Bab 4 Tugas Khusus [PDF]

Citation preview

BAB IV TUGAS KHUSUS 4.1 Latar Belakang Minyak dan gas bumi merupakan salah satu pemegang peranan yang sangat penting dalam pembangunan nasional. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, diperlukan suatu proses atau tahapan yang meliputi kegiatan eksplorasi, eksploitasi dan produksi. Ditinjau dari banyaknya masalah yang terjadi di lapangan, maka untuk memproses hasil produksi dari sumur-sumur di lapangan dibutuhkan suatu fasilitas yang tepat dan baik, guna mendapatkan hasil proses pemisahan yang diharapkan. Stasiun Pengumpul I Ketaling Timur (SP I KTT) adalah salah satu lapangan yang dikelola oleh PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi. SP I KTT sampai saat ini memiliki 41 sumur produksi. SP I KTT memiliki fasilitas proses pengolahan, yaitu header manifold, free water knock out (FWKO), dan heater treater. Fluida yang terproduksi dari sumur-sumur dialirkan melalui flowline ke header manifold, dan dilakukan proses pemisahan fluida di FWKO dan heater treater sebelum dipompakan ke Stasiun Pengumpul Utama Kenali Asam (SPU KAS) dan selanjutnya disalurkan ke Kilang Plaju. Pada umumnya fluida yang terproduksi dari sumur-sumur di SP I KTT water cut-nya sudah mencapai + 95 %, oleh karena itu dalam melakukan proses pemisahannya memerlukan tangki free water knock out (FWKO) karena dirancang untuk memisahkan air bebas dari minyak dan emulsi seperti memisahkan gas dan cairan yang berasal dari sumur. Terdapat 41 sumur produksi aktif di struktur Ketaling Timur, dengan total produksi gross saat ini mencapai 20.000 barrel fluid per day (bfpd) dan produksi nett mencapai 720 barrel oil per day (bopd) atau sekitar 30 barrel oil per hour (boph). Produksi dari seluruh sumur tersebut dialirkan menuju SP I KTT untuk dilakukan pemisahan fluida. Proses pemisahan dilakukan secara mekanik menggunakan FWKO berkapasitas 30.000 barel. Minyak hasil pemisahan dialirkan menuju tangki 5, 6, dan 7 (tangki crude oil), gas hasil pemisahan dialirkan menuju flare, sedangkan air hasil pemisahan dialirkan menuju tangki 8 dan 9 (tangki air). Flowsheet produksi minyak mentah di SP I KTT terdapat pada Gambar 4.1



33



34



Gambar 4.1 Flowsheet Proses Produksi Minyak Mentah di SP I KTT Sumber: PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi, 2015



FWKO di SP I KTT tersebut mulai beroperasi pada tahun 2017 dan kondisinya saat ini belum mengalami perbaikan. Berdasarkan hasil inspeksi, ditemukan perbaikan yang bersifat permanen menggunakan metode fillet welded patches di 4 lokasi dan metode insert plates di 1 lokasi. Mengacu pada standard/code API 510 ninth edition perbaikan dengan metode fillet welded patches hanya diperkenankan untuk perbaikan yang bersifat temporer, bukan permanen. Atas dasar inilah salah satu rekomendasi dari pihak inspektor menyebutkan agar proses perbaikan untuk FWKO tidak dilanjutkan. Gambar 4.2 menunjukan FWKO existing di SP I KTT beserta bagian yang mengalami perbaikan. Dengan demikian dibutuhkan pengadaan alat FWKO yang baru melalui perhitungan perancangan FWKO untuk mengganti FWKO existing tersebut.



Gambar 4.2 Kondisi FWKO Existing di SP I KTT Sumber: PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi, 2015



Selain bermasalah pada bagian fisik alat, saat ini performance FWKO di SP I KTT juga mengalami masalah. Hal ini terlihat dari jumlah minyak yang di-recover dari tangki 8 dan 9 (tangki air). Tabel 4.1 menunjukan data recover minyak di SP I KTT yang terjadi pada bulan Juni 2015.



35



Tabel 4.1 Data Recover Minyak di SP I KTT Selama Bulan Juni 2015 Kuantitas Kuantitas Tanggal Keterangan Tanggal Keterangan (bbl) (bbl) 1 10 Tangki 9 14 25 Tangki 9 2 25 Tangki 9 15 25 Tangki 9 3 25 Tangki 9 16 25 Tangki 9 4 25 Tangki 9 17 20 Tangki 9 5 25 Tangki 9 18 20 Tangki 9 6 30 Tangki 9 19 30 Tangki 9 7 30 Tangki 9 20 80 Tangki 9 8 30 Tangki 9 21 30 Tangki 8 dan Tangki 9 9 30 Tangki 9 22 30 Tangki 8 dan Tangki 9 10 26 Tangki 9 23 30 Tangki 8 dan Tangki 9 11 23 Tangki 9 24 30 Tangki 8 dan Tangki 9 12 23 Tangki 9 25 32 Tangki 8 dan Tangki 9 13 20 Tangki 9 26 32 Tangki 8 dan Tangki 9 Sumber: PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi, 2015



4.2 Kasus yang Diamati Kasus yang diamati adalah “Evaluasi Kinerja FWKO” berdasarkan pertimbangan kasus yang terjadi di lapangan dengan tujuan sebagai berikut. 1. Mengetahui efisiensi alat FWKO existing yang telah beroperasi selama 10 tahun berdasarkan perhitungan neraca massa. 2. Melakukan perancangan FWKO untuk mengganti FWKO existing berdasarkan ASME Section I and VIII Fundamentals setelah mengetahui harga efisiensi FWKO existing.



