Syntax Literate : Jurnal Ilmiah Indonesia – ISSN : 2541-0849 e-ISSN : 2548-1398
Vol. 3, No 3 Maret 2018
Indah Dhamayanthie, Mohamad Ari Nugroho
Program Studi D-III Teknik Kimia AKAMIGAS BALONGAN Indramayu Email: [email protected]
Proses di Stasiun Pengumpul adalah minyak dan gas yang berasal dari sumur X, dialirkan ke manifold header. Minyak dan gas akan dipisahkan dengan separator dua fase. Minyak mengalir ke Free Water Knock Out, dan gas outuputnya masuk kedalam scrubber, untuk mengurangi kadar air yang terikut. Gas kemudian dinaikan tekanannya di kompresor. Gas Kompresor yang digunakan adalah jenis reciprocating doubeleacting/multistage. Gas kompresor ini mampu menaikan tekanan gas dari 29 psig sampai 430 psig, sedangkan pada aktualnya gas kompresor ini bekerja dari 22 psig sampai 340 psig. Hal ini menyebabkan volume aktual pada stage 1 dan stage 2 mengalami kenaikan dari data design dan volume aktual pada stage 3 mengalami penurunan dari data design. Besarnya volume aktual pada data design stage 1, stage 2 dan stage 3 adalah 1073 CFM; 803,22 CFM; 403,12 CFM secara berturut-turut. Sedangkan besarnya volume aktual pada data aktual stage 1, stage 2 dan stage 3 adalah 1133,57 CFM; 822,56 CFM; 394,49 CFM secara berturut-turut. Selain tekanan suction, variable lainnya yang memengaruhi adalah piston discharge, efisiensi volumetrik dan actual BHP. Efisiensi volumetrik pada data design didapatkan pada stage 1, stage 2, dan stage 3 adalah 78,47%; 82,89%,; dan 75,78% secara berturut-turut. Sedangkan data
aktual efisiensi volumetrik stage 1, stage 2, dan stage 3 adalah 82,94%; 84,88%;dan 74,27% secara berturut-turut. Total brake horsepower data design adalah 1385,62 BHP, sedangkan data aktualnya adalah 1013,15 BHP sehingga act BHP menurun dari data designnya.
Gas adalah salah satu dari tiga keadaan materi. Gas mempunyai sifat khusus yang tidak dimiliki oleh zat cair maupun zat padat. Jika suatu gas atau udara menempati suatu bejana tertutup maka pada dinding bejana tersebut akan bekerja suatu gaya. Gaya ini per satuan luas dinding disebut tekanan. Tekanan merupakan salah satu dari parameter atau
84
sifat penting dalam termodinamika. Berdasarkan dari persamaan gas ideal dapat diketahui ada beberapa faktor yang memengaruhi tekanan yaitu volume dan suhu.
Hubungan parameter tekanan dengan volum dapat diketahui dari pernyataan hukum Boyle yaitu “Jika gas dikompresikan (atau diekspansikan) pada temperature tetap, maka tekanannya akan berbandingan terbalik dengan volumnya”. Aplikasi dari hubungan parameter ini terdapat pada suatu alat yaitu Kompresor.
Kompresor adalah suatu alat atau mesin untuk memampatkan udara atau gas yang bertujuan untuk menaikan tekanan fluida. Kompresor mempunyai prinsip kerja dengan cara menurunkan volume sehingga menaikkan tekanan gas atau udaranya.
Adapun tujuan saya melakukan pengamatan dan penelitian ini adalah :
Mengetahui jenis dan spesifikasi gas kompresor G yang digunakan di Stasiun Pengumpul
Mengetahui data design dan data aktual pada gas kompresor G di Stasiun Pengumpul
Mengetahui pengaruh tekanan suction pada gas kompresor G terhadap kuantitas gas di Stasiun Pengumpul
Metode ini dilakukan dengan cara mengumpulkan data, yaitu data-data design gas kompresor dan Log Sheet Gas Kompresor G. Log sheet untuk gas komprsor ini biasanya di dapat dalam 1 hari dengan waktu rentangnya 3 jam sekali. Dalam data log sheet ini untuk perhitungan Pressure Ratio (Rc), Pistone Displacement (PD), Eficiency Voluemntric, dan Actual Break Horse Power . Selain itu log sheet ini dapat menjadi parameter kualitas air hasil pengolahan seperti tekanan suction dan tekanan discharge.
