BAB III PEMBAHASAN MULAI

22

BAB III

PEMBAHASAN

3.1. Diagram Alir Pemilihan Kompresor

Gambar 3.1 Diagram Alir Pemilihan Gas Kompresor

MULAI

INPUT DATA PEMILIHAN JENIS KOMPRESOR DESIGN BASIS  Discharge Pressure  Temperatur  Flow  Head  Komposisi Gas ANALISA

PERHITUNGAN RUMUS EMPIRIS

OUTPUT DATA PERHITUNGAN PENENTUAN GAS KOMPRESOR SELESAI KATALOG http://digilib.mercubuana.ac.id/

3.2. Penjelasan Diagram Alir

a. Input data adalah proses pengambilan data yang berasal dari design basis berupa kebutuhan tekanan, temperatur, kapasitas, komposisi dan kandungan gas yang akan di kompresikan.

b. Pemilihan jenis kompresor adalah proses menentukan jenis kompresor apa yang akan digunakan, hal ini dapat dilihat berdasarkan pertimbangan input data yang diperoleh.

c. Analisa Perhitungan menggunakan rumus-rumus empiris juga menggunakan grafik untuk menentukan nilai dari data-data lanjutan yang ingin diperoleh dari perencanaan kompresor

d. Output Data Perhitungan adalah data hasil perhitungan yang akan digunakan untuk memilih kompresor yang sesuai dengan spesifikasi yang ada dipasaran.

e. Penentuan Gas Kompresor membandingkan hasil perhitungan dengan spesifikasi yang ada dipasaran.

3.3. Pengumpulan Data

Dari hasil pengumpulan data yang diperoleh, maka data – data tersebut akan diolah dengan menggunakan perhitungan berdasarkan teori pada Bab II. Kondisi operasi yang diinginkan pada gas compresor adalah sebagai berikut : Elevasi plant adalah 500 ft dpl. Sehingga barometric pressure adalah 14.429 psia

a. Pressure absolute pada suction adalah

Ps = 520 psig + 14,429 = 534,429 psia b. Pressure absolute pada discharge adalah

Pd = 1250 psig + 14,429 = 1264,429 psia c. Temperatur absolute pada suction adalah

Ts = 85 oF + 460 = 545 oR d. Temperatur absolute pada discharge adalah

Td = 199 oF + 460 = 659 oR

24 Dalam perhitungan ini yang akan dibahas adalah mengetahui jenis kompresor yang akan digunakan terhadap Natural Gas yang dihasilkan dari Rambutan Station menuju ke Singa Gas Plant dan menentukan spesifikasi kompresor yang akan digunakan. Berikut adalah Natural Gas Specification yang diperoleh dari Lab Rambutan Station.

Tabel 3.1 Tabel komposisi gas

Component Unit Value

Methane % mole 87.23 Ethane % mole 6.01 Propane % mole 3.28 i-Butane % mole 0.80 n-Butane % mole 0.77 i-Pentane % mole 0.11 n-Pentane % mole 0.05 Hexane % mole 0.05 Heptane % mole 0.02 Octane % mole 0.02 Nitrogen % mole 0.39

Carbon Dioxide % mole 1.18

H2O % mole 0.09

3.4. Pemilihan Jenis Kompresor

Bersadarkan data yang diperoleh dari design basis maka dipilih jenis kompresor gas tipe reciprocating atau kompresor jenis torak. Dengan mengacu pada tabel 2.1 Perbandingan beberapa jenis kompresor, beberapa pertimbangan adalah sebagai berikut :

a. Gas Compression plant ini di rencanakan untuk kebutuhan gas sebesar 45 MMSCFD, dengan 3 unit kompresor gas. Dengan ritme 2 unit operasi, dan 1 unit stand by. Masing-masing gas compressor direncakanan memiliki kapasitas 22,5 MMSCFD.

