Orifice

(1)

Orifice meter

Orifice meter adalah alat ukur yang menggunakanadalah alat ukur yang menggunakan orifice plateorifice plate sebagai komponen utama dalamsebagai komponen utama dalam pengukuran gas alam (

pengukuran gas alam (natural gasnatural gas). Orifice plate dapat diartikan sebagai suatu logam yang berbentuk ). Orifice plate dapat diartikan sebagai suatu logam yang berbentuk lempengan tipis dengan bentuk dan jumlah lubang te

lempengan tipis dengan bentuk dan jumlah lubang te rtentu yang konsentrik dengan internal diameter darirtentu yang konsentrik dengan internal diameter dari pipa ukur (

pipa ukur (meter tubemeter tube) yang terpasang [5]. Orifice meter dapat digunakan secara baik dalam pengukuran) yang terpasang [5]. Orifice meter dapat digunakan secara baik dalam pengukuran yang berkaitan dengan proses dan bukan proses. Pada umumnya alat ukur yang digunakan dalam industri yang berkaitan dengan proses dan bukan proses. Pada umumnya alat ukur yang digunakan dalam industri minyak dan gas (migas) adalah orifice meter.

minyak dan gas (migas) adalah orifice meter. Orifice dikelompokkOrifice dikelompokkan kedalam kelas flowmeter yang biasaan kedalam kelas flowmeter yang biasa

disebut dengan differential pressure meter atau biasa juga disebut dengan “

head meter head meter

”. Alat ukur

differential pressure

differential pressure lainnya sepertilainnya seperti venturi meter venturi meter dandan nozzle meter nozzle meter . Akan tetapi, kedua alat ukur. Akan tetapi, kedua alat ukur differential pressure

differential pressure ini tidak ini tidak umum digunakan umum digunakan dalam pengukudalam pengukuran migas. ran migas. Keduanya hanya Keduanya hanya menjadimenjadi pilihan untuk membuktikan/ mengoreksi hasil pengukuran. Namun dalam

pilihan untuk membuktikan/ mengoreksi hasil pengukuran. Namun dalam laporan ini, yang menjadi laporan ini, yang menjadi topik topik pembahasan adalah

pembahasan adalahorifice meter orifice meter .. Orifice meter

Orifice meter bekerja berdasarkan adanya tekanan cekikan (bekerja berdasarkan adanya tekanan cekikan (throttle pressurethrottle pressure) oleh orifice plate) oleh orifice plate sehingga menyebabkan kecepatan fluida yang melalui orifice meningkat dan tekanannya berkurang. Pada sehingga menyebabkan kecepatan fluida yang melalui orifice meningkat dan tekanannya berkurang. Pada awalnya aliran natural gas yang melewati pipa ukur (

awalnya aliran natural gas yang melewati pipa ukur (meter tubemeter tube) melalui) melalui straightening vanesstraightening vanes yangyang berfungsi menurunkan putaran aliran natural gas menjadi laminar yang kemudian aliran natural gas berfungsi menurunkan putaran aliran natural gas menjadi laminar yang kemudian aliran natural gas tersebut membentur orifice sehingga terjadi perbedaan tekanan antara aliran sebelum melewati orifice tersebut membentur orifice sehingga terjadi perbedaan tekanan antara aliran sebelum melewati orifice yang disebut dengan

yang disebut dengan upstreamupstreamdan setelah melewati orifice yang disebut dengandan setelah melewati orifice yang disebut dengan downstreamdownstream. Pada proses. Pada proses pengukuran dibuat sebuah lubang dengan ukuran dan

pengukuran dibuat sebuah lubang dengan ukuran dan penempatan tertentu sesuai standar padapenempatan tertentu sesuai standar pada meter tube/ meter tube/ holding device

holding device disebut dengandisebut dengan pressure taps pressure taps dengan fungsi sebagai letak sambungandengan fungsi sebagai letak sambungan device transmitter device transmitter yang akan mengukur parameter tertentu sesuai fungsi transmitter tersebut. Transmitter tersebut akan yang akan mengukur parameter tertentu sesuai fungsi transmitter tersebut. Transmitter tersebut akan mengkonversi besa

mengkonversi besaran parameter terseburan parameter tersebut kedalam st kedalam sinyal analog inyal analog elektrik (4-20 elektrik (4-20 mA). Sinyal elekmA). Sinyal elektrik trik tersebut masuk ke

tersebut masuk ke flow flow computer computer kemudian diolah kedalam bentuk parameterkemudian diolah kedalam bentuk parameter volume rate Qvolume rate Q dengandengan menggunakan persamaan yang sudah terprogram didalam

menggunakan persamaan yang sudah terprogram didalam flow flow computer computer yang sesuai dengan standaryang sesuai dengan standar perhitungan flow dengan menggunakan orifice meter yang diatur dalam standar

perhitungan flow dengan menggunakan orifice meter yang diatur dalam standar American American GasGas Association

Association (AGA 3 dan AGA 8). Lebih jelasnya, skema orifice meter dapat dilihat pada gambar 3.1 [8].(AGA 3 dan AGA 8). Lebih jelasnya, skema orifice meter dapat dilihat pada gambar 3.1 [8]. Didalam laporan ini, orifice meter yang akan dibahas adalah di

Didalam laporan ini, orifice meter yang akan dibahas adalah di Gas Metering UtilizeGas Metering Utilize Pertamina FE-Pertamina FE-1006A1.

1006A1.

