Cara_Mengkaji_P&ID_-_Kompresor_1

7/31/2019 Cara_Mengkaji_P&ID_-_Kompresor_1

1/13

CARA MENGKAJI PIPING & INSTRUMENTATION

DIAGRAM

Oleh: Cahyo Hardo Priyoasmoro

Moderator Milis Migas Indonesia

Bidang Keahlian Process Engineering


2/13

PENDAHULUAN

Menurut hemat saya, selama bekerja di operasi produksi pabrik minyak dan gas bumi industri

hulu, terlihat bahwa kekurangsempurnaan seseorang dalam mengartikan gambar P&ID terletak

pada pengetahuan yang kurang terhadap unit operasi, keterkaitan antar unit operasi, plant safety,serta perhatian detil pada catatan-catatan kaki di P&ID itu sendiri. Tidak dimengertinya atau tidak

dibacanya Process Flow Diagram atau PFD juga merupakan faktor penyumbang yang cukupsignificant.

Tulisan ini diperuntukkan bagi mereka yang bekerja di front line operation, para operator, paraprocess engineer, operation engineer, dan mereka yang berminat terhadap surface facility

operation. Diusahakan dalam tulisan ini, seminimal mungkin menghilangkan hal-hal yang terlalu

teknik karena konsumen utamanya adalah para operator dan pekerja lapangan.

Di dalam tulisan ini, ada beberapa tebakan yang memancing para pembaca untuk berpikir.

Diusahakan tebakannya adalah hal-hal praktis yang akan ditemui di lapangan. Jawaban tebakanini ada di halaman akhir tulisan.

Beberapa bagian dari tulisan ini pernah dipublikasikan di milis migas Indonesia, ataupun milis

Teknik Kimia ITB, hanya saja sedikit diubah guna mendukung tema dari tulisan ini.

Semoga berguna dan tiada maksud untuk menggurui.

Salam,

Cahyo Hardo


3/13

DAFTAR ISI

Prinsip Kerja Beberapa Alat ProsesSeparator

Prinsip Control Sederhana

Elemen Pengendali Akhir

Steap A head: Pengenalan kurva Karakteristik Sumur

Pompa SentrifugalPrinsip kerja pompa sentrifugal

Karakteristik kurva pompa sentrifugal

Operasi seri-paralel

Minimum re-circulationPrinsip control di pompa sentrifugal

Lead and lag principle

Kompresor Sentrifugal

Karakteristik kurvaSurgeStonewall

Prinsip control kompresor sentrifugal capacity vs surge control

Safety yang tergambarkan di P&IDKekuatan material yang tertampilkan di P&ID

MAWP vessel, pipa, serta flange

Kelas-kelas kekuatan pipa (ANSI rating, API rating)Specification Break

Pengenalan Pressure Safety Valve: konsep perancangannya

Shutdown System instrumented-basedOverpressure protection : separator, pompa, kompresor

Overpressure protection : by-pass control valve, reducing flow (menggunakan RO, limitedpipe diameter), fail-safe condition (control valve fail open, fail closed, fail at last

position), lock open dan lock closed

Sistem pembuangan fluida (Flare system, burn pit)

Membaca P&ID

Pengenalan Legenda

Pengenalan valveTanda-tanda khusus

Tipe pengendalian (selector, cascade, on-off)Memperhatikan catatan kaki


4/13

Cara Mengkaji P&ID dengan benar

Apa P&ID itu? Adalah Piping and Instrumentation Diagram

Syarat untuk dapat mengkajinya:

1.

Adanya PFD (Process Flow Diagram)2. Mengerti dasar-dasar/prinsip kerja unit operasi serta kelakuan masukan dan keluarannya

serta keterkaitan antar unit operasi3. Mengerti dasar-dasar process control atau pengendalian proses

4. Mengerti tentang process safety

Sesungguhnya, P&ID hanyalah rangkuman operating manual suatu pabrik, sehingga, bagaimanapabrik itu dioperasikan, dapat terlihat dengan jelas. Terkadang, jika lebih jeli, maka konsep safety

dari suatu pabrik dapat pula dilacak. Semuanya sangat tergantung, sampai sejauh mana kita gali.

Adalah hal yang penting bagi para pembaca P&ID untuk mengerti unit operasi yang menjadisubyek di dalam P&ID.


