Memahami Flow Measurement pada pengolahan migas I n s t r u m e n t a s i SMK TEKNIK PERMINYAKAN KELAS X SEMESTER 2

I. PENGUKURAN ALIRAN Aliran fluida (flow rate) ditentukan dengan mengukur kecepatan fluida atau perubahan energi kinetiknya. Kecepatan (velocity) tergantung pada selisih tekanan (DP) yang melalui pipa. Karena luas penampang pipa sudah diketahui, kecepatan rata-rata (average velocity) dapat memberi indikasi flow rate. Teknologi dan Rekayasa

Hubungan yang menentukan flow rate liquida : Q = V . A Dimana : Q = flow rate melalui pipa V = average velocity A = luas penampang pipa Faktor yang mempengaruhi flow rate : viscosity density serta gesekan dari liquida yang bersentuhan dengan dinding pipa. Teknologi dan Rekayasa

= Average fluid velocity, m/s D = Diameter pipa, m Kondisi aliran yang mempengaruhi hasil pengukuran aliran adalah Reynold Number (Re). Bilangan ini didefinisikan sebagai rasio antara gaya inersia liquida terhadap gaya yang menahannya (drag force) dan tidak mempunyai satuan. Dimana : Re = Reynolds number = Fluid density, kg/m3 = Average fluid velocity, m/s D = Diameter pipa, m  = Fluid viscosity, kg/m.s Teknologi dan Rekayasa

Berdasarkan bilangan Reynold-nya, flow dapat dibagi 3, yaitu : Jika Re < 2000, maka aliran tersebut bersifat LAMINAR (tidak dipengaruhi oleh dinding pipa) Jika Re > 10000, maka aliran tersebut bersifat TURBULEN (bentuk aliran pecah membentuk pusaran-pusaran asimetrik) Jika 2000 < Re < 10000, maka aliran tersebut bersifat TRANSITION (bentuk aliran adalah flat parabolic geometry dan disebut juga plug flow) Teknologi dan Rekayasa

Sebagian besar flow meter bekerja pada daerah laminar dan turbulent. Laminer Teknologi dan Rekayasa

JENIS-JENIS FLOW METER Pada umumnya flow meter tersebut dapat dikelom-pokkan ke dalam : differential pressure (DP), positive displacement (PD), mechanical, electrical , mass meter. Teknologi dan Rekayasa

DIFFERENTIAL PRESSURE (DP) FLOW METER Prinsip operasi DP flow meter berdasarkan pada pemikiran bahwa pressure drop diantara meter adalah sebanding derngan kwadrat dari flow rate. Pengukuran pressure drop sendiri dilakukan dengan menggunakan primary element, yang menyebabkan perubahan energi kinetik pada pipa. Jenis primary element ini diantaranya : orifice plate, venturi tube, pitot tube dan annubar. Selanjutnya secondary element mengukur DP yang terjadi dan mengeluarkan sinyal (read out) setelah dikonversi ke actual flow. Teknologi dan Rekayasa

a. Orifice meter Orifice adalah primary element yang paling popular. Orifice tersebut dari selembar plat baja dengan sebuah lubang yang besarnya tertentu. Tebal orifice berkisar dari 0,060 – 0,500 inch tergantung besar pipa. Orifice plate dipasang dengan cara diselipkan diantara 2 buah flange. Pressure tap pada kedua sisi flange berfungsi untuk mendeteksi selisih tekanan yang terjadi. Akurasi meter umumnya berkisar antara +0.5 hingga +5%. Teknologi dan Rekayasa

Orifice bore Ada 3 jenis orifice yang dikenal luas, yaitu : Concentric, Eccentric, dan Segmental. Concentric adalah yang paling umum dipakai pada clean fluids. Sangat cocok untuk aplikasi pengukuran gas, steam, clean hydrocarbon dan chemical. Eccentric design digunakan pada pengukuran fluida mengandung gas. Letak lubang secara eccentric memberikan jalan agar gas dapat lewat dengan bebas. Segmental design adalah pada pengukuran liquida mengandung solid. Posisi lubang di bawah akan memberikan keleluasaan partikel solid melewatinya. Teknologi dan Rekayasa

Orifice bore Concentric design Eccentric design Segmental design adalah yang paling umum dipakai pada clean fluids. Sangat cocok untuk aplikasi pengukuran gas, steam, clean hydrocarbon dan chemical. Eccentric design digunakan pada pengukuran fluida mengandung gas. Letak lubang secara eccentric memberikan jalan agar gas dapat lewat dengan bebas. artikel solid melewatinya. Segmental design Adalah pada pengukuran liquida mengandung solid. Posisi lubang di bawah akan memberikan keleluasaan partikel solid melewatinya. Teknologi dan Rekayasa