b. Gas Compression plant ini berfokus untuk menaikkan tekanan yang berasal dari Rambutan Gas Station menuju Gn Megang Receiving Facility Plant. Sehingga reciprocating compressor menjadi pilihan untuk Gas Compression Plant ini.

c. Gas Compression plant ini membutuhkan sebuah kompresor dengan effisiensi tinggi pada beban penuh dan beban sebagian. Hal ini dikarenakan input proses berasal dari proses lain di Rambutan Station. d. Tekanan discharge yang diinginkan pada gas compression plant ini

sebesar 1250 Psig masuk dalam range medium – tinggi. Sehingga pemilihan reciprocating compressor di anggap tepat untuk kasus ini. e. Reciprocating compressor dianggap lebih effisien dengan

menggunakan gas engine langsung sebagai penggerak, memanfaatkan sumber gas yang tersedia.

3.5. Analisa Perhitungan

Untuk memudahkan penyelesaian dalam pengolahan data, maka perlu dicari data – data pendukung sebagai berikut :

3.5.1. Specific Heat Ratio (k)

Untuk menghitung nilai k untuk gas, kita perlu mengetahui constant pressure molar heat capacity (MCp) untuk gas dan component critical pressure dan temperatur.

Dengan penataan ulang dan subsitusi kita memperoleh :

26 Tabel 3.2 Perhitungan nilai k

Component Name

Chemical

Formula Unit Value

Mol Fraction (y) Individual Component Mol Mass (M) (y . M) Individual Component MCp @ 75C y . MCp Component Critical Presure Pc , kPa (abs) y . Pc Component Critical Temperatur Tc , K y . Tc Methane CH4 % mole 87.23 0.8723 16.043 13.994 37.870 33.034 4,604.00 4,016.07 190.60 166.26 Ethane C2H6 % mole 6.01 0.0601 30.070 1.807 58.819 3.535 4,880.00 293.29 369.80 22.22 Propane C3H8 % mole 3.28 0.0328 44.097 1.446 83.585 2.742 4,249.00 139.37 369.80 12.13 i-Butane C4H10 % mole 0.8 0.008 58.124 0.465 110.408 0.883 3,739.00 29.91 408.20 3.27 n-Butane C4H10 % mole 0.77 0.0077 58.124 0.448 110.334 0.850 3,648.00 28.09 425.20 3.27 i-Pentane C5H12 % mole 0.11 0.0011 72.151 0.079 135.581 0.149 3,381.00 3.72 460.40 0.51 n-Pentane C5H12 % mole 0.05 0.0005 72.151 0.036 136.160 0.068 3,199.00 1.60 781.11 0.39 Hexane C6H14 % mole 0.05 0.0005 86.178 0.043 162.308 0.081 3,012.00 1.51 507.40 0.25 Heptane C7H16 % mole 0.02 0.0002 100.205 0.020 188.293 0.038 2,736.00 0.55 540.30 0.11 Octane C8H18 % mole 0.02 0.0002 114.232 0.023 209.232 0.042 2,486.00 0.50 568.80 0.11 Nitrogen N2 % mole 0.39 0.0039 28.013 0.109 29.140 0.114 3,399.00 13.26 126.30 0.49

Carbon Dioxide CO2 % mole 1.18 0.0118 44.010 0.519 39.261 0.463 7,382.00 87.11 304.20 3.59 Water H2O % mole 0.09 0.0009 18.015 0.016 33.832 0.030 22,105.00 19.89 647.20 0.58

Total 100.000 1.000 M Mix = 19.01 MCp Mix = 42.03 Pc Mix = 4,634.85 Tc Mix = 213.19

k = MCp / MCv = 42.03/(42.03 - 8.3145) = 1.246

3.5.2. Specific Gravity (SG)

Spesific Gravity merupakan perbandingan antara berat molekul gas dan berat molekul udara (SG udara = 28.964) dirumuskan dengan :

Dari tabel perhitungan komposisi gas, nilai berat molekul gas campuran (Mmix) adalah 19.833. Sehingga Specific Gravity gas yang akan dikompresikan dapat dihitung :

γ

g = 19.010

28.964 = 0.656

3.5.3. Compresibility Factor (Z)

Dengan didapatkannya data-data dari Natural Gas, maka hal yang menunjang lainnya dalam menentukan Reciprocating Gas Compressor adalah Compressibility Factor dari natural gas yang akan dikompresi.