5/13

Bab 3 Kompressor Sentrifugal

Kompresor sentrifugal memainkan peranan yang sangat penting di pabrik pengolahan minyak dangas bumi, khususnya pada daerah konsesi yang sudah mature atau pada daerah yang tekanannya

sudah menurun. Ketika tekanan di sumur sudah tidak mampu mengangkat fluida dan

mentransportasikannya ke tempat tujuan, salah satu alat yang digunakan untuk memfasilitasinya

adalah kompresor.

Mengingat pentingnya peranan kompresor sentrifugal tersebut, maka saya memasukkannyasebagai daftar unit proses yang harus diketahui oleh para pekerja di lapangan, para process dan

facility engineer, dan orang yang mau mengerti cara mengkaji P&ID.

Gambar berikut adalah gambar-gambar sederhana P&ID suatu sistem kompresor sentrifugal.

Gambar 3.1

TO

ANTI SURGE

VALVE

COMPRESSOR

COOLER

DELIVERY

POINT

GAS

FEED

PCV-1

LCV-2

GAS

TURBINE

SET @

XXX PSIG

SPEED

CONTROL

TO F

BLOWDOWN

VALVE

PSHH

PSV-1

SEPARATOR

LCV-1

PT

LARE

PSV-2PSV-3


6/13

Gambar 3.2

ANTI

SURGEVALVE

COMPRESSOR

A

COOLER

FEED

GAS

PCV-1

LCV-2

GASTURBINE

SPEED

CONTROLTO

FLARE

BLOWDOWN

VALVE

PSV-2 PSV-3

PTPSV-1

SEPARATOR

ANTI SURGEVALVE

COMPRESSOR

B

COO

GASFEED

PCV-4

LCV-5

PSV-5 PSV-6

PT

PSV-4

SEPARATOR

PSHH

LCV-1

PSHH

LCV-4

LC

LC

SPEED

CONTROL

LSHH

LSHH

TO

FLARE

TO

FLARE

FROM

PLATFORM

A

FROM

PLATFORM

B

GASTURBINE

COMPRESSOR A

SHUTDOWN

COMPRESSOR B

SHUTDOWN

MAIN PROCESSING PLATFORM - COMPRESSION STATION

VALVE X1

VALVE Y2

LC VALVE X2

DP

LC VALVE Y1DP


7/13

Gambar 3.3

FEED GAS

FROM

SATELLITES

PSV-1

SEPARATOR

PSHH

LCV-1

LSHH

PSV-4

SEPARATOR

PSHH

LCV-4

LSHH

FE FC

ANTI

SURGEVALVE

COMPRESSOR

A

COOLERGASTURBINE

SPEED

CONTROL

B

PSV-2PSV-3

PT

LCV-2

ANTI SURGEVALVE

COMPRESSOR

B

CO

PCV

LCV-5

PSV-5 PSV-

SPEED

CONTROL

TO

FLARE

GASTURBINE

PLANT RECYCLE

VALVE

PT

PT

SET @

320 PSIG

SET @

320 PSIG

SET @

290 PSIG

SET @

350 PSIG

SET @

420 PSIG

SET @

420 PSIG

TO SIMILAR

COMPRESSOR

SYSTEM C, D,X


8/13

Pada kebanyakan kasus, kompresor sentrifugal dirancang berkapasitas lebih besar dari kompresor

bolak-balik (reciprocating). Berdasarkan pengalaman, pemasangan kompresor sentrifugal untuk

kapasitas lebih besar lebih menguntungkan daripada memasang kompresor jenis bolak-balik.

Prinsip-Prinsip Dasar

Sebelum kita dapat membaca P&ID kompresor di atas secara komprehensif, tentunya langkah

awal adalah mengerti prinsip dasar dari kompresor sentrifugal. Ada banyak korelasi prinsip dasardi kompresor sentrifugal, mulai dari sisi termodinamikanya sampai ke penentuan vector

kecepatan gas di tip impeller. Akan tetapi, tulisan ini membatasi hanya pada prinsip dasar yang

terlihat jelas di lapangan.

Perhatikan suatu contoh pertanyaan dasar tentang kompresor yang harusnya dapat dijawab oleh

seorang fresh graduate lulusan teknik kimia, mesin dan perminyakan.

