Evaluasi Unjuk Kerja Kompresor Sentrifugal

Menyambung pembahasan kita pada teori perhitungan unjuk kerja kompresor sentrifugal, kali ini saya akan memberikan contoh perhitungan evaluasi unjuk kerja dimaksud.

Contoh ini diambil dari salah satu kertas kerja saya di salah satu perusahaan minyak di Indonesia pada penghujung tahun 2002. Sebut saja misalnya kita akan mengevaluasi sebuah kompresor dengan tag number 86 K 201. Dalam hal ini Kompresor 86 K 201 adalah kompresor sentrifugal dengan penggerak turbin uap yang berfungsi sebagai sarana untuk mensirkulasikan kembali (recycling) gas hidrogen yang diperlukan pada proses tatoray yang merupakan proses transalkylasi aromatik secara katalis di sebuah industry minyak.

Gas dari separator 86 V 201 (recycle gas) dikompresikan bertemu dengan feed hidrokarbon masuk ke reaktor R201 melalui combined feed exchanger E201 dan furnace F201. Kemurnian hidrogen di dalam recycle gas dijaga dengan make up hidrogen dari unit plat forming. Kegagalan aliran recycle gas ini dapat menyebabkan terhentinya proses pada unit ini. Diagram alir dari kompresor 86 K 201 dapat dilihat dalam gambar berikut.

Mengingat pentingnya fungsi kompresor 86 K 201, perlu dilakukan analisa dan monitoring yang terus menerus terhadap unjuk kerja kompresor tersebut.

Untuk mengevaluasi unjuk kerja kompresor, perlu diketahui data spesifikasi yang menunjukan karakteristik kompresor dimaksud serta data kondisi operasi yang menunjukan kemampuan kerja kompresor secara nyata.

1. Data Spesifikasi Kompresor 86 K 201

Manufacture  / model : Hitachi-Pignone / BCL 353Tipe kompresor :  Centrifugal - multi stage double casing.Kapasitas :  120883 Nm3/hr Service gas :  H2 – HCBerat molekul :  6,7Tekanan masuk :  32,6 kg/cm2abs.Tekanan keluar :  38,5 kg/cm2abs.Temperatur masuk :  38 0CKecepatan :  normal : 10.860 rpm     rated : 11.400 rpmTekanan casing maks. :  42 kg/cm2absManufacture no. :  88P7120501Tahun :  1989

2. Data Spesifikasi Penggerak

Jenis Penggerak    :  Turbin uapNomor seri        :  17947Tipe            :  B4-R3Rated Power/speed    :  1100 KW / 11.400 rpm Putaran kritis        :  1st 5550 rpm  -  2nd 31.700 rpm

Temperatur masuk    :  normal  330 0C      maks.  370 0CTekanan keluar    :  3 kg/cm2 gTekanan masuk    :  normal  19 kg/cm2 maks.  22 kg/cm2

Berat            :  4000 kgTahun             : 1989

3. Data Desain

Kapasitas            :  120.883  Nm3/hrAliran massa            :  602 kg/minKondisi masuk :Tekanan            :  32,6 kg/cm2

Temperatur            :  38 0C

K=Cp/Cv :  1,378Faktor Kompresibilitas (Z1)    : 1,015Volume            :  73,82 kg/cm2

Kondisi Keluar :Tekanan            :  38,5 kg/cm2

Temperatur            :  54,6 0CK=Cp/Cv :  1,38Faktor Kompresibilitas (Z2)    : 1,019Rasio tekanan            :  1,181Head politropik        :  6844  mEfisiensi politropik        :  80,5 %Daya                 :  875  KWPutaran            :  10860 rpm

4. Data Kondisi Operasi

Kapasitas        :  131.600 Nm3/hrTemperatur masuk (T1)          :  37 oC = 558,6 oRTekanan masuk (P1)        :  28 kg/cm2g = 412,3 psiaTemperatur keluar (T2)          :  60 oC = 600 oRTekanan keluar (P2)        :  34,12 kg/cm2g = 499,2 psia{tab=Perhitungan Kompresor}5. Perhitungan Kompresor5.1  Komposisi Gas  :

5.2  Komposisi Gas Propertis Partial

5.3 Perhitungan Gas Propertis Campuran.

Hasil perhitungan gas propertis campuran dapat dilihat dalam tabel 3.Dimana dari perhitungan tersebut didapat harga gas propertis campuran sebagai berikut :BM mix    =  6,74

Pc mix        =  299,45  psiaTc mix        =  146,04  oRCp mix        =  7,77  BTU/lbm.mol. oR

5.4   Panas Jenis Spesifik dan Spesifik Gravity

a. Panas jenis spesifik Panas jenis spesifik (specifik heat ratio) dapat dicari dengan menggunakan persamaan :

dimana :K    :  Panas jenis spesifikCp mix:  Panas spesifik pada tekanan konstan, kondisi campuran.

b.  Spesifik gravity

Sedangkan spesifik gravity dapat dicari dengan dua persamaan :

5.5  Mencari Faktor Kompresibilitas (Z)

a. Kondisi masuk.