Dimana data yang diperoleh dari pengamatan secara langsung, wawancara dengan operator, dan study literature. Observasi lapangan yang pertama adalah mengunjungi Proses Stasiun Pengumpul dan unit Kompresor.
Gas Kompresor G merupakan alat yang berfungsi untuk menaikkan tekanan feed gas CP (Condensate Plant) dari 20 psig hingga mencapai sekitar tekanan 300 psig. Gas tersebut ditekan dengan Gas Kompresor G dengan jenis kompersor reciprocating
dengan tiga stage dan double acting. Proses kompresi yang terjadi adalah proses kompresi adiabatik.
Berikut ini pada Tabel 1 adalah data spesifikasi kompresor gas G dengan penggerak yaitu :
Gas Kompresor G | |
Nama Peralatan | Reciprocating Compressor |
Tag Number | TBN-CG-0006/00 |
Merk | Ariel |
Type | JGT/4 |
Serial Number | F-33370 |
Piston Rod Diameter | 2 in = 0,1667 ft |
Stroke | 4,5 in = 0,375 ft |
Speed | 1200 RPM |
Jenis Kompresor | Double Acting/Multistage (3 Stage) |
Engine | |
Nama Peralatan | Prime Mover / Engine |
Tag Number | TBN-GEG-0026/00 |
Merk | Waukesha |
Type | L7042GSI |
Serial Number | 5283700566 |
Countinous Engine Power | 1480 BHP |
1st Stage Cylynder- | |
Cylinder Bore (Diameter) | 16,75 in = 1,3958 ft |
Pressure Suction | 29 psig |
Pressure Discharge | 101,98 psig |
Pressure Ratio (psia/psia) | 2,671 |
Temperature Suction | 118 °F |
Temperature Discharge | 120 °F |
Capacity | 7,500 MMSCFD |
Clearence Volume Avg | 15,285% |
2nd Stage Cylynder | |
Cylinder Bore (Diameter) | 14,125 in = 1,1771 ft |
Pressure Suction | 99,04 psig |
Pressure Discharge | 212,38 psig |
Pressure Ratio (psia/psia) | 1,997 |
Temperature Suction | 118 °F |
Temperature Discharge | 120 °F |
Capacity | 7,500 MMSCFD |
Clearence Volume Avg | 19,62 % |
3rd Stage Cylynder | |
Cylinder Bore (Diameter) | 10,5 in = 0,875 ft |
Pressure Suction | 207,38 psig |
Pressure Discharge | 459,29 psig |
Pressure Ratio (psia/psia) | 2,134 |
Temperature Suction | 118 °F |
Temperature Discharge | 120 °F |
Capacity | 7,500 MMSCFD |
Clearence Volume Avg | 25,385 % |
Pengambilan data operasional gas kompresor dalam 1 hari adalah 8 kali dengan jarak pengambilannya adalah 3 jam. Berikut ini pada Tabel 2 adalah data operasi dari Gas Kompresor G pada tanggal 18-21 Mei 2017 yaitu :
Tabel 2 Data Operasi Komperesor Gas G
18 Mei 2017 | 1st Stage | 2nd Stage | 3rd Stage |
Ps (psig) | 22,75 | 72,25 | 146,625 |
Pd (psig) | 72,25 | 146,625 | 340 |
Rc | 2,32 | 1,85 | 2,20 |
Ts (°F) | 60 | 80 | 81 |
Td (°F) | 89,375 | 85,125 | 91 |
19 Mei 2017 | 1st Stage | 2nd Stage | 3rd Stage |
Ps (psig) | 23,1875 | 70,75 | 144,375 |
Pd (psig) | 70,75 | 144,375 | 338,125 |
Rc | 2,25 | 1,86 | 2,22 |
Ts (°F) | 60 | 80 | 81 |
Td (°F) | 94,25 | 85,25 | 90,5 |
20 Mei 2017 | 1st Stage | 2nd Stage | 3rd Stage |
Ps (psig) | 22,75 | 71,125 | 146,25 |
Pd (psig) | 71,125 | 146,25 | 340,625 |
Rc | 2,29 | 1,88 | 2,21 |
Ts (°F) | 60 | 80 | 81 |
Td (°F) | 91,75 | 83,375 | 90,25 |
21 Mei 2017 | 1st Stage | 2nd Stage | 3rd Stage |
Ps (psig) | 23,3125 | 71,5 | 146,25 |
Pd (psig) | 71,5 | 146,25 | 341,875 |
Rc | 2,27 | 1,87 | 2,22 |
Ts (°F) | 60 | 80 | 81 |
Td (°F) | 94,625 | 86,25 | 91,75 |
Keterangan :
Ps : Pressure suction (psig) Pd : Pressure discharge (psig) Rc : Ration Pressure
Ts : Temperature suction (°F) Td : Temperature discharge (°F)