28 Compressibility Factor dari Natural Gas yang mempunyai komponen gas lebih dari satu (Mixture of Gases) dapat dihitung dengan mencari Pseudocritical Properties dari pressure dan temperatur, yang dapat dihitung dengan menggunakan kurva Pseudocritical properties of Natural Gas. Dengan diketahuinya Specific Grafity (SG) dari Natural Gas sebesar = 0.656, maka Compressibility Factor dapat diketahui dengan langkah sebagai berikut (lihat Grafik 3.1 Pseudeocritical Properties of Natural Gas).

a. Mencari Pseudeocritical Temperature (PCT)

Dengan menarik gasris vertical dari Specific Gravity of The Gas sebesar : 0.656 ke atas hingga menyentuh garis miring Miscelloneus Gasses yang pertama, kemudian menarik garis horizontal ke kiri hingga didapatkan Pseudeocritical Temperatur sebesar 381 oR

b. Mencari Pseudeocritical Pressure (PCP)

Dengan cara yang sama ketika mencari pseudeocritical Temperatur diatas dapat diketahui juga Pseudeocritical Pressure, dimana garis miring Miscelloneuous Gases-nya ada dibagian atas dari garis Misccelloneous Gases Temperatur, maka di dapat nilai Pseudeocritical Pressure sebesar 672 Psia.

Dari perhitungan didapat data :  PCT : 381 oR

 PCP : 672 Psia

c. Menghitung Reduce Temperatur dan Reduce Presure

Reduce Temperatur Tpr, dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut :

Suction

Discharge

Sedangkan untuk menghitung Reduce Pressure Ppr, dapat digunakan rumus sebagai berikut :

Suction

Discharge

Dari data yang dimiliki bahwa Temperatur Suction Ts 545 ºR dan T2 659 ºR , maka Reduce temperaturnya Tpr adalah :

Dan untuk Reduce Pressure Ppr, dengan Pressure Suction sebesar 534.429 psia dan Pressure Discharge 1264.429 psia.

30 d. Kurva Comprecibility Factor

Setelah mengetahui Reduce Temperatur dan Pressure Temperatur, maka selanjutnya Compressibility Factor dapat dicari dengan menggunakan Kurva Compressibility Factor dibawah ini :

Grafik 3.2 Kurva Compressibility Factor [ GPSA (Gas Processors Suppliers Association) Engineering Data Book ]

Pada Pseudeocritical Pressure posisi bagian atas cari nilai 0.79 dan 1.88, lalu tarik garis vertikal kebawah hingga menyentuh kurva Pseudocritical Temperature di garis 1.43 dan 1.72 kemudian tarik garis horizontal ke kiri hingga mendapatkan nilai Compressibility Factor yang mempunyai nilai sebesar Zsuc = 0.8994 dan Zdisc = 0.9012

Zavg = (0.8994 + 0.9012)/2

= 0.9

3.5.4 Ratio Kompresi (R)

Ratio Kompresi (compression ratio) merupakan perbandingan antara tekanan discharge dan tekanan suction dari kompressor.

R

=

P

d

/P

s

= 1264.429 psia / 534.429 psia = 2.366

Nilai Ratio kompresi dalam perhitungan ini adalah 2.366, jika mengacu pada tabel 2.7 Pemilihan jumlah tahapan kompresi berdasarkan ratio kompresi, maka kompressor yang akan direncanakan adalah single-stages compressor.

