Sumber : Basic I nstrumentation)
26
3.
Senior Fitting , penggantian orifice tidak mengganggu aliran.
Gambar 2.19 Senior Orifice F itting ( Sumber : Basic I nstrumentation)
4.
Simplex Fitting , penggantian orifice mudah dan biayanya hampir sama dengan flange fitting.
2.9 Peralatan Pendukung Pengukuran Aliran Gas
Ada beberapa peralatan pendukung pengukur aliran gas dalam sistem meter orifice, yaitu : 2.9.1
Differential Pr essure Transmitter (DPT) Peralatan ini digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan yang terjadi pada bagian hulu dan hilir pelat orifice secara fisis dan dihubungkan dengan masing-masing sistem membrane selanjutnya dihubungkan dengan amplifier board dan kemudian diterjemahkan atau diubah keluarannya menjadi sinyal standar 4-20 mA DC. Terdapat
27
ZERO dan SPAN untuk menadjust (menambah atau mengurangi) jika mengalami peubahan besaran angka yang dibandingkan dengan hasil besaran listrik yang dikeluarkan oleh multimeter pada saat kalibrasi. Ada fasilitas mengubah range atau kemampuan dari transmitter akan lebih rendah atau lebih tinggi, namun tidak boleh lebih dari batasan (range) spesifikasi yang ditentukan oleh pabrik yang tertera pada peralatan tersebut. 2.9.2
Pressure Transmitter (SPT) Peralatan ini digunakan untuk mengukur tekanan alir gas dengan sistem membrane dan dihubungkan dengan amplifier board yang selanjutnya mengubah satuan tekanan menjadi sinyal output berupa sinyal standar 4-20 mA DC. Terdapat ZERO dan SPAN untuk menadjust (menambah atau mengurangi) jika mengalami peubahan besaran angka yang dibandingkan dengan hasil besaran listrik yang dikeluarkan oleh multimeter pada saat kalibrasi. Ada fasilitas mengubah range atau kemampuan dari transmitter akan lebih rendah atau lebih tinggi, namun tidak boleh lebih dari batasan (range) spesifikasi yang ditentukan oleh pabrik yang tertera pada peralatan tersebut.
2.9.3
Temperature Transmitter (TT) Peralatan ini hanya digunakan untuk mengukur temperatur gas secara fisis dengan sistem RTD probe dan dihubungkan dengan amplifier board selanjutnya diterjemahkan atau diubah keluarannya
28
menjadi sinyal standar 4-20 mA DC. Terdapat ZERO dan SPAN untuk menadjust (menambah atau mengurangi) jika mengalami peubahan besaran angka yang dibandingkan dengan hasil besaran listrik yang dikeluarkan oleh multimeter pada saat kalibrasi. Ada fasilitas mengubah range atau kemampuan dari transmitter akan lebih rendah atau lebih tinggi, namun tidak boleh lebih dari batasan (range) spesifikasi yang ditentukan oleh pabrik yang tertera pada peralatan tersebut. 2.9.4
F low Recorder Peralatan flow
recorder bisa
dikatakan
dengan
sistem
pengukuran 3 pens dan merupakan alat ukur gas yang paling sederhana yang sering dijumpai di lapangan stasiun meter sebagai ITT BARTON tipe 220 A/E. Cara kerjanya dimana ada aliran gas yang mengalir di dalam pipa yang terdapat fasilitas orifis meter yang selanjutnya akan diukur beda tekanan, tekanan dan temperatur alir gas dan akan dicatat oleh ketiga pen tersebut yang terbentuk pada suatu grafik bundar (circle chart ) secara terus menerus selama 24 jam. Jenis grafik bundar ada 3 dilihat dari pembagian skala chart , yaitu : 1.
Uniform Chart , merupakan jenis chart yang pada persen penambahan yang sama memerlukan lebar span yang sama pula pada chart ( perbandingan tetap atau linier).
29
2. Square Root Chart , merupakan jenis chart yang pada persen penambahan yang sama tidak membutuhkan lebar span yang sama pada chart (bersifat perbandingan akar atau root square). 3.
Uni form dan Square Root Chart , merupakan chart yang berbentuk gabungan dari bentuk uniform chart dan square root chart . Guna mempermudah pembacaan dan membedakan antara beda tekanan (differential pressure) dan tekanan statis ( static pressure), maka pada skala chart recorder dibedakan dengan warna pen, yaitu : a.