Dapat kita lihat pada Tabel 3, spesifikasi umpan (feed gas) pada SP -. Tabel 3 Komposisi Gas SP tanggal 20 Mei 2017
Ratio of Specific Heat dipengaruhi oleh Molal Capacity Heat. Sedangkan untuk mencari nilai Molal Capacity Heat mempunyai data koefisien A dan B yang dipengaruhi oleh suhu inlet kompresornya. Nilai k yang didapatkan terdapat pada Tabel
4. Berikut ini adalah rumus yang digunakan untuk menghitung nilai Ratio of Specific Heat (k),
k = MCp
MCp-1,986
MCp = A + (B x T)......... Pers 12-5, hal 270, Ernest E. Ludwid
Keterangan :
k = Ratio of Specific Heat
MCp = Molar Heat Capacity (BTU/ lb. mol R) T = Temperatur inlet silinder kompresor (R)
Tabel 4 Data Ratio of Specific Heat (k)
k | |
1st Stage | 1,22 |
2nd Stage | 1,21 |
3rd Stage | 1,21 |
Berikut rumus yang digunakan untuk menghitung Piston Displacement. PD = (Ap – Ar/2).2.s.N ........................Pers 12-7A, hal 270, Ernest E. Ludwig
1728
Keterangan :
Ap = Luas piston diarea Head End (in2)
= (π/4) x D2
Ar = Luas piston diarea Crack End (in2)
= (π/4) x (D2 - d2)
D = Diameter silinder (in)
d = Diameter piston rod (in) S = Stroke (in)
N = speed (RPM)
Berikut data pada Tabel 5 menunjukan PD design dan aktual :
Tabel 5 Perbandingan PD design dan aktual
Data Design* | 1st Stage | 136 7,4 | 1st Stage | 1366, 69 |
2nd | 969, | 2nd | 969,0 | |
Stage | 6 | Stage | 6 | |
3rd | 531, | 3rd | 531,1 | |
Stage | 4 | Stage | 3 |
Keterangan :
*) = data design kompresor
Grafik 1 Perbandingan Piston Discharge design dengan aktual
Jika Grafik 1 dihubungkan dengan literatur Ernest E. Ludwig, bahwa piston discharge dipengaruhi oleh luas piston di head end, luas piston di crack end, Stroke, dan perputaran piston (RPM). Sehingga, karena stage 1 dengan mempunyai diameter yang lebih besar daripada stage 2 dan 3, maka piston discharge stage 1 juga akan lebih bessar dari pada stage 2 dan 3.
Kapasitas aktual dipengaruhi oleh efisiensi volumetrik dan piston discharge. berikut ini adalah rumus yang digunakan untuk menghitung nilai efisiensi volumentrik (ɳv) dan Kapasitas Aktual (Va),
ɳv = 100 – Rc – Vpc.(Rc1/k - 1)….Pers 12-16, hal 273, Ernest E. Ludwig
Va = PD . (ɳv)...............................Pers 12-14, hal 273, Ernest E. Ludwig
Keterangan :
Rc = Compresion Ratio (Pd/Ps) Pd = Pressure Discharge (psia) Ps = Pressure Suction (psia)
Tabel 6 Perbandingan Data Compression Ratio
Kompresor | Rc | ||
Stage 1 | Stage 2 | Stage 3 | |
Design | 2,67 | 2,00 | 2,13 |
18 Mei 2017 | 2,32 | 1,86 | 2,20 |
19 Mei 2017 | 2,26 | 1,86 | 2,,22 |
20 Mei 2017 | 2,29 | 1,88 | 2,21 |
21 Mei 2017 | 2,27 | 1,87 | 2,22 |
Rata-Rata Aktual | 2,29 | 1,87 | 2,21 |
Tabel 7 Perbandingan Efisiensi Volumetrik Design dan Aktual
Kompresor | ɳv (%) | ||
Stage 1 | Stage 2 | Stage 3 | |
Design | 78,47 | 82,84 | 75,86 |
18 Mei 2017 | 82,53 | 85,00 | 74,51 |
19 Mei 2017 | 83,24 | 85,00 | 74,13 |
20 Mei 2017 | 82,88 | 84,69 | 74,32 |
21 Mei 2017 | 83,12 | 84,84 | 74,13 |
Rata-Rata Aktual | 82,94 | 84,88 | 74,27 |
Jika Grafik 2 dihubungkan dengan efisiensi volumetrik dari literatur Ernest E. Ludwig, maka semakin tinggi nilai compresion ratio (Rc) maka semakin kecil nilai efisiensi volumetriknya begitupun sebaliknya, jika semakin kecil nilai compresion ratio (Rc) maka semakin besar nilai efisinesi volumetriknya.
