TK-4102 Evaluasi Kinerja Proses

Ujian (take home)

Oleh:

Ahmad Zaenudin (13011024)

Made Santihayu Sukma (13011053)

Adinda Putri A (13011088)

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2014

Gas sebesar 262 MMSCFD masuk pada temperatur 85oF dan tekanan 16 kg/cm2g. Komposisi

gas dinyatakan dalam tabel dibawah. Gas tersebut melewati rangkaian stasiun kompresi yang

terdiri atas dua buah kompresor paralel. SDV 1 dan 2 memiliki pressure drop sebesar 2 kg/cm2.

Dua buah kompresor dipasang untuk menaikkan tekanan menjadi 48 bar dan ditambahkan

cooler untuk menurunkan 120 0F. Deliverable gas dijaga untuk mendapatkan tekanan 44

kg/cm2g.

Berdasarkan persoalan yang telah dijabarkan sebelumnya, disusunlah process flow diagram seperti yang terlihat pada Gambar 1. Pada proses penyelesaian simulasi ini digunakan beberapa asumsi sebagai berikut :

Pressure drop VLV-100 2 kg/cm2g

Pressure drop VLV-101 2 kg/cm2g

Pressure drop VLV-104 2 kg/cm2g

Pressure drop VLV-103 2 kg/cm2g

Pressure drop VLV-106 2 kg/cm2g

Pressure drop VLV-102 2 kg/cm2g

Pressure drop E-101

Pressure drop E-100

1. Konfigurasi Sistem Kompresor Equal Flow

Gambar 1. Process flow diagram (PFD) proses kompresi gas Equal Flow

Konfigurasi sistem kompresor equal flow menggunakan dua buah kompresor dengan kapasitas dan performansi serupa. Berdasarkan data, dapat diperoleh kurva performansi seperti pada Gambar 2.

Gambar 2. Kurva performansi kompresor

Berdasarkan Gambar 2 dapat dilihat bahwa titik operasi berada cukup aman jauh dari batas surging dan juga batas stonewall. Tabel performansi kedua kompresor dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Performansi unit kompresor

Adiabatic Head [m] 18831,6

Polytropic Head [m] 19278,6

Adiabatic Fluid Head [kJ/kg] 184,7

Polytropic Fluid Head [kJ/kg]

189,1

Adiabatic Efficiency 83,1

Polytropic Efficiency 85,1

Power Consumed [kW] 7340,5

Polytropic Head Factor 1

Polytropic Exponent 1,3

Isentropic Exponent 1,25

Speed [rpm] 10554,7

1.1 Variasi Laju Alir Molar

Gambar 3. Kurva pengaruh variasi laju alir molar terhadap compressor speed

Berdasarkan Gambar 3 dapat dilihat bahwa seiring dengan bertambahanya laju alir molar umpan maka compressor speed juga semakin meningkat. Kedua kompresor mengalami kenaikkan yang serupa. Hal ini dikarenakan sistem equal flow menggunakan konfigurasi dua kompresor ‘kembar’ dengan performansi serupa. Laju alir umpan dibagi dua atau sama rata pada dua kompresor sehingga keduanya melakukan kerja yang sama persis. Oleh sebab itu, keduanya mempunyai compressor speed yang sama. Hal ini dapat dilihat pada kurva kedua kompresor yang saling berdempetan.

1.2 Variasi Temperatur Umpan

Bila terjadi perubahan temperatur pada umpan, maka dalam sistem konfigurasi Equal Flow, speed dari kedua Compressor berubah dalam rentang -80 -160 0F. Speed dari kedua compressor akan berubah dengan laju perubahan yang sama untuk masing-masing compressor. Kurva

hubungan perubahan temperatur umpan terhadap kecepatan putar compressor dapat dilihat pada Gambar 4.

-100 -50 0 50 100 150 2008000

8500

9000

9500

10000

10500

11000

11500

12000

K-100K-101

Temperatur Feed (F)

Com

pres

sor S

peed

Gambar 4. Kurva pengaruh variasi temperature umpan terhadap compressor speed

1.3 Variasi Tekanan Umpan

Pada peningkatan pressure pada umpan akan menurunkan kecepatan putar (speed) dari kedua compressor. Grafik hubungan kedua kondisi tersebut dapat dilihat pada gambar 5.