4.3 Uraian Kasus yang Diamati 4.3.1



Free Water Knock Out (FWKO) Free Water Knock Out (FWKO) adalah alat separasi minyak dan gas bumi



yang menggunakan prinsip separasi flash pada tekanan dan temperatur tetap. Produksi dari sumur minyak di separator vertikal sedangkan produksi dari sumur gas diproses di separator horizontal. Hal ini karena pada separator horizontal (dalam hal ini FWKO) memiliki daerah pemisahan yang lebih luas dan panjang dibandingkan separator vertikal. Bentuk separator horizontal dapat dilihat pada Gambar 4.3.



36



Gambar 4.3 Jenis Separator Horizontal Sumber: Protelium Production Engineering Data, 2015



Suatu separator minyak/gas yang ideal, yang bertitik tolak dari pendapatan cairan yang maksimum, adalah suatu konstruksi yang dirancang sedemikian rupa, sehingga dapat menurunkan tekanan aliraan fluida dari sumur pada inlet separator, menjadi atau mendekati tekanan atmosfer pada saluran keluar separator. Gas dikeluarkan dari separator secara terus menerus segera setelah terpisah dari cairan. Hal ini dikenal dengan differential separation.



Gambar 4.4 Prinsip Pemisahan



Sumber: Protelium Production Engineering Data, 2015



Pemisahan tergantung dari efek gravitasi untuk memisahkan cairan, sebagai contoh hasil pemisahan minyak, gas dan air akan terpisah bila ditempatkan pada satu wadah karena mempunyai perbedaan densitas satu sama lainnya. Proses pemisahan karena adanya perbedaan densitas fluida dan efek gravitasi terlihat pada Gambar 4.4.



37



4.3.2



Neraca Massa pada FWKO Neraca massa pada FWKO merupakan neraca massa tanpa reaksi dengan



massa crude oil yang masuk sebesar 20.000 bfpd yang terdiri dari campuran gas sebesar 0,44%, minyak sebesar 5%, air sebesar 94,57% dan padatan sebesar 0,02%. Pada FWKO existing minyak yang dihasilkan dari FWKO sebesar 30 bopd.



4.3.3



Perancangan FWKO



4.3.3.1 Beban yang Bekerja pada FWKO FWKO merupakan sebuah bejana tekan yang dikenai bermacam-macam pembebanan yang berbeda-beda pada setiap komponennya. Kategori dan intensitas gaya-gaya ini menjadi fungsi dari pembebanan alami dan geometri serta kontruksi dari komponen bejana.



1. Tekanan Desain Tekanan desain adalah tekanan yang digunakan untuk menentukan ketebalan shell minimum yang diperlukan bejana. Tekanan desain besarnya di atas tekanan operasi (10% dari tekanan operasi atau minimum 10 psi) ditambah dengan besarnya static head dari fluida kerja. Tekanan desain minimum untuk bejana code nonvacuum adalah 15 psi. Untuk tekanan desain yang lebih kecil code tidak berlaku. Bejana dengan tekanan operasi terukur harganya negatif umumnya didesain untuk bejana vakum. Tekanan kerja ijin maksimum (maximum allowable working pressure) didefinisikan sebagai tekanan maksimum terukur yang diijinkan untuk diukur pada bagian paling atas dari bejana pada kondisi operasi dan pada tekanan desain. Definisi ini berdasarkan asumsi sebagai berikut: 



Pada kondisi korosi.







Masih di bawah pengaruh temperatur desain.







Pada kondisi operasi normal.



38







Di bawah pengaruh pembebanan lain. Tabel 4.2 adalah maximum allowable working pressure pada beberapa material



metal. Tabel 4.2 Maximum Allowable Working Pressure (MAWP) dari Beberapa Material Metal Material



Carbon Steel Plates and Sheets



High Alloy Steel Plates



Sepc. No. & Grade



Temperatur (°F)



MAWP (Psi)



SA-516 Gr 55 SA-516 Gr 60 SA-516 Gr 65 SA-516 Gr 70 SA-285 Gr A SA-285 Gr B SA-285 Gr C SA 36 SA-203 Gr A SA-203 Gr B SA-203 Gr D SA-203 Gr E SA-240 Gr 304 SA-240 Gr 304 L SA-240 Gr 316 SA-240 316L



20 to 650 750 850 20 to 800 950 1050 1200 20 to 750 850 950 1000 20 650 20 650 800



13700 12000 8300 13700 11000 5000 1000 20000 16800 10000 6200 18700 11200 18700 11200 10500



Sumber: ASME Section I and Section VIII Fundamentals



Tekanan yang dialami bejana bisa dikategorikan menjadi dua jenis yaitu tekanan dalam (internal pressure) dan tekanan luar (external pressure). Tekanan dalam pada bejana berasal dari fluida yang dikandung oleh bejana itu sendiri, biasanya adalah bejana yang memiliki tekanan kerja lebih besar dari tekanan atmosfer. Sedangkan tekanan luar adalah tekanan untuk bejana vakum. Tekanan desain dirumuskan sebagai berikut. Pd = Po + a + 𝑆𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐 𝐻𝑒𝑎𝑑 Di mana: Pd



: tekanan desain (atm)



Po



: tekanan operasi (atm)



a



: 0,1Po atau 10 psi minimum atau 0,68 atm minimum



Static head



: ρgH



ρ



: densitas udara (kg/m3)



g



: percepatan gravitasi bumi (m/s2)



39



H



2.