3.5.5 Menghitung Effisiensi Volumetrik (VE%)

Dalam perhitungan ini telah didapatkan bahwa jenis reciprocating gas compressor merupakan single-stage compressor, sehingga untuk menghitung effisiensi volumetric dapat menggunakan persamaan berikut :

Single-stage compressors VE% = 93 – R – 8(R1/k – 1)

VE% = 93 – 2.366 – 8(2.3661/1.246 – 1) VE = 82.7 %

3.5.6 Inlet Cubic Feet per Minute (ICFM)

Kapasitas plant adalah 45 MMSCFD, reciprocating gas compressor dipilih untuk beroperasi 2 unit, dan 1 unit stand by. Sehingga masing-masing reciprocating compressor direncanakan memiliki kapasitas 22.5 MMSCFD.

Dalam hal ini 22.5 MMSCFD setara dengan 15,624.90 SCFM. Tekanan barometric standart (Pstd ) pada elevasi 500 ft adalah : 14.429 dan, temperatur

32 Maka nilai Maximum Inlet Flow dapat dihitung dengan persamaan konversi berikut :

ICFM = SCFM (Pstd / Ps) (Ts /Tstd)

= 15,624.90 (14.429 / 534.429) (545 / 520) = 438.7 ICFM

3.5.7 Menghitung Perpindahan Torak (PD) Dengan asumsi :

Bore (D) : 267 mm = 0.86 ft Stroke (S) : 144 mm = 0.47 ft RPM : 1400 rpm

Maka dapat kita hitung perpindahan torak secara teoritis dengan menggunakan persamaan berikut :

Perpindahan torak = Vs x N

= (π/4) D2 x S x N (ft3/min)

= (3.14/4) (0.86)2 x 0.47 x 1400 (ft3/min) = 382 (ft3/min)

Dalam hal ini, selisih nilai antara Perpindahan torak (PD) dengan Maksimum Inlet Flow merupakan besaran clearence volume., dimana persentasenya dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

C = clearence volume ft3 / piston displacemen ft3 (%) = (438.7 – 382) / 438.7 (%)

= 12.9 %

3.5.8 Menghitung Kebutuhan Brake Horse Power (kW)

Untuk memperkirakan kebutuhan brake horse power single-stages compressor, dapat dihitung dengan persamaan :

= 1159 BHP

3.6. Analisa Data

Setelah menghitung semua variabel yang diperlukan, maka untuk mempermudah mengetahuinya sebaiknya data-data yang telah ada akan dikumpulkan didalam sebuah tabel, selanjutnya data-data tersebut akan dilihat dan akan disesuaikan dengan tabel Reciprocating Gas Compressor yang telah disediakan dipasaran.

Perhitungan yang akan digunakan adalah perhitungan dalam menentukan kebutuhan Reciprocating Gas Compressor, disamping itu juga akan menentukan HP primemover yang sesuai dengan kapasitas yang dibutuhkan gas compressor tersebut.

3.6.1 Type Reciprocating Gas Compressor

Ada beberapa type Reciprocating Gas Compressor yang dibagi menjadi beberapa kelompok Reciprocating Gas Compressor. Dalam penelitian ini kami memilih dan membandingkan tipe Reciprocating Gas Compressor fabrikasi dari ARIEL Coorp Heavy Duty Balanced Opposed Compressors dan CAMSERV SUPERIOR Compressor .

34  ARIEL Coorp Heavy Duty Balanced Opposed

Dalam hal ini terdapat dua jenis Tipe frame Gas Compressor dari ARIEL Coorp, yaitu JGK dan JGT dimana JGK merupakan frame dengan kecepatan 1200 rpm, dan stroke yang lebih panjang sebesar 5.5” sedangkan untuk frame tipe JGT merupakan frame dengan kecepatan tinggi 1500 rpm, dan panjang strok lebih pendek 4.5”. Perbandingan antara spesifikasi JGK dan JGT adalah sebagai berikut :

Tabel 3.3 Frame Specification JGK/JGT Ariel Reciprocating

http://www.arielcorp.com/ariel_products.aspx?id=64

 CAMSERV SUPERIOR Compressor

Terdapat beberapa jenis reciprocating putaran tinggi dari CAMSERV Process and Compression System. Hal ini dapat menjadi pembanding dalam menentukan kompressor apa yang akan digunakan.

