Docstoc

Menggambar Teknik CARA MENGKAJI PIPING

Document Sample
Menggambar Teknik CARA MENGKAJI PIPING Powered By Docstoc
					CARA MENGKAJI PIPING & INSTRUMENTATION
DIAGRAM




Oleh: Cahyo Hardo Priyoasmoro

Moderator Milis Migas Indonesia
Bidang Keahlian Process Engineering
                                     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
cukup significant.

Tulisan ini diperuntukkan bagi mereka yang bekerja di front line operation, para operator, para
process 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 tebakan
ini 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
DAFTAR ISI

Prinsip Kerja Beberapa Alat Proses
               Separator
                      Prinsip Control Sederhana
                      Elemen Pengendali Akhir
                      Steap A head: Pengenalan kurva Karakteristik Sumur

               Pompa Sentrifugal
                     Karakteristik kurva pompa sentrifugal
                     Operasi seri-paralel
                     Minimum re-circulation
                     Prinsip control di pompa sentrifugal
                     Lead and lag principle

               Kompresor Sentrifugal
                    Karakteristik kurva
                    Surge
                    Stonewall
                    Prinsip control kompresor sentrifugal capacity vs surge control

Safety yang tergambarkan di P&ID
       Kekuatan 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-based
       Overpressure protection : separator, pompa, kompresor
       Overpressure protection : by-pass control valve, reducing flow (menggunakan RO,
       limited pipe 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 valve
     Tanda-tanda khusus
     Tipe pengendalian (selector, cascade, on-off)
     Memperhatikan catatan kaki
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 operasi
   3. Mengerti dasar-dasar process control atau pengendalian proses
   4. Mengerti tentang process safety

Sesungguhnya, P&ID hanyalah rangkuman operating manual suatu pabrik, sehingga, bagaimana
pabrik 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 menjadi
subyek di dalam P&ID.

Beberapa contoh aplikasi control system pada unit operasi di industri minyak dan gas bumi
bagian hulu.

Separator
Separator adalah bejana tekan yang digunakan untuk memisahkan campuran fluida berdasarkan
perbedaan densitasnya.



                                             PC




           LIC

                                                                     LC
Mengikuti hukum alam tentang pemisahan berdasarkan densitas, maka gas sudah pasti berada di
atas cairan. Dan pada umumnya, minyak atau kondensat akan berada di atas air. Glycol akan
berada di bawah air, dan seterusnya. Ini berarti, densitas gas < densitas minyak/kondensat <
densitas air < densitas glycol.

Kriteria pemisahan yang baik di dalam separator sedikit membutuhkan pengetahuan rancang
bangun separator. Prinsip dasar yang penting adalah:

   1. Kecepatan aktual gas di dalam badan separator harus lebih kecil dari kecepatan minimum
      butiran cairan yang jatuh secara gravitasi ke bagian bawah separator. Jika ini dilanggar,
      maka konsekuensinya adalah cairan dapat terbawa ke aliran gas. Ini dikenal sebagai liquid
      carry over. Kriteria ini umumnya tidak sensitive untuk separator biasa karena pada
      umumnya besaran separator bukan ditentukan oleh kriteria ini, melainkan waktu tinggal
      cairan di dalam separator. Akan tetapi, untuk suction scrubber kompresor, kriteria ini
      menjadi penting guna mencegah cairan masuk ke kompresor. Kalau cairan masuk ke
      kompresor, kira-kira apa yang akan terjadi?

   2. Waktu tinggal cairan. Jika hanya memisahkan gas dan cairan, angka ini lebih kecil
      dibandingkan dengan pemisahan cair-cair, yaitu antara minyak/kondensat dan air.
      Umumnya waktu tinggal untuk industri minyak dan gas bumi berkisar antara 1 sampai
      dengan 3 menit. Untuk pemisahan glycol dan air, dapat mencapai 30 menit. Coba tebak
      kira-kira mengapa demikian ! Waktu tinggal tersebut dapat digambarkan ke keadaan
      nyata di separator dengan jelas. Angka waktu tinggal dapat digunakan untuk tebakan
      kasar terhadap kapasitas suatu separator untuk memisahkan cairan dimasukannya. Untuk
      separator horizontal yang mempunyai diameter tertentu, semakin panjang separator,
      biasanya kapasitas pemisahan cairannya besar, sehingga dapat memisahkan laju alir fluida
      cair yang lebih besar. Diameter vessel tentunya juga menjadi pertimbangan meskipun
      tidak se-kritis dibandingkan dengan separator jenis vertikal. Untuk separator jenis
      vertikal, besarnya kapasitas separator dapat dilihat dari diameternya dan juga tingginya.
      Sebagai tambahan, separator vertikal mempunyai syarat minimum diameter vessel guna
      menghindari liquid carry over ke badan gas.
Membatasi aliran fluida ke separator karena dibatasi oleh kapasitas separator.


