EVALUASI PERANCANGAN ULANG POMPA SENTRIFUGAL FWKO-01 DI STASIUN PENGUMPUL PT. PERTAMINA EP ASSET-2 FIELD PRABUMULIH

Transkripsi

1 EVALUASI PERANCANGAN ULANG POMPA SENTRIFUGAL FWKO-01 DI STASIUN PENGUMPUL PT. PERTAMINA EP ASSET- FIELD PRABUMULIH Kemas Mardiansyah, Bambang Soetrisno, Purwanto STEM Akamigas, Jl. Gajah Mada No. 38, Cepu ABSTRAK Pada Area di PPP (Pusat Pengumpul Produksi) Pertamina Ep Asset- Field Prabumulih, memiliki berbagai macam peralatan, salah satu diantaranya pompa sentrifugal FWKO-01 yang berfungsi untuk memindahkan air formasi dari tangki produksi ke tangki FWKO. Pompa yang ada perlu di disain ulang, karena tidak sesuai kebutuhan operasional. Berdasarkan hasil perancangan ini dilakukan perhitungan secara keseluruhan, meliputi perhitungan head pompa, jumlah tingkat impeller, daya pompa, daya motor, efisiensi dan tinjauan keekonomian. Manfaat dari perancangan pompa ini untuk memenuhi kebutuhan perpompaan air terproduksi dengan kapasitas 150 m 3 /jam dengan head 101 m di Pusat Pengumpul Produksi (PPP) PT. Pertamina EP Asset Field Prabumulih. Rancangan ini mengacu pada API 610, sebagai sumber referensi utama dalam perhitungan dan disain. Selain perhitungan disain pompa, juga diberikan analisa keekonomian dalam perancangannya. Kata kunci: pompa FWKO, API 610, air terproduksi ABSTRACT In the Area of PPP (Collecting Center production) Pertamina Ep Prabumulih Field Asset-, has many of equipments, one of them is centrifugal pumps FWKO-01 which serves to pump the water from the production tank to FWKO tank. The existing pumps need to redesigning because the design is not appropriate for operational needs. Based on the results of design calculations is performed in its entirety, including the calculation of head pumps, number of levels of the impeller, the pump power, motor power, efficiency and economics review. The benefits of this pump design to meet the needs of water pumps produced with capacity 150 m3/h with head 101 m in the Centre of production of Collectors (PPP) PT Pertamina EP Asset Prabumulih Field. This design refers to API 610, as the main reference sources in the calculation and design. In addition to the calculation of the design of the pump, also provided economic analysis in this design. Keywords: FWKO pump, API 610, produced water 1. PENDAHULUAN Pompa adalah mesin yang digunakan untuk mengalirkan cairan dari satu tempat ke tempat lain, melalui media (pipa/saluran) dengan menambah energi pada cairan yang dialirkan dan berlangsung kontinyu. Prinsip operasi pompa adalah dengan membuat perbedaan tekanan antara tekanan sisi masuk (suction) dengan tekanan sisi bagian keluar (discharge). Secara umum pompa berfungsi sebagai pengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis (kecepatan), yang berguna untuk mengalirkan fluida cair serta mengatasi hambatan-hambatan yang terjadi sepanjang proses pengaliran. Salah satu jenis pompa pemindah non positif yang kita kenal adalah pompa sentrifugal yang prinsip kerjanya mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (dinamis) melalui impeller yang berputar dalam casing. Peran Pompa FWKO Di Stasiun Pusat Pengumpul Produksi (PPP) PT. Pertamina EP 89

