Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Ikatan Ahli Teknik Perminyakan Indonesia Simposium Nasional IATMI 2009 Bandung, 2-5 Desember 2009

Transkripsi

1 Ikatan hli eknik erinyakan Indonesia Ikatan hli eknik erinyakan Indonesia Siposiu Nasional IMI 009 andun, -5 Deseber 009 Makalah rofesional IMI 09 0 rediksi ola liran Multifasa untuk iap Seen pada Jarinan ipa Kopleks di Lapanan X,3 Ucok W.R. Siaian,,3 Leksono Muchara, 3,4 Lala S. Riza,,3 Lira diyanti,,3 rdian ) rora Studi Mateatika, Institut eknoloi andun ) rora Studi eknik erinyakan, Institut eknoloi andun 3) Research Consortiu OINE, Institut eknoloi andun 4) rora Ilu Koputer, Universitas endidikan Indonesia bstrak Distribusi tekanan erupakan salah satu pertibanan dala perancanan suatu siste jarinan pipa as-kondensat. rediksi enenai distribusi tekanan dapat dilakukan denan siulasi koputer denan enerapkan sejulah odel aliran dala suatu alorita nuerik. ada penelitian ini dikebankan suatu odel siulasi untuk ediksi distribusi tekanan pada suatu siste jarinan pipa as-kondesat. Model siulasi yan dikebankan pada penelitian ini terdiri dari dua baian. aian pertaa adalah linearisasi odel aliran dua fasa es and rill s. aian kedua adalah penebanan siste persaaan berdasarkan susunan jarinan pipa dan etode Kirchoff. ersaaan ateatik dari peodelan ini diselesaikan secara nuerik denan enunakan etode iterasi Newton. Hasil penelitian ini diaplikasikan untuk ediksi distribusi tekanan jarinan pipa pada kasus Lapanan X. Distribusi tekanan yan diediksi denan odel hasil penelitian ini sesuai denan hasil ediksi enunakan coercial software. erbandinan hasil tersebut telah enunjukkan kesesuaian. Kata kunci : Flow attern, es and rill s, Metode Iterasi Newton. endahuluan ada saat ini, konsusi inyak bui di dunia eninkat denan pesat, seirin denan eninkatnya perintaan eneri secara lobal. Hal ini jua epenaruhi hara inyak bui yan cenderun tidak stabil jika dibandinkan denan hara as bui yan berantun pada kontrak. eberapa neara berencana untuk ensubsitusi inyak bui denan eneri alternatif yan eiliki cadanan yan lebih banyak, salah satunya adalah as bui. Indonesia erupakan salah satu neara yan ikut enabil lankah ini. ren oduksi inyak bui di Indonesia cenderun enurun, tetapi oduksi as buinya justru eninkat. Selaa beberapa tahun, oduksi as bui di Indonesia eninkat secara kontinu. ada tahun 004, rata-rata oduksi as bui Indonesia adalah 8.35 SCFD dan konsusi as bui dala neeri adalah 4.88 SCFD sedankan sisanya, 3.47 SCFD diekspor ke berbaai neara. Cetak biru Kebijakan Eneri Nasional , enharapkan penunaan eneri nasional encapai titik optiu, yaitu 6.% untuk inyak bui, 30.6% untuk as ala, dan 3.8% untuk eneri eotheral. erdasarkan kasus ini, Research Consortiu OINE (Optiization on Gas and Oil ransission and Distribution ipeline Network) di bawah usat eodelan Mateatika dan Siulasi, sebaai salah satu pusat penelitian di I, kolaborasi berbaai bidan ilu, ikut endukun pencapaian nasional dala bidan inyak dan as bui. Optiasi oduksi as enjadi topik penelitian yan diharapkan dapat eninkatkan oduksi as. Metode optiasi oduksi dikebankan dari peodelan ateatika denan ebanun siulasi sesuai denan perasalahan di lapanan. endekatan ini dipilih karena biaya yan terjankau dan dapat direesentasikan dala kasus lapanan.