                                         FT

                                         FE

                                                             PC




                                          LIC
                                                                            LC
   DARI SUMUR
   MINYAK/GAS




                                    PC




                LIC

                                                   LC
Gambar di bawah menerangkan cara lain membatasi kapasitas separator yang lebih murah
meriah. Bisakah anda melihat perbedaannya dengan gambar separator sebelumnya?




                                    FT

                                    FE

                                                    PC




                                     LIC
 PI
                                                                 LC




                               PC




             LIC

                                            LC
Contoh Sistem Pengendalian yang lebih ruwet



    STATION
    RECYCLE
     VALVE
                                    LSS
                                            PY                                 PY        UY
                                                                                                                                      12% surge margin


                                                                                         LSS


                                                                                               12
                                                                                                  %
                                                                        rgin                          su
                                                                   ma                                   rg
                                                             rge                                             e
                                                        su                                                       m
                                                                                                                     ar
                                                    %                                                                  gi
                                                 12                                                                         n

                                      ASV                                                                                       ASV                                          ASV


                                                                                                                                                                                   FE

          PT   PT                                                                                                                                                            A                                      PT
                                                 FE                                                                                         FE
                                                                                    PT                                                                    PT                                      PT
                           PT                                                                    PT                                                                   PT




                                                                                                                                B
                                  GAS
                                TURBINE




                                                                                                                                                                                            IP
                                                             LLP                                                                                 LP                                     COMPRESSOR
                     SC                                  COMPRESSOR                                                                          COMPRESSOR

                             SPEED
                            CONTROL                                                                                                                                                       FCV- Continuous Recycle

                                                                                                                                                                    Set
                                                                                                                                                                   A-B
                                                                                                                                                               12.5 MMscfd




                      PY
Elemen Pengendali Akhir

Pada umumnya, elemen pengendali akhir dalam suatu loop control system adalah diwujudkan
oleh control valve. Control valve bekerja berdasar pada driving force-nya, yaitu hilang tekan atau
pressure drop antara masukan dan keluaran control valve tersebut.

Untuk suatu laju alir fluida yang akan melewati sebuah control valve, maka bukaan control valve
itu akan bersesuaian. Untuk suatu laju alir yang sama yang melewati sebuah control valve, jika
pressure drop (dp) – nya besar, maka bukaan control valve itu akan relatif kecil. Jika dp-nya
kecil, maka bukaan control valve itu akan relatif besar.

Jika laju alir fluida yang melewati control valve tersebut meningkat, melebihi kapasitas control
valve, maka yang terjadi adalah penumpukan fluida di upstream control valve tersebut.
Penumpukan ini bisa berupa kenaikan tekanan (jika fluidanya berupa gas), atau kenaikan
aras/level cairan (jika fluidanya cair). Fenomena ini sejatinya adalah hal yang umum sebagai
akibat dari hukum kekekalan massa.

Dua contoh berikut memberikan gambaran mengapa separator B secara praktis tidak bisa
diharapkan kinerjanya.




                                  SET @
                                 100 PSIG PC
                                                                              KE FLARE
                                                                               SYSTEM




                               SEPARATOR A
         LIC

                                                                   LC
Pada separator B, tidak ada pengendali tekanan di separator. Terlepas dari maksud desainnya,
kekurangan sejati dari separator ini adalah gaya penggerak atau driving force dari suatu control
valve jadinya bersifat floating atau tidak dikendalikan. Nilainya bervariasi, tergantung dari laju
masukan fluida dan juga tekanan di flare system.

Sebagai akibatnya, tekanan separator kemungkinan tidak stabil, dan berakibat berkurangnya
tekanan masukan ke control valve. Jika hal tersebut terjadi, maka control valve fasa cair (level
control valve, LCV) harus membuka lebar agar dapat mengalirkan cairan ke tujuannya. Jika
kapasitas LCV tersebut terlewati, maka sesuai dengan hukum kekekalan massa, maka akan terjadi
penumpukan cairan di separator B. Akibatnya akan terjadi level high-high. Pada kondisi ini,
separator harus dihentikan operasinya (di shutdown). Bahkan terkadang, seluruh operasi pabrik
harus berhenti akibat dari level high-high tersebut.


          FT
                             TEKANAN SEPARATOR SEDIKIT LEBIH TINGGI DARI
         FE                   FLARE SYSTEM (BIASANYA ANTARA 0 - 40 PSIG)


                                                                             KE FLARE SYSTEM




                                   SEPARATOR B

          LIC

                                                                           LC




Step a Head

Karakteristik Sumur

Di operasi produksi industri migas, kelakuan sumur bisa membuat aras/level cairan di separator B
tersebut meningkat cepat. Jadi ternyata, ada sebab lain yang mengakibatkan level high-high jika
kita “bermain-main” dengan setting pressure di control valve keluaran gas (PCV=pressure control
valve). Hal tersebut dapat pula terjadi di separator A, jika kita tidak hati-hati menurunkan setting
pressure di separator tersebut. Semakin rendah kita menurunkan setting pressure di separator A,
maka laju alir dari sumur akan membesar mengikuti kurva-nya.