2 Jurnal ESDM, Volume 6, Nomor, Nopember 014, hlm Field Prabumulih sangat vital. Pompa FWKO ini berfungsi untuk mengirim air ter-produksi dari production tank ke FWKO tank dengan total pemompaan rata-rata ± 18,948 BWPD (Agustus 013). Pemompaan air terproduksi ini sangat dibutuhkan selama transfer crude oil, karena air terproduksi yang terikut didalam production tank harus dibuang agar water content yang ada pada crude oil dapat dikurangi. Oleh karena itu maka diperlukan pompa FWKO yang sangat handal. Berkaitan dengan hal tersebut, maka penulis membuat Perancangan Ulang Pompa Sentrifugal FWKO- 01 di Stasiun Pengumpul (PPP) PT. Pertamina EP Asset- lapangan (Field) Prabumulih. Perancangan dibatasi pada perhitungan kapasitas, head, efisiensi overall, daya, NPSH, jenis impeller dan dimensi impeller, serta dilakukan tinjauan keekonomian. Pompa FWKO berfungsi untuk mengirim air terproduksi dari production tank ke FWKO tank dengan total pemompaan rata-rata ± 18,948 BWPD.. METODE Teknik pengumpulan data yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Metode Studi Lapangan Mengumpulkan data spesifikasi fluida seperti specific gravity, vapor pressure, kapasitas, data head system, suhu cairan dan spesifikasi dari pemompaan.. Metode Pengumpulan Data a. Metode Studi Pustaka Pengumpulan data yang bersumber dari berbagai buku yang menjadi re-ferensi dan pencarian dengan media in-ternet untuk memperoleh data-data pendukung. b. Metode Observasi (Pengamatan) Observasi adalah metode pengumpulan informasi dengan cara pengamatan atau peninjauan langsung terhadap obyek penelitian. c. Metode Wawancara (Interview) Merupakan proses tanya jawab secara langsung dengan narasumber. 3. PEMBAHASAN Di Stasiun Pusat Pengumpul Produksi (PPP) PT.Pertamina EP Field Prabumulih, Gambar 1. Flow Chart Perancangan Pompa Sentrifugal Pemompaan air terproduksi ini sangat dibutuhkan selama transfer crude oil, karena air terproduksi yang terikut dalam production tank harus dibuang agar water content pada crude oil dapat dikurangi. Untuk itu diperlukan pompa FWKO yang handal untuk memompakan air tersebut. Ditinjau dari segi aspek lingkungan, dengan mengirimkan air 90

3 Mustakim, Kualifikasi dan Kompetensi Process Engineer... terproduksi melalui pompa ke tangki, maka akan meminimalkan tumpah atau tercecernya air tersebut yang dapat menimbulkan pencemaran lingkungan. Pada perancangan pompa sentrifugal ini ada beberapa tahapan, diantaranya : 1. Menentukan Jenis Cairan yang dipompakan serta data spesifikasi cairan berdasarkan temperature pemompaan seperti Specific Gravity, Berat Jenis, Viscositas dan Vapor Pressure. Sebagai acuan dalam menghitung head system, NPSHa dan menentukan jenis material pompa.. Menghitung Head System berdasarkan instalasi perpipaan yang direncanakan, sebagai acuan dalam menghitung head yang dibangkitkan impeller dan dimensi impeller. 3. Menghitung Efisiensi Overall pompa berdasarkan kapasitas dan putaran pompa sebagai acuan untuk menghitung daya pompa. 4. Menghitung Daya Pompa, sebagai acuan menghitung daya penggerak dan menentukan jenis penggerak. 5. Mengitung Net Positive Suction Head Available (NPSHa) berdasarkan kondisi operasi yang direncanakan, sebagai acuan dalam menentukan Net Positive Suction Head Requirement (NPSHr). 6. Menghitung Kecepatan Spesifik setiap stage (impeller) sebagai panduan dalam menentukan: Jenis Impeller, Dimensi dan ratio impeller serta Jumlah Sudu minimum setiap impeller. Dengan terlebih dahulu menentukan : - Putaran pompa yang sesuai dengan sumber penggerak yang tersedia. - Jumlah tingkat (stage) yang dikehendaki untuk harga head pompa tertentu dengan mempertimbangkan konstruksi yang efektif dan efisien. 