Gambar 3.1

Gambar 3.1Orifice meter Orifice meter [11][11]

Pada umumnya, suatu sistem pengukuran flow orifice meter terbagi atas tiga bagian umum, yaitu Pada umumnya, suatu sistem pengukuran flow orifice meter terbagi atas tiga bagian umum, yaitu antara lain

antara lain primary element, secon primary element, secondary element dan tertiedary element dan tertiery element ry element .. 3.1.

(2)

Adalah komponen-komponen/ bagian utama dari sistem orifice meter yang berhubungan Adalah komponen-komponen/ bagian utama dari sistem orifice meter yang berhubungan langsung dengan aliran (

langsung dengan aliran ( flow flow) fluida yang berfungsi mengatur/ mengkondisikan aliran fluida sehingga) fluida yang berfungsi mengatur/ mengkondisikan aliran fluida sehingga dapat dibaca oleh

dapat dibaca oleh secondary component secondary component .. Primary element Primary element terdiri atas,terdiri atas, meter tubemeter tube,, orifice plateorifice plate holdingholding device

device,, orifice plateorifice plate,, pressure pressure taptap dandan straightening vanesstraightening vanes. Aliran gas pada orifice meter dapat dilihat. Aliran gas pada orifice meter dapat dilihat pada gambar 3.2 berikut.

pada gambar 3.2 berikut.

Gambar 3.2

Gambar 3.2Primary Element Orifice Meter Primary Element Orifice Meter [2][2] Gambar 3.2 merupakan gambar

Gambar 3.2 merupakan gambarorifice meter orifice meter padapada primary element primary element .. 3.1.1. Meter Tube

3.1.1. Meter Tube Meter

Meter tubetube adalah suatu pipa lurus dengan panjang tertentu yang digabungkan dengan orificeadalah suatu pipa lurus dengan panjang tertentu yang digabungkan dengan orifice sehingga menghasilkan aliran

sehingga menghasilkan aliran upstreamupstream dandan downstreamdownstream pada pipa tersebut setelah dilalui aliran fluida.pada pipa tersebut setelah dilalui aliran fluida. Meter tube

Meter tube berbeda dengan pipa proses pada umumnya dikarenakan padaberbeda dengan pipa proses pada umumnya dikarenakan pada meter tubemeter tube, panjang, kekasaran, panjang, kekasaran dan kelurusan pipa sangat

dan kelurusan pipa sangat diperhatikan. Begitu juga karena nilaidiperhatikan. Begitu juga karena nilai beta ratiobeta ratioyang merupakan perbandinganyang merupakan perbandingan diameter orifice dengan diameter meter tube, memiliki skala maksimal

diameter orifice dengan diameter meter tube, memiliki skala maksimal beta ratiobeta ratio 0,75. Namun, untuk 0,75. Namun, untuk mencegah pengoperasian mendekati batas maksimum maka nilai

mencegah pengoperasian mendekati batas maksimum maka nilai beta ratiobeta ratioyang digunakan adalah sekitaryang digunakan adalah sekitar 0,6. Nilai

0,6. Nilaibeta ratiobeta ratio minimal adalah sebesar 0,2.minimal adalah sebesar 0,2. Sebelum melakukan pemasangan

Sebelum melakukan pemasangan meter tubemeter tube, yang harus diperhatikan adalah , yang harus diperhatikan adalah menentukan besar ukuranmenentukan besar ukuran ((sizingsizing) dari) dari meter tubemeter tube, apakah panjang, diameter,, apakah panjang, diameter,beta ratiobeta ratio,,roughnessroughnessdan lain-lain.dan lain-lain.

1.

1. Roughness Roughness. Permukaan. Permukaan roughnessroughness (kekasaran) dari meter tube menjadi faktor yang harus(kekasaran) dari meter tube menjadi faktor yang harus diperhatikan dikarenakan aliran fluida dalam meter tube sebaiknya tidak mengalami gesekan diperhatikan dikarenakan aliran fluida dalam meter tube sebaiknya tidak mengalami gesekan dengan dinding meter tube. Oleh karena itu, meter tube beda dengan pipa proses lainnya. dengan dinding meter tube. Oleh karena itu, meter tube beda dengan pipa proses lainnya.

Permukaan roughness (Ra) meter tube diantara 34 sampai 250 μinci untuk meter tube dengan

diameter Di ≤ 12 in.

diameter Di ≤ 12 in. Sedangkan untuk diameter Di ≥ 12 in memiliki angka Ra antara 34

Sedangkan untuk diameter Di ≥ 12 in memiliki angka Ra antara 34 sampai 500

sampai 500

μin.

2.

2. Dengan meter tube dengan nilai beta ratio ß = 0.75 [6]Dengan meter tube dengan nilai beta ratio ß = 0.75 [6] a.

a. Meter Meter tube tube dengan dengan vanes vanes (dipisahkan (dipisahkan dengan dengan regulator/ regulator/ closed closed valve)valve)

C’

10 Diameter10 Diameter C C 7 7 DiameterDiameter B B 5 5 DiameterDiameter Meter tube tanpa vanes

Meter tube tanpa vanes C

C 44 44 DiameterDiameter B

B 5 5 DiameterDiameter

b.

b. Meter Meter tube tube dengan dengan vanes vanes (Dua (Dua elbow, elbow, dengan dengan sambungan)sambungan)

C’

8 Diameter8 Diameter C C 7 7 DiameterDiameter B B 5 5 DiameterDiameter Meter tube tanpa vanes

Meter tube tanpa vanes C

C 35 35 DiameterDiameter B

(3)

a. Meter tube dengan vanes (Dua elbow tanpa sambungan)