Kenapa terkadang setting tersebut “dimain-main”kan? Tentu saja karena dalam rangka optimasi
pabrik. Apa yang akan dioptimalkan? Gas atau minyak atau kedua-duanya, hal tersebut tentunya
harus jelas dahulu.

Pertanyaan paling mendasar yang harus kita ketahui adalah, apa yang akan terjadi pada sistem
unit operasi terpasang jika tekanannya kita turunkan? Jawabannya bisa ada dua, yaitu aras/level
di separator akan naik atau tidak akan ada kenaikan level di separator. Pendapat pertama
berasumsi bahwa level naik karena kapasitas LCV di keluaran separator tentunya berkurang
karena berkurangnya pressure drop yang merupakan tenaga penggerak LCV tersebut. Jawaban
kedua berasumsi bahwa LCV-nya cukup, sehingga hanya bukaan control valve-nya saja yang
membesar. Pendapat kedua ini mungkin benar kalau hanya melihat dari sisi ini belaka, akan tetapi
control mode terpasang juga ikut menentukan mengingat neraca massa di sistem sekitar separator
jelas berubah, yang mungkin berarti gain proses juga berubah. Rincian penjelasan mengenai hal
ini tidaklah dibahas pada tulisan ini.

Anyway, sampai batas mana kita dapat menurunkan tekanan separator agar supaya produksi jadi
maksimal? Ini adalah pertanyaan yang butuh analisa lebih sedikit mendalam.

Misalnya,

Yang diinginkan adalah menaikkan minyak sebanyak-banyaknya dengan cara menurunkan
tekanan separator, maka yang harus di periksa adalah:

   1. Apakah production engineering confirm akan hal ini misalnya dengan melakukan analisa
      bentuk dari kurva sumur. Jika kurvanya cenderung datar, hasil yang diharapkan biasanya
      insignificant.
   2. Bagaimana kelakuan dari gas yang terlepas akibat penurunan tekanan tersebut? Apakah
      jumlahnya lebih banyak dari minyak yang akan dihasilkan? Jika yang dioptimalkan adalah
      minyak dan bukan gas, fenomena di atas perlu dipertimbangkan. Jangan sampai justru
      malah menjadi kehilangan minyak yang cukup significant.
   3. Yang ketiga, tentunya melakukan pemeriksaan kapasitas separator. Karena umumnya
      adalah separator 3 fasa, maka perlu dicari faktor pembatas dari separator ini. Apakah di
      fasa gas atau di fasa cair. Faktor pembatas ini tentunya dari sisi pemisahan yang masih
      diijinkan untuk separator terpasang. Jikalau faktor ini yang menjadi pembatas dan tidak
      dapat ditawar lagi, maka parameter operasi yang baru harusnya mengacu ke hal ini.
   4. Pemeriksaan instrumentasi terkait selanjutnya adalah yang harus dilakukan. Apakah
      control valve terpasang mampu mengontrol aliran yang jumlahnya akan meningkat?
      Bagaimana pula dengan kapasitas PSV terpasang? Dan lain sebagainya.
   5. Apakah masih ada faktor pembatas yang lain, seperti misalnya erosional velocity yang
      diijinkan, dsb.
                                KURVA KINERJA SUMUR
TEKANAN SEMBUR SUMUR




                        SYSTEM HEAD,
                       TUBING SUMUR +
                       PIPE AT SURFACE

                                                                               Q2 > Q1




                                                           Q1,    Q2,
                            LAJU ALIR
                                                         P = 100 P = 40
                                                          PSIG   PSIG

Pertanyaan-pertanyaan di atas sebenarnya hanyalah contoh saja, guna memancing kita berpikir
ketika melihat suatu bagan P&ID. Mungkin saja pertanyaan tersebut terlalu jauh bagi seorang
operator produksi, tetapi seharusnya adalah hal yang biasa bagi seorang facilities atau process
engineer.