2 Ikatan hli eknik erinyakan Indonesia enebanan Model Model yan diunakan dala penelitian ini terdiri dari 3 koponen utaa, yaitu odel aliran duafasa (etode linier es-rill), odel analisa jarinan Huku Kirchoff, dan osedur iterasi. Dala enebanan odel, diunakan beberapa asusi, yaitu :. Kondisi aliran steady state.. Koposisi fluida dan teperatur konstan sepanjan siste jarinan. 3. Minor lossess diabaikan. Model aliran dua fasa Model aliran dua fasa yan diunakan adalah etode es-rill. Dala penelitian ini, etode es-rill diunakan untuk eediksi perfora aliran as kondensat dala pipa. Model ini akan diunakan dala suatu siste jarinan pipa kopleks. Metode tersebut dapat ditulis sebaai berikut : n n W + = η Δ + i () diana η i didefinisikan sebaai: C W 3 η = i C () Δ Z + C W W dan C = sin ρ θ (3) c (3) (4) f C = 5 π d ρ c (5) (4) 4vs C = 3 π d c Untuk jarinan pipa yan tidak euat loop, kecepatan assa ( W ) pada setiap pipa adalah konstan untuk setiap waktu. Jadi, tidak dibutuhkan osedur iteratif untuk enentukan W sehina dapat ditulis sebaai : ( W ) = η Δ (6) i i i ressure drop pada setiap pipa dala jarinan dapat diselesaikan denan enunakan teknik solusi atriks. Dala penelitian ini, kai enunakan eleinasi Gauss. Matriks persaaan dapat diperoleh dari persaaan (6) Sifat fasa erhitunan sifat fasa dihapiri oleh perhitunan yan elibatkan berbaai suber. Sifatsifat fluida yan perlu dikalkulasi adalah densitas dan viskositas fluida (as, kondensat, dan air). ertaa, akan dihitun faktor koesibilitas as. Sifat pseudokritikal as didefinisikan sebaai (R.Sutton): = γ 3.6γ (7) = γ 74γ Jika terdapat ketidakurnian dala as, aka nilai pseudokritical perlu dikoreksi denan enunakan korelasi Wichert-zis = 0( ) ( ) (9) diana = Julah fraksi ol CO dan H S = Fraksi ol N ' = ' = ' + y y ( - ) H S H S Sifat pseudoreduced dapat dihitun denan = = Faktor koesibilitas as dapat ditulis sebaai: 5 z = + ρ + ρ ρ 33 ρ ( + 0.7ρ ) exp( 0.7ρ ) diana ρ = = = = 0.7 z 3 33 (8) () () (0) (3)

3 Ikatan hli eknik erinyakan Indonesia Densitas as erikut adalah persaaan yan diunakan untuk enhitun kepadatan as: M = 9γ (4) a M a ρ = 0.73 z (5) Viskositas as erhitunan viskositas as berdasarkan korelasi Standin, denan epertibankan efek dari viskositas olekul nonhydrokarbon pada tekanan atosfer. ( ) ( ) ( ) μ = μ uncorrected + Δ μ + Δ μ + Δμ H S N CO (6) diana μ uncorrected =.79 ( 0 ).06 ( 0 ) ( - 460) 8.88( 0 γ + ) loγ ( ) 3 3 ( Δ μ) = y 8.48( 0 ) lo 9.59 ( 0 HS HS ) γ ( Δ μ) = y 9.08( 0 ) lo 6.4 ( 0 N N ) γ ( Δ μ) = y 8.49( 0 ) loγ ( 0 CO ) CO Viskositas as pada tekanan tini enunakan korelasi Depsey, exp( C) μ = μ (7) diana 33 3 C = = x x0 = x x0 = x x x0 3 3 = x x x x0 Densitas kondensat erhitunan untuk enentukan viskositas kondensat, adalah sebaai berikut: ρ = γ ρ o o w (8) Viskositas kondensat Untuk enentukan viskositas dari kondensat, diunakan korelasi Glasso: a μ = 3.4 ( 0 ) ( 460) [ lo o ( I )] (9) I 4.5 = 3.5 γo (0) a = 0.33 lo () [ ( )] Densitas air Densitas air dihitun denan enunakan persaaan berikut: 3 ρ w = S ( 0 ) S () diana S = Kadar ara dala persen berat. Viskositas air Viskositas air diperoleh dari persaaan berikut: μ = ( 460) w (3) diana 3 = + S + S + S 0 3 = = ( ) = = dan = + S+ S + S ( ) 4 5 ( ) ( ) =.66 = = = Lalu, viskositas air pada tekanan tertentu dapat diperoleh denan persaaan berikut: ( ) ( ) 5 9 μ = μ w w (4) Densitas dan viskositas fluida Setelah densitas dan viskositas kondensat dan air diperoleh, aka densitas dan viskositas fluida dapat diperoleh dari persaaan berikut: CGR WGR ρ = l ρ + o ρw CGR + WGR CGR + WGR (5) CGR WGR (6) μ = μ + μ l o w CGR + WGR CGR + WGR 3