C’

7 Diameter

C 7 Diameter

B 5 Diameter

Meter tube tanpa vanes

A 21 Diameter

B 5 Diameter

d . Meter tube tanpa vanes (Dua elbow dengan salah satu sambungan panjangnya lebih dari 10Di)

A 16 Diameter

B 5 Diameter

e. Meter tube tanpa vanes dengan reduce dan expanders

A 14 Diameter

B 5 Diameter

Gambar 3.3. Meter tube dengan vanes dan tanpa vanes (dipisahkan dengan regulator/ closed valve) [6 ]

(4)

Gambar 3.4. Meter tube dengan vanes dan tanpa vanes (Dua elbow, dengan sambungan) [6 ]

(5)

(6)

Gambar 3.6. Meter tube tanpa vanes (Dua elbow dengan salah satu sambungan panjangnya lebih dari 10 Di) [6]

(7)

Gambar 3.7. Meter tube tanpa vanes dengan reduce dan expanders [6]

Pada gambar 3.3 sampai 3.7 menunjukkan aturan pemasangan posisi meter tube dengan

vanes atau tanpa vanes. Pemasangan meter tube dipengaruhi juga dengan posisi pemasangannnya. Diusahakanmeter tube dipasang dalam keadaan selurus mungkin. Meter tubedapat dipasang dengan arah vertikal maupun arah horizontal. Namun, meter tube pada umumnya dipasang secara horizontal untuk fluida gas dengan tujuan agar laju aliran gas tidak terhambat. Selain faktor posisi, faktor bypassdari meter tube juga perlu diperhatikan. Bypass dari meter tube diperlukan jika pada orifice plate ingin dilakukan pergantian, maka fluida yang mengalir ke meter tube di bypass-kan dengan memanfaatkan orifice fitting dengan dual chamber .[2] Sehingga pergantian orifice plate tidak perlu dengan melakukan shutdownarea disekitar orifice meter. Diameter tube juga di berikan pemasangan trap yang berfungsi untuk menampung kandungan liquid dalam gas basah sehingga tidak mempengaruhi aliran gas natural saat melalui orifice plate.[5]

3.1.2. Plate Holder

Plate holder adalah alat yang digunakan sebagai penahan dari posisi orifice plate. Merupakan kesatuan alat yang terangkai bersama dengan meter tube untuk menahanorifice plate agar posisinya tegak lurus dan konsentris terhadap aliran fluida. Plate holder terbagi atas Orifice flangedan Orifice fitting.

(8)

a. Orifice Flange

Orifice flange digunakan sebagai penyambung dari meter tube ke meter tube lainnya. Namun, pada pengukuran custody transfer , orifice flange tidak digunakan. Orifice flange secara umum terbagi atas dua tipe, yaitu welding neck dan slip on. Akan tetapi, penggunaan tipe welding neck lebih dipilih ketimbang slip on karena welding neck hanya membutuhkan pengelasan sekali saja dan pressure tap dapat ditempatkan pada dinding pipa [2]. Ukuran minimum dari orifice flange sebesar 4 inci. Tabel toleransi maksimum measured upstream inside diameter (ID) dan published ID dapat dilihat pada table 3.2 berikut.

Tabel 3.1Toleransi maksimum measured upstream inside diameter (ID) dan published ID [3] Beta Ratio Flange Taps Pipe Taps

0.2 4.05% 3.00 % 0.3 3.15 2.1 0.4 2.4 1.38 0.5 1.78 0.8 0.6 1.25 0.4 0.67 0.90 0.28 0.7 0.75 0.25 0.75 0.5 0.2

Tabel 3.1 menunjukkan table toleransi inside diameter (ID) maksimum pada orifice flange.

b. Orifice fitting

Orifice fitting terbagi atas dua jenis, yaitu orifice fitting single chamber dan dual chamber . Tipe single chamber hanya memiliki satu ruangan dimana dalam proses penggantian atau pengecekan orifice maka harus dengan menghentikan aliran fluida yang mengalir pada meter tube atau jika pemasangannya menggunakan bypass maka dengan melewatkan fluida melalui bypass tersebut. Sedangkan pada tipe dual chamber memiliki dua ruang yang memungkinkan user untuk mengganti atau melakukan pengecekan orifice plate tanpa harus menghentikan aliran fluida pada meter tube, tetapi dengan mengalirkan fluida pada ruang yang lain yang berfungsi sebagai bypass chamber . Orifice fitting, flange dan meter tube harus memiliki diameter yang sama [5]. Di plant proses di terminal Lawe-Lawe umumnya menggunakan jenis orifice fitting dari Daniel, Camco dan Peco.