: tinggi bejana (m)



Bobot Mati Bejana (Dead Load) Dead load adalah beban yang berupa berat bejana itu sendiri dan elemenelemen lain yang terpasang secara permanen pada bejana. Berat bejana biasanya digolongkan menjadi 3, yaitu: 



Bobot kosong Adalah berat bejana tanpa insulasi luar, fire proofing, panel-panel operasi, atau struktur luar dan perpipaan. Pada dasarnya ini adalah berat bejana yang hanya terdiri dari shell dan head.







Bobot operasi Adalah berat bejana pada kondisi terpasang dan beroperasi penuh. Ini adalah berat bejana dengan tambahan insulasi internal maupun eksternal, fireproofing, segala elemen internal, opening yang menghubungkan sistem perpipaan, semua struktur yang diperlukan pada sistem bejana, dan peralatan yang lain (heat exchangers).







Shop test dead load Berat bejana yang hanya terdiri dari shell saja setelah proses pengelasan selesai dan diisi dengan fluida tester (air).



3. Beban Angin Angin yang dimaksud adalah angin dengan aliran yang turbulen dipermukaan bumi dengan kecepatan yang bervariasi. Angin disini juga diasumsikan sebagai angin yang mempengaruhi kecepatan rata-rata terentu pada fluktuasi aliran turbulen tiga dimensi lokal. Gambar 4.5 menunjukkan pengaruh angin terhadap bejana tekan.



Pw D Hv



Gambar 4.5 Pengaruh Tekanan Angin terhadap Bejana Tekan Sumber: Coulson & Richardson, 2005



40



Arah aliran biasanya horizontal meskipun bisa saja menjadi vertikal ketika melewati permukaan yang berintangan. Kecepatan angin diukur berdasarkan ketinggian standar 30 ft atau 9,14 m. Tekanan angin dirumuskan sebagai berikut. 2 Pw = 0,05vw



Pers. 13.79a, Coulson & Richardson



Di mana: Pw



: tekanan angin (atm)



vw



: kecepatan angin (mph)



Akibat tekanan angin ini maka terjadi geseran dan momen. Tegangan geser akibat beban angin dirumuskan sebagai berikut. Fw = Pw Do



Pers. 13.80, Coulson & Richardson



Dan momen terbesar di dasar bejana akibat angin adalah:



M=



Fw H2 Do



Di mana : Fw



: tegangan geser total (kg/m)



Pw



: tekanan angin (atm)



Do



: diameter luar bejana (m)



M



: bending moment (kg.m)



H



: tinggi bejana (m)



Pw



: tekanan angin (atm)



Pers. 13.77, Coulson & Richardson



41



4. Beban karena Gempa Kekuatan seismik pada bejana berasal dari pergerakan getaran yang tidak teratur secara tiba-tiba di dalam tanah tempat bejana berada dan bejana terpengaruh oleh gerakan tersebut. Faktor utama yang merusakan struktur bejana akibat getaran adalah intensitas dan durasi gempa yang terjadi. Gaya dan tegangan yang terjadi selama gempa pada struktur adalah transien, tegangan dinamik alami, dan tegangan kompleks. Untuk menyederhanakan prosedur desain komponen horizontal pergerakan gempa biasanya diabaikan dengan asumsi pada arah horizontal struktur memiliki kekuatan yang cukup untuk menahan pergerakan gempa. Gaya aksi akibat gempa arah horizontal pada bejana direduksi dalam gaya statik equivalen. Hal yang terpenting untuk mengatasi kekuatan gempa pada sebuah struktur adalah struktur yang paling beresiko mengalami kegagalan terhadap pengaruh seismik gempa harus didesain untuk bisa menahan gaya geser horizontal minimum yang diterima pada bagian dasar bejana pada segala arah. Tegangan yang terjadi pada FWKO akibat beban seismik adalah tegangan geser di dasar bejana dan momen. Tegangan geser dasar adalah tegangan geser total akibat beban seismik pada FWKO. Tegangan geser untuk bejana dengan silinder shell yang kaku bisa dirumuskan sebagai berikut. Fs = Ce Wv



Pers. 13.80, Coulson & Richardson



Dimana : Fs



: tegangan geser total (kg.m)



Wv



: berat bejana (kg)



Ce



: numerical coeffisien



Harga koefisien numeris bisa ditentukan dengan persamaan berikut. 1



Ce = 15√T



Pers. 3-2, Seismic Design for Bulidings



Sedangkan harga periode getaran (T) bisa dicari dengan menggunakan persamaan berikut.



42



T=



0,06 H



Pers. 3-3A, Seismic Design for Bulidings



√Do



Sedangkan momen yang terjadi akibat gempa dirumuskan sebagai berikut. 2H



M = [Ft H + (Fe − Ft ) ( 3 )] Di mana : Fs



: tegangan geser total (kg/m)



Ft



: tegangan akibat getaran gempa (kg/m) : 0,7TFe atau Ft = 0 untuk T < 0,7



M



: bending moment (kg.m)



H



: tinggi bejana + support (m)



4.3.3.2. Komponen Utama Bejana Tekan Komponen utama bejana tekan merupakan komponen yang paling dominan dan selalu ada pada setiap bejana tekan. Komponen-komponen yang ada pada FWKO di SP I KTT antara lain shell, head, nozzle, dan support. 1. Shell Shell adalah komponen yang paling utama yang berisi fluida yang bertekanan. Pada umumnya ada dua tipe shell yang ada yaitu shell silindris dan spherical shell. Tetapi hanya shell silindris yang sering digunakan dalam desain bejana tekan. Ketebalan shell dipengaruhi oleh tekanan desain. Tekanan desain dibedakan menjadi dua yaitu tekanan desain internal dan tekanan desain eksternal. Untuk menentukan ketebalan shell dapat diperoleh melalui persamaan berikut. PR



t = SE+0,6P



Tabel 18.3 Walas, Hal. 625



Di mana: t



: ketebalan minimum shell yang diperlukan (m)