Dari hubungan Pr1 dan Tr1 pada gambar 1 didapat harga Z1 = 1,015.

b. Kondisi keluar.

Dari hubungan Pr2 dan Tr2 pada gambar 1 didapat harga Z2  = 1,02.

Gambar 1 Faktor Kompresibilitas Chart

c. Kondisi rata-rata.

d. Mencari harga Cp.Dapat digunakan persamaan :

5.6  Eksponen PolitropikBesarnya eksponen politropik (n) dapat dihitung dengan persamaan :

5.7 Menghitung HeadKarena head yang dihitung adalah head dalam kondisi aktual, maka persamaan yang digunakan menggunakan asumsi politropik, dengan rumus :

5.8  EfisiensiEfisiensi adalah perbandingan antara kerja sesungguhnya dengan kerja desain (teoritis). Efisiensi politropik dapat diketahui dengan persamaan :

Hubungan antara harga head dan efisiensi politropik menunjukan head aktual politropik, hal ini dapat dilihat dari persamaan berikut :

{tab=Kapasitas Kompresor}

5.9 Kapasitas Kompresor

a. Konversi kapasitas desain.

b. Kapasitas operasi :

c. Dalam weight flow :

5.10  Daya Kompresora. Daya gas (aerodinamic)

b. Daya KompresorDaya kompresor merupakan perbandingan antara daya gas dengan efisiensi  mekanis. Di mana untuk kompresor sentrifugal kehilangan daya karena mekanis sekitar 3 %. Sehingga, daya kompresor menjadi :

b. Daya penggerakSedangkan daya penggerak adalah daya kompresor dibanding efisiensi transmisi. Dimana efisiensi transmisi menggunakan fleksibel kopling sekitar 98 %.Sehingga daya penggerak menjadi :

Dari hasil perhitungan di atas dapat diketahui parameter pokok yang paling berpengaruh yaitu :

Hasil tersebut dapat dianalisa sebagai berikut :

1. Kompresor beroperasi pada  kapasitas aktual.

2. Hal ini disebabkan oleh turunnya tekanan masuk sebesar :   dari tekanan masuk desain. Ini dapat dibuktikan dengan rumus :

Meskipun T1 naik, akan tetapi tidak terlalu signifikan (hanya 1 oC).

3. Naiknya kapasitas menyebabkan laju aliran massa ( ) naik, sehingga daya juga menjadi bertambah. Hal ini dapat dibuktikan dengan rumus :

Dimana daya kompresor naik sebesar :

4. Turunnya tekanan masuk menyebabkan naiknya nilai eksponen politropik, sesuai dengan rumus :

Hal ini menyebabkan :

Naiknya head politropik sebesar : 

Turunnya efisiensi politropik sebesar :  

{tab=Unjuk Kerja mekanis}

6.  Unjuk Kerja mekanis

6.1  Data riwayat kerusakan (History record)

Berdasarkan data pada kartu riwayat menunjukan bahwa kompresor 86K201 dalam kondisi yang cukup bagus. Sejak dioperasikan pada tahun 1991, tidak ada kerusakan yang cukup berarti. Perbaikan hanya berkaitan dengan masalah penunjang kompresor dan turbin penggerak, seperti perbaikan pada kebocoran steam, pompa lube oil, oil filter dan pekerjaan kecil lainnya.

Overhaul biasanya dilakukan pada saat turn around yang dilakukan setiap 2 tahun. Pada saat itulah biasanya dilakukan pengukuran-pengukuran clearance, penggantian suku cadang maupun rekondisi aparat.

6.2    Data vibrasi

Vibrasi merupakan salah satu parameter yang dapat digunakan sebagai analisa terhadap unjuk kerja sebuah peralatan. Trend kenaikan vibrasi dapat dijadikan acuan untuk menentukan schedule perbaikan.

Kompresor 86K201 dilengkapi dengan detector vibrasi yang outputnya dapat dilihat di panel lokal maupun di ruang kontrol, sehingga setiap gejala yang timbul dari perubahan vibrasi dapat dimonitor setiap saat.

Spesifikasi detector vibrasinya adalah :

Tipe :  Non contact probeUntuk radial : Range skala    :  0 ~ 125 µmSetting alarm    :  60 µmSetting alarm    :  600 µm = 24 milsTime delay    :  3 sec.Untuk aksial    :Range skala    :  1000 ~ 0 ~ 1000 µmSetting alarm    :  600 µm = 24 milsTime delay    :  3 sec.