Orifice bore A). Concentric Teknologi dan Rekayasa

Orifice bore B). Eccentric C). Segmental Teknologi dan Rekayasa

Orifice edge Ada dua jenis sudut lubang orifice (edge) yang umum dipakai, yaitu sharp edge dan quadrant edge Sharp edge tanpa perlakuan khusus dapat dipakai untuk aliran dua arah. Quadrant edge dipakai untuk fluida dengan viskositas tinggi seperti slurry atau heavy crude, dimana biasanya bilangan Reynold-nya < 10000. Teknologi dan Rekayasa

Orifice edge Teknologi dan Rekayasa

Orifice edge A). Quadrant-Edged B). Conical Teknologi dan Rekayasa

Orifice fitting Untuk menahan orifice agar terpasang dengan baik pada pipa, umumnya memakai flange. Kebutuhan akan maintenance (pembersihan/penggantian pelat orifice) tanpa harus melakukan shutdown adalah awal lahirnya orifice fitting. Ada beberapa orifice fitting yang dikenal adalah : Senior fitting Junior fitting Simplex fitting Teknologi dan Rekayasa

Orifice fitting 1). Senior fitting. Digunakan jika diharapakan dapat membuka pelat orifice ketika pipa sedang dilalui fluida Teknologi dan Rekayasa

Orifice fitting 2). Junior fitting Dipakai pada aplikasi yang mempunyai bypass line. Teknologi dan Rekayasa

Orifice fitting 3). Simplex fitting Hampir sama dengan junior, bedanya adalah pengangkatan orifice plate dapat langsung dilakukan dengan tangan kosong (tanpa alat engkol seperti pada senior dan junior fitting). Teknologi dan Rekayasa

Junior Orifice Fitting Senior Orifice Fitting a). Paddle b). Universal Senior Orifice Fitting Teknologi dan Rekayasa

Secondary elements Fungsi : Melakukan konversi pengukuran DP ke bentuk sinyal digital atau electrical. Mengirim sinyal ke tempat tertentu. Melakukan recording. Dalam aplikasi secondary element ini dapat berupa sebuah chart recorder atau DP transmitter. Teknologi dan Rekayasa

Pressure tap Perbedaan tekanan upstream dan downstream orifice disalurkan melalui tap pada pipa (pipe tap) atau flange (flange tap). Jarak tap untuk kedua sistem adalah sbb. : Teknologi dan Rekayasa

Ventury Tube Ventury tube menggunakan prinsip Bernouli untuk merelasikan hubungan antara fluid velocity dengan pressure. Kenaikan fluid velocity melalui sebentuk throat pada diameter tertentu, akan menimbulkan selisih tekanan (P) untuk mendapatkan flow rate. Keuntungan menggunakan ventury tube diantaranya : Tidak ada komponen bergerak (berputar). Pressure loss minimal. Sesuai untuk pressure / temperature tinggi. Dapat dipakai pada fluida kosorif. Teknologi dan Rekayasa

Flow Nozzle Flow nozzle adalah variasi dari venturi tube. Umumnya dipakai untuk aplikasi steam/vapor pada kecepatan tinggi (Reynols number >50000). Selisih tekanan (DP) terjadi dari bagian sensor yang memiliki inlet berbentuk eliptikal dan outlet berbentuk nozzle. Umumnya berukuran >2 inch, dengan akurasi 1-2%. Pressure tap dipasang pada 0.5D pada downstream dan 1D pada upstream. Teknologi dan Rekayasa

Pitot Tube Flow meter jenis ini dipakai pada pipa-pipa berukuran lebih besar untuk aplikasi gas, steam dan liquida bersih. Bekerja berdasarkan selisih tekanan antara ujung pilot tube yang menghadap aliran terhadap tekanan di sekeliling aliran. Selisih tekanan ini menghasilkan square root mengukur flow. Teknologi dan Rekayasa

Annubar Annubar adalah gabungan beberapa pitot tube (multiple ported pitot tube), untuk menghasilkan kecepatan aliran rata-rata. Akurasi pitot tube/annubar berkisar antara 5 – 10% (lebih rendah dari orifice dan venturi). Kombinasi akurasi dengan transmitter dapat mencapai +2% untuk kecepatan aliran yang uniform. Instalasi : Secara umum persyaratan instalasi adalah 24D upstream dan 4D downstream (jika flow meter dipasang pada downstream control valve). Jarak straght pipe yang lebih panjang akan memberikan akurasi yang paling baik. Teknologi dan Rekayasa

Positive Displacement (PD) Meter Positive Displacement (PD) meter mengukur volume aliran secara langsung dan kontinyu dengan cara memiasahkan (mengisolasi) aliran fluida ke dalam sekat-sekat dengan volume tertentu. Sekat-sekat penuh berisi liquida akan berputar dan setiap putaran dihitung menggunakan counter. Umumnya digunakan untuk mengukur liquida dan gas. Ada 3 komponen utama PD meter, yaitu : external housing, internal measuring element, counter drive train. Teknologi dan Rekayasa

