KAJIAN CUSTODY TRANSFER MINYAK MENTAH PADA PIPELINE DENGAN MENGGUNAKAN ULTRASONIC FLOW METER BERDASAR STANDAR API MPMS 5.8

Transkripsi

1 KAJIAN CUSTODY TRANSFER MINYAK MENTAH PADA PIPELINE DENGAN MENGGUNAKAN ULTRASONIC FLOW METER BERDASAR STANDAR API MPMS 5.8 Oleh M. Imam Sudrajat 1 Abstract Custody metering in the crude oil transmission pipeline is measuring quantity and quality of the transported fluid for fiscal purpose. All equipment include skid metering that used in custody metering shall be design based on standard and approved by legal government. The custody metering system shall have high accuracy and repeatability. Based on OIML, the minimum accuracy for flow meter in pipeline shall 0.2% and 0.3% for the system. Ultrasonic flow meter is flow meter that have high accuracy, repeatability and also suitable to measure liquid hydrocarbon. The purpose of these research is to produce a design of metering skid to measure crude oil for custody transfer using ultrasonic flow meter based on API MPMS (Manual of Petroleum Measurement standard) 5.8. This research is done by standard/literature study and interview with ultrasonic flow meter vendor / producer. As the result of this research is design of custody metering skid using ultrasonic flow meter as a mains meter based on API MPMS 5.8. And also complete with example of custody metering skid to measure crude oil with flow rate2 billion barrels per day. Keywords: custody, metering, ultrasonic, flow meter, skid, flow rate, API, MPMS 1 Peneliti di Pusat Penelitian Sistem Mutu dan Teknologi Pengujian LIPI 1

2 I PENDAHULUAN Indonesia merupakan negara yang kaya dengan sumber daya alam salah satunya adalah minyak bumi. Proses transaksi jual beli minyak mentah merupakan titik kritis yang harus diberi perhatian lebih. Pegertian dari Custody transfer adalah proses jual beli yang harus dinyatakan sah oleh pihak penjual dan pembeli serta pihak-pihak yang terkait. Salah satu syarat Custody transfer adalah digunakannya alat ukur yang sesuai standar. Pada proses transaksi ini semua pihak yang terlibat harus menyetujui baik dari desain sistem ataupun desain alat ukur yang dipergunakan. Alat ukur yang digunakan selain harus terkalibrasi juga harus memiliki keakurasian dan repeability yang tinggi. Standar American Petroleum Institute (API) Manual of Petroleum Measurement Standard (MPMS) API MPMS merupakan standar khusus yang mengatur tentang beberapa sistem yang seharusnya digunakan pada industri hidrokarbon. Standar API MPMS 5.8 yang disahkan pada tahun 2005 merupakan bagian dari API MPMS yang khusus yang menerangkan desain dasar dari sistem yang menggunakan ultrasonic flow meter (UFM) transit time sebagai alat utamanya. Sampai saat ini beberapa Industri migas di Internasional dan dalam negeri menggunakan standar untuk mendesain instrumen ukur untuk sistem jual beli minyak mentah mereka mengacu pada standar API MPMS didukung dengan beberapa standar lainnya seperti International Organization of Legal Metrology (OIML) dan (Norsk Sokkels Konkuranseposisjon) NORSOK. Sedangkan di Indonesia ini belum ada standar nasional yang mengatur tentang hal ini. Oleh karena itu perlunya standar nasional yang dapat dijadikan acuan untuk proses custody metering ini. Pada sistem custody transfer ini keakurasian dan repeatability alat merupakan hal yang sangat vital karena tingginya harga minyak yang diperjual belikan. Berdasarkan OIML karakteristik alat ukur yang harus dimiliki dalam proses jual beli cairan selain air, harus memiliki nilai minimal keakurasian dan repeatability tertentu. Pada umumnya sistem metering ini dibentuk dalam sebuah paket (skid) yang terkalibrasi. Kelas Tabel 1 Syarat Keakurasian Berdasarkan Standar OIML R117 (1997) Penerapan 0.3 Sistem pengukuran pada pipeline (perpipaan sekala besar) 0.5 Semua pengukuran yang ada dibawah ini. Dispenser bahan bakar untuk motor (selain dari dispenser LPG). Sistem pengukuran pada road tanker untuk cairan yang memiliki nilai viskositas rendah. Sistem pengukuran untuk unloading dari kapal tanker dan kereta tanki.. Sistem pengukuran untuk susu. Sistem pengukuran untuk loading kapal. sistem pengukuran untuk pengisian bahan bakar pesawat 1.0 Sistem pengukuran untuk liquefied gases bertekanan tinggi (kecuali pada dispenser LPG) 2