Warna merah menunjukkan Differential Pressure
b.
Warna biru menunjukkan Static Pressure
c.
Warna hijau menunjukkan Temperatur Kemudian hasil catatan pada grafik bundar ini dibaca dengan
alat Planimeter sehingga nilai rata-rata dari beda tekanan, tekanan statis, dan temperatur alir dapat diperoleh dengan lebih akurat.
2.10Prinsip Pengukuran
Pengukuran adalah proses untuk menyatakan nilai dari suatu kuantitas atau besaran fisis dalam satuan standar. Sistem pengukuran merupakan kombinasi dari komponen-komponen yang terpadu untuk menyatakan nilai dari suatu kuantitas atau besaran fisis. Tujuan dari suatu pengukuran dalam instrument proses adalah :
30
a.
Sebagai input kontinyu untuk kontroller otomatik
b.
Untuk memantau varibel atau peralatan proses
Jenis besaran fisis atau variabel proses yang biasa diukur adalah : a.
Temperatur
b.
Tekanan
c.
Aliran fluida
d.
Level
Terminologi dalam sistem pengukuran antara lain : a. Akurasi, yaitu keterdekatan pembacaan suatu instrument pada harga yang sebenarnya. b. Range. yaitu batas ukur instrument. c. Presisi, yaitu tingkatan yang menunjukkan persamaan hasil pengukuran pada pengukuran yang berulang-ulang. d. Resolusi, yaitu perubahan terkecil dari nilai pengukuran yang masih bisa ditanggapi oleh instrument. e. Kalibrasi,
yaitu
proses
pengaturan
instrument
ukur
dengan
cara
membandingkan dengan instrument standar, tujuannya adalah untuk memperoleh pembacaan data yang benar pada instrument ukur tersebut sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan.
31
2.11 Pengukuran Aliran Gas 2.11.1 Tekanan Differential
Merupakan selisih tekanan antara tekanan hulu (upstream) orifice dan tekanan hilir (downstream) orifice. Pengukuran ini umumnya dilakukan berdasarkan prinsip bejana berhubungan atau pipa U. Tekanan hulu dan hilir masing-masing dihubungkan pada kaki pipa U. Selisih tinggi air raksa dikedua kaki pipa U ini (dalam inchi) menyatakan besar tekanan differensial. Meter orifice dikalibrasi sehingga tekanan-tekanan differensial dalam inchi air raksa diubah dalam satuan inchi air (Hw) dan dicatat dalam chart dengan unit inchi air. Metode pengukuran lain ialah dengan manometer jenis “bellow” yang mengukur selisih tekanan berdasarkan gerakan
“bellow”
ataupun
diafragma melawan tekanan pegas yang telah dikalibrasi. Orifice yang terbuat dari baja tahan karat, bisa mempunyai tepitepi persegi atau 1 tepi miring. Orifice bertepi persegi pada umumnya digunakan untuk mengukur laju aliran rendah dan yang bertepi miring dipakai bila mengukur laju aliran tinggi. Bila pelat orifice tepi miring yang digunakan maka tepi miring menghadap arah aliran keluar. Untuk kelengkapan pelat orifice jenis flange orifice dipakai bila pelat orifice tidak memerlukan pemeriksaan secara teratur. Bila pemeriksaan secara teratur diperlukan, mempergunakan kelengkapan Daniel Junior atau Daniel Senior.
