Settle Out Pressure (SOP) Centrifugal Compressor

Salah satu hal yang harus diperhatikan oleh seorang Process Engineer dalam perancangan sistem kompresor gas adalah Settle Out Pressure (SOP). Kompresor shutdown (trip) akan menyebabkan SDV suction & discharge akan menutup dan anti-surge valve membuka secara automatik sehingga gas dalam sistem kompresor tersebut berada dalam tekanan kesetimbangan dengan besaran diantara tekanan suction dan discharge. Gas yang terperangkap dalam sistem kompresor ini berada dalam kondisi settle-out dan tekanan gas yang terjadi disebut SOP .

Mengapa SOP perlu dihitung?

Penentuan SOP perlu dilakukan pada tahap engineering karena terkait dengan disain peralatan dan operasional sistem kompresor, diantaranya:

1. Penentuan tekanan disain peralatan (Inlet Scruber) dan penentuan piping class ratings di bagian suction kompresor.

Inlet Scruber di kompresor train selalu dilengkapi dengan PSV untuk proteksi vessel pada kondisi fire. Dengan mengetahui SOP ditambah dengan margin tertentu maka dapat ditentukan tekanan disain scrubber yang tepat sehingga ketika pada saat kompresor trip dapat terhindar dari gas flaring yang tidak perlu akibat PSV pop up (terjadi sebagai akibat P operating > P set PSV)

2. Estimasi kondisi tekanan dan temperature awal di sistem kompresor untuk perhitungan blowdown

Perhitungan blowdown pada sistem kompresor memerlukan data komposisi gas hidrokarbon berikut tekanan dan temperature settle out, sehingga SOP harus dihitung terlebih dulu sebelum melakukan simulasi blowdown di sistem kompresor.

3. Mengetahui tekanan gas pada saat restart kompresor setelah kompresor trip

Kondisi ini terjadi setelah kompresor mengalami cooldown stop dimana tekanan sistem berada pada SOP dan kompresor dapat di-restart tanpa blowdown. Besarnya SOP akan mempengaruhi torsi yang diperlukan oleh driver kompresor.

Faktor-faktor yang mempengaruhi SOP

Besaran SOP ini dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu:

1. Tekanan suction dan discharge kompresor pada saat sebelum kompresor trip

Terdapat beberapa pendekatan dan metode untuk menghitung SOP yang terkait dengan asumsi seberapa tinggi tekanan gas dalam sistem kompresor sebelum kondisi trip terjadi. Hal ini tentunya berhubungan dengan skenario kompresor shutdown apakah normal shutdown atau emergency shutdown. Asumsi tekanan kompresor sebelum trip yang digunakan untuk perhitungan SOP diantaranya adalah sebagai berikut:

2. Volume suction dan discharge di unit kompresor train

Tinjaulah unit gas kompresor train dibawah ini yang terdiri dari Kompresor Sentrifugal dengan penggerak Turbin (tidak ditampilkan dalam diagram), Inlet Scrubber, dan Gas Cooling System (Air Cooler).

Gas hidrokarbon dihisap oleh kompresor suction melaui scrubber dimana liquid droplet (partikel likuid dalam ukuran kecil) akan dipisahkan terlebih dahulu. Setelah itu gas akan dikompresi di unit kompresor hingga tekanan yang diinginkan. Ketika gas dikompresi, maka temperature akan naik sehingga perlu didinginkan oleh Cooler agar gas hidrokarbon tidak merusak pipa dan peralatan di bagian downstream.

Penghitungan volume dapat dilakukan dengan mengenali bagian sistem yang bertekanan rendah (suction) dan tekanan tinggi (discharge). Pada gambar di atas, bagian suction ditandai dengan warna merah sedangkan discharge berwarna biru.

Bagian suction meliputi volume Scrubber dan volume pipa antara inlet valve (SDV, PSV, manual valve) dan kompresor. Adapun bagian discharge terdiri dari volume Air Cooler dan volume pipa antara kompresor dan outet valve (SDV, PSV, manual valve). Penghitungan volume scrubber dan air cooler dapat diketahui berdasarkan dimensi yang tercantum dalam data sheet, sedangkan volume pipa dihitung berdasarkan diameter pipa dari P&ID dan panjang pipa yang dapat diketahui dari plant layout atau gambar 3D model.

Metode Penentuan SOP

Untuk menghitung SOP dapat dilakukan dengan beberapa cara. Metode yang biasa dilakukan diantaranya adalah:

1. Perhitungan manual

Cara ini merupakan metode yang paling sederhana dan cepat yaitu dengan formula sebagai berikut:

Sebagai contoh jika data tekanan, temperature dan volume di sistem kompresor diketahui sebagai berikut:

Dengan menggunakan formula diatas, maka diperoleh

SOP = (664.7*378.8)+(1714.7*113.3)+(1704.7*163.4)/(378.8+113.3+163.4) = 1105.4 psia

2. Perhitungan dengan persamaan gas universal

Metode ini berdasarkan atas hukum gas ideal, PV=znRT dengan asumsi sebagai berikut:

• Berlaku untuk sistem gas saja, tidak ada kondensasi selama proses berlangsung
• Faktor compressibility (z) dianggap sama antara sebelum dan sesudah settle-out dengan asumsi z=1

Dengan mengaplikasikan persamaan gas ideal pada kondisi aktual dan normal, diperoleh SOP dengan langkah perhitungan seperti yang tercantum pada tabel berikut:

3. Simulasi HYSYS

Prinsip pendekatan dengan simulasi program HYSYS adalah ‘massa dan volume yang konstan sebelum dan sesudah kondisi settle out’ dengan asumsi proses terjadi secara adiabatis.

Langkah 1 – Tentukan volume suction (V1), discharge kompresor (V2), dan ACHE downstream (V3)

Langkah 2- Input tekanan, temperature, dan komposisi untuk masing-masing stream, yaitu suction kompresor, discharge kompresor, dan ACHE downstream.

Langkah 3 – Pasang Mix operation untuk semua stream di atas (sebagai feed) sehingga menghasilkan mixed stream sebagai outletnya.

Langkah 4 – Adjust mass flow untuk masing-masing stream sedemikian rupa sehingga actual volume flow sama dengan volume sistem pada langkah 1

Langkah 5 – Set Balance unit operation pada mixedstream dan set Mole & Heat pada ‘Balance Type’

Langkah 6 – Settle out pressure diperoleh dengan cara adjust pressure pada mixed stream sehingga actual volume flow sama dengan total volume V1+V2+V3

Hasil akhir simulasi HYSYS untuk penentuan SOP ditunjukkan pada screenshot dibawah ini:

Berdasarkan simulasi HYSYS, maka diperoleh SOP = 1081 psig atau 1095.7 psia

Dengan membandingkan hasil perhitungan ketiga metode di atas, metode 1 & 2 menghasilkan deviasi yang cukup kecil yaitu 0.91% dan cukup mendekati jika dibandingkan dengan metode 3 (simulasi HYSYS).