3 Kelas Penerapan pada suhu diatas atau sama dengan -10 o. Dispenser LPG untuk kendaraan bermotor Sistem pengukuran cairan yang normalnya masuk pada kelas 0.3 atau 0.5 tapi memiliki karakteristik sebagai berikut. memiliki suhu dibawah -10 o C atau diatas 50 o C. memiliki dynamic viscosity lebih tinggi dari 1000mPa.s atau. memiliki volume laju alir tidak lebih dari 20L/h 1.5 Sistem pengukuran pada Liquified Carbon Dioxide Sistem pengukuran pada liquefied gas bertekanan tinggi dengan suhu kurang dari -10 o C (kecuali pada sistem pengukuran menggunakan dispenser). 2.5 Sistem pengukuran cairan yang memiliki suhu dibawah -153 o C Beberapa jenis minyak mentah (Crude oil) sendiri memiliki karakteristik fluida seperti berikut: API Gravity : 28 sampai dengan 46 (diukur pada suhu 60 F) Kandungan Belerang : maksimal 3% Viskositas : 2.74 cst cst (diukur pada suhu 86 F) Tekanan Uap Air : maksimal 10.5 psig Kandungan Wax : maksimal 16.5% Kandungan sedimen dan air : maksimal 1% Suhu operasi : F Beberapa alat yang pada umumnya digunakan untuk mengukur minyak mentah adalah Turbin Flow meter, coriolis, Positive Displacement (PD) Flow meter dan UFM. Keunggulan UFM dibandingkan dengan flow meter-flow meter tersebut adalah tingkat keakurasian dan repeatibily yang relatif lebih tinggi, mampu digunakan dua arah (bidirectional), mampu bekerja pada beberapa nilai kekentalan, tekanan drop yang rendah dan rentang debit yang lebih lebar, serta minim perawatan. Namun dari segi harga UFM cenderung lebih mahal dari pada flow meter yang lain. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan desain sistem custody metering menggunakan UFM sesuai dengan API MPMS 5.8 yang didukung oleh standar yang lain yaitu OIML R117 dan NOSOK I-105. Berdasarkan standar NORSOK kedakpastian pengukuran yang diperbolehkan dalam mengukur kandungan sedimen dan air (BS&W) adalah ± 0.05% volume dari kandungan air sebanyak 0% sampai 1%. Atau ± 5% dari minyak yang memiliki kandungan air yang lebih dari 1%. II METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dengan studi literatur standar API, OIML, NORSOK dan literatur lain yang mendukung serta dengan melakukan wawancara dengan beberapa produsen UFM dan skid packager. 3