Berbincang tentang separator, sebenarnya ada berbagai macam tipe dan bentuk. Dari internalnya
saja terlihat bahwa separator tergambar di atas tersebut adalah bertipe horizontal dengan
controlnya menggunakan prinsip interface. Yang namanya Interface, atau perbatasan, biasanya
adalah daerah rawan, sehingga kalau bisa diubah supaya menjadi tidak rawan. Rawan di sini
maksudnya adalah rentan gangguan terutama pada pengukuran di sekitar interface-nya guna
keperluan pengendalian control valve-nya. Untuk itulah kemudian orang menciptakan separator
horizontal yang bertipe bucket dan weir.
Separator horisontal jenis bucket dan weir




                                             PC




                                SEPARATOR C

                                                                   LC


                                      LIC




Separator jenis tersebut di atas punya keunggulan yaitu jenis pengendalian level atau aras cairan
yang tidak ada interface-nya. Secara umum, sistem controlnya lebih handal. Kelemahan sejati
dari bucket dan weir adalah karena sifat pemasangannya, menyebabkan ada daerah yang
menyempit di bawah bucket-nya, sehingga jika fluida sumur banyak mengandung pasir halus,
maka maintenance dari separator jenis ini lebih sering dibanding dengan yang berjenis interface.

Dan juga, karena batasan dari weir yang ketika dirancang umumnya mengikuti komposisi cairan
fluida yang masuk, pada jika terjadi perubahan komposisi antara minyak/kondensat dengan air,
ada kemungkinan, weir-nya harus diatur. Untuk mengakomodasi permintaan ini, biasanya
seorang design engineer akan merancang separator jenis ini dengan menambahkan mekanisme
weir yang dapat diatur, atau dikenal sebagai adjustable weir.

Jika lebih jeli melihat perbandingan bentuk antara jenis interface dan bucket & weir, ada
kemungkinan ketika merancang bejana ini, jenis yang bucket & weir mempunyai panjang bejana
yang lebih daripada yang berjenis interface. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan waktu
tinggal yang sama/identik jika menggunakan yang berjenis interface. Untuk separator horizontal,
waktu tinggal pemisahan fasa cair-cair, yaitu antara air dan minyak/kondensat adalah fungsi kuat
dari panjang separator. Jika separatornya lebih panjang, tentunya butuh material lebih banyak,
yang artinya US$, Rp, ….

Detil dari perancangan tidaklah dibahas dalam tulisan ini. Akan tetapi, untuk sedikit membuka
wawasan, yang diperlukan dalam perancangan separator jenis ini, selain besaran umum lainnya,
adalah: prinsip tekanan hidrostatik dan bejana kesetimbangan serta nature dari impurities fluida
serta seberapa kritis ketepatan level control yang diharuskan. Silakan baca buku berikut untuk
memperdalam wawasan:

   1. Surface Production Operation karangan Maurice Stewart PhD
   2. G4 Gas Conditioning and Processing dari John Campbell

Keterangan di atas mungkin tidak terlalu berguna bagi seorang operator. Yang mungkin berguna
baginya adalah ketika di lapangan, penentuan secara visual, mana yang berjenis interface dan
mana yang bucket & weir secara langsung tanpa melihat P&ID.

Kalau kedua separator tersebut digambarkan di bawah dan diwarnai dengan warna kuning untuk
fluida gas, warna hijau untuk minyak/kondensat, dan warna biru untuk produced water, tebaklah
mana yang berjenis interface dan mana yang berjenis bucket & weir.
SEPARATOR X




SEPARATOR Y
Pompa Sentrifugal

Apakah pompa itu? Pertanyaan ini mungkin terlalu sederhana jika harus dilontarkan kepada
mereka yang sudah bekerja di suatu pabrik, bahkan bagi orang awam sekalipun.

Pompa secara sederhana didefinisikan sebagai alat transportasi fluida cair. Jadi, jika fluidanya
tidak cair, maka belum tentu pompa bisa melakukannya. Misalnya fluida gas, maka pompa tidak
dapat melakukan operasi pemindahan tersebut. Teknologi sekarang sudah jauh berkembang di
mana mulai diperkenalkan pompa yang multi-phase, yang maksudnya bisa memompakan fluida
cair dan gas. Anyway, di tulisan ini, hanya akan dibahas tentang pompa yang mengalirkan fluida
cair, dan topiknya dipersempit untuk yang berjenis sentrifugal.

Berikut adalah kasus nyata di lapangan tentang pompa sentrifugal:

   1. Pompa di test dengan cara dialirkan ke udara bebas tetapi motornya terbakar
   2. Ragu-ragu menutup discharge pompa ketika akan memeriksa kinerja pompa karena takut
      motornya terbakar
   3. Variable speed pump dinaikkan rpm-nya sehingga pompa malah bergetar
   4. Mencoba menaikkan kapasitas pompa dua kali lipat dengan menjalankan pompa stand-by
      tetapi kenaikkan dua kali kapasitas tidak pernah terjadi
   5. Just only Shut-off test for pump is enough (?)
   6. Saya tidak tahu bagaimana membaca kurva pompa
   7. Bagaimana cara membaca P&ID sistem pompa dan mengartikannya ?
   8. dan lain sebagainya


Bersambung…….

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:489
posted:8/24/2011
language:Spanish
pages:16