7. Melaksanakan perhitungan impeller. Dengan tahapan tersebut diatas dapat memberikan penjelasan mengenai berbagai parameter yang terkait didalam rancang bangun pompa sentrifugal. Perancangan parameter pompa sentrifugal berdasarkan system pemompaan meliputi Kapasitas, Head System, Jumlah Stage, Efisiensi Over all, Kecepatan Spesifik, Daya,NPSHa dan Dimensi Impeller. Perhitungan perancangan pompa sentrifugal FWKO ini antara lain: A. Head System (Head System Total) Head adalah energy setiap satuan berat dengan unit satuan panjang. Sedangkan yang dimaksud head system adalah head total sistim perpipaan yaitu selisih head pada sisi discharge dan sisi suction yang di ekivalensikan sama dengan head total pompa. Head total pompa yang harus disediakan untuk mengalirkan jumlah cairan, dapat ditentukan dari kondisi instalasi yang akan dilayani oleh pompa. Head total pompa dapat dicari dengan persamaan sebagai Berikut (4:1) : H V V H H Y d S, m...(1) d S H = Head total pompa Hd = Head discharge (9,07 m) Hs = Head suction (110,3 m) Vd = Kecepatan cairan pada pipa discharge, m/det Vs = Kecepatan cairan pada pipa suction, m/det g = Percepatan gravitasi, m/det Spesifikasi pompa dari perhitungan head total pompa (H) = 101 m dan kapasitas pemompaan (Q) = 0,0147 m 3 /det, dapat digunakan dalam pemilihan jenis pompa yang akan digunakan. B. Menentukan Efficiency Over All dari Pompa Efficiency over all ( op ) pompa ditentukan berdasarkan efisiensi faktor (A), dirumuskan (4:55) : g Qsl.n A 3...() 1000 Q = 0,0417 m 3 / det = 41,7 dm 3 /det N = Putaran pompa 900 rpm 91

4 Jurnal ESDM, Volume 6, Nomor, Nopember 014, hlm A = 4,95 Untuk pompa single stage dengan A = 4,95 lebih kecil dari 5, sehingga nilai ηop ditentukan = 0,65 65 %. C. Menentukan Daya Dalam sistem pemompaan Ada 3 jenis daya : 1. Daya Cairan (Nh) Daya pompa dapat dihitung dengan rumus (4:54) : Q Nh r x H x γ, 75 HP......(3) Q = 0,0417 m 3 /det H = 101 m γ = 1.016,4 kg/m 3 75 = Angka konversi Sehingga didapatkan nilai Nh = 57 HP. Daya Pompa (Np) Perhitungan daya pompa dengan menggunakan persamaan (4:54) : Nh Np, (4) η op Sehingga didapatkan nilai Np = 88 HP 3. Daya Pengerak (Nd) Daya penggerak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (4:54) : N p Nd, HP...(5) η trans ηtrans = 0,95 Sehingga didapatkan nilai Nd = 93 HP D. Net Positive Suction Head (NPSH) NPSH adalah merupakan head netto (bersih) pada suction flange sisi masuk suatu pompa sentrifugal, setelah head positif yang menyebabkan cairan masuk ke dalam pompa dikurangi semua head negative termasuk tekanan penguapan cairan yang menghalangi masuknya cairan tersebut. Pengaruh yang terbesar pada NPSH adalah penguapan cairan (Pv). NPSH terdiri dari dua macam : 1. Net Positive Suction Head Available (NPSHa) Merupakan energi yang tersedia pada suction nozzle (atau centerline pompa) yang berhubungan dengan kondisi cairan untuk menguap. NPSHa dihitung dengan menggunakan persamaan (4:1) : Ps Pv NPSHa - γ γ,m...(6) Ps 9,07 m γ Pv = Water pada temperature 34 C = 0,054 Kg/cm = 54 Kg/m NPSHa 9,07 - NPSHa = 8.54 m 54, m 1.016,4. Net Positive Suction Head Required (NPSHr) Adalah energi head pada suction nozzle pompa yang dibutuhkan untuk menekan cairan ke suction pompa. NPSHr dihitung dengan menggunakan persamaan (4:13) : n x NPSHr 10. S Q 4 3,m.....(7) S = Suction Specific Speed Untuk nilai nsi = 68 didapat nilai S=735 (interpolasi). Maka :.900x 0,0417 NPSHr 10 x 735 NPSHr = 7,49 m ( NPSHa > NPSHr ) 4 3, m 9