3.1.3. Orifice Plate

Orifice plate merupakan tipe head flowmeter yang paling sederhana untuk mendeteksi flow. Orifice plate adalah pelat datar dengan ketebalan sebesar 1/16 - 1/4 inci dengan lubang yang didesain dengan

dimensi khusus yang membentuk penghalang terhadap natural gas yang melalui meter tube sehingga menyebabkan perbedaan tekanan antara tekanan sebelum dan sesudah melewati orifice tersebut. Dalam penggunaanya, terdapat tiga jenis orifice yang digunakan, yaitu concentric orifice, eccentric dan segmental. Pemilihan jenis orifice sangat tergantung dari fluida yang akan melewatinya. Untuk concentric orifice digunakan pada fluida yang ideal, tidak mengandung fasa lain dan untuk fluida seperti gas. Sedangkan untuk eccentricdan segmentalbiasanya digunakan pada fluida yang tercampur dengan massa aliran yang besar. Biasanya digunakan pada fluida yang tidak ideal. Berikut gambar jenis orifice plate.[7]

(9)

Gambar 3.8. Jenis orifice plate [7]

Pada gambar 3.8 menggambarkan macam-macam bentuk dari orifice plate sesuai dengan fluida yang diukur. Penentuan besar diameter orifice plate tentunya disesuaikan dengan beta ratio yang ditentukan. Penentuan besar diameter orifice plate tentunya disesuaikan dengan beta ratio yang ditentukan. Besar diameter dari orifice plate sangat diperhatikan dikarenakan orifice plate merupakan pusat dari primary element . Toleransi dari diameter orifice plate terhadap beta ratio diusahakan sekecil mungkin. Berikut merupakan tabel toleransi dari diameter orifice [2].

Tabel 3.2Toleransi diameter orifice plate [3] Orifice Diameter, d Toleransi, plus or

minus 0.25 0.0003 0.375 0.0004 0.5 0.0005 0.625 0.0005 0.75 0.0005 0.875 0.0005 1 0.0005

Lebih dari 1 0.0005 per inci dari diameter

Tabel 3.2 menunjukkan perbandingan diameterorifice plate dengan besar kesalahan (error ) toleransi dari orifice plate. Untuk ketebalan orifice plate juga memiliki ketentuan khusus. Untuk diameter platesebesar 4 inci, memiliki ketebalan minimal 0.06 inci-0.13 inci. Untuk diameter plate6 inci, ketebalannya berkisar antara 0.1 inci-0.255 inci. Sedangkan untuk diameter plate lebih dari 6 inci, ketebalannya berkisar antara 0.1-0.505 inci. Lebih jelasnya lihat lampiran VI.

3.1.4. Pressure Taps

Pressure taps merupakan suatu lubang dengan ukuran tertentu yang berada pada dinding meter tube atau plate holder . Digunakan sebagai tempat untuk menempatkan deviceseperti pressure transmitter pada bagianupstream / downstream pada meter tube.

Untuk orifice meter dengan menggunakan flange taps, lubang tap ditempatkan pada bagian upsteram dan downstream yang berada dengan jarak 1 inci dari orifice plate. Diameter lubang pressure tap sebesar 2 inci dan untuk pipa yang berukuran lebih besar memiliki diameter tidak kurang dari ¼ inci dan tidak boleh melebihi nilai pada tabel dibawah ini. Kurva diameter pressure tap terhadap besar diameter IDmeter tubedapat dilihat di lampiran VII.

(10)

Meter Tube Nomina Inside Diameter Diameter Lubang Tap yang Direkomendasikan Diameter Lubang Maksimum Diameter Lubang Minimum Dibawah 2 ¼ ¼ ¼ 2-3 3/8 3/8 ¼ Lebih dari 4 ½ ½ ¼

Tabel 3.3 merupakan perbandingan besar ID dari meter tube dengan diameter lubang pressure tap yang direkomendasikan beserta besar nilai minimum dan maksimumnya. Berikut juga tabel toleransi diameter pressure tap.

Tabel 3.4Toleransi Diameter Pressure Tap[3] Nominal Line Tap Diameter Diameter Toleransi Maksimum Diameter (tap+Toleransi) Jarak toleransi 2 3/8 ± 1/64 0.391 ± 0.015 3 3/8 ± 1/64 0.391 ± 0.015 4 ½ ± 1/64 0.391 ± 0.015

Sedangkan pada tabel 3.4 merupakan tabel perbandingan diameter tap dengan besar error toleransi yang diperbolehkan.

3.1.5. Flow Conditioner/ Straigtening Vanes

Flow straightening adalah alat yang ditempatkan pada bagian upstream meter tube yang berfungsi untuk menurunkan putaran fluida sehingga menjadi aliran laminar.[5]

Tujuan utama pemasangan flow conditioner adalah untuk merubah profil flow fluida dari bentuk turbulent ke bentuk laminar.Bentuk profil flow suatu fluida bergantung pada besaran Reynold ( Reynold Number ). Untuk menjadi profil laminar , suatu fluida harus memiliki besaran Reynold sebesar kurang dari

Re < 2000. Spesifik penggunaan flow conditioner disini adalah Straightening vanes (lihat gambar 3.11 dan 3.12). Pemasangan styraigtening vanes pada sisi upstream dari meter tube harus sangat presisi dan pas pada meter tube dengan sangat hati-hati sehingga profil aliran menjadi laminar sesuai pada gambar dibawah ini [6]. Berikut adalah contoh tabel korelasi beta ratiodengan bilangan Reynold.

Tabel 3.5Korelasibeta ratio-Cd- Reynold Number [9]

Tabel 3.5 diatas telah menunjukkan korelasi nilai dimaeter ratio (d) dengan bilangan Reynold Number dan besar nilaidischarge coefficient (Cd).

(11)

Gambar 3.9. Arah aliran flow setelah melalui straightening vanes (sumber tidak diketahui)

Gambar 3.9 menggambarkan dampak pemakaian vanes yang mengakibatkan perubahan profil aliran suatu fluida.

Gambar 3.10. Straigtening Vanes (Sumber tidak diketahui)

Sedangkan pada gambar 3.10 diatas menunjukkan bentuk/ gambar dari straightening vanes yang dipakai untuk mengubah profil aliran suatu fluida.