P



: tekanan desain internal (atm)



43



R



: jari-jari dalam shell (m)



S



: allowable stress (atm)



E



: joint efficiency



2. Head Seluruh bejana tekan harus ditutup dengan head. Head lebih banyak berbentuk kurva dari pada pelat datar. Bentuk kurva lebih banyak memiliki keuntungan antara lain kuat sehingga ketebalan head bisa lebih tipis, lebih ringan walaupun agak mahal. Berikut beberapa tipe head dan persamaan unuk menetukan ketebalan dinding. a. Hemispherical Head Ketebalan dinding hemispherical head diperoleh melalui persamaan berikut. PR



t = 2SE+0,2 P



Tabel 18.3 Walas, Hal. 625



Gambar 4.6 Hemispherical Head Sumber: Wallas, 1990



44



b.



Ellipsoidal Head Ketebalan dinding ellipsoidal head diperoleh melalui persamaan berikut. PD



t = 2SE+0,2P



Tabel 18.3 Walas, Hal. 625



Gambar 4.7 Ellipsoidal Head Sumber: Wallas, 1990



c. Conical head Ketebalan dinding conical head diperoleh melalui persamaan berikut. PD



t = 2cosα(SE+0,6P)



Tabel 18.3 Walas, Hal. 625



Gambar 4.8 Conical Head Sumber: Wallas, 1990



d. Flat head Ketebalan dinding flat head diperoleh melalui persamaan berikut.



t = d√0,3P/S



Tabel 18.3 Walas, Hal. 625



45



Gambar 4.9 Flat Head Sumber: Wallas, 1990



Di mana: t



: ketebalan minimum head yang diperlukan (m)



P



: tekanan desain internal (atm)



D



: diameter dalam shell (m)



R



: jari-jari dalam shell (m)



S



: allowable stress (atm)



E



: joint efficiency



3. Nozzle Nozzle adalah komponen silinder yang berupa lubang yang menembus shell atau head dari bejana tekan. Bentuk nozzle pada bejana tekan dapat dilihat pada Gambar 4.10. Nozzle memiliki beberapa fungsi antara lain: 



Merekatkan pipa yang berfungsi untuk mengalirkan fluida dari atau ke bejana tekan.







Sebagai tempat untuk sambungan instrumen, seperti level gauges, thermowells atau pressure gauges.







Sebagai tempat masuk orang untuk mempermudah perawatan.







Sebagai tempat untuk akses langsung ke peralatan lain misalnya heat exchanger.



46



Gambar 4.10 Nozzle pada shell dan head Sumber: Towler, Pressure Vessel Design



Ketebalan dinding nozzle yang diperlukan: P D



d i t n = 2SE−1,2P



Tabel 18.3 Walas, Hal. 625



d



Di mana: tn



: tebal dinding nozzle (m)



Di



: diameter dalam nozzle (m)



S



: allowable stress (atm)



E



: joint effieciency



Gambar 4.11 Reinforcement pada nozzle Sumber: Towler, Pressure Vessel Design



Luas total reinforcements (Gambar 4.11) yang diperlukan di bawah tekanan dalam tidak boleh kurang dari A. A = Di t s F + 2t n t s F(1 − fr1 )



Di mana: A



: luas reinforcement (m2)



Di



: diameter dalam nozzle (m)



ts



: tebal shell (m)



tn



: tebal dinding nozzle (m)



F



: faktor koreksi = 1



frl



: faktor reduksi kekuatan



47



4. Support Komponen ini berfungsi untuk menahan bejana tekan agar tidak berpindah atau bergeser. Penyangga ini harus bisa menahan beban baik berupa beban berat bejana ataupun beban dari luar seperti angin dan gempa bumi. Perancangan penyangga tidak seperti desain bejana tekan karena penyangga tidak mempunyai tekanan. a.



Saddle Supports Tabung horizontal biasanya disangga dengan saddle supports (Gambar 4.12) pada dua tempat. Struktur seperti ini akan menyebarkan berat bejana sehingga akan menghindari terjadinya tegangan lokal pada shell pada titik sangga.



Gambar 4.12 Saddle Support



48 Sumber: asmedigitalcollection.asme.org



Dimensi penyangga tergantung pada ukuran dan kondisi desain dari bejana tekan. Untuk menentukan tebal saddle yang dibutuhkan didasarkan pada momen pada sambungan support.



t=C



4M



Pers. 13.85, Coulson & Richardson



2 h πDo SE



Di mana: t



: tebal support (m)



M



: momen sambungan antara support dengan base (kg.m)



Ch



: konstanta empiris = 1



E



: Efisiensi sambungan = 0,6 untuk butt weld



Do



: Diameter luar support (m)



S



: support allowable stress (atm)



b. Leg Supports Bejana tekan vertikal kecil biasanya menggunakan penyangga tipe leg support (Gambar 4.13). Perbandingan maksimum antara panjang leg dengan diameter bejana tekan biasanya 2:1. Banyaknya leg yang dibutuhkan tergantung pada ukuran bejana tekan dan besarnya beban yang diterima.



Gambar 4.13 Leg Support Sumber: asmedigitalcollection.asme.org



49



c.



Lug Supports Lug support (Gambar 4.14) adalah penyangga yang penyambunganya langsung dilas di shell. Jenis penyangga seperti ini bisa juga digunakan pada bejana tekan vertikal. Lug support bisa digunakan pada bejana tekan dari ukuran kecil sampai medium (diameter 0,3 sampai 3 m) dan bejana tekan dengan perbandingan tinggi dan diameter antara 2:1 sampai 5:1.