5 Mustakim, Kualifikasi dan Kompetensi Process Engineer... Dengan NPSHa = 8,54 m dan NPSHr (approx) = 7,49 m, maka diharapkan dalam perancangan pompa ini, pompa akan beroperasi dengan baik. E. Kecepatan Spesifik Untuk menentukan jenis impeller, dimensi ratio dan jumlah sudu, maka perlu diketahui nilai kecepatan spesifik. Dimana dalam perancangan ini direncanakan n = 900 rpm dan Head system total (H) = 101 m. 1. Kecepatan Spesifik Kinematik (nq) Ditinjau dari kapasitas (Q) = 1 m 3 / det dan head (H) = 1 m. Perhitungan menggunakan persamaan (4:05) : nq n Q 3 4 H.....(8) n = Putaran pompa 900 rpm Q = 0,0417 m 3 / det H = 101 m Sehingga didapatkan nilai nq = 18,5 m/ det. Kecepatan Spesifik Dinamis (nsi) Ditinjau dari daya = 1 HP dan head (H) = 1 m. Head per stage dihitung dengan menggunakan persamaan (4:06) : Head per stage : H Hi i H = 101 m i = 1 tingkat (single stage)... (9) Kecepatan Spesifik Dinamik dihitung dengan persamaan sebagai berikut (4:31) : nsi γ 75 1 Q.n. H 3 4 i Sehingga didapat nilai nsi = (10) Berdasarkan nilai nsi maka jumlah sudu, jenis impeller dan dimensi ratio impeller dapat ditentukan. Maka jumlah sudu = 8 buah,(ref.4,hal06) jenis impeller Low Speed Impeller, Dimensi ratio impeller =D/D0 =.5 F. Diameter Impeller Dimensi Impeller dihitung berdasarkan head yang dibangkitkan oleh impeller (Hi) dan kapasitas (Q) yang dihasilkan dengan menggunakan rumus (4:38) : g. D π. n Hi, m......(11). kh Hi = Head yang dibankitkan impeller 101m Kh = Head factor, tanpa guide vane 0,5 4) n = 900 rpm Maka didapatkan diameter luar impeller D adalah = 9 cm. Sehingga diameter dalam impeller D/D0 =.5, D0 = 1 cm. Setelah diameter impeller didapat, maka untuk selanjutnya, kita menentukan lebar laluan masuk (b1) = 4 cm, dan lebar laluan keluar (b) = cm. Kemudian kita mendapatkan tebal sudu sisi masuk (S1) = mm, dan tebal sudu sis keluar (S) = mm, jarak antar sudu masuk (t1) = 3 cm, jarak antar sudu keluara (t) = 8 cm. Jadi jumlah sudu impeller dari per-samaan (4:37) : Zv,5 x η op x U Q x H i r1 x br x r 1 r...(1) Zv (Jumlah sudu), Kapasitas (Q)= m 3 /det, Head sesungguhnya setiap impeller (Hi) = 101 m, Efisiensi dari Over all Pompa ( η ) = 0,65, diameter dalam impeller (D0) = op 1 cm, diameter luar impeller (D) =9 cm, Rpm (n) = 900. Maka jumlah sudu didapat dari persamaan: 0,0417 x 101 Zv 0,06,5 x 0,65 x 44 x 0,03 x 0,15 1 0,15 93

6 Jurnal ESDM, Volume 6, Nomor, Nopember 014, hlm Zv = 17 buah, karena Zv lebih besar dari Zv minimum = 8 buah, maka jumlah sudu yang digunkan adalah : 17 8 Zv = 1 buah G. Rekapitulasi Perancangan Pompa FWKO 1. Spesifikasi Pompa : - Kapasitas (Q) = 150 m 3 / jam - Head (H) = 101 m - Jumlah tingkat = 1 stage - Efisiensi ( ) = 65 % op - Daya Pompa (Np) = 88 HP - NPSHa = 8,54 m - NPSHr = 7,49 m. Spesifikasi Impeller : - Jenis Impelle = Low Speed Impeller - Diameter dalam (D0) = 1 cm - Diameter luar (D) = 9 cm - Lebar laluan masuk (b1) = 4 cm - Lebar laluan keluar (b) = cm - Jumlah sudu (Zv) = 1 buah - Tebal sudu sisi masuk (S1) = mm - Tebal sudu sisi luar (S) = mm - Jarak antar sudu masuk (t1) = 3 cm - Jarak antar sudu keluar (t) = 8 cm 3. Spesifikasi Motor : - Daya motor ( Nd ) = 