Gambar 3.11. Dimensi straightening vanes tampak depan (atas), Straightening vanes tanpa Flange (kiri) dan Straightening vanes dengan Flange (kanan) [2]

(12)

Untuk gambar diatas menunjukkan dimensi dari straigtening vanes dari berbagai arah.

3.2. Secondary Element

Secondary element adalah komponen-komponen yang berfungsi sebagai alat ukur/ transmitter pada sistem orifice meter yang terhubung langsung dengan primary component . Secondary element biasanya

disebut dengan “

meter

”. Komponen ini akan mengubah besaran seperti

differential pressure contohnya, menjadi sinyal elektrik yang nantinya diolah ke flow computing (tertiery element ). Namun, ada juga transmitter yang mampu bekerja sebagai flow computing,sehingga hasil volume flow rate langsung dapat diketahui dari transmitter tersebut [5]. Contoh tranmitter yang akan dibahas adalah NuFlow Scanner 2000 micro EFM. Secondary element terdiri dari transmitter element seperti, differential pressure transmitter, pressure transmitter, temperature transmitter, gagelines dan chart recorder.

3.3. Tertiery Element

Tertiery element adalah komponen akhir dari sistem orifice meter yang bekerja sebagai pengolah/ penghitung parameter yang dideteksi oleh transmitter menjadi volume flow rate, Qv. Dalam laporan ini penggunaan flow computing berpusat pada penggunaan OMNI 3000/ 6000 flow computer .

3.3.1. Flow Computer

Flow computer merupakan mesin komputer yang digunakan sebagai alat perhitungan flow rate dari suatu fluida. Flow computer menggunakan standar perhitungan/ kalkulasi dengan menggunakan standar AGA 3 untuk perhitungan flow rate dan AGA 8 untuk perhitungan compressibilitas/ supercompressibilitas, density dan kandungan gasnya.

Menurut AGA 3, rumus dasar dari sebuah pengukuran flow fluida dengan orifice meter concentric platepada persaman 3.1 berikut [8] :





 



√ 







(3.1) Dimana :





: Hourly rate of flow(SCF/Hr)





: Konstanta orifice





: Differential pressure(in H2O)





: Absolute static pressure (psia)

Dengan nilai konstanta orifice





, merupakan hasil perkalian dari :





_{   }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

Fb : Basic orifice factor

Fr : Reynolds number factor

Y :Expansion factor Fpb: pressure base factor

Ftb:Temperature base factor

Ftf :Flowing temperature factor

Fg :Specific gravity factor

Fpv:Super compressibility factor

(13)

Pengambilan data pengukuran oleh OMNI 6000 flow computer dilakukan dengan mengambil data snapshot report . Snapshot report sendiri berarti pengambilan laporan hasil perhitungan/ kalkulasi oleh OMNI flow computer pada waktu sesuai permintaan pengguna. Dalam snapshot report diperoleh data berupa computer ID, tanggal dan waktu pengambilan data snapshot , data flow rate dalam kurun waktu sejam, sehari dan kumulatifnya sejak dimulai pengukuran oleh OMNI 6000. Selain itu, terdapat juga parameter data operasi dan gas komposisi data.

Dalam kasus ini, dilakukan pengambilan sepuluh kali data snapshot dalam kurun waktu sekitar 18 menit (bisa dilihat pada lampiran III). Dari data snapshot tersebut, parameter data seperti net flowrate (volume rate) dalam satuan MSCF/hr (dikonversi ke satuan SCF/hr) menjadi data uji untuk mengetahui berapa besar error perhitungan volume rate oleh OMNI flow computer jika dibandingkan dengan software Co$t Flow. Error toleransi yang diberikan oleh Badan BP Migas untuk flow computer seperti OMNI flow computer yaitu sebesar 2.0 %. Namun, dalam laporan ini tidak membahas tentang apakah flow computer ini sesuai dengan aturan BP Migas karena bagian laporan ini tidak bertujuan untuk

melakukan proses kalibrasi. Proses kalibrasi telah dilakukan sebelumnya (19 Juli 2010). Sehingga laporan ini hanya menganalisa apa yang menyebabkan error dari hasil perhitungan oleh OMNI 6000 flow computer .

Sebelum menguji data perhitungan/ kalkulasi dari OMNI 6000 flow computer , perlu diketahui spesifikasi dari meteran orifice meter dan koefisien statis dibagian Metering Gas Utilize Pertamina FE-10006A1. Data spesifikasi tersebut antara lain :

a. Pipa dari materialcarbon steel dengan ukuran diameter 4.026 inci.

b. Orifice platedari materialstainless steel dengan ukuran diameter 1.749 inci. c. Beta ratio

, β = 0.434426

d. Specific gravity gas natural, SG = 0.727500

Setelah data snapshot telah diperoleh, dilakukan perhitungan error dalam satuan persen (%). Perhitungan error diperoleh dengan memasukkan data hasil perhitungan volume rate oleh OMNI 6000 flow computer dansoftware Co$t Flow ke dalam persamaan 5.1 :

Error,

 (   

_{  )}

(4.1)

(14)

DP : Differential Pressure(IncheH2O)

PS : Pressure Static(PSIG) TP : Temperature Process(°F)

Perhitungan pada kolom AGA 3 Calculation dilakukan dengan menggunakan Co$t Flow. Capture dari print screendari Co$t Flow dilampirkan pada lampiran IV.