Gambar 4.14 Lug Support Sumber: asmedigitalcollection.asme.org



d. Skirt Supports Bejana tekan silindris vertikal biasanya menggunakan penyangga tipe skirt support (Gambar 4.15). Penyangga skirt adalah perpanjangan shell yang dilas lebih rendah dari shell pada bejana tekan vertikal silindris. Sedangkan skirt untuk bejana tekan tipe spherical dilas di dekat garis tengah bejana.



Gambar 4.15 Skirt Support Sumber: Coulson & Richardson



e. Anchor Bolts dan Base Ring



50



Anchor bolts (Gambar 4.16) berfungsi untuk mengunci bejana agar tetap pada pondasinya. Beban yang bekerja pada anchor bolts adalah beban momen akibat angin maupun gempa bumi.



Gambar 4.16 Base Ring Sumber: asmedigitalcollection.asme.org



Ukuran anchor bolts ditentukan dengan menggunakan luas total yang dibutuhkan untuk melawan momen yang bekerja pada dasar bejana. Luas total anchor bolt yang dibutuhkan dirumuskan sebagai berikut. 1



4M



b



b



Ab = N S [ D T ] − Wv



Pers. 13.92, Coulson & Richardson



Tegangan tekan pada dasar ring didapat melalui persamaan berikut. 4M



W



Fb = [πD2 + πDv ] s



s



Pers. 13.93, Coulson & Richardson



Minimum width dapat diperoleh melalui persamaan berikut. F



b Lb = 1000f



Pers. 13.94, Coulson & Richardson



c



Tebal Bolt yang dibutuhkan pada base ring dapat diperoleh melalui persamaan berikut.



3S′c



t b = Lr √



S



+ Cc



Di mana: Ab



: area bor bolt (m2)



Pers. 13.95, Coulson & Richardson



51



Nb



: jumlah bolt yang digunakan



S



: maximum allowable stress (atm)



Ms



: bending moment pada base (kg.m)



Wv



: berat bejana (kg)



Db



: diameter bolt (m)



Fb



: compressive load (kg/m)



M



: bending moment (kg.m)



Ds



: diameter support (m)



Wv



: berat vessel (kg)



Lb



: Lebar base ring (m)



Fb



: compressive load (kg/m)



Sc



: maximum allowable bearing pressure (atm)



S’c



: actual bearing pressure (atm)



4.3.3.3. Pengelasan pada Bejana Sambungan las pada bejana tekan (Gambar 4.17) dikategorikan menjadi beberapa bagian menurut standar ASME Part UW. 1. Kategori A Sambungan berlas longitudinal yang berada pada badan utama, ruang hubung, transisi diameter atau nozzel; tiap sambungan berlas yang berada pada bejana berbentuk bola, pada formed head atau flat head, atau pada pelat sisi dari suatu bejana bersisi-datar; sambungan berlas melingkar yang menghubungkan hemispherical head ke badan utama, ke transisi diameter, ke nozzel atau ke ruang hubung.



2. Kategori B Sambungan berlas melingkar yang berada pada badan utama, ruang hubung, nozzel, atau transisi diameter termasuk sambungan antara transisi dan silinder baik pada ujung besar maupun ujung kecilnya; sambungan berlas melingkar yang menghubungkan formed head selain hemisferis ke badan utama, ke transisi diameter, ke nozzel atau ke ruang hubung.



52



3.



Kategori C Sambungan berlas yang menghubungkan flensa, Van Stone Lap, dudukan tube, atau flat cover ke badan utama, ke formed head, ke transisi diameter, ke nozzel atau ke ruang hubung; tiap sambungan berlas yang menghubungkan satu pelat sisi ke palat sisi lainya dari bejana bersisi-datar.



4. Kategori D Sambungan berlas yang menghubungkan ruang hubung atau nozzel ke badan utama, ke bejana berbentuk bola, ke transisi diameter, ke head atau bejana bersisi datar, dan sambungan yang menghubungkan nozzel ke ruanghubung (untuk nozzel pada ujung kecil dari trsnsisi diameter, lihat kategori B). Tabel 4.3 menampilkan degree of radiograph pada setiap kategori sambungan.



Gambar 4.17 Kategori Sambungan Las pada Bejana Tekan Sumber: asmedigitalcollection.asme.org



Tipe-tipe sambungan las bejana tekan: a. Double-welded butt joint



b. Single-welded butt joint



c. Double-full fillet lap joint



53



d. Single-full fillet lap joint with plug welds



Tabel 4.3 Degree of Radiograph Degree of Radiographic Joint Examination Joint Description Category Full Spot None Double Welded butt A, B, C, D 1 0,85 0,7 Single Welded Butt A, B, C, D 0,9 0,8 0,66 Double full fillet lap A, B, C 0,55 Single full fillet lap B, C 0,5 Sumber: Tabel 13.3, Coulson & Richardson’s



4.4 Pengambilan dan Pengolahan Data 1. Spesifikasi FWKO Horizontal Existing pada SP KTT I Nama Unit



: Free Water Knock Out (FWKO)



Kapasitas



: 10.000 bfpd



Tag.No



: SP- III–V - 102



MFD. By



: PT. Fabrikatama Indonesia Perintis Batam



Tekanan Desain



: 120 psi



Temperatur Desain



: 200°F



Tahun Pembuatan



: 2005



2. Spesifikasi FWKO Horizontal Baru pada SP I KTT Data spesifikasi FWKO horizontal di SP I KTT PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi terdapat pada Tabel 4.4. Tabel 4.4 Data Spesifikasi Alat FWKO di SP I KTT Spesifikasi Unit Data Natural gas/HC Operating case liquid/water Fluid Operating pressure psi 70 Operating Temperature °F 86 Design pressure psi 120



