Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia
Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Simposium Nasional IATMI 2009 Bandung, 2-5 Desember 2009
Makalah Profesional
IATMI 09 – 004 Simulasi Line Packing Sebagai Storage pada Pipa Transmisi Gas Studi Kasus: Pipa Transmisi Lapangan X Oleh: Arsegianto1,2, Edy Soewono3, Evi Wahyuningsih1, Imam Sulistyo1,2, Darmadi1,2 1 Research Consortium OPPINET Institut Teknologi Bandung 2 Program Studi Teknik Perminyakan Institut Teknologi Bandung 3 Program Studi Matematika Institut Teknologi Bandung
Abstrak
Pendahuluan
Gas alam merupakan salah satu sumber energy alternatif yang diharapkan dapat menggantikan peranan minyak bumi dalam pemenuhan kebutuhan energi nasional. Dengan semakin meningkatnya permintaan gas, maka kebutuhan untuk membangun pipa sebagai salah satu media transportasi gas juga semakin meningkat.
Gas alam yang tidak bisa disimpan dalam waktu lama menyebabkan cara yang efektif untuk mengirimkan gas ke konsumen adalah melalui pipa transmisi. Jaringan pipa transmisi ini biasanya sangat panjang yang terdiri dari titik pengiriman dan titik penerimaan. Pipa yang dipakai untuk mengalirkan gas juga dapat dipakai sebagai tempat penyimpanan gas (gas storage) sementara dengan cara memampatkan gas tersebut sampai tekanan tertentu yang tidak melebihi tekanan internal pipa maksimum yang diijinkan, hal ini dimungkinkan karena sifat gas yang compressible.
Perancangan pipa transmisi harus mempertimbangkan kapasitas pipa yang mampu menangani fluktuasi permintaan gas selama perioda tertentu. Untuk itu perlu dilakukan kuantifikasi parameter-parameter yang mempengaruhi kapasitas pipa. Makalah ini membahas metoda perhitungan line-pack yang menunjukkan kapasitas pipa gas sebagai fungsi dari tekanan yang bekerja pada pipa tersebut. Suatu studi kasus dengan data lapangan untuk menunjukkan penggunaan metode yang dipaparkan diberikan sebagai ilustrasi.
IATMI 09-004
Dalam industri gas, volume line pack ini sangat penting karena dapat digunakan untuk menentukan real pipe balance. Real pipe balance ditentukan dengan menghitung volume total gas yang diterima, volume total gas yang dikirim serta volume serta volume liquid yang terbentuk dari gas. Dari hasil perhitungan tersebut akan diketahui apakah pipa telah mengalirkan gas lebih besar dari yang diterima (gain) atau menerima volume gas lebih dari volume yang terkirim (loss).
1
Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Pada penelitian ini akan disimulasikan perilaku tekanan dan laju alir gas sepanjang pipa pada setiap segmen pipa untuk mengetahui volume line pack pipa yang dapat digunakan untuk mengetahui discrepancy volume antara gas yang dikirimkan dengan gas yang diterima oleh konsumen
Model Heat Transfer Pada pipa transmisi terjadi penurunan temperature sepanjang pipa yang dapat ditentukan dengan memperhitungkan faktor ambien serta properties heat transfer pada pipa itu sendiri. Persamaan nilai resistence yang digunakan untuk menghitung heat transfer coefficient dapat dilihat pada Tabel 1.
Metode Pada perhitungan volume line pack, metode komputasi yang digunakan merupakan pemrograman non linier dengan melakukan segmentasi pada pipa untuk mendapatkan hasil perhitungan yang semakin akurat. Algoritma perhitungan volume line pack pada pipa transmisi dapat dilihat pada Gambar 1. Pada algoritma perhitungan di atas dapat diketahui bahwa volume line packing dipengaruhi oleh tekanan dan temperature gas dalam pipa. Dalam hal ini langkah pertama yang perlu dilakukan adalah menentukan data yang diperlukan untuk menghitung tekanan dan temperature pada pipa yaitu data panjang pipa, diameter dan properti gas. Program akan mensimulasikan jaringan pipa untuk menentukan tekanan dan temperature sistem serta property gas (Z, viskositas dan factor friksi) pada tiap-tiap segmen pipa. Hasil akhir yang ingin didapatkan adalah tekanan dan temperature pada tiap node, volume line pack serta GHV (gross heating value) pada tiap tiap konsumen.