93 HP - Putaran Motor =.900 rpm H. Tinjauan Keekonomian Tujuan evaluasi ekonomi adalah untuk memperkirakan kelayakan suatu rencana kegiatan atau proyek (pembangunan/perancangan) berdasarkan perhitungan kemampuan suatu rencana atau proyek untuk menghasilkan keuntungan seperti kemungkinan keuntungan yang diperoleh, biaya produksi dan lainnya yang secara keseluruhan akan menjadi pertimbangan terhadap rencana atau proyek yang akan dilaksanakan. Sebuah evaluasi ekonomi terdiri dari beberapa faktor, diantaranya : 1. Ownership Interest Merupakan besar saham atau investasi yang ditanam oleh suatu perusahaan. Production Cost Merupakan biaya yang dikeluarkan untuk menunjang kelancaran proses produksi. Biaya-biaya ini meliputi biaya investasi, biaya operasi dan biaya pemeliharaan. Biaya investasi terdiri dari biaya pemeliharaan dan pemasangan pompa. Biaya operasi terdiri dari pembelian bahan bakar dan pelumas untuk engine yang rutin dikeluarkan. Sedangkan biaya pemeliharaan merupakan biaya yang diperlukan untuk memelihara peralatan pompa. 3. Pay Out Time (POT) Pay Out Time (POT) adalah untuk mengukur kemampuan kembalinya dana investasi suatu proyek (tahun), untuk petroleum industry berkisar antara 5 sampai 10 tahun. Diharapkan nilai POT sekecil mungkin sehingga akan menguntungkan untuk dilaksanakan. Semakin besar penerimaan maka akan semakin cepat investasi tersebut kembali. Berdasarkan perancangan ini, keuntungan didapat dengan cara membandingkan penyewaan vacuum truck untuk menyedot air terproduksi, dengan biaya pembelian (dua) unit pompa centrifugal single stage (baru) dengan sistem pompaan 1 (satu) operasi dan 1 (satu) stand by untuk emer-gency. 1. Harga sewa 1 ea Vacuum Truck/ bulan: Rp ,00.. Kurs Dollar per Desember 014 : Rp. 1.50, Harga pompa + elektrik motor dapat dicari dengan menggunakan terlebih dahulu mencari nilai capacity factor. Dimana : Q = 0,0417 m 3 /det H = 101,3 m γ = 1016,4 kg/m 3 Maka capacity factor (6:518) : = Q x kpa = 0,0417 m 3 /det x (101,3 m x 1016,4 kg/m 3 ) = 0,0417 m 3 /det x kg/m = 0,0417 m 3 /det x (10961 kg/m x 0, kpa) = 0,0417 m 3 /det x 1010 kpa 94

7 Mustakim, Kualifikasi dan Kompetensi Process Engineer... = 4 ( capacity factor ) Harga pompa include electric motor = Indeks 013 x harga 00 Indeks 00 = x US$ ,00 = US $ 4.877,86 Dalam rupiah = US$ 4.877,86 x Rp. 1.50,00 = Rp ,00 Harga pompa + electric motor = x Rp ,00 = Rp ,00 Biaya instalasi ditentukan sebesar 60 % dari total harga : Biaya instalasi equipment (6:44) : = 60 % x Equipment cost = 60 % x Rp ,00 = Rp ,00 Biaya pengiriman alat sampai ke lokasi proyek adalah dengan menambahkan 10 % dari Equipment Cost. Sehingga didapat : Biaya pengiriman alat = 10 % x Equipment cost = 10 % x Rp ,00 = Rp ,00 Total Purchase Equipment (Total Harga pompa + biaya instalasi + biaya pengiriman alat ) = Rp ,00 Kembalinya biaya investasi ( POT ) Total Purchase Equipment = Sewa Vacuum Truck/ bulan Rp ,00 = Rp ,00/ bulan = 15,5 bulan Dalam waktu penyewaan vacuum truck selama 15,5 bulan, besarnya biaya yang dikeluarkan lebih efisien untuk membeli pompa yang bisa dipakai secara kon-tinyu. Dengan investasi yang kecil didapat profit yang lebih besar bagi perusahaan. Maka perencanaan ini lebih menguntungkan. Disamping faktor safety yang merupakan syarat mutlak dalam perancangan konstruksi peralatan, faktor-faktor lain yang harus diperhatikan antara lain faktor kualitas dan faktor ekonomi. 