54 Design temperature Vapor Molar flow Mass flowrate Density Viscosity Molecular Weight Oil Act Liquid Volume flow Mass Flowrate Density Viscosity Water Act Liquid Volume flow Mass Flowrate Density Viscosity Vessel Horizontal/vertical Shell internal diameter Shell length Wind Speed Seismic Factor Joint Efficiency Radiography Head Type Corrosion Allowance Weir Height Position Internals Seperation efficiency Inlet device Mist extractor type Sumber: PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi, 2015



°F



200



MMSCFD lb/h lb/ft3 cP



0,44 1.042 0,32 0,01 22,25



bpd lb/h lb/ft3 cP



9.329 11.761 55 15



bpd lb/h lb/ft3 cP



15.100 223.831 62,67 0,8



in ft mph



Horizontal 102 30 33,6



in



1 100% Ellipsoidal 2:1 0,125



in ft



82 27 ft upstream, 3 ft downstream 99% Half open pipe Wire mesh



55



4.5 Pembahasan 4.5.1 Perhitungan Neraca Massa FWKO 1. Menghitung Neraca Massa pada FWKO Existing Volume minyak terproduksi = 30 boph x 0,16 m3/jam = 4,77 m3/jam Massa minyak terproduksi



= 4,77 m3/jam x 881,05 kg/m3 = 4.202,17 kg/jam



Efisiensi alat



=



Fluida (A) Gas Minyak Air Padatan



produk umpan



x 100% = 78,77 %



= 107.356,69 kg/jam = 472,64 kg/jam = 5.334,69 kg/jam = 101.528,03 kg/jam = 21,32 kg/jam



B = 372,29 kg/jam Gas = 372,29 kg/jam



FWKO Efisiensi 78,77 %



E (padatan) = 21,32 kg/jam



Neraca Massa Total



C = 25.856,58 kg/jam Gas = 100,34 kg/jam Minyak = 4.202,17 kg/jam Air = 21.554,40 kg/jam



D = 81.110,71 kg/jam Air = 79.978,18 kg/jam Minyak = 1.132,53 kg/jam



56



Massa masuk = massa keluar



Pers. 4.3, Pauline



A=B+C+D+E 107.356,69 kg/jam = 372,29 kg/jam + 25.856,58 kg/jam + 81.110,71 kg/jam 107.356,69 kg/jam = 107.356,69 kg/jam



Neraca Massa Komponen Masuk (Fluida A): 



Gas



Massa Gas



= Massa Umpan x 100% 472,64 kg/jam



= 107.356,69 kg/jam x 100% = 0,44% 



Minyak



=



Massa Minyak Massa Umpan



x 100%



5.334,69 kg/jam



= 107.356,69 kg/jam x 100% = 5% 



Massa Air



= Massa Umpan x 100%



Air



101.528,03 kg/jam



= 107.356,69 kg/jam x 100% = 94,57% 



Padatan



=



Massa Padatan Massa Umpan



x 100%



21,32 kg/jam



= 107.356,69 kg/jam x 100% = 0,02%



Keluar 



B -



Gas



= 78,77% x Gas A = 78,77 % x 472,64 kg/jam = 364,13 kg/jam







C -



Minyak



= 78,77 % x minyak A = 78,77 % x 5.334,69 kg/jam = 4.202,17 kg/jam



-



Air



= air masuk – air keluar D = 101.528,03 kg/jam – 79.978,18 kg/jam = 21.554,40 kg/jam







D -



Minyak



= minyak masuk – minyak keluar (C) = 5.334,69 kg/jam – 4.202,17 kg/jam = 1.132,53 kg/jam



57



-



Air



= 78,77 % x Air A = 78,77 % x 101.528,03 kg/jam = 79.978,18 kg/jam



Tabel 4.5 Neraca Massa Komponen di FWKO Existing Komponen



Masuk (kg/jam)



Gas Minyak Air Padatan Subtotal Total



472,64 5.334,69 101.528,03 21,32 107.356,69 107.356,69



B 372,29



372,29



Keluar (kg/jam) C D 100,34 4.202,17 1.132,53 21.554,40 79.978,18 25.856,58 81.110,71 107.356,69



E



21,32 21,32



2. Neraca Massa pada FWKO Baru Fluida Gas Minyak \ Air Padatan



= 236681 lb/h = 1042 lb/h = 11761 lb/h = 223831 lb/h = 47 lb/h



B = 1031,58 lb/h Gas = 1031,58 lb/h



FWKO Efisiensi 99%



E (padatan) = 47 lb/h



C = 13892,13 lb/h Gas = 10,42 lb/h Minyak = 11643,4 lb/h Air = 2238,31 lb/h



D = 221710,3 lb/h Air = 221592,47 lb/h Minyak = 117,61 lb/h



Neraca Massa Total Massa masuk = massa keluar



(Eq. 4.3, Pauline)



A=B+C+D+E 236634 lb/h = 1031,58 lb/h + 13892,13 lb/h + 221710,3 lb/h + 46,53 lb/h 236634 lb/h = 236634 lb/h



Neraca Massa Komponen



58



Masuk (Fluida A): 