Grafik 4.1 Perbandingan Error terhadap Actual Reading

Pada grafik 4.1 diatas dapat dilihat perbandingan besar error perhitungan OMNI 6000 flow computer dengan nilai sebenarnya (actual reading) yang ditampilkan oleh OMNI 6000 flow computer . Dari tabel perbandingan AGA 3 Calculation dan volume rate sebenarnya hasil perhitungan dan kalkulasi flow computer , kita dapat memperoleh nilai error rata-rata sebesar

̅

= 0.2149 %. Nilai error ini kecil jika dibandingkan dengan error toleransi yg diberikan yaitu sebesar 2.0 %. Besar error ini disebabkan cukup besarnya perbedaan nilai dari nilai rata-rata calculation AGA-3 dengan nilai rata-rata volume rate sebenarnya, yaitu sebesar 50,10042. Jika saja perbedaan nilai dari kedua volume rate ini kecil, maka tentunya nilai besar error akan lebih kecil dari nilai error rata-rata sehingga bisa ditarik kesimpulan flow computer memiliki akurasi yang sangat baik. Sebenarnya flow computer OMNI 6000 telah bekerja dengan baik, dibuktikan dengan nilai error yang masih dibawah standar toleransi.

Sebenarnya, yang membuat adanya error adalah berasal dari data volume rate sebenarnya hasil perhitungan OMNI 6000 flow computer . Pengukuran dengan OMNI 6000 ternyata menimbulkan permasalahan tersendiri. Ini dikarenakan kemampuan OMNI hanya menerima keluaran sinyal variabel yang dinamik sesuai keadaan di Metering Gas Utilize Pertamina FE-1006A1 dari transmitter hanya berupa differential pressure (DP), pressure static dan temperature process. Padahal, pengukuran flow berupa volume ratetidak hanya dipertimbangkan dari ketiga variabel tersebut.

Sebelum masuk ke ranah pembahasan, mekanisme/ metode yang digunakan untuk mengetahui penyebab error yang dihasilkan oleh perhitungan OMNI 6000 di ruangan panel Process Terminal Lawe-Lawe, yaitu sebagai berikut :

1. Mengambil data snapshot hasil kalkulasi OMNI 6000.

2. Menguji hasil kalkulasi perhitungan flow rate Q dengan menyesuaikan parameter/ variabel data masukan yang ada di OMNI 6000 ke software Co$t Flow (lihat lampiran III Data Snapshot OMNI di Gas Metering Utilize Pertamina FE-1006A1).

3. Mengidentifikasi variabel/ parameter yang paling berpengaruh pada pengukuran flow natural gas di dibagian Metering Gas Utilize PertaminaFE-10006A1.

A c t u a l R e a d i n g ( S C F / h r ) Error (%)

(15)

4. Mengkategorikan variabel-variabel tersebut sesuai dengan karakteristiknya sehingga dapat diketahui hubungan/ keterkaitan antara variabel-variabel tersebut.

4.2. Pembahasan

Telah dijelaskan sebelumnya, penyebab yang membuat error adalah nilai akurasi dari OMNI 6000 flow computer . Hal ini didasarkan karena ada beberapa faktor. Berdasarkan standar Association Gas American(AGA 3), terdapat beberapa faktor yang membuat adanya error yang menyebabkan pengukuran flow ratesepertivolume ratedanmass ratetidak sama dengan hasil calculation AGA 3, yaitu antara lain :

a. Differential pressure b. Static Pressure c. Temperature d. Relative Density e. Supercompressibility f. Density g. Expansion factor

Namun, untuk membatasi masalah, pada pembahasan ini hanya akan membahas faktor seperi DP, statistic pressure, temperature, densitydan expansion faktor . Ini dikarenakan faktor- faktor tersebut yang merupakan faktor dasar penyebab error oleh OMNI 6000 flow computer untuk mengukur dan menghitung flow rate dalam hal ini adalah volume rate. Selain itu, faktor-faktor ini sesuai dengan apa yang ditemukan dilapangan yang berkaitan dengan OMNI 6000 flow computer dan kelima faktor tersebut saling berkaitan. Untuk mempermudah penulisan bab ini, dilakukan pembagian kategori. Kategori ini dipertimbangkan dengan membagi antara kategori data dinamik dan data statik. Kategori pertama terdiri atas DP, static pressure dan temperature process merupakan data-data yang berubah-ubah (dinamik) dikarenakan adanya transmitter yang mengukur langsung perubahan ketiga variabel tersebut pada Gas Metering Utilize Pertamina FE-1006A1 dan kategori kedua terdiri dari densitydan expansion factor yang merupakan kategori data yang tidak dinamik (statik) dikarenakan perubahan data dilakukan secara periodik (sekali dalam kurun waktu seminggu).

4.2.1. Kategori Data Dinamik

Telah dijelaskan sebelumnya, bahwa parameter/ variabel data seperti DP, static pressure dan temperature merupakan variabel yang berubah-ubah sesuai hasil pengukuran yang dilakukan oleh masing-masing transmitter pada Gas Metering Utilize Pertamina FE-1006A1. Ketiga variabel ini sangat mempengaruhi kalkulasi dari flow computer untuk menghitung flowrate.

Antara DP dan static pressure sangatlah mempengaruhi dari besar nilai flow rate. Sangatlah jelas hubungannya, DP dan static pressure berbanding lurus dengan nilai flow rate, Q. Hubungan kedua variabel ini dengan flow rate Qdapat dilihat kedalam persamaan 5.2.