10 12 14 16 18 20 22 248000

8500

9000

9500

10000

10500

11000

11500

12000

K-100K-101

Pressure (kg/cm2g)

Com

pres

sor s

peed

Gambar 5. Kurva pengaruh variasi tekanan umpan terhadap compressor speed

1.4 Variasi Densitas Umpan

Pada peningkatan massa jenis umpan, pada sistem Equal Flow, speed kedua compressor akan mengalami penurunan. Hal ini, disebabkan bahwa beban yang diberikan kepada compressor semakin meningkat seiring penambahan massa jenis. Pengaruh perubahan massa jenis umpan pada speed compressor dapat dilihat di Gambar 6.

15.4 15.6 15.8 16 16.2 16.4 16.6 16.89800

9900

10000

10100

10200

10300

10400

10500

Comp 1Comp 2

Mass Density (kg/m3)

Com

p Sp

eed

(RPM

)

Gambar 6. Kurva pengaruh variasi densitas umpan terhadap compressor speed

2. Konfigurasi Sistem Kompresor Main Swing

Untuk sistem kompresor jenis Main-Swing Compressor, terdapat minimum 2 buah compressor dimana compressor pertama digunakan untuk menanggung beban kompresi mayoritas, dan compressor kedua menanggung sisa bebannya. Beban compressor pertama akan maksimal yang ditandai dengan posisi rentang kerja yang mendekati garis stone wall dengan kecepatan putaran maksimum.

2.1 Variasi Laju Alir Molar

Konfigurasi sistem kompresor main swing menggunakan dua buah kompresor dengan kapasitas dan performansi serupa. Berdasarkan data, dapat diperoleh kurva performansi seperti pada Gambar 2 dengan laju kompressor sebesar 9997 rpm.

Pada Gambar 7, Curve Performance dari Swing Compressor kondisi awal dengan kondisi flow rate 262 MMSCFD, temperatur 850F, dan tekanan 16 kg/cm2g, dengan komposisi yang telah ditentukan.

Gambar 7. Kurva performansi kompresor

Apabila flowrate dirubah menjadi 245 MMSCFD maka titik operasi semakin mendekati batas surge line. Pada Gambar , terlihat apabila flow rate dari feed digangu (terdapat perubahan pada molar flow rate feed) menjadi 245 MMSCFD, maka rentang operasi dari compressor masih di dalam performance curve.

Gambar 8. Kurva performansi kompresor pada flowrate 245 MMSCFD

Apabila flowrate feed dari operasi ini ditingkatkan menjadi 330 MMSCFD, daerah operasi swing compressor tidak berada di dalam curve (di bawah garis stone wall). Peristiwa ini dapat dilihat pada Gambar 9. Hal ini menunjukkan pada titik ini operasi tidak bisa dilakukan.

Gambar 9. Kurva performansi kompresor pada flowrate 330 MMSCFD

Berdasarkan Gambar 10 dapat dilihat bahwa seiring dengan bertambahanya laju alir molar umpan maka compressor speed untuk pada kompresor kedua juga semakin meningkat. Tetapi compressor speed dari main compressor tidak menunjukkan perubahan.

Gambar 10. Kurva pengaruh variasi laju alir umpan terhadap compressor speed

2.2 Variasi Temperatur Feed

Gambar 11. Kurva performansi kompresor pada temperature umpan -31 0F

Apabila temperature feed dari operasi ini diturunkan menjadi -31 0F, daerah operasi swing compressor berada sangat dekat dengan garis curve-1. Peristiwa ini dapat dilihat pada Gambar 11. Hal ini menunjukkan pada titik ini operasi hampir tidak bisa dilakukan.

Gambar 12. Kurva performansi kompresor pada temperature umpan 300 0F

Apabila temperature feed dari operasi ini diturunkan menjadi 300 0F, daerah operasi swing compressor berada sangat dekat dan di atas garis curve-6. Peristiwa ini dapat dilihat pada Gambar 12. Hal ini menunjukkan pada titik ini operasi tidak bisa dilakukan.

Gambar 13. Kurva pengaruh variasi temperature umpan terhadap compressor speed

Bila terjadi perubahan temperatur pada umpan, maka dalam sistem konfigurasi Main-Swing, speed dari Main Compressor tidak berubah dalam rentang 50-100 0F. Akan tetapi pada Swing Compressor, nilai dari compressor speednya akan bertambah dalam rentang perubahan temperatur feed 50-1000F. Kurva hubungan perubahan temperatur umpan terhadap kecepatan putar compressor dapat dilihat pada gambar 13.