Gas



Massa Gas



= Massa Umpan x 100% 1042 lb/h



= 236681 lb/h x 100% = 0,44% 



Minyak



=



Massa Minyak Massa Umpan



x 100%



11761 lb/h



= 236681 lb/h x 100% = 5% 



=



Air



Massa Air Massa Umpan



x 100%



223831 lb/h



= 236681 lb/h x 100% = 94,57% 



Padatan



=



Massa Padatan Massa Umpan



x 100%



47 lb/h



= 236681 lb/h x 100% = 0,02%



Keluar 



B -



Gas



= 99% x Gas A = 99 % x 1042 lb/h = 1031,58 lb/h







C -



Minyak



= 99 % x minyak A = 99 % x 11761 lb/h = 11643,4 lb/h



-



= air masuk – air keluar D



Air



= 223831 lb/h – 221592,47 lb/h = 2238,31 lb/h 



D -



= minyak masuk – minyak keluar (C)



Minyak



= 11761 lb/h – 11643,3 lb/h = 117,61 lb/h -



Air



= 99 % x Air A = 99 % x 221710,3 lb/h = 221592,47 Tabel 4.6 Neraca Massa Komponen di FWKO Baru



Komponen Crude Oil



Masuk (lb/h)



B



Keluar (lb/h) C D



E



59



Gas Minyak Air Padatan Subtotal Total



4.5.2



1042 11761 223831 47 236634 236634



1031,58



1031,58



10,42 11643,4 2238,31



117,61 221592,47



13892,13 221710,77 236634



47 47



Perancangan FWKO



4.5.2.1 Komponen FWKO yang Dibutuhkan 1. Shell Desain shell berdasarkan standar ASME UG-27 dan UG-28. Shell berupa silinder. UG-27 menyatakan bahwa ketebalan shell di bawah tekanan dalam harus tidak boleh kurang dari ketebalan hasil perhitungan dengan formula yang telah ditentukan. Sedangkan UG-28 menyatakan bahwa aturan untuk mendesain shell atau tabung pada ASME Section VIII hanya untuk shell tipe silindris dan spherical. Tebal minimum shell ditambah faktor korosi berdasarkan ASME Section VIII adalah 0,3125 in atau 7,94 mm. FWKO di SP I KTT menggunakan shell silindris horizontal yang diilustrasikan pada Gambar 4.18.



60



Gambar 4.18 Shell Sumber: asmedigitalcollection.asme.org



Keterangan gambar: Do



: diameter luar bejana



Di



: diameter dalam bejana



L



: panjang shell



2. Head Desain head berdasarkan standar ASME UG-32 yang menyatakan bahwa ketebalan head yang dibutuhkan pada titik paling tipis setelah proses pembentukan harus dihitung berdasarkan persamaan yang telah ditentukan. Desain head pada FWKO yang dipakai adalah ellipsoidal heads seperti pada ASME UG-32 (d). Tebal minimum head ditambah faktor korosi berdasarkan ASME Section VIII adalah 0,3125 in atau 7,94 mm. Perbandingan antara major axis dan minor axis adalah 2:1 yang diilustrasikan pada Gambar 4.19.



Gambar 4.19 Ellipsoidal Head



61 Sumber: asmedigitalcollection.asme.org



Keterangan gambar: Do



: diameter luar head



Ro



: jari-jari head



t



: tebal head



L



: panjang head



3. Nozzle Desain nozzle (Gambar 4.20) berdasarkan standar ASME UG-36 yang menyatakan bahwa opening pada bejana atau head lebih baik berbentuk lingkaran, elips atau obround. Tebal minimum nozzle ditambah faktor korosi berdasarkan ASME Section VIII adalah 0,0916 in dengan luas reinforcement minimum adalah 1,1263 in2 atau 7,26 cm2 (Nozzle dengan reinforcement). Nozzle pada FWKO yang akan dirancang adalah berbentuk silindris dengan penyambungan las (reinforcement).



62



Gambar 4.20 Nozzle dengan Reinforcements Sumber: asmedigitalcollection.asme.org



Keterangan gambar tn



: tebal dinding leher nozzel



t



: tebal shell



Dp



: diameter reinforcement



Rn



: jari-jari nozzle



Z



: tinggi reinforcement + nozzle



4. Bolts dan Nuts Desain bolt mengacu pada ASME UG-12 dan UG-13. UG-12 menyatakan bahwa bolts dan studs bisa digunakan untuk menyambung komponen yang bisa dilepas. Sedangkan UG-13 menyatakan bahwa nuts harus menyesuikan aplikasi Part of Subsection C (UCS-11 dan UNF-13)



5. Support Desain penyangga mengacu pada ASME UG-54 (Gambar 4.21). Jenis penyangga yang digunakan untuk desain FWKO horizontal adalah saddle support. UG-54 menyatakan bahwa semua bejana harus ditopang dan penyangga tersebut harus disusun dan atau disambung ke dinding bejana sedemikian sehingga bisa menopang beban maksimum.



63



Gambar 4.21 Saddle Support Sumber: asmedigitalcollection.asme.org



4.5.2.2 Data Perhitungan FWKO Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan (Lampiran D), dimensi akhir yang didapat untuk desain FWKO terdapat pada Tabel 4.7.



No. 1.



Komponen Shell



Tabel 4.7 Dimensi Perancangan FWKO Nilai Persamaan Keterangan Rancangan ASME PR 14,48 mm Satisfactory t= + Cc SE − 0,6P



64



2. 3.



Head



t=



Reinforcement Inspection opening Tebal nozzle



5.



reinforcement Gas Outlet Nozzle Tebal Nozzle



6.



Reinforcement Oil Outlet Nozzle Tebal Nozzle



7.



Reinforcement Water Outlet Nozzle Tebal Nozzle



8.