 



√ 







(4.2)

Dimana :





: Hourly rate of flow(SCF/Hr)





:Konstanta orifice/ discharge coefficient





: Differential pressure(in H2O)

(16)

Grafik 4.2 Perbandingan √(DP*PS) –

Volume Rate

Dari grafik 4.2 diatas, diperoleh penjelasan bahwa nilai dari perkalian akar kuadrat dari DP dengan static pressure berbanding lurus dengan nilai volume rate. Ini membuktikan bahwa antara nilai DP dan static pressure sangat mempengaruhi besar nilai volume rate yang terkalkulasi oleh OMNI 6000 flow computer .

Selain itu, pembulatan angka dibelakang koma pada perhitungan pada persamaan diatas juga menjadi sangat penting. Akar kuadrat dari perkalian nilai DP dan static pressure menjadi hal yang mempengaruhi dari nilai flow rate, Q. OMNI 6000 flow computer hanya mampu menampilkan hasil perhitungan dengan pembulatan 4 angka dibelakang koma (lihat data lampiran snapshot OMNI pada lampiran III). Padahal ini sangatlah krusial. Selain itu, pengukuran flow rate dengan menggunakan orifice memilikierror tersendiri. Ini dikarenakan pada nilai dari DP yang dihasilkan oleh orifice platetidak dapat terukur secara presisi oleh transmitter DP disebabkan dari kemampuan transmitter tersebut.

Grafik 4.3Static Pressure_–Error

Dari hasil grafik 4.3 diatas, diketahui terdapat empat data nilai static pressure yang memiliki angka yang sama, yaitu pada pressure static pada pengambilan data ke-3 dan data ke-4 juga pada data ke-9 dan ke-10 sehingga data error pada pengambilan data tersebut merupakan hasil rata-rata dari keduanya (untuk lebih jelasnya lihat tabel perbandingan static pressure terhadap error pada lampiran V). Berdasarkan data AGA 3,error tertinggi pada transmitter terjadi padastatic pressure kurang dari 100 psig. Diatas 100 psig, error transmitter menjadi rendah. Jadi dapat juga diperoleh pernyataan kuat bahwa, nilai error tertinggi 2.0% tidak terjadi pada OMNI 6000 flow computer dikarenakan static pressure rata-rata terjadi pada



 

185.8046 psig (diatas 100 psig).

E r r o r ( % )

Static Pressure (psig) Grafik Static Pressure - Error

(17)

Berdasarkan data AGA 3, temperature menjadi faktor yang sangat penting dalam mempengaruhi akurasi dari perhitungan flow computer . Disebutkan bahwa, untuk orifice meter memiliki error pengukuran flow sebesar ± 0.1 % tiap perubahan 1°F. Dari kesepuluh pengambilan data snapshot OMNI 6000 diperoleh nilai rata-rata temperature process,



 

84.30171°F

Grafik 4.4 Perbandingan Fluktuasi Temperatur

Grafik 4.4 menunjukkan adanya fluktuasi temperature dari kesepuluh pengambilan data pada selang waktu 2 menit. . Perubahan fluktuasi temperature ini tentunya mempengaruhi hasil pengukuran, dari pengambilan data pertama sampai kesepuluh memiliki nilai yang berbeda-beda (kecuali data pertama dan kedua).

4.2.2. Kategori Data Statik

Kategori data statik (non-dinamik) berbeda dengan kategori data dinamik dimana variabel seperti DP, static pressure dan temperature process memiliki perubahan nilai sesuai yang terdeteksi oleh transmitter . Namun, pada kategori non-dinamik, variable data seperti density, gas komposisi dan expansion factor memiliki perubahan nilai yang tetap alias statis. Perubahan nilai dilakukan secara periodik dengan melakukan pengambilan gas sampel seminggu sekali di Metering Gas Utilize Pertamina FE-1006A1 (lihat gambar transmitter temperature, BAB III). Ini dikarenakan tidak adanya sensing element yang mengukur ketiga variabel tersebut secara online ke meteran gas dan mentransmisikan datanya ke OMNI 6000 flow computer . Sehingga, alasan mengapa kalkulasi OMNI 6000 flow computer tidak sama dengan calculationAGA-3 melaluisoftware Cost Flow dapat dipahami.

Untuk density atau massa jenis dari suatu gas merupakan faktor yang sangat mempengaruhi dan berkaitan dengan faktor-faktor lainnya. Besar nilai density akan mempengaruhi flow rate seperti volume rate,mass ratedan bilangan Reynold. Hubungan ini kita bisa lihat kedalam persamaan berikut.

 



_

(4.3)

Dimana, V : Volume (





) m : massa (kg)

(18)

Grafik 4.5 Perbandingan Volume Rate-Density

Digrafik 4.5 diatas, h

ubungan ρ (

rho) berbanding terbalik dengan besar volume. Sehingga makin besar massa jenis suatu natural gas maka makin kecil volume dari natural gas yang terukur oleh OMNI 6000 flow computer . Sedangkan, jika dalam kasus ini terjadi hukum konservasi massa sesuai pernyataan hukum Termodinamika , dalam artian massa gas yang melalui upstream dan downstream sama. Seharusnya dari grafik hubungan volume rate dan density harus memiliki bentuk grafik yang berbeda. Grafik yang menunjukkan besar density makin lama makin menurun seiring meningkatnya besar nilai volume rate.

