PENGANTAR TRANSPORTASI MIGAS
SEPARATOR TIGA FASA (HORIZONTAL)
DOSEN PEMBIMBING:
ADI NOVRIANSYAH, ST.MT
OLEH:
(KELOMPOK 4)
ANNISA RAHMAWATI
123210449
DENI SYAHPUTRA
123210167
DENNY WAHYU PERMANA
123210168
RAFHIE ADRIAN
123210611
RAMA AULIA SAPUTRA
123210083
KELAS A
JURUSAN PERMINYAKAN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ISLAM RIAU
PEKANBARU
2014
SEPARATOR TIGA FASA
(HORIZONTAL)
A. Pendahuluan
Separator tiga fasa biasanya disebut juga free water knockout, dipakai untuk memisahkan air yang mungkin masih ada dalam cairan. Karena aliran yang masuk ke dalam separator tiga fasa langsung dari sumur produksi atau dari separator yang tekanan operasinya lebih tinggi, maka vessel harus dirancang untuk dapat memisahkan gas yang mengembang baik dari minyak maupun dari air.
Gambar A1: Pertumbuhan Lapisan Air terhadap Waktu
B. Separator Horizontal
Separator tiga fasa dapat dirancang baik sebagai separator horizontal maupunseparator vertical. Gambar B1 adalah gambaran skematik separator horizontal tiga fasa tersebut. Fluida masuk ke separator dan menyentuh inlet
diverter. Disini terjadi perubahan momentum secara tiba-tiba. Proses selanjutnya
antara cairan dan gas sama seperti separator horizontal dua fasa. Dalam rancangan tambahan, inlet diverter sebagian terbenam langsung di bawah fluid level. Ruang pengumpul cairan dalam vessel memiliki waktu yang cukup sampai minyak dan emulsi dari lapisan oil pad naik ke atas, serdangkan free water mengendap ke bawah.
Gambar B1: Skematik Separator Horizontal Tiga Fasa
Fasa dengan suatu pengontrol permukaan cairan yang berupa dinding pemisah atau weir. Air produksi yang sudah mengendap dikeluarkan lewat saluran khusus. Pengontrol permukaan cairan sangat sensitive terhadap tinggi permukaan minyak-air. Kemudian system pengontrol mengirim sinyal ke water dump valve dan setelah menghitung jumlah air yang telah meninggalkan vessel, maka batas permukaan minyak dan air jingga pada tinggi yang telah dirancang.
Gas mengalir secara horizontal dan keluar melewati mist extractor pada suatu valve yang tekanannya dikontrol, sehingga tekanan dalam vessel dapat dijaga konstan. Batas permukaan gas-minyak bisa bervariasi dari 50% diameter sampai 75% diameter, tergantung seberapa penting pemisahan cairan dan gas. Rancangan yang umum dilakukan adalah model 50% diameter.
Gambar B2 memperlihatkan suatu rancangan alternative yang dikenal sebagai “rancangan bucket & weir”. Rancangan ini tidak memerlukan alat pengontrol permukaan cairan. Baik minyak maupun air keluar weir yang dibuat terpisah. Minyak akan masuk ke oil bucket setelah melewati oil weir. Dimana level minyaknya dikontrol oleh oil dump valve. Sementara itu air mengalir ke bawah oil
bucket dan kemudian naik ke water weir. Air akan masuk ke tempat khusus
Gambar B2: Rancangan Bucket &Weir
Ketinggian oil weir dikontrol oleh level cairan dalam vessel, karena osisinya tidak permanen. Perbedaan ketinggian antara oil weir dengan water weir dikontrol oleh ketebalan lapisan minyak dan air yang berbea spesifik gravitinya. Perbedaan ini sangat dalam operasi vessel, dimana ketinggisn oil weir, sehingga ketebalan lapisan minyak memiliki retention time yang cukup. Apabila water weir terlalu rendah dan perbedaan spesifik gravity tidak sebesar ang diharapkan, maka lapisan minyak bisa menjadi lebih tebal sampai ke suatu titik dimana minyak akan terbawa pada oil ox dan keluar bersama air. Biasanya baik oil weir maupun water weir dibuat tidak permanen agar dapat disetel, sehingga perubahan spesifik gravity minyak dan air ataupun perubahan laju alir dapat diantisipasi.
Untuk mendapatkan ketinggian lapisan minyak yang diinginkan, jarak water
weir akan diset lebih rendah dari oil weir, yang beda tingginya dapat dihitung
dengan persamaan berikut:
= tinggi lapisan minyak yang diingini, = densitas minyak,
= densitas air,
Persamaan di atas didapatkan berdasarkan penurunan rumus di bawah ini. Perhatikan gambar B3, dimana tekanan diset pada titik A.
Pengontrolan permukaan cairan memiliki kelebihan yaitu lebih mudah disetel apabila terjadi perubahan spesifik gravity dan laju alir minyak atau air yang tidak diharapkan. Bagaimanapun juga, kalau minyaknya merupakan minyak berat atau minyak dengan jumlah emulsi atau paraffin yang lebih banyak akan sulit mengontrol permukaan fluidanya. Dalam kasus ini pengontrolan voume bucket dan weir akan lebih cocok.
Gambar B3: Penentuan ketinggian Lapisan Minyak
C. Ukuran Separator
Dalam menentukan ukuran separator horizontal tiga fasa perlu menetapkan diameter dan panjang vessel. Kapasitas gas dan retation time adalah hal yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan beberapa kombinasi yang cocok daripada diameter dan panjang tersebut. Juga perlu menentukan diameter maksimum separator agar dapat mengendapkan butiran air yang berukuran 500 mikron.