Tabel 3.4 CAMSERV High Speed Reciprocating Compressor

http://www.c-a-m.com/Forms/Product.aspx

3.6.2 Type Reciprocating Gas Compressor dan Prime Mover

Penggerak utama (primemover) yang digunakan oleh ARIEL Corp. menggunakan motor bakar dari Caterpillar, dengan cara menyesuaikan spesifikasi kebutuhan reciprocating gas compressor dengan spesifikasi dari penggerak.

Dari data-data hasil perhitungan, maka dapat dilakukan pemilihan type compressor dan penggeraknya dengan membandingkan dengan spesifikasi gas compressor dan penggerak yang ada di pabrikan.

36 a. Perbandingan Pertama

Dengan mempertimbangkan BHP dan putaran permenit dari hasil perhitungan maka untuk reciprocating gas compressor ARIEL dipilih jenis compressor type JGT/4.

Tabel 3.5 Perbandingan gas compressor Ariel Corp Type JGT/4

No Description Calculated Actual

1 Rated Power, BHP 1159 2600

2 Stroke, mm 114 114

3 RPM, Maximum 1400 1500

4 Bore, mm 267 267.279

5 Max Pressure, psig 1250 1270

6 VE % 82.70% -

Detail Spesifikasi Reciprocating Gas Compressor Ariel type JGT/4 sebagai berikut :

Tabel 3.6 Detail Spesifikasi Ariel Type JGT/4

Frame JGT JGT/4 Number of throws 4 Rated Power, BHP 2600 Rated Power, kW 1939 Stroke, inches 4.5 Stroke, mm 114 RPM, maximum 1500 Piston speed, FPM 1125 Piston speed, m/s 5.72

Total Rod Load, lbs 74000

Total Rod Load, N 329168

Tension, lbs 37000

Tension, N 164584

Compression, lbs 40000

Compression, N 177929

Average Weight with cylinders, lbs 25000 Average Weight with cylinders, kg 11340

Maximum Length, inches 97

Maximum Length, mm 2464

Nominal Width, inches 169

Nominal Width, mm 4293

Crankshaft Centerline, from bottom, inches 17 Crankshaft Centerline, from bottom, mm 431.8

b. Perbandingan Kedua

Dengan mempertimbangkan BHP dan putaran permenit dari hasil perhitungan maka untuk reciprocating gas compressor CAMSERV dipilih jenis compressor RAM High-speed Separable Reciprocating Compressor and Engines

Tabel 3.7 Perbandingan gas compressor CAMSERV RAM

No Description Calculated Actual

1 Rated Power, BHP 1159 2375

2 Stroke, mm 114 127

3 RPM, Maximum 1400 1500

4 Bore, mm 267 161

5 Max Pressure, psig 1250 1600

6 VE % 82.70% -

Detail Spesifikasi Reciprocating Gas Compressor CAMSERV RAM High-speed Separable Reciprocating Compressor and Engines

38 Dalam hal ini, kedua jenis compressor dapat digunakan dan di aplikasikan pada Project Gas Compression and Pipeline Facility di Gunung Megang, dengan memperhitungkan perhitungan manual dengan spesifikasi yang terdapat di pasaran.

Untuk Penggerak menggunakan Gas Engine Caterpillar model G3516LE dengan spesifikasi :

Driver Data

Type : Natural Gas Engine Manufactured : Caterpillar

Model : G3516LE BHP : 1150 – 1340 bhp RPM : 1200 – 1400 rpm

Gambar 3.2 Detail Spesifikasi Caterpillar Gas Engine