Perhitungan Line Packing Line packing pada pipa gas transmisi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan di bawah ini.
dimana:
Studi Kasus Kehilangan tekanan Untuk menghitung kehilangan tekanan pada pipa transmisi gas digunakan persamaan Panhandle B
Perhitungan tekanan dilakukan dengan melakukan segmentasi pada pipa sehingga perhitungan tekanan akan lebih akurat. Dalam hal ini nilai temperatur pada tiap-tiap titik juga berubah (nonisothermal) sehingga nilai properties gas yang dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur juga akan berubah pada tiap-tiap segmen pipa.
IATMI 09-004
Gambar 2 menunjukkan jaringan pipa transmisi gas di salah satu lapangan gas di Indonesia dengan 4 inlet dan 2 outlet. Pada paper ini akan dihitung volume line pack pada pipa dengan menggunakan metode komputasi yang telah dikembangkan untuk menyelesaikan jaringan pipa yang kompleks. Pada studi kasus ini akan dihitung tekanan dan temperatur pada masing-masing titik yang akan digunakan untuk menghitung volume line packing pada tiap-tiap ruas pipa. Komposisi pada tiap source diberikan pada Tabel 2. Data heat transfer diberikan pada Tabel 3.
2
Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia hs
Hasil dan Diskusi
kp
Dari hasil simulasi pada jaringan pipa ini diperoleh komposisi campuran pada tiap-tiap node seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4. Hasil perhitungan tekanan pada source, junction, dan sink diberikan pada Tabel 5. Pada kasus ini penurunan tekanan pada jaringan sangat kecil dikarenakan diameter dan laju alir gas yang kecil. Hal ini menyebabkan volume line pack pada jaringan ini juga kecil.
ki
Untuk menaikkan kapasitas line pack pada jaringan ini maka salah satu hal yang dapat dilakukan adalah dengan meningkatkan tekanan yang bekerja pada pipa hingga mendekati tekanan maksimum yang diijinkan pada pipa untuk bekerja (MAWP).
Kesimpulan
ks B
= convective heat transfer coefficient for sea water or air (Btu.ft2. oF/hr) = thermal conductivity of pipewall (Btu.ft2. o F/hr) = thermal conductivity of insulation (Btu.ft2. o F/hr) = thermal conductivity of soil (Btu.ft2. oF/hr) = depth of burial to centerline of pipe (ft)
Referensi [1]. American Petroleum Institute., Specification for Line Pipe, p.15
1980,
API
[2]. Arsegianto, Soewono, E & Apri, M., “Non-Linear Optimization Model for Gas Transmission System A Case of Grissik - Duri Pipeline”, Paper SPE No. 80506. [3] McAllister, E.W., 2002, Pipeline Rules of Thumb Handbook, 5th edition, p.575-576.
Line pack menunjukkan volume gas aktual yang ada di pipa yang totalnya berfluktuasi dengan volume yang meningkat atau menurun. Untuk suatu jaringan pipa transmisi yang total line pack nya diperhitungkan di dalam sistem penjualan gas, maka sangat penting untuk menentukan volume line pack pada setiap ruas pipa. Perhitungan line pack dengan menggunakan simulator dapat digunakan untuk menentukan volume line pack untuk jaringan yang kompleks dengan mudah dan cepat.