32
2.11.2 Tekanan Statis
Tekanan statis adalah tekanan fluida yang mengalir dalam pipa. Tekanan statis ini dapat diambil dari tekanan hulu maupun tekanan hilir orifice dan dinyatakan dalam psia. 2.11.3 Tekanan Konstanta Orifice
Konstanta aliran orifice ialah jumlah aliran fluida dalam cubic feet pada suhu dan tekanan basis dan tekanan ekstensi tekanan,
√ Hw x Pf=1 Besar konstanta orifice diperoleh dari perkalian beberapa faktor dengan rumus : '
C =Fb x Fr x Y x Fpb x Ftb x Ftf x Fg x Fpv x Fm x Fa x Fl .............. (2.3) Keterangan : Fb
= Faktor dasar orifice
Fr
= Faktor bilangan Reynold
Y
= Faktor ekspansi
Fpb
= Faktor tekanan basis
Ftb
= Faktor suhu basis
Ftf
= Faktor suhu aliran
Fg
= Faktor spesifik gravity
Fpv
= Faktor superkompressibilitas
Fm
= Faktor manometer
Fa
= Faktor thermal ekspansi orifice
33
Fl
= Faktor letak pengukuran berdasarkan garis lintang Rumus untuk mendapatkan C’ diperoleh dari perkalian faktor
dasar aliran orifice Fb dengan 10 buah faktor koreksi atau dengan kata lain konstanta aliran orifice C’ adalah sama dengan faktor dasar aliran orifice Fb yang telah dikoreksi. Bila C’ telah ditentukan, dan dari flow chart dapat dibaca tekanan differensial Hw dan tekanan statis Pf maka besar aliran gas dihitung dari rumus :
√
Q = C' Hw x Pf ......................................... ....................................... (2.4) Kesebelas faktor di atas dapat dicari dengan menggunakan tabel dan rumus yang tercakup dalam “AGA Report No.3 / ANSI 2530”. 1. Faktor Dasar Orifice
Faktor orifice besarnya dihitung pada kondisi basis
℉
(standar), pada Tb = 60 (520°R) , Pb = 14,73 psia, sg gas = 1,0,
℉.
Tf = 60
Besar Fb juga tergantung pada letak pengukuran
differensial ( flange atau pipe taps), diameter dalam pipa (D), dan diameter orifice (d). Faktor orifice dapat dicari di tabel. Bila ukuran orifice ataupun diameter dalam tidak terdapat pada tabel, maka Fb dapat dihitung dengan rumus : 2
Fb = 338,7 x K O x d .................................................................. (2.5) K o=
K e 1+
15 ∙E 6 d ∙ 10
.................................................................................. (2.6) 2
3
E = d(830-5000β+9000β -4200β +B) ....................................... (2.7)
34
Untuk flange taps : B=
530
√ D ....................................... ................................................. (2.8) Ke=0,5993+ ,D +0,364+ ,√ D β +0,41,6− 0,07+ ,− β⁄ −0,009+ ,[0,5− β]⁄ + D D D D [β −0,7]⁄ ................................................... ..................... (2.9)
Untuk pipe taps : B=
875 D
+ 75 .......................................... ....................................... (2.10)
=0,5925+ ,8 +0,440− , +0,935+ , + 1,35 + ,√ (0,25−)⁄ ........................................ ............ (2.11) 338,17 adalah pengukuran pada kondisi basis (standar). 2. Faktor Bilangan Reynold
Bilangan Reynold (Rd) diperoleh dengan rumus : Rd=
Kecepatan x Diameter x Densitas Viskositas Absolute
...................................................... (2.12)
Karena faktor orifice Fb dihitung dengan menganggap pengaruh perubahan viskositas fluida dapat diabaikan, tetapi tidak selalu demikian, maka ada faktor koreksi terhadap bilangan Reynold berdasarkan rumus : Fr=1+
b
√ Hw x Pf ................................................................ ............. (2.13)
35
Keterangan : b
= Konstanta untuk penentuan Fr
Hw
= Tekanan differensial, inchi air
Pf
= Tekanan statis, psia
√ Hw x Pf
= Eksistensi tekanan
Harga “b” diperoleh dari table AGA Report No. 3 / ANSI 2530.
√
Harga Hw x Pf diketahui maka Fr dapat dihitung. 3.
Faktor Ekspansi
Bila suatu gas melewati suatu orifice, gas tersebut akan mengalami perubahan kecepatan dan tekanan yang diiringi oleh perubahan spesifik gravitasi. Untuk mengoreksi kondisi
ini
diperlukan faktor ekspansi yang dipengaruhi oleh : 1. Lokasi pengukuran tekanan differensial (“ flange tap/ pipe tap”) 2. Lokasi pengukuran tekanan statis (“dari hilir atau hulu orifice”) 3. Beta ratio yaitu perbandingan diameter orifice (d), dengan diameter dalam pipa (D)
⁄
4. Perbandingan tekanan differensial dan tekanan statis.Hw Pf 5. Perbandingan
panas
⁄cv.
cp
spesifik,
Semua
chart yang
diterbitkan oleh AGA report No. 3 / ANSI 2530 didasarkan pada
⁄
⁄
cp cp anggapan cv =k=1,3 . Bila cv berbeda jauh dengan 1,3, maka faktor ekspansi Y dapat dihitung dengan koreksi :
36
( ) ............................................ (2.14) Y2, terkoreksi = Y2 .......................................... (2.15) 1,3
Y1, terkoreksi = 1- 1-Y1
k
Y1 terkoreksi Y1
Y1
= Faktor ekspansi bila tekanan statis diukur dari hulu orifice (upstream)
Y2
= Faktor ekspansi bila tekanan statis diukur dari hilir orifice (downstream)
4.