14,48 mm



Satisfactory



3,81 mm



Satisfactory



22,06 cm2



Satisfactory



4,83 mm



Satisfactory



56,13 cm2



Satisfactory



3,56 mm



Satisfactory



11,03 cm2



Satisfactory



3,56 mm



Satisfactory



11,03 cm2



Satisfactory



3,81 mm



Satisfactory



22,06 cm2



Satisfactory



22,09 mm



Satisfactory



16,51 mm



Satisfactory



7 menit



Satisfactory



14 menit



Satisfactory



11 menit



Satisfactory



Fluid Inlet Nozzle Tebal Nozzle



4.



PD + Cc 2SE − 0,2P



Reinforcement Tebal Saddle Support



9.



Tebal bolts



10.



Hold Up Time



Pd R i + Cc SE − 0,6Pd A = Di t s F + 2t n t s F(1 − fr1 ) tn =



Pd R i + Cc SE − 0,6Pd A = Di t s F + 2t n t s F(1 − fr1 ) tn =



Pd R i + Cc SE − 0,6Pd A = Di t s F + 2t n t s F(1 − fr1 ) tn =



Pd R i + Cc SE − 0,6Pd A = Di t s F + 2t n t s F(1 − fr1 ) tn =



Pd R i + Cc SE − 0,6Pd A = Di t s F + 2t n t s F(1 − fr1 ) 4M t sd = + Cc Ch πD2o SE tn =



3Sc′ t b = Lr √ + Cc S Vh ̅ Vw Vh th = ̅ Vw Vh th = ̅ Vw th =



Gas Minyak Air



4.6 Kesimpulan Pada pelaksanaan Kerja Praktek di PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi dengan tugas khusus “Evaluasi Sistem Kerja Alat Free Water Knock Out (FWKO)” berkapasitas 30.000 bfpd dengan total produksi gross pada tahun 2014 sebesar 20.000 bfpd dan total produksi nett sebesar 720 bopd, dapat disimpulkan bahwa FWKO existing pada SP I KTT sudah tidak diperkenankan untuk beroperasi karena sudah tidak memenuhi aspek QHSE Excellence.



65



Berdasarkan perhitungan neraca massa di FWKO, diperoleh data pada Tabel 4.8 sebagai berikut. Tabel 4.8 Perbandingan Data FWKO Existing dan FWKO Baru di Lapangan Ketaling



Data Minyak keluar (lb/h) Massa Terakumulasi (lb/h) Efisiensi alat (%)



Existing 3815,39 24761,51 77,78



Baru 5281,403 1073,354 99



Berdasarkan Tabel 4.8, efisiensi FWKO existing mengalami penurunan sebesar 26% dari 99% sejak pembelian pada tahun 2005. Hal ini mengakibatkan terjadinya penurunan kinerja separasi FWKO dalam memisahkan fluida. Dengan efisiensi sebesar 77,78%, minyak yang diperoleh akan mengalami penurunan seperti yang terlihat pada Tabel 4.6, sehingga penjualan turut menurun. Hal ini terlihat dari efisiensi alat yang sudah menurun dari 99% menjadi 77,78% melalui perhitungan neraca massa pada FWKO existing sehingga jumlah minyak yang di-recover dari tangki 8 dan 9 mengalami peningkatan. Mengingat alat tersebut telah beroperasi selama 10 tahun, maka pihak perusahaan harus mengganti dengan FWKO yang baru berkapasitas sama, yaitu 30.000 bfpd dengan efisiensi 99%, sehingga kinerja separasi FWKO berjalan dengan maksimum.



Pengadaan FWKO dapat didesain melaui perhitungan yang telah dilakukan, untuk FWKO kapasitas 30.000 bfpd, tekanan 120 psi, temperatur 200 °F, kecepatan angin 33,6 mph, maka dimensi akhir komponen-komponen FWKO yang aman digunakan sebagai berikut: 1. Shell Material shell



: SA 516 Gr 70



Tebal dinding shell



: 0,57 in



2. Head Material head



: SA 516 Gr 70



66



Tebal dinding head



: 0,57 in



3. Fluids Inlet Nozzle Material leher nozzle : SA 516 Gr 70 Tebal leher nozzle



: 0,15 in



Jenis flange



: slip on flange



Jumlah bolts



: 12 bolts



4. Inspection opening Material leher nozzle : SA 516 Gr 70 Tebal leher nozzle



: 0,19 in



Tebal pelat tutup



: 1,05 in



Jenis flange



: slip on flange 150 lb



Jumlah bolts



: 12 bolts



5. Gas Outlet Nozzle Material leher nozzle : SA 516 Gr 70 Tebal leher nozzle



: 0,14 in



Jenis flange



: slip on flange



Jumlah bolts



: 12 bolts



6. Oil Outlet Nozzle Material leher nozzle : SA 516 Gr 70 Tebal leher nozzle



: 0,14 in



Jenis flange



: slip on flange



Jumlah bolts



: 12 bolts



7. Water Outlet Nozzle Material leher nozzle : SA 516 Gr 70



8.



9.



Tebal leher nozzle



: 0,15 in



Jenis flange



: slip on flange



Jumlah bolts



: 12 bolts



Support Jenis support



: saddle support



Material saddle



: A 36



Tinggi



: 25 in



Tebal saddle



: 0,87 in



Anchor bolts Material bolts



: SA 193 B7



67



Ukuran bolts



: 0,65 in



10. Hold Up Time Gas



: 7 menit



Minyak



: 14 menit



Air



: 11 menit



Berdasarkan dimensi perancangan yang telah didapat, rancangan FWKO tersebut telah memenuhi kriteria yang ditetapkan oleh ASME sehingga data perancangan ini dapat direalisasikan terhadap FWKO baru untuk menggantikan FWKO existing di SP I KTT PT. Pertamina EP Asset 1 Field Jambi.