1. Dari dua dimensi pipa pada gambar berikut, manakah suction line dan manakah yang

discharge line?

2. Jika fluida gas mengalir di dalam pipa tersebut, yaitu masuk dan keluar kompresor, manakah

yang mempunyai kecepatan actual volumetric yang lebih tinggi?

3. Manakah yang mempunyai laju alir volumetric pada keadaan standard yang lebih besar

(dalam MMSCFD)?

KOMPRESOR

12 inch

8 inch

Pertanyaan-pertanyaan dasar tersebut mengharuskan kita membuka kembali teori dasar tentang

hukum gas yang ditemukan oleh Gay-Lussac yang dikenal sebagai hukum gas ideal.

Hukum gas ideal disempurnakan dengan memasukkan factor kompresibilitas gas yang biasanya

dinotasikan dengan huruf Z, sehingga menjadi seperti demikian:

P V = n R T Z

Harga Z akan semakin mendekati satu jika tekanan system fluida gas tersebut mendekatiatmosferik, katakanlah pada 1 atm atau 14.7 psia. Semakin tinggi tekanan, maka gas akan


9/13

semakin mampat. Pernyataan ini dapat menjadi indikasi untuk menjawab pertanyaan awal di

paragraph sebelumnya (nomor 1).

Ketika gas ditekan sehingga tekanannya naik, tentu saja temperaturnya akan naik. Bagaimanakah

laju alirnya? Laju alir massanya adalah tetap mengikuti hukum kekekalan massa. Laju alir

volumetric dalam keadaan standard juga tetap. (Kenapa?). Yang berubah adalah laju alir

volumetric.

Perhatikan persamaan gas ideal yang dimodifikasi untuk suatu keadaan tertentu.

PV = n R T Z

V diubah menjadi Q, laju alir actual pada kondisi P dan T.

Jika P dan T ditetapkan misalnya pada 600 psia dan 100 F, maka berapakah laju alir actual gas

setelah dikompresi dan didinginkan kembali ke temperatur awal pada tekanan 1500 psia? Catatan,pendinginan diasumsikan menggunakan aftercooler.

Jawab:

Hukum kekekalan massa, di mana massa gas masuk = massa gas keluar

Hukum kekekalan mol di mana mol gas masuk = mol gas keluar

Sehingga:

P1Q1/RT1Z1 = P2Q2/RT1Z2.

Jika diasumsikan angka Z tidak berubah banyak dan dapat diabaikan sedangkan T1 = T2,

bagaimanakan angka Q2 terhadap Q1?

Dengan manipulasi matematik sederhana, maka Q2 = Q1 x P1/P2. Atau Q2 = Q1 x 600/1500.

Artinya adalah Q2 lebih kecil dari Q1, sehingga laju alir actual volumetric gas yang dikompresilebih kecil dari laju alir gas actual gas yang masuk ke kompresor.

Ingatlah, salah satu kriteria perancangan pipa adalah hilang tekan dalam hal keekonomiannya.

Sebaiknya, laju hilang tekan dibuat sekecil mungkin sampai ke suatu harga yang ekonomis.Hilang tekan adalah fungsi kuat kecepatan aktual fluida, yang berarti pula fungsi kuat dari laju

alir aktual fluida. Sehingga, diameter pipa gas keluaran kompresor jadi lebih kecil dari diameter

pipa masukan. Pernyataan ini melengkapi pernyataan sebelumnya untuk menjawab pertanyaanawal (nomor 1 dan 2).

Dengan berbekal ini pula kita dapat menjawab pertanyaan:

Kenapa diameter pipa flare header biasanya lebih besar dari sistem yang bertekanan lebih

tinggi?

Manakah yang menghasilkan hilang tekan lebih besar untuk laju gas sebesar 100 MMSCFD, jika

masing-masing dialirkan pada pipa yang berdiamater identik, tetapi yang satu beroperasi pada

tekanan tinggi, dan yang satu beroperasi pada tekanan yang lebih rendah?


10/13

Prinsip Kerja Kompresor Sentrifugal

Fungsi dari sebuah kompresor adalah untuk menaikkan tekanan suatu gas. Tekanan gas dapatdinaikkan dengan memaksakan untuk mengurangi volumenya. Ketika volumenya dikurangi,

tekanannya naik. Sebuah kompresor positive displacement, memaksa gas dengan cara ini.