2.3 Variasi Tekanan

Gambar 14. Kurva performansi kompresor pada tekanan umpan 20 kg/cm2g

Apabila tekanan feed dari operasi ini dinaikan menjadi 20 kg/cm2g, daerah operasi swing compressor berada sangat dekat dengan garis curve-1. Peristiwa ini dapat dilihat pada Gambar 14. Hal ini menunjukkan pada titik ini operasi tidak bisa dilakukan.

Gambar 15. Kurva performansi kompresor pada tekanan umpan 12 kg/cm2g

Apabila tekanan feed dari operasi ini diturunkan menjadi 12 kg/cm2g, daerah operasi swing compressor berada sangat dekat dengan garis curve-6. Peristiwa ini dapat dilihat pada Gambar 15. Hal ini menunjukkan pada titik ini operasi hampir tidak bisa dilakukan.

Gambar 16. Kurva pengaruh variasi tekanan umpan terhadap compressor speed

Bila terjadi perubahan tekanan pada umpan, maka dalam sistem konfigurasi Main-Swing, speed dari kedua kompresor menunjukkan penurunan yang cukup signifikan. Kurva hubungan perubahan tekanan umpan terhadap kecepatan putar compressor dapat dilihat pada gambar 16.

2.4 Variasi Densitas

Pada perubahan massa jenis umpan, pada compressor jenis kompresor 1 yang merupakan main compressor perubahan pada speed nya tidak terjadi. Sedangkan untuk Compressor ke-dua (data biru pada gambar 17), pada kenaikan massa jenis umpan maka speednya akan turun. Hal ini terjadi karena beban dari compressor swing meningkat. Pengaruh perubahan massa jenis umpan pada konfigurasi Main Swing Compressor dapat dilihat pada Gambar 17.

16.6 16.8 17 17.2 17.4 17.6 17.8 18 18.2 18.4 18.69000

9500

10000

10500

11000

11500

Mass Density VS Comp Speed - Main Swing

Comp 1

Mass Density (kg/m3)

Com

p Sp

eed

(rpm

)

Gambar 17. Kurva pengaruh variasi densitas umpan terhadap compressor speed

3. Equidistant Parallel Compressor

Sistem konfigurasi Compressor jenis Equal Flow adalah suatu sistem compressor dengan jumlah compressor minimum 2 buah compressor yang memiliki kapasitas yang sama, rentang kerja yang sama dan beban yang sama pula. Kondisi umpan sama yaitu pada flow rate 262 MMSCFD, temperatur 850F, dan tekanan 16 kg/ cm2g, dengan komposisi yang telah ditentukan. Karena kedua compressor melakukan kerja dengan kondisi operasi yang sama, maka rentang kurva performansinya juga sama pula.

3.1 Variasi Laju Alir

Pada penambahan flow rate akan menyebabkan peningkatan speed dari kedua compressor. Kedua compressor akan meningkat speednya dengan laju yang sama dengan data dapat dilihat pada Gambar 18.

Gambar 18. Kurva pengaruh variasi laju molar umpan terhadap compressor speed

3.2 Variasi Temperatur

Bila terjadi perubahan temperatur pada umpan, maka dalam sistem konfigurasi Equal Flow, speed dari kedua Compressor berubah dalam rentang 60-1100F. Speed dari kedua compressor akan berubah dengan laju perubahan yang sama untuk masing-masing compressor. Kurva hubungan perubahan temperatur umpan terhadap kecepatan putar compressor dapat dilihat pada Gambar 19.

Gambar 19. Kurva pengaruh variasi temperatur umpan terhadap compressor speed

3.3 Variasi Tekanan

Seiring dengan peningkatan tekanan pada rentang 16-24 bar, compressor speed dari kedua kompresor pada kasus equidistant ini menurun secara signifikan. Grafik penurunan atau hubungan Antara tekanan umpan dan compressor speed dapat dilihat pada gambar 20.

Gambar 20. Kurva pengaruh variasi tekanan umpan terhadap compressor speed

3.4 Variasi Densitas

Pada peningkatan massa jenis umpan, pada sistem Equal Flow, speed kedua compressor akan mengalami penurunan. Hal ini, disebabkan bahwa beban yang diberikan kepada compressor semakin meningkat seiring penambahan massa jenis. Pengaruh perubahan massa jenis umpan pada speed compressor dapat dilihat di Gambar 21.

14.4 14.6 14.8 15 15.2 15.4 15.69800

10000

10200

10400

10600

10800

11000

Comp 1Comp 2

Mass Density (kg/m3)

Com

p Sp

eed

(RPM

)

Gambar 21. Kurva pengaruh variasi tekanan umpan terhadap compressor speed