Faktor Tekanan Basis
Faktor orifice, dihitung dari suatu keadaan sehingga akan menghasilkan volume gas pada tekanan basis, Pb yaitu = 14,73 psia. Bila untuk perhitungan volume gas digunakan tekanan basis Pb yang besarnya bukan 14,73 psia maka harus diadakan koreksi terhadap tekanan basis, dengan rumus :
⁄
14,73 Fpb= Pb ................................. ....................................... (2.16) Pb = Tekanan basis yang ditentukan dalam kontrak penjualan gas, psia 5.
Faktor Temperatur Basis
Faktor orifice, dihitung pada suatu keadaan sehingga akan menghasilkan volume gas pada suhu basis, Tb, yaitu 60°F(520°R). Bila untuk perhitungan volume gas digunakan suhu basis Tb yang besarnya tidak sama dengan 60°F(520°R), maka harus diadakan koreksi terhadap suhu basis dengan rumus :
37
Ftb=
(460+Tb) 520
........................................................ ..................... (2.19)
Tb = Suhu basis yang ditentukan dalam kontrak penjualan gas (°F) 6.
Faktor Suhu Aliran
Faktor orifice, dihitung berdasarkan suhu aliran gas, Tf, yang besarnya yaitu = 60°F(520°R). Bila gas yang akan dihitung mempunyai suhu aliran yang tidak sama dengan 60°F(520°R) maka harus diadakan koreksi terhadap suhu aliran gas dengan rumus : Ftf=
520
.............................................................................. (2.20)
Tf+460
Tf = Suhu absolut aliran gas actual , (°F) 7.
Faktor Spesifik Gravitasi
Faktor
orifice (Fb)
dihitung
berdasarkan
gas
yang
mempunyai spesifik gravitas = 1,00. Bila gas yang akan dihitung mempunyai spesific gravity tidak sama dengan 1,00, maka harus dikoreksi dengan rumus :
8.
Fg=
.............................................. ....................................... (2.21)
G
= Spesific gravity dari gas yang mengalir untuk udara = 1,000
1
G
Faktor Superkompresibilitas
Faktor ini merupakan koreksi terhadap penyimpangan dari sifat gas ideal. Hukum gas ideal PV = nRT, untuk gas nyata PV=ZnRT , dimana “Z” = faktor kompresibilitas. Untuk gas
38
bertekanan rendah harga “Z” mendekati “1” dan bila tekanan gas semakin tinggi harga “Z” semakin menyimpang dari “1”. Disamping tekanan, harga “Z” juga tergantung dari komposisi gas. Kandungan CO2 dan N2 juga mempengaruhi harga Fpv. 9.
Faktor Manometer
Faktor ini hanya berlaku untuk meter orifice jenis air raksa, sedangkan meter orifice jenis “bellow” atau kering Fm = 1. Fm digunakan untuk koreksi penyimpangan pengukuran kecil yang disebabkan oleh kerapatan gas di atas permukaan air raksa yang tidak sama yang disebabkan oleh ketidakseimbangan kolom karena perbedaan tekanan, yang tergantung pada tekanan statis, Sg dan suhu sekeliling. 10. Faktor Ekspansi Thermal Orifice
Faktor
ini
digunakan
untuk
koreksi
penyimpangan
pengukuran yang disebabkan oleh pemuaian atau penyusutan orifice bila suhu operasi berbeda dengan suhu standard pengukuran dimensi orifice. Faktor ekspansi dapat dihitung dengan persamaan : a) Bila orifice terbuat dari baja tahan karat 304 dan 316
{
( − 68)} ........................................... (2.22)
Fa = 1+ 0,0000185 F
b) Bila orifice terbuat dari Monel