Kapasitas Gas
Pengaturan kapasitas gas memberikan persamaan yang harus memenuhi kombinasi dan .
dimana: = diameter dalam vessel,
= panjang efektif vessel tempat pemisahan terjadi,
= temperature operasi, = kompresibilitas
= tekanan operasi,
= konstanta berdasarkan sifat cairan dan gas. Retention Time
Pengaturan retention time memberikan persamaan yang harus memenuhi kombinasi dan .
dimana: = laju alir air, = retention time air,
= laju alir minyak, = retention time minyak,
Persamaan di atas didapatkan berdasarkan penurunan rumus di bawah ini.
dalam , dalam , dalam , dalam , dalam dan
dalam . dimana, dan dalam :
karena, maka, dan,
dan dalam menit karena, maka, dan
jadi, sehingga: Pengendapan
Supaya butiran air yang berukuran 500 micron mampu mengendap pada lapisan minyak tertentu, maka ketebalan lapisan minyak haruslah memenuhi persamaan berikut.
Persamaan di atas didapatkan berdasarkan penurunan rumus di bawah ini.
dan dalam , dalam , dalam , dalam dalam .
dimana,
sehingga:
maka:
Ini adalah ketebalan maksimum lapisan minyak yang dapat dan masih memungkinkan untuk mengendapkan butiran air dalam waktu .
Untuk
Untuk retention time minyak tertentu dan retention time air pada ketebalan lapisan minyak maksimum yang diberikan, terpaksa harus ditentukan diameter maksimm yang cocok dengan prosedur berikut:
1. Hitung
2. Hitung fraksi luas vessel yang ditempati oleh fasa air.
3. Koefesien Z ditentukan menggunakan grafik koefesien Z untuk silinder yang sebagian terisi air.
4. Hitung dengan persamaan berikut.
akan menghasilkan suatu kriteria yang diperlukan.
Panjang Antar Lapisan & Slenderness Ratio
Panjang antar lapisan atau seam-to-seam length dapat diperkirakan dari panjang efektif separator dengan menggunakan persamaan yang sama dengan separator dua fasa. Jika ukuran separator didasarkan pada kapasitas gas. Maka slenderness
ratio harus dibatasi tidak kurang ari 4 atau 5, untuk mencegah perputaran cairan
pada interface gas-cairan. Jika ukuran separator didasarkan pada kapasitas cairan, maka slenderness ratio yang lebih besar dapat dipakai. Tetapi pada umumnya
slenderness ratio untuk separator horizontal tiga fasa digunakan antara 3 sampai 5.
Prosedur Penentuan Ukuran Separator Horizontal
Adapun prosedur penentuan ukuran separator horizontal tiga fasa adalah sebagai berikut:
1. Siapkan data , , , , , , dan 2. Pilih harga dan
3. Hitung dengan persamaan
Gunakan ukuran butiran 500 micron jika informasi tentang hal itu tidak tersedia.
4. Hitung dengan persamaan:
5. Tentukan harga Z atau dari kurva. 6. Hitung harga dengan persamaan:
7. Hitung untuk yang memenuhi batasan kapasitas gas. Gunakan ukuran butiran 500 micron jika informasi tentang hal itu tidak tersedia. atau
8. Hitung untuk yang memenuhi batasan retention time
minyak dengan air dengan persamaan:
Untuk kapasitas gas:
Untuk kapasitas cairan:
10. Pilih kombinasi dan yang paling mungkin dengan slenderness ratio
antara 3 sampai 5.
D. Contoh Kasus dan Penyelesaiannya
Dari system produksi di permukaan diketahui bahwa laju alir gas adalah pada harga . laju alir minyak adalah adalah pada . Laju alir air adalah dengan . berapa ukuran separator horizontal yang cocok untuk menangani laju produksi ini apabila tekanan dan temperature operasi masing-masing dan . Diasumsikan dan .
Solusi:
1. Data yang diperlukan telah tersedia.
2. Harga dan diasumsikan . Dihitung beberapa hal yang penting seperti:
dan
didapat . Maka dengan asumsi harga
3. Dihitung dengan menggunakan ukuran butiran . 4. Dihitung :
5. Berdasarkan gambar kurva “Koefesien untuk Selinder yang Sebagian Terisi Air” ditentukan harga . Untuk didapat .
6. Dihitung harga :
7. Dihitung untuk yang memenuhi batasan kapasitas gas. Disini digunakan ukuran butiran minyak .
Kombinasi harga dan untuk batasan kapasitas gas ditabelkan sebagai
berikut: Tabel D1 60 2.4 72 1.9 84 1.7 96 1.5
8. Dihitung untuk yang memenuhi batasan retention time minyak dana air.
Kombinasi harga dan untuk batasan retention time cairan ditabelkan
sebagai berikut: Tabel D2 60 31.6 42.1 8.4 72 21.9 29.2 4.9 84 16.1 21.5 3.1 96 12.3 16.4 2.1 108 9.7 13.0 1.4
9. Diperkirakan seam-to-seam length dengan persamaan untuk kapasitas cairan. Hasil perhitungannya juga ditabelkan.
Kemudian diplot antara vs .
10. Dipilih kombinasi dan yang paling mungkin dengan slenderness ratio
antara 3 sampai 5. Karena yang terdapat dipasaran adalah yang diameternya 90 inch, 96 inch dan 102 inch, maka dengan melakukan ekstrapolasi pada kurva, didapat kombinasi ukuran separator yaitu , dan .