4. SIMPULAN Dari perhitungan perancangan ulang yang dilakukan, maka didapatkan beberapa simpulan : 1. Dalam setiap pemilihan suatu pompa haruslah terlebih dahulu mengetahui jenis fluida, kapasitas aliran dan head yang di perlukan untuk mengalirkan fluida yang akan dipompakan.. Hal yang perlu diperhatikan agar pompa dapat bekerja dengan baik adalah tentang instalasi pompa. Instalasi pompa yang dimaksud adalah meliputi letak pompa, perpipaan, valve, dan belokkan pada pipa. 3. Ditinjau dari segi keekonomian, dibutuhkan waktu 15,5 bulan untuk penggantian dan pembelian buah unit pompa centrifugal single stage ini, masih lebih rendah dari standart Pay Out Time (POT) untuk petroleum industry yaitu 5 sampai 10 tahun. Maka untuk penggantian dan pembelian pompa ini masih lebih menguntungkan dan dapat dilaksanakan. 5. DAFTAR PUSTAKA 1. API Standard 610. Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and natural Gas Industries Washington D.C.: American Petroleum Institute;003.. Dietzel, Fritz, Dakso Sriyono. Turbin Pompa dan Kompresor. Jakarta: Erlangga; Girdhar Paresh & Octo Moniz. Practical Centrifugal Pumps: Design, Operation and Maintenance. Oxford: Elsevier; Khetagurof M. Marine Auxiliary Machinery and System. Moscow: Peace Publisher. 5. Lazarkiewicz Stephen & Adam T. Troskolenski. Impeller Pump. Warsawa: 95

8 Jurnal ESDM, Volume 6, Nomor, Nopember 014, hlm Wyadawnictwa NaukomoTechniczne; Peter, Max S. Plant Design and Economics for Chemical Engineers Fifth Edition. McGraw-Hill Companies.Inc, New York; Sularso dan Harua Tahara. Pompa dan Kompresor Pemilihan Pemakaian dan Pemeliharaan. Jakarta: PT. Pardnya Paramita; Val S. Lobanoff and Robert R.Ross,. Centrifugal Pump Design & Application. Houston, Texas: Gulf Publishing Company;199. Ƞtrans = Efisiensi Transmisi (Belt Drive, Chain, Gear Box) ( ) ηv = Efisiensi volumetric, % Daftar Simbol b1 = Lebar/ laluan celah sisi masuk impeller, m b = Lebar/ laluan celah sisi luar impeller, m CA = Corrosion Allowance d = Garis tengah pipa bagian dalam, cm D = Inside diameter, cm D1 = Garis tengah sisi masuk (eye) impeller, m D = Garis tengah sisi luar impeller, m f = Faktor gesekan pipa g = Percepatan gravitasi, m/det H = Head System, m Hi = Head yang dibangkitkan tiap impeller mka Hd = Head Discharge, m Hld = Kerugian head sepanjang pipa discharge, m hls = Kerugian head pada pipa isap, m Hs = Head suction, m i = Jumlah tingkat, bh k = Factor gesekan pada fitting dan valve L = Panjang pipa, m n = Putaran pompa, rpm Ni = Daya indikator atau daya yang dihasilkan impeller Nu = Daya efektif atau daya yang diberikan pada cairan OD = Outside pressure, psi P = Design pressure, psi Pd = Tekanan Manometer Discharge, kg / m abs Ps = Tekanan Manometer Suction, kg / m abs Q = Kapasitas pompa, m 3 /det Qs = Kapasitas sesungguhnya, m 3 /det Qts = Kapasitas teoritis, m 3 /det r1, r = Jari- jari sisi masuk dan sisi luar impeller, m S = Suction specific speed SG = Specific Gravity U = Kecepatan tangensial sudu ( U = π.d.n/60), m/det V = Kecepatan cairan, m/det Vd = Kecepatan cairan pada pipa discharge, m/det Vs = Kecepatan cairan pada pipa suction, m/det Zs = Jarak permukaan cairan dengan nozzle suction pompa, m Zd = Jarak permukaan cairan dengan nozzle discharge pompa, m Zv = Jumlah sudu, bh γ = Berat spesifik cairan, kg/m 3 ƞop = Efisiensi overall pompa 96