Tetapi sebuah kompresor sentrifugal mencapai kenaikkan tekanan dengan dua tahap. Kompresor

ini menambah energi pada gas dalam bentuk kecepatan (energi kinetik) dan kemudian merubahbentuk ini menjadi energi tekanan.

Sebuah kompresor sentrifugal menggunakan konsep kecepatan-tekanan untuk menaikkan tekanan

gas. Gas masuk ke sebuah impeler yang berputar melalui mata (eye). Vanes (daun impeler)

mendorong gas ke sisi luar, melemparkan gas melalui jalur tertentu pada kecepatan tinggi.

Gasnya dilemparkan ke jalur diffuser dan volute yang berada disekitar impeler, yang relatifmemiliki volume besar, jadi kecepatannya terhambat dengan cepat. Energi kecepatan diubah

menjadi energi tekanan, dengan demikian tekanannya meningkat.

Kurva Kinerja Kompresor Sentrifugal

Seperti pada pompa sentrifugal, kompresor sentrifugal juga menunjukkan daya jelajah operasinya

yang dirangkum dalam suatu kurva kinerja. Lalu apa gunanya kurva kinerja tersebut? Salah satu

kegunaannya adalah untuk mengevaluasi kinerja kompresor terpasang, atau mengoptimalkankinerja kompresor terpasang.

Ada beberapa cara menampilkan kurva kinerja kompresor, misalnya, kurva yang menampilkan

isentropic head vs actual flow, discharge pressure vs Flow pada keadaaan standard, atau kurvayang menampilkan hubungan antara pressure ratio (discharge/suction) vs flow pada keadaan

standard. Untuk dapat di plot, beberapa parameter ditetapkan seperti SG gas, temperatur suction,

serta suction pressure atau discharge pressure salah satunya ditetapkan konstan. Kurva kinerjayang disarankan untuk digunakan untuk kompresor terpasang adalah kurva yang menunjukkan

hubungan antara isentropic head vs actual flow, karena relatif besarannya tidak berubah meskipun

beberapa parameter operasi berubah drastis (kecuali sg gas tentunya).

Berikut adalah salah satu contohnya.

Gambar 3.2 Contoh Kurva Kinerja Kompresor


11/13

KURVA KINERJA KOMPRESOR SENTRIFUGAL

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

500 1000 1500 2000 2500 3000

INLET VOLUME FLOW, CFM

ISENTROPIK

HEAD,FT-LBF/LBM

15700 RPM

15000 RPM

14000 RPM

13000 RPM

12000 RPM

11000 RPM

10000 RPM

SURGELIMIT

70%73%

75%

73%

70%

66%

60%

RATIO OF SPECIFIC HEATS 1.25

SPECIFIC GRAVITY 0.7

SUCTION TEMPERATURE 110 F

SUCTION PRESSURE 250 PSIA

Dengan menggunakan kurva diatas, periksalah kelakuan kompresor tersebut.

Disebutkan tekanan suction-nya adalah 250 psia, dengan tekanan discharge-nya 800 psia. AsumsiZ = 0.94.

Q standard = 50 MMscfd

K (ratio of specific heat) = 1.25

SG = 0.7

Jawab:

H isentropic head = (T suction + 460) (Z)/(SG) (53.35)(k)/((k-1)) x ((Pdish/P suc) ((k-1)/k) 1)

Q actual = 19.631 Q std x (T suc + 460) (Z)/P suction

HP = 0.16057 (H isentropic) (Q std) (SG) / (eff isentropic (%) x eff mechanic (decimal))

Catatan: asumsi eff mechanic = 0.98

T discharge = T suction + (T suction + 460)/ (eff isen/100) x ((Pdish/P suc)((k-1)/k)

1).