Konservasimass flow rate,











  









̅



  ̇

( 4.4)

Konversi volume rate,







  





̅



 

(4.5)

Grafik 4.6 Perbandingan Temperatur-Density

Dalam grafik 4.6, dari data snapshot OMNI 6000, nilai density dari ke sepuluh pengambilan data memiliki nilai data yang berbeda-beda. Perbedaan besar density ini diperoleh dari hasil kalkulasi dari OMNI tersendiri, jadi bukan merupakan density aktual (sebenarnya) melainkan hasil kalkulasi sesuai

D e n s i t y ( l b / f t ^ 3 ) Temperatur (Kelvin)

(19)

standar AGA 8. Jika merunut pada keadaan ideal gas, besar density sangat tergantung dari besar nilai temperature dan pressure. Berikut persamaannya untuk gas ideal.





( 4.6)

Dimana, P = Absolute pressure (Pa)



= Absolut temperature(Kelvin) V = Volume (





)



= density(kg/





) R = Konstanta gas (J/kgK)

Namun, jika dilakukan pengukuran density dengan melakukan densitometer untuk mendapatkan nilai density sebenarnya, tentunya hasil pengukuran kalkulasi flow akan berbeda pula. Nilai error yang ditimbulkan bahkan lebih kecil sesuai dengan gas relative massa jenisnya. Sebagai catatan, pada pengukuran dan kalkulasi OMNI 6000 gas relative density dari gas natural di Gas metering Utilize Pertamina FE-1006A1dianggap sama dengan gas relative density padasoftware Co$t Flow.

Berbeda dengan density, expansion factor (Y) juga memiliki pengaruh dari perhitungan dan kalkulasi flow rate oleh OMNI flow computer . Ini dikarenakan nilai discharge coefficient / konstanta

orifice, C’ bergantung dari besar

expansion factor selain dari nilai dari variabel lain. Berikut persamaan koefisien orifice.





_{   }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

_{ }

_

(4.7) Keterangan variabel bisa dilihat di BAB III

Mengapa nilai expansion factor menjadi penting? Nilai expansion faktor berbanding lurus dengan besar perubahan density yang melewati orifice plate (Ini membuktikan pengaruh dari density sangatlah besar). Nilai expansion factor maksimum sebesar 0.75 Mach atau setara dengan 257.7 m/s (1 Mach sama dengan kecepatan suara 343.6 m/s). Namun nilai akurasi kecepatan (velocity), v untuk pengukuran yang terbaik terjadi pada nilai 0.2 mach atau setara dengan 68.72 m/s [3]. Jika profil aliran yang diinginkan melewati orifice plate adalah laminar, maka nilai velocity ideal yang melalui orifice plate adalah v = 68.72 m/s. Sehingga dari expansion factor kita dapat memperoleh keterangan hubungan massa jenis (density) dengan kecepatan (velocity) v dari profil aliran laminar natural gas yang diukur pada Gas Metering UtilizePertamina FE-1006A1 melalui persamaan berikut.

  

 

 

_

(4.8)

Untuk membuktikan apakah profil aliran natural gas adalah sesuai dengan besar kecepatan ideal pengukuran yaitu v = 68.72 m/s pada Gas Metering Utilize Pertamina FE-1006A1 dapat dibuktikan dengan menggunakan persamaan debit atau volume rate natural gas yang melalui meter tube khususnya pada titik orifice plate.

(20)

(Sumber tidak diketahui)

Pada gambar 4.7, menggambarkan dimensi meter tube dengan spesifikasi panjang (L) dengan aliran suatu fluida dengan kecepatan (v).

 



_





_

(4.9) Karena,

 











Dan



Maka,

 







(4.10)

Dimana, Q : Debit/ Volume rate fluida A : Luas permukaan

v : Kecepatan aliran (flow) fluida

Sehingga, diperoleh data kecepatan fluida dari kesepuluh pengambilan data snapshot OMNI 6000 flow computer.

Untuk ,

1 scfh = 0.4719474 ltr/min =7.86579×











Dengan diameter orifice plate = 1.749 inci = 0.0444246 meter. Lihat pada lampiran III. Maka luas permukaanorifice meter .

 



_





 



_





    



_



Maka dapat diperoleh data kecepatan (velocity) alirannatural gasdiGas Metering Utilize Pertamina FE-1006A1, yaitu:

Tabel 4.2 Data kecepatan (velocity) aliran natural gas di Gas Metering Utilize Pertamina FE-1006A1

No

Actual Reading (Q) Kecepatan Flow (v)

m^3/s m/s 1 0.177780226 114.7709657 2 0.177704714 114.7222171 3 0.177591447 114.6490942 4 0.17795406 114.883189 5 0.177966645 114.8913138 6 0.175469257 113.2790554 7 0.178873571 115.4768048 8 0.222867721 143.8784511 9 0.221624926 143.0761303 10 0.221795614 143.1863225

Dari tabel 4.2 diatas, diketahui bahwa kecepatan aliran natural gas tidak ideal sesuai yang diharapkan. Jika suatu aliran laminar memiliki kecepatan ideal sebesar 0.2 Mach atau 68.72 m/s, maka

(21)

profil aliran yang mengalir tidak sesuai persyaratan. Kecepatan aliran rata-rata dari data diatas adalah

ṽ=



. Memiliki nilai dua kali lipat dari nilai kecepatan ideal. Hal ini menyebabkan terjadinya error perhitunganvolume flow rateoleh OMNI 6000 flow computer . Perhitungan flow ratedengan OMNI 6000 flow computer tidak akurat yang mengakibatkan adanya perbedaan nilai yang dikalkulasi oleh software Cost Flow.