Daftar Simbol Q E Pb Tb P1 P2 G Tf Le Z Dp Dpi Di hf rd
= volume flow rate, standard ft3/day (SCFD) = pipeline efficiency = base pressure, psia = base temperature, °R (460 + °F) = upstream pressure, psia = downstream pressure, psia = gas gravity (air = 1.00) = average gas flow temperature, °R = equivalent length of pipe segment, mile = gas compressibility factor, dimensionless = outside diameter of pipe (ft) = inside diameter of pipe (ft) = outside diameter of insulation (ft) = inside fluid convective heat transfer coefficient (Btu.ft2. oF/hr) = inside fluid fouling factor (hr.ft2. oF/Btu)
IATMI 09-004
3
Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Outlet (Pout , Q,
Pipe (L, Ep, ID)
Inlet (GHV, SG, Q)
GHV,SG)
Average Temperature (Tavg)
Temperature Drop (Tin, L, Q, T)
Line Pack Volume & Energy
Pressure drop (Pinlet)
Average Z (Zavg)
Average Pressure Gambar 1. Algoritma Perhitungan Line Packing
Source 4 Q = 2.16 MMSCFD Q = 1.97 MMSCFD
Source 2 6 inch , 24.4 km 8 inch , 7 km Q = 7.5 MMSCFD
14 inch , 6.5 km
Source 1
18 inch , 52km
Sink 2
J2
J1 8 inch , 12.5 km
Q = 11.84 MMSCFD 8 inch ,9.2 km
Sink 1 Source 3
Q = 1.15 MMSCFD
Q = 1.36 MMSCFD
Gambar 2. Jaringan pipa Transmisi Lapangan X IATMI 09-004
4
Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Table 1. Formula perhitungan heat transfer Resistance
Mechanism
Fluid (Rf)
Convection
Inside dirt or scale (Rd)
Conduction
Pipe wall (Rp)
Conduction
Insulation (Ri)
Conduction
Soil
Conduction
Air
Convection
Formula
Table 2. Data komposisi tiap-tiap sumber gas Mole Fraction (%) Component Source 1
Source 2
Source 3
Source 4
N2
0.1376
0.4545
0.115
0.2606
CO2
1.8071
2.1395
1.815
1.55075
CH4
71.5934
81.4259
71.66
77.671
C2H6
12.5741
10.6121
12.595
10.96075
C3H8
7.5798
3.9945
7.58
5.7858
i-C4H10
1.8720
0.6852
1.885
1.38735
n-C4H10
2.3979
0.5079
2.4
1.21245
i-C5H12
1.0669
0.1085
1.04
0.65895
n-C5H12
0.7421
0.0719
0.675
0.3903
C6+
0.2290
0
0.235
0.12205
Total
100
100
100
100
SG
0.812
0.689
0.81
0.74
IATMI 09-004
5
Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Table 3. Properti Heat Transfer pipa Pipe roughness
0.0007 inch
Tambient
60 F
Fluid heat capacity
0.65 Btu.ft/lb
Pipe conductivity
36.3 Btu/hr.ft.F 0.8 Btu/hr.ft.F
Soil conductivity Depth of burial
1.5 m
Table 4. Komposisi campuran pada J1 dan dan J2 Mole Fraction Component J1
J2
N2
0.002
0.0021
CO2
0.0188
0.0183
CH4
0.7361
0.7429
C2H6
0.1218
0.1198
C3H8
0.0684
0.0666
i-C4H10
0.0163
0.0159
n-C4H10
0.0201
0.0188
i-C5H12
0.0087
0.0083
n-C5H12
0.06
0.0057
C6+
0.02
0.0004
IATMI 09-004
6
Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Table 5. Hasil Simulasi tiap node pada pipa OD (inch)
Pinlet (psia)
Poutlet (psia)
Source 1 -J1 12.5
8
191.4
132.3
Source 2-J1
7
8
135.8
132.3
Source 3-J1
9
8
134.7
132.3
J1-J2
6.5
14
132.3
128
Source 4-J2
24.4
6
183
128
J2- Sink 1
0.1
6
128
127.8
J2-Sink 2
52
18
127.8
115
Segmen Pipa
IATMI 09-004
L (Km)
Tin (F)
Tout(F)
100
88
100
88
100
88
88
84
100
88
84
84
84
72
Line Packing Volume (MMSCF)
GHV (BTU/scf)
0.27
1,343.9
0.138
1,142.4
0.19
1,342.0
1.30
1,319.3
0.26
1,241.7
0.002
1,306.5
2.39
1,306.5
Energy (MMBTU) 180.1 67.5 105.1 699.1 162.9 0.6 2859.8
7