Kompresor | Va (CFM) | ||
Stage 1 | Stage 2 | Stage 3 | |
Design | 1073,00 | 803,22 | 403,12 |
18 Mei 2017 | 1127,93 | 823,7 | 395,74 |
19 Mei 2017 | 1137,63 | 823,7 | 393,73 |
20 Mei 2017 | 1132,71 | 820,7 | 394,74 |
21 Mei 2017 | 1135,99 | 822,15 | 393,73 |
Rata-Rata Aktual | 1133,57 | 822,56 | 394,49 |
Grafik 3 Perbandigan Volume Aktual Design dan Aktual
Volume aktual adalah volume gas dalam keadaan tekanan dan temperatur pada daya isap. Sehingga volume aktual ini akan mempunyai nilai yang lebih kecil dari volume totalnya (piston discharge).
Jika Grafik 3 dihubungkan dengan rumus kapasitas aktual dari literatur Ernest E. Ludwig, maka semakin tinggi nilai efisiensi volumetriknya, maka volume aktualnya akan semakin besar. Begitupun sebaliknya, semakin kecil nilai efisiensi volumetrik maka semakin kecil volume aktualnya.
Berikut ini adalah rumus yang digunakan untuk menghitung nilai Act BHP yaitu,
Act BHP =
k
0,004364 x FL x k - 1 x [ {Ps x Va x (Rc
Keterangan :
(k-1)/k
-1)}.Lo]
FL = Frame loss (nilai FL diasumsikan untuk gas engine drive adalah 1.275) Lo = Loss Factor (Fig 12-15, hal 280,Ernest E.Ludwig)
Rc = Compresion Ratio
Sehingga, hasil data actual Brake Horsepower yang didapat pada data design dan aktual adalah :
Kompresor | Act Brakehorsepower (BHP | ||
Stage 1 | Stage 2 | Stage 3 | |
Design | 353,20 | 509,20 | 523,22 |
18 Mei 2017 | 272,33 | 354,46 | 390,19 |
19 Mei 2017 | 268,58 | 348,34 | 387,50 |
20 Mei 2017 | 268,93 | 354,94 | 390,69 |
21 Mei 2017 | 270,64 | 353,94 | 392,07 |
Rata-Rata Aktual | 270,12 | 352,92 | 390,11 |
Grafik 4 Perbandingan act BHP Design dan Aktual
Berdasarkan Grafik 4 bahwa actual brake horsepower pada data aktualnya mempunyai nilai yang lebih kecil daripada data designnya. Hal ini dipengaruhi nilai tekanan suction, compresion ratio, ratio of specific heat, loss factor, dan frame loss. Sehingga, hasil data Total aktual Brake Horsepower yang didapat adalah :
Tabel 10 Perbandingan Total BHP data design dan aktual
1016, | 1004, | 1014, | 1016, |
98 | 42 | 56 | 65 |
BHP 1385,62
Rata 1385,62 1013,15
Grafik 5 Perbandigan Total BHP Design dan Aktual
Jika Grafik 5 dihubungkan actual brake horsepower dari literatur Ernest E. Ludwig, maka pada data aktual mempunyai nilai total brake horsepower lebih kecil daripada data designnya karena tekanan suction aktual berada dibawah nilai tekanan suction designnya maka actual BHP dari data aktual mempunyai nilai lebih kecil daripada actual BHP dari data design.