Rotary vane Desain rotary vane adalah jenis yang paling umum untuk PD meter. Umumnya digunakan untuk crude oil, lube oil, dan bahan-bahan kimia dengan viskositas tinggi. Rotary vane juga digunakan untuk mengukur aspal. Kebanyakan sistem custody transfer menggunakan meter ini. Teknologi dan Rekayasa

Bi-Rotary Lobed Aplikasi meter rotary lobed (disebut juga bi-rotor) sama dengan rotary vane. Keduanya dikenal sebagai PD meter dengan akurasi yang paling baik. Teknologi dan Rekayasa

Piston Oscillating piston dan rotary piston PD meter digunakan pada bahan kimia, LPG dan proses batching yang membutuhkan akurasi antara 0,5 hingga 1%. Jenis ini tersedia dalam ukuran kecil (untuk pipa 1 – 3 inch berukuran sama) dan umumnya dipakai pada stasiun pengisian bahan bakar (SPBU). Teknologi dan Rekayasa

Nutating Disc Nutating disc PD meter secara umum dipakai pada pengukuran air dan kimia. Akurasinya berkisar +1%. Teknologi dan Rekayasa

Oval Gear Oval gear PD meter dapat digunakan untuk heavy oil viskositas tinggi dan corrosive liquid, tetapi bukan untuk aspal. Didisain untuk maksimum flow rate pada viscosity 200 sampai 300 centipoise (cp). Jika viscosity semakin tinggi hingga 1000 sampai 1500 cp, akan berkurang secara proportional dan special blade (dengan clearance tertentu) harus digunakan. Teknologi dan Rekayasa

Rotating Paddle Rotating paddle PD meter umumnya berukuran kecil (1-2 inchi). Digunakan secara umum di lapangan minyak pada aplikasi waterflooding. Akurasi berkisar pada 2% atau kurang. Teknologi dan Rekayasa

Turbine Flow Meter Pengukuran flow meter menggunakan turbine flow meter diperoleh dengan mengukur kecepatan rotasi sebuah rotor atau impeller yang dilewati oleh aliran. In-Line Liquid Turbine Meter In-Line Gas Turbine Meter Teknologi dan Rekayasa

In-Line Liquid Turbine Meter Teknologi dan Rekayasa

In-Line Liquid Turbine Meter Teknologi dan Rekayasa

In-Line Liquid Turbine Meter Teknologi dan Rekayasa

Installation Untuk instalasi turbine meter dengan benar menggunakan gunakan API manual of petroleum measurement standard (MPMS). Akurasi dari turbine meter dapat dipengaruhi oleh pusaran-pusaran dan pola aliran yang disebabkan oleh valve, elbow, fitting pipa, dll. API MPMS merekomendasikan penggunaan straightening vane, yaitu pipa spool sepanjang 10 diameter pipa yang berisikan tube di upstream meter dan 5 diameter pipa di downstream meter. Teknologi dan Rekayasa

Teknologi dan Rekayasa

Teknologi dan Rekayasa

Teknologi dan Rekayasa

In-Line Gas Turbine Meter Gas turbine meter jenis axial flow adalah yang umum dipakai di industri. Untuk menentukan disain dan konstruksi meter berpedoman pada American Gas Association (AGA) standard report no. 7 (AGA 7). Teknologi dan Rekayasa

Teknologi dan Rekayasa

Teknologi dan Rekayasa

Magnetic Flow Meter Magnetic flow meter (magmeter) bekerja mengukur fluida secara volumetric. Prinsip operasinya berdasarkan pada hukum induksi electromagnet (hokum Faraday). Tersedia dalam dua jenis, yaitu inline model dan insertion model. Teknologi dan Rekayasa

Teknologi dan Rekayasa

Teknologi dan Rekayasa

Teknologi dan Rekayasa

Teknologi dan Rekayasa

Instalasi Magnetic flow meter harus selalu terisi penuh oleh liquida, sehingga instalasi yang paling bagus adalah posisi vertical upward. Instalasi secara horizontal juga dapat diterima, namun posisi meter harus pada titik terendah dari perpipaan. Untuk menjaga akurasi disyaratkan instalasi dengan 10D straight pipe upstream dan 5D downstream. Persyaratan ini berbeda-beda tergantung kepada manufaktur. Jika dipasang pada pipa horizontal lebih dari 30 ft, maka pipa harus diberi pipe support pada kedua sisi meter. Grounding adalah faktor penting pada magmeter. Lompatan arus AC atau DC melalui fluida dapat menghasilkan noise signals yang dapat mengganggu sinyal yang dibangkitkan oleh pulsa DC magmeter. Hindari getaran kuat (pompa atau control valve) yang dapat menyebabkan electronic converter rusak. Untuk mengurangi vibration perlu ditambahkan flexible joint atau fitting khusus. Teknologi dan Rekayasa

Teknologi dan Rekayasa

Penyusun : Muh Subur AMd. TERIMA KASIH Penyusun : Muh Subur AMd. SMK MIGAS CEPU Teknologi dan Rekayasa