4 III HASIL PENELITIAN Berdasarkan dari standar API MPMS 5.8 persyaratan yang harus dipenuhi oleh sebuah sistem pengukur laju alir cairan hidrokarbon menggunakan UFM antara lain: a. Jenis flow meter yang digunakan adalah jenis ultrasonic transit time, yang disusun dengan skema dasar seperti Gambar 1. b. Sebelum memasuki skid kandungan air pada minyak sebaiknya diminimalisir terlebih dahulu, karena air akan dapat mengurangi keakurasian alat. Besarnya persentase air yang diperbolehkan tergantung pada karakteristik tiap-tiap alat, sehingga harus dikonsultasikan dengan produsen UFM. c. Desain dari skid juga harus dapat menahan adanya tekanan yang berlebihan yang mungkin ditimbulkan oleh penutupan valve secara tiba tiba, oleh karena itu perlunya penambahan alat lain untuk melepaskan tekanan yang berlebih tersebut misalnya dapat menggunakan pressure relive valve. d. Tekanan harus dijaga agar tetap berada diatas tekanan uap fluida. Oleh karena itu pressure drop yang dihasilkan sistem tidak boleh terlalu besar. 4 Gambar 1 Desain Skid Standar untuk UFM e. Untuk sistem yang didesain bidirectional maka pengkondisian fluida juga harus diterapkan pada kedua sisinya serta harus dikalibrasi untuk masing masing arahnya. Jika aliran lebih sering searah maka instrument ukur tekanan,suhu dan densitas harus ditempatkan pada sisi outputnya (downstream). f. Kelas,material dan dimensi dari pipa dan sambungan harus menyesuaikan dengan kondisi fluida dan tekanan yang ada. g. Harus ada ruang yang cukup untuk meletakkan alat ukur dan prover. h. Metalurgi,elastomer, coating dan dan komponen lain harus sesuai dengan sifat fluida.

5 i. Harus diperhatikan juga efek korosi dan erosi yang mungkin ditimbulkan akibat adanya pengotor dalam fluida j. Maksimum viskositas, maksimum dan minimum suhu ambient harus diperhitungkan agar sesuai dengan karakteristik alat k. Mempertimbangkan terjadinya penumpukan lilin (wax). Apabila dibandingkan dengan Turbin flow meter atau PD flow meter UFM lebih tidak terpengaruh terhadap akumulasi lilin ini. Namun dalam skala yang besar penumpukan lilin ini dapat mengakibatkan kesalahan pembacaan akibat sinyal yang terdistorsi. l. Tipe prover dan metode proving. Prover merupakan sebuah alat untuk kalibrasi flow meter. Prover yang digunakan dapat berupa ball prover, compact prover atau master meter. Ball prover memiliki dimensi yang besar dan kuantitas debit terukur yang lebih besar. Namun tipe ini tidak portable dan tidak dapat dipindah-pindahkan. Sedangkan Compact prover memiliki desain yang lebih portable sehingga mudah untuk dipindahkan. Ukuran Compact prover yang ada dipasaran hanya sebesar 16 inch, sehingga hanya cocok untuk mengukur UFM yang memiliki diameter sama atau lebih kecil dari 16 inch. Master Meter merupakan Flow meter yang didedikasikan hanya untuk mengkalibrasi flow meter yang lain. Untuk menjamin keakuratan, Master meter ini sebelumnya sudah terkalibrasi secara sistem dengan ball prover atau compact prover. m. Sistem harus dijaga kestabilannya dengan tetap menjaga keamannya, dan memungkinkan untuk diaudit secara berkala. n. Perlunya sistem antar muka dengan sistem lain karena pada umumnya sistem metering terkait dengan proses yang menyertainya. Pada sistem pipeline pada umumnya sudah terintegrasi dengan SCADA atau Supervisory Control and Data Acquisition. o. Penginstalan komponen dan instrument pendukung harus sesuai dengan standar yang ada p. Perlunya pengkondisian aliran fluida dengan menggunakan flow conditioning untuk mengurangi terjadinya olakan (swirl) yang dapat mengurangi keakurasian alat. Flow conditioning ini dapat berupa straightening vane dan/atau dengan penambahan pipa lurus (spool) sebelum masuk dan sesudah keluar flow meter. Panjang pipa lurus yang dibutuhkan pada sisi input flow meter apabila menggunakan straightening vane adalah sepanjang 10 kali diameter pipa atau 20 kali diameter pipa apabila tidak menggunkan straigtening vane. Pada sisi output panjang minimal pipa lurus adalah 5 kali diameter pipa. Pada aliran bidirectional pengkondisian pada kedua sisi adalah sama yaitu menggunakan 20 kali diameter flow meter. Pipa yang digunakan harus memiliki diameter dan material yang sama dengan flow meter. q. Pressure /Flow Control Valve harus diletakkan pada sisi outlet (downstream) dari flow meter sehingga tidak menyebabkan perubahan pola aliran, dan tekanan di dalam flow meter. Drain/Vent valve yang dipasang diantara flow 5

6 meter dan prover harus dilengkapi dengan double block and bleed valve untuk mencegah terjadinya kebocoran. r. Peralatan elektronik pendukung seperti Flow computer, power supply dan alat lainnya harus dipasang pada tempat yang terlindung sehingga memenuhi persyaratan pembagian daerah bahaya. s. Sinyal pada UFM dan pada koneksinya harus terlindungi dari gangguan electromagnetic Interverence (EMI). Sistem juga harus dijauhkan dari sumber daya yang dimungkinkan akan menghasilkan noise yang besar. Pelindung kabel, karet, plastik dan semua peralatan yang diletakkan ditempat yang terbuka harus tahan terhadap sinar ultraviolet, api, oli dan pelumas. t. Sistem pertanahan (grounding) juga harus dipasang dengan baik agar sinyal dari UFM tidak terganggu. u. Untuk menjaga kelangsungan pengukuran diperlukan sebuah Uninterruptable Power Supply (UPS) sebagai tenaga cadangan. v. Meter factor didapatkan dari hasil pembandingan (proving) antara UFM dengan Prover. Proses pembandingan ini harus dilakukan saat sistem berjalan pada kondisi stabil (steady).selama proses ini kondisi lingkungan prover harus dijaga sama dengan lingkungan sekitar UFM. Proses proving dapat dilakukan secara langsung di tempat (in-situ) atau dilakukan di laboratorium. Namun pada umumnya peruses proving yang terbaik dilakukan secara in-situ karena hasil proving di laboratorium sangat tergantung pada kondisi saat pengukuran yang kadang jauh berbeda dengan kondisi di lapangan. w. Pada saat pembandinga Prover dan UFM harus dipasang secara seri dengan kondisi aliran yang sama. Berdasarkan API MPMS 4.8 hasil perbandingan repeatability antara UFM dan prover seharusnya pada 5 kali percobaan tidak melebihi 0.05%. x. Beberapa hal yang harus diperhatikan pada software pengukur atau pengontrol adalah pengaturan nilai pulsa, zeroing, serta metode koreksi. Performa Ultrasonic flow meter yang ada dipasaran adalah sebagai berikut: Akurasi : 0.1% sampai dengan 3% Repeatability : < 0.02% sampai dengan 1% Uncertainty : < 0.027% sampai dengan 3% Tekanan Operasional maks : ± 3000 psig Suhu : -300 F sampai dengan 500 F Jenis Fluida : Minyak mentah, Ethane, Gasoline, LPG Densitas : 0.04 lb/ft 3 sampai dengan 93.6 lb/ft 3 Viskositas : 0.1 cst sampai dengan 650 cst Debit aliran : barel per jam sampai dengan barel per jam Nilai ini telah memenuhi standar yang ditetapkan OIML yaitu akurasi sebesar 0.2% untuk sebuah flow meter dan 0.3% untuk sebuah sistem pengukuran serta 6

7 memiliki kepresisian 0.05% pada 5 kali pengukuran. Ultrasonic meter memiliki kemampuan untuk mengukur aliran dengan keakurasian optimal pada kondisi antara 20% sampai dengan 100% kemampuan maksimalnya. Di luar kondisi tersebut keakurasian UFM akan berkurang. Performa UFM ditunjukkan pada gambar 2. Gambar 2 Performa Ultrasonic Flow meter IV PEMBAHASAN Berikut adalah contoh dari desain skid Custody Transfer untuk mengukur aliran 2 juta barel per hari (BPD) atau BPH minyak mentah pada pipeline dengan menggunakan UFM. Dari table 2 dapat diambil beberapa konfigurasi yang mungkin. Sebagai contoh misalnya dengan menggunakan UFM berukuran 8 yang mampu mengukur maksimal flow rate sebesar BPH maka dibutuhkan minimal 10 buah UFM berukuran 8 yang disusun parallel sebagai alat ukur utama. Contoh lain adalah dengan menggunakan UFM berukuran 16, maka akan dibutuhkan minimal 4 buah UFM. Apabila menggunakan UFM berukuran 24, maka akan dibutuhkan minimal 1 buah UFM 24 dan 1 buah UFM 8. Semakin besar ukuran UFM maka akan menghemat pemakaian tempat sebagai skid. Alternatif menggunakan UFM yang berbeda ukuran jarang sekali digunakan pada applikasi sebenarnya karena akan menyulitkan pada saat akan mengganti bagian dari UFM apabila mengalami perbaikan, selain itu akan mempersulit proses pengkalibrasian dan proving. Tabel 2 Karakteristik umum Ultrasonic Flow Meter 7

8 Ukuran prover juga akan menjadi kendala saat UFM yang digunakan melebihi 16. Karena ukuran compact prover yang ada dipasaran saat ini hanya sampai 16, sehingga untuk aplikasi yang lebih besar dari pada 16 harus menggunakan ball prover yang memiliki dimensi sangat besar. Desain optimal yang dapat dipergunakan untuk aliran mengukur minyak mentah sebesar 2 BPH adalah dengan menggunakan minimal 4 buah UFM berukuran 16. Agar proses pengukuran tetap dapat berjalan saat salah satu UFM rusak maka diperlukan minimal satu buah UFM berukuran sama yang digunakan sebagai cadangan. Sehingga total UFM yang terpasang berjumlah 5 buah. Turbin Flow meter dengan ukuran yang sama yang dipasang seri digunakan sebagai master meter. Pemasangan master meter memikiki keuntungan antara lain dapat melakukan proving lebih sering sesuai kebutuhan dan menghemat biaya karena harga compact prover atau ball prover jauh lebih mahal daripada satu buah flow meter yang dijadikan master meter. Pemilihan turbin flow meter sebagai master meter dikarenakan karena standar API MPMS 4.5 dan API MPMS 4.8 hanya mengakui Turbin Flow meter dan PD Flow meter sebagai master meter. Sedangkan pemanfaatan UFM sebagai master meter masih dalam pembahasan Gambar 3 Desain Untuk mengukur 2BPD Minyak Mentah Dengan UFM Keterangan: 1 pipa dengan ukuran 20 inch 9 Temperature Transmitter 2 On-Off valve 10 Densitometer dan atau BS&W analyzer 3 saringan (strainer) 11 UFM (Ultrasonic Flow Meter) 16 8

9 4 Pipe reducer 20 to Pipe Expander 16 to 20 5 straightening vane 13 On-Off valve to prover 6 On-off valve 14 Flow control valve 7 Turbin flow meter On-Off Valve 8 Pressure transmitter 16 On-Off Valve back from Prover V PENUTUP Kesimpulan Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa ultrasonic flow meter dapat digunakan sebagai alat ukur utama pada proses custody metering cairan hidrokarbon. Dengan contoh desain adalah metering skid untuk mengukur 2 BPD minyak mentah. Saran Perlunya standar nasional yang mengatur tentang custody metering, khususnya keakurasian sistem, repeatability, desain, batasan jumlah pengotor berupa sedimen dan air serta hal-hal lain yang berkaitan dengan proses jual beli minyak bumi. VI DAFTAR PUSTAKA 1. American Petroleum Institute Manual of Petroleum Measurement Standards Chapter Measuring of Liquid Hydrocarbon by Ultrasonic Flow Meter Using Transit Time Technology, First Edition February Washington DC 2. Installation/Operation/Maintenance FMC Technologies Ultrasonic Liquid Flowmeter Smith Meter Ultra. Bulletin MNLS NORSOK Fiscal Measurement System For Liquid Hidrocarbon Liquid, Draft 2 for Edition. Lysaker. Norway 4. Organisation Internationale De Metrologie Legale (OIML) R Measuring System for Liquid Other Than Water International Recommendation Edition 1997 (E). OIML Paris. France 5. Product Datasheet DAN-LQ-USM-DS Meter Daniel Model 3804 Liquid Ultrasonic Flow. Emerson Process Management. Singapore 9