Tabel 11 Rekapitulasi Data
Berdasarkan Tabel 11 diatas dapat dianalisa yaitu :
Gas Kompresor G mengalami penurunan tekanan suction pada data design dan dan data aktual disetiap stagenya.
Compresion ratio pada stage 3 mengalami penaikan, hal ini dikarenakan tekanan suction pada stage 3 lebih kecil dari data design dan membebani kerja stage 3 yaitu dari sekitar 145 psig menjadi sekitar 340 psig.
Efisiensi volumetris pada Gas Kompresor G mengalami kenaikan pada stage 1 dan stage 2 serta mengalami penurunan pada stage 3 dikarenakan pengaruh compression ratio yaang berbeda antara stage 1 dan stage 2 mengalami penurunan dengan stage 3 yang mengalami penaikan pada designnya.
Total Brake Horsepower pada Gas Kompresor G juga mengalami penurunan yang dikarenakan pengaruh penurunan tekanan suction, dan mengalami kenaikan compresion ratio dan volume aktual pada stage 3.
Stage kompresor menjadi lebih baik, maka maintance pada Gas kompresor G harus tetap dilaksanakan sesuai jadwal yang sudah dianjurkan.
Prinsip kerja kompresor yaitu menaikkan tekanan dengan menurunkan volumenya. Hal ini terbukti pada persamaan gas ideal. Berikut pada Grafik 5.7 adalah grafik tentang kondisi aktual kompresor dengan parameter tekanan dan volume actual.
Grafik 5.7 Hubungan Tekanan Suction dan Volume Aktual
Berdasarkan Grafik 5.7 dapat dilihat bahwa hubungan tekanan suction dan volume actual berbanding terbalik. Hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan gas ideal yaitu pada hukum Boyle yang berbunyi “Jika gas dikompresikan (atau diekspansikan) pada temperature tetap, maka tekanannya akan berbandingan terbalik dengan volumenya”. Sehingga semakin besar nilai tekanannya maka, semakin kecil pula volume yang dihasilkan.
Setelah melakukan pengamatan dan pengolahan data maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
Gas Kompresor G adalah Gas Kompresor dengan jenis Reciprocating dengan merk Ariel dan mempunyai spesifikasi Flow Rate 7,500 MMSCFD, speed 1200 RPM, dan kompresor dengan sistem double acting/multistage (3 stage).
Data design pada gas kompresor G mempunyai tekanan suction 29 psig, tekanan discharge 430 psig, temperatur suction 118 °F dan temperatur discharge 120 °F. Sedangkan data aktual pada gas kompresor G mempunyai tekanan suction sekitar 23±1 psig, tekanan discharge sekitar 340±1 psig, temperatur suction sekitar 60±1 °F dan temperatur discharge sekitar 90±2 °F.
Berdasarkan hasil perhitungan, didapatkan kesimpulan bahwa penurunan tekanan suction akan menurunkan nilai efisiensi volumetris pada gas kompresor yang menyebabkan penurunan volume aktual gas. Hal ini terbukti pada prinsip persamaan gas ideal tepatnya pada hokum Boyle.
Austin, George T. 1996. INDUSTRI PROSES KIMIA. Edisi 5. Diterjemahkan oleh: Jasjfi. Jakarta: Erlangga
Abdassar, Deddy. 1994. Teknik Eksploitasi Gas Bumi.Bandung:Institut Teknologi Bandung
Design Assistance Corporation. 211A. Axial Compressor Model . http://dacworldwide.com/product/detail/714/print Diakses pada tanggal 12/03/2017 pukul 20:16 WIB.
Hanlon, Paul C.2001.Compressor Handbook.Mc Graw Hill:NewYork.
Jr, Frank L. Evans. 1979. Equipment Design Hand book for Refineries and Chemical Plants Volume I Second Edition. Gulf Publisthing Company, Texas.
Ludwig, Ernest E. 1983.Applied Process Design For Chemical And Petrochemical Plants/Volume 3 Second Edition.Gulf Publishing Company:Houston.
Sularso dan Haruo Tahara. 2000.Pompa dan Kompresor Pemilihan Pemakaian dan Pemeliharaan. Pradyanya Paramitha:Jakarta.