Dari monitoring yang dilakukan setiap bulan (diluar daily monitoring) didapat data vibrasi seperti pada tabel 5.

Sedangkan trend vibrasi dinyatakan dalam grafik berikut :

6.3    Konsumsi Seal  Oil

Kompresor 86K201 menggunakan seal oil film menggunakan overhead tank. Dalam prosesnya terjadi losses dalam bentuk sour seal oil yang merupakan pencampuran antara seal oil dengan gas. Untuk mengevaluasi unjuk kerja seal oil dapat dikaji dari kapasitas seal oil yang di drain. Hal ini dapat dihitung dengan persamaan :

Basic Data for centrifugal Compressor by Dresser

Dimana :Q    :  Sour seal oil drain consumption (lt/day/seal)D    :  OD shaft  =  10,5 cmS    :  Seal clearance = 0,03 cmg    :  grafitasi = 980 cm/sec2

ΔP    :  Differential pressure S/O and gas = 0,5 kg/cm2

ν    :  Viskositas oil = 0,16 cm2/secγ    :   Berat jenis oil =0,87 gr/cm2

L    :  Axial length of floating ring = 1,9 cm

Maka :

Dimana data make up seal oil rata-rata perbulan 600 liter atau rata-rata per hari 20 liter / 2 seal (sebanding dengan hasil perhitungan). Dan untuk perhitungan desain sebesar 25 lt/day/seal. Sehingga kondisi seal oil assembly masih bagus.

6.4  Analisa Unjuk Kerja Mekanis

Berdasarkan analisa di atas dapat dinyatakan bahwa :

1. Kondisi mekanik kompresor masih cukup bagus, di mana tidak ada indikasi kerusakan yang cukup berarti setelah dioperasikan selama 11 tahun.

2. Data vibrasi menunjukan trend yang cukup baik, dimana baik posisi radial maupun aksial masih jauh dari range maksimum.

3. Kondisi sealing system masih cukup baik. Hal ini dapat dibuktikan dari perhitungan seal oil consumption yang juga merupakan indikator kebocoran seal oil, yaitu sebesar 8,6 lt/day/seal lebih kecil dari 25 lt/day/seal (maksimum estimate desain).

{tab=Simpulan dan Saran}

7.  Simpulan

Berdasarkan hasil perhitungan (data rekapitulasi) dan kondisi mekanik terhadap evaluasi unjuk kerja kompresor sentrifugal 86 K 201  dapat di simpulkan sebagai berikut :

Kompresor beroperasi dengan tekanan lebih rendah dari desain sehingga kapasitas operasi lebih besar dari desain, menyebabkan efisiensi turun sebesar 6,5 % dan daya naik 6,8 %.

Kondisi kompresor secara mekanik dalam kondisi baik, dimana selama 11 tahun operasi tidak mengalami gangguan yang berarti.

Pelaksanaan pemeliharaan selama ini tidak terjadi penyimpangan dari schedule yang ditetapkan.

8. Saran

Untuk menjaga unjuk kerja kompresor dapat dipertahankan sehingga target operasi terpenuhi, disarankan agar :

1. Parameter yang berpengaruh terhadap unjuk kerja dikembalikan sesuai kondisi desain sehingga kompresor bekerja pada efisiensi terbaik. Hal yang dapat dilakukan antara lain menaikan tekanan gas masuk kompresor dengan mengatur tekanan make up fresh hidrogen dari Unit Platforming.

2. Meningkatkan preventive maintenance yang lebih baik dan terintegrasi serta penyediaan suku cadang pada bagian-bagian kompresor yang kritis.

3. Dilakukan pemeriksaan dan perawatan peralatan indikator seperti pressure gauge, temperature gauge, flow indicator, dan yang lainnya agar parameter-parameter yang ditunjukan oleh indikator tersebut benar-benar mempresentasikan kondisi kompresor yang sebenarnya, sehingga dapat menghindari kekeliruan dalam setiap tindakan operasi yang dilakukan.

4. Pemeriksaan berkala (over haul) yang telah dilakukan hingga saat ini agar tetap dilaksanakan secara konsisten pada masa-masa yang akan dating. Karena hasil pemeriksaan berkala yang telah dilakukan terbukti dapat mencegah kerusakan besar yang mungkin akan terjadi.

{/tabs}

DAFTAR PUSTAKA

Frank L. Evans,Jr.  Equipment Design Hand book for Refineries and Chemical Plants, Gulf Publisthing Company, Texas,1979.Lapina,Ronald P. Estimating Centrifugal Compresor Performance, Gulf Publisthing Company, Houston,Texas,1982.Lyman F.Scheel, Gas Machinary,  Gulf Publisthing Company, Houston, Texas, 1972.