Jika kita bermain-main dengan rumus-rumus di atas dengan mengubah suction pressure menjadi

270 dari 250 psia serta tekanan dischargenya naik menjadi 900 psia, maka hasilnya:


12/13

Point A Point B

P suction = 250 psia P suction = 270 psia

P discharge = 800 psia P discharge = 800 psiaH isentropic = 53427 Ft-Lbf/Lbm H isentropic = 49500 Ft-Lbf/Lbm

Q act = 2103 CFM Q act = 1948 CFM

Q std = 50 MMscfd Q std = 50 MMscfd

Eff. Isentropik = 71% Eff. isentropik = 72%HP = 4315 HP = 3942

Point C Point D

P suction = 250 psia P suction = 270 psia

P discharge = 900 psia P discharge = 900 psia

H isentropic = 59563 Ft-Lbf/Lbm H isentropic = 55537 Ft-Lbf/LbmQ act = 2103 CFM Q act = 1948 CFM

Q std = 50 MMscfd Q std = 50 MMscfd

Eff. Isentropik = 73% Eff. Isentropik = 73%HP = 4679 HP = 4362

Hasil dari keempat simulasi tersebut ditampilkan di kurva sebagai berikut:

Gambar 3.3, Posisi relatif hasil simulasi pada kurva kinerja kompresor.

KURVA KINERJA KOMPRESOR SENTRIFUGAL

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

500 1000 1500 2000 2500 3000

INLET VOLUME FLOW, CFM

ISENTROPIK

HEAD,FT-LBF/LBM

15700 RPM

15000 RPM

14000 RPM

13000 RPM

12000 RPM

11000 RPM

10000 RPM

SURGELIMIT

70%73%

75%

73%

70%

66%

60%

RATIO OF SPECIFIC HEATS 1.25

SPECIFIC GRAVITY 0.7

SUCTION TEMPERATURE 110 F

SUCTION PRESSURE 250 PSIA

A

B

C

D


13/13

Semua point yang ada berbasis pada laju alir gas standard sebesar 50 MMscfd. Pada point B,

terlihat bahwa karena suctionnya dinaikkan, maka kebutuhan energi juga menurun karena rasio

kompresi otomatis turun. Artinya, jika power yang tersedia masih cukup, maka denganmenaikkan suction kompresor dapat menaikkan laju alir gas yang dikompresi. Kegunaan lain

seperti pada point D, untuk merespon backpressure yang naik dari 800 menjadi 900 psia,

menaikkan suction dari 250 ke 270 psia, dengan kebutuhan power yang naik sedikit, akan mampu

menjaga lagu alir gas sebesar 50 MMscfd. Point C adalah kondisi di mana operator tidakmelakukan tindakan apa-apa untuk merespon kenaikan backpressure di discharge compressor.

Kesimpulan:

Jika gas masih banyak tersedia dan power masih cukup tersedia, maka menaikkan suction

pressure kompresor dapat dijadikan suatu cara untuk menaikkan kapasitas kompresi suatu

kompresor sentrifugal. Pada beberapa kasus, ada juga kemungkinan juga untuk menurunkantekanan discharge, misalnya pada kasus kompresor yang terletak di upstream sebuah kompresor

lain. Masalah optimasi di kasus ini tentunya berbeda dengan menaikkan suction pressure.

Step a head.

Menaikkan suction kompresor guna menaikkan kapasitas kompresor tidaklah sesederhana kita

membaca kurva kompresor itu sendiri. Keterkaitan antar unit proses perlu ditelaah lebih lanjutguna menentukan bagian dari sistem pabrik yang potensial menjadi pembatas. Hal ini valid pula

untuk kasus menurunkan tekanan discharge kompresor. Manakah yang lebih sensitif untuk

mendapatkan kenaikan laju kompresi gas, dengan menaikkan suction atau menurunkan dischargepressure? Pertanyaan tersebut hanya dapat dijawab kasus per kasus karena memang berbeda.

Hal-hal yang perlu dilihat sebelum melakukan perubahan setting kompresor guna menaikkan

kapasitasnya akan dibahas lebih rinci pada bagian akhir tulisan bab kompresor ini.

Referensi untuk bab ini:

Cahyo Hardo, The Beauty of Centrifugal Compressor, tulisan di milis Teknik Kimia ITB.

Cahyo Hardo, Compressor Centrifugal 2, tulisan di Milis Migas Indonesia.Performance Evaluation of Centrifugal Compressors, Solar Turbines.

Centrifugal Compressor, Petroleum Training Program LTD by Olan Boyd & Ward Rosen,

Houston, Texas.

Bersambung..

Documents

Cara_Mengkaji_P&ID_-_Kompresor_1