4 Ikatan hli eknik erinyakan Indonesia rosedur iterasi Metode koputasi yan diunakan di sini adalah untuk jarinan pipa kopleks. Kita tidak perlu elakukan iterasi untuk enentukan kecepatan assa ( W ). erikut adalah osedur iterasi untuk jarinan pipa kopleks:. Masukan nilai kecepatan assa W untuk tiap pipa.. Masukan nilai hapiran tekanan di setiap titik node. 3. entukan nilai hapiran untuk nilai tekanan rata-rata pada tiap pipa denan enunakan persaaan dibawah ini: ( i, j) + ( i, j+ ) j = (7) 4. Denan nilai hapiran dan, ediksi nilai-nilai ρ, ρ, μ, μ dan λ denan L L L enunakan odel sifat fasa. 5. Denan enunakan kecepatan assa W dan sifat fluida pada lankah (4), akan ditentukan nilai hapiran densitas capuran ρ, dan kecepatannya, v. 6. entukan nilai hapiran liquid holdup, H L, untuk setiap konfiurasi horizontal pada tiap pipa, denan enunakan persaaan korelasi epiric es-rill. 7. entukan nilai hapiran dari kecepatan superfisial as, v s. 8. entukan nilai hapiran bilanan Reynolds N Re. 9. entukan nilai faktor friksi capuran, f, denan enunakan persaaan Chen 0. Hitun nilai konstanta C, C, dan C 3 yan telah didefinisikan pada persaaan (3), (4), dan (5),. Untuk setiap pipa, hitun nilai koefisien faktor, η, yan telah didefinisikan pada persaaan ().. Susun atriks persaaan untuk enentukan nilai Δ dari persaaan (6) denan enunakan eliinasi Gauss. 3. entukan nilai tekanan pada setiap titik node pada siste jarinan. 4. Hitun nilai Euclidean dari tekanan yan telah dihitun, yaitu N + ξ = ( ) (8) i i i= 5. eriksa apakah tekanan pada iterasi ini sudah konveren. Jika nilai ξ dari lankah (4) lebih kecil dari nilai toleransi τ yan telah ditentukan, aka oses ini telah konveren. Naun, jika ξ lebih besar daripada τ, ulani lankah (3) denan enunakan nilai-nilai baru diana tekanan didefinisikan sebaai berikut: Studi Kasus k k+ + i i = (9) i Model yan diunakan dala studi kasus ini adalah jarinan pipa ultifasa kopleks di lapanan X (Gabar ).ujuan studi kasus ini adalah untuk eediksi tekanan pada setiap well head dan stasiun penupulan. Diulai dari nilai tekanan tetap di NM, perhitunan distribusi tekanan dilakukan seperti lankah-lankah di atas. Data asukan eliputi data dari well head dan eoetri pipa tiap seen nalisis dan Diskusi Hasil siulasi denan enunakan Software OINE yan dibandinkan denan software koersial enunjukkan hasil seperti pada tabel.dari hasil yan diperoleh software OINE dan software koersial, terdapat perbedaan rata rata dala ediksi tekanan sebesar.75 % dari ipephase dan % dari ipesi. Software OINE apu eediksikan pola aliran pada asin asin seen (tabel ) yan dapat dikebankan lebih lanjut untuk eediksikan hold up pada asin asin seen pipa. Kesipulan erdasarkan penjabaran dala akalah ini, dapat disipulkan bahwa:. Model dua fasa telah dikebankan untuk eediksi distribusi tekanan dala jarinan pipa aliran ultifasa kopleks.. Model ini terdiri dari 3 konsep yaitu: odel dua-fasa, odel sifat fasa, dan osedur iterasi. 3. erbedaan ediksi tekanan antara software OINE dan software koersial rata rata sebesar.75% (ipephase) dan % (ipesi) 4. erbedaan antara Software OINE dan software koersil lainnya, disebabkan oleh perbedaan etode perhitunan. 4

5 Ikatan hli eknik erinyakan Indonesia Noenclature p : Cross sectional area of pipe, D : Deand, lb / D d : Inside pipe diaeter, ft f : ipe friction factor : Gravity acceleration, ft sec ft c : Conversion factor, lb. ft lbf. sec H L : Liquid holdup, fraction k : ie level in the iteration calculation L : otal nuber of les M : otal nuber of loop in a network N : otal nuber of nodes N FE : Froude nuber N RE : Reynolds nuber R : Riht hand side of the syste of equations : ressure, psia Q : Voluetric as flow rate, cuft / D S : Supply, lb / D : eperature, R v : Superficial as velocity, ft hr s W : Mass flow rate of ixture Z : Lenth of distance, ft ε : ipe rouhness, ft λ L : Volue fraction of liquid, fraction μ : Viscosity, cp η : wo-phase flow equation coefficient ρ : Density, lb τ : olerance ξ : Euclidean 3 ft Reference. hed, Hydrocarbon hase ehavior. Houston, exas: Gulf ublishin Copany.. Muchara, L. dan dewui M Copositional wo hase Flow Model for nalyzin and Desinin Coplex ipeline Network Syste. ennsylvania: ennsylvania State U. 3. Muchara, L. et al wo-hase Flow Model for redictin ressure Distribution in Coplex ipeline Network. RC-OINE 6 th nnual Report. 4. McCain, W.D he roperties of etroleu Fluids. ulsa, Oklahoa: ennwell ublishin Copany. Subscript L Superscript k Relatin to the as phase Relatin to the liquid phase Relatin to the ixture Relatin to the otal Relatin to the tie level Vector verae 5

6 Ikatan hli eknik erinyakan Indonesia abel. Hasil enolahan Data Node ipephase ipesi OINE Differences with Differences with (psia) (psia) (psia) ipephase (%) ipesi (%)

7 Ikatan hli eknik erinyakan Indonesia abel. Hasil enolahan Data OINE ola Node OINE ola Node (psia) liran (psia) liran sereated 9.9 sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated 87.3 sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated sereated 7

8 Ikatan hli eknik erinyakan Indonesia Gatherin Station Well head NM ,7 sia Gabar. Model Jarinan ipa Kopleks Gabar. Hasil erbandinan Distribusi ekanan Software OINE dan Software Koersial 8

9 Ikatan hli